Искусственное легкое поддерживает жизнь пациента после удаления легкого
В недавно опубликованном в журнале Med клиническом случае оценивается эффективность новой экстракорпоральной системы полного искусственного легкого (TAL), позволяющей провести двустороннюю пневмонэктомию у пациента с тяжелым острым респираторным дистресс-синдромом (ОРДС).
Трудности лечения пациентов с ОРДС, страдающих респираторными инфекциями
Уровень смертности, превышающий 80 % среди пациентов с ОРДС после развития лекарственно-устойчивых инфекций и септического шока, подчеркивает тяжесть этого состояния. Трансплантация легких в таких случаях проводится редко, поскольку персистирующая инфекция может распространиться на пересаженные легкие, особенно если пациенты принимают иммуносупрессивные препараты.
Одной из главных проблем при ОРДС является установление обратимости повреждения легких. Стандартные диагностические методы, такие как визуализация, физиологические тесты и биопсия тканей, часто не позволяют определить, может ли повреждение легких зажить самостоятельно или оно является необратимым и постоянным.
Хотя искусственная вентиляция легких и экстракорпоральная мембранная оксигенация (ЭКМО) могут улучшить уровень кислорода и уменьшить травматизацию легких, эти методы лечения не могут стабилизировать циркуляторный коллапс и гемодинамическую нестабильность, вызванные сепсисом. Это нестабильное состояние сердечно-сосудистой системы является основной проблемой, препятствующей трансплантации у пациентов с инфекционным ОРДС.
Удаление обоих легких у некоторых пациентов может устранить источник инфекции до трансплантации. Некоторые медицинские бригады использовали модифицированные системы ЭКМО для поддержания дыхания и сердечной функции после такого типа операции, и предварительные результаты показывают, что некоторые пациенты могут оставаться в живых до трансплантации.
Однако удаление обоих легких также приводит к удалению кровеносных сосудов, которые обычно служат буфером для кровотока из правой стороны сердца. Непрерывный кровоток к левой стороне сердца необходим для поддержания нормальной работы сердца и предотвращения образования тромбов.
Разработка системы искусственных легких
Была разработана экстракорпоральная система полного искусственного легкого (TAL), предназначенная для выполнения функций газообмена и гемодинамической буферизации после двусторонней пневмонэктомии. Эта система включает в себя адаптивный шунт, реагирующий на динамику кровотока, и два пути возврата крови в левое предсердие для поддержания физиологического кровообращения и стабильности сердца у пациентов с тяжелым сепсисом.
После эксплантации легкого образцы тканей подверглись всестороннему одноклеточному и пространственному молекулярному профилированию для получения убедительных доказательств терминального повреждения легких и характеристики молекулярных путей, определяющих фиброзное ремоделирование. Сравнительный анализ с существующими наборами данных о повреждении легких позволил охарактеризовать молекулярные пути, участвующие в фиброзном ремоделировании и нарушении регенерации тканей.
Эти анализы были проведены с целью выявления биомаркеров, позволяющих дифференцировать необратимые повреждения от обратимого ущерба, что потенциально может способствовать более раннему направлению на трансплантацию, что является крайне важным фактором, учитывая, что задержка в обследовании коррелирует с повышенной смертностью.
Оценка эффективности системы TAL
У 33-летнего мужчины с острым респираторным дистресс-синдромом (ОРДС), вызванным вирусом гриппа B, в течение шести недель быстро развивалась прогрессирующая некротическая пневмония, обусловленная карбапенем-резистентной Pseudomonas aeruginosa , и двусторонние эмпиемы. Несмотря на максимальную антимикробную терапию, контроль источника инфекции и веноартериальную ЭКМО-поддержку, у пациента наблюдались рецидивирующие эпизоды остановки сердца вследствие рефрактерного септического шока, что потребовало двусторонней пневмонэктомии с обширной плевральной санацией в качестве спасительной терапии для устранения источника инфекции и возможности трансплантации.
После пневмонэктомии экстракорпоральная поддержка была переведена на конфигурацию TAL. Двухпросветная канюля Protek-Duo обеспечивала надежный венозный дренаж со скоростью более 4,5 л/мин. Кроме того, адаптивный шунт обеспечивал физиологическую ауторегуляцию с потоками в канале от 1,1 до 6,3 л/мин, предотвращая тем самым острое расширение правого желудочка при отсутствии емкости легочных сосудов.
Заметное улучшение гемодинамики наблюдалось в течение нескольких часов после начала TAL, при этом применение вазопрессоров было прекращено через 12 часов после пневмонэктомии. Уровень лактата в сыворотке крови нормализовался с 8,2 ммоль/л до менее 1,0 ммоль/л в течение 24 часов.
Смешанная венозная и артериальная сатурация кислорода превышала 70 % и 92 % соответственно. Параметры функции органов оставались стабильными в течение 48 часов поддержки, при этом не было выявлено признаков образования внутрисердечных тромбов, несмотря на отсутствие системной антикоагулянтной терапии.
Двусторонняя трансплантация легких была выполнена через 48 часов после начала TAL. Пациент был экстубирован через семь дней и выписан через восемь недель после трансплантации.
Первичная дисфункция трансплантата 1-й степени разрешилась к третьему дню, при этом контрольные биопсии не выявили никаких признаков отторжения. Через 24 месяца у пациента наблюдались отличные результаты, включая прогнозируемые значения объема форсированного выдоха за одну секунду (ОФВ1) и диффузионной способности легких на уровне 75 % и 92 % соответственно, а также сохраненную функцию сердца и полную функциональную независимость.
Комплексный молекулярный анализ эксплантированных легких выявил обширный некроз, фиброз и гомогенную иммунную инфильтрацию во всех семи исследованных областях, что напоминало терминальную стадию ОРДС, вызванную коронавирусной болезнью 2019 (COVID-19). Секвенирование рибонуклеиновой кислоты (РНК) отдельных клеток идентифицировало 43 популяции клеток, отражающие экспансию Т-клеток , дифференцировку плазматических клеток, истощение В-клеток, а также замещение зрелых альвеолярных макрофагов профибротическими макрофагами, происходящими из моноцитов.
Эпителиальный анализ выявил нарушение регенерации с аберрантными базалоидными клетками и истощением альвеолярных клеток 2-го типа. Пространственная транскриптомика продемонстрировала полное разрушение архитектуры с третичными лимфоидными структурами и миофибробластами, положительными по гену CTHRC1 (collaborative triple helix repeat containing 1), что привело к фиброзу. Эти данные указывают на диффузное тяжелое заболевание с молекулярными признаками необратимого поражения в терминальной стадии, а не на излечимый ОРДС.
Выводы
В данном клиническом случае обсуждается успешное применение новой системы полного искусственного легкого после двусторонней пневмонэктомии при рефрактерном септическом ОРДС, что позволило стабилизировать гемодинамику и провести трансплантацию после 48 часов поддержки.
Комплексный молекулярный анализ подтвердил терминальное поражение легких в эксплантированных легких, характеризующееся диффузным разрушением архитектуры, патологической иммунной инфильтрацией, нарушением регенерации эпителия и профибротическим ремоделированием, что соответствует необратимой терминальной стадии заболевания. Через 24 месяца после трансплантации у пациента сохранялась отличная сердечно-легочная функция, и он был полностью независим.
Необходима перспективная валидация этой системы искусственных легких для определения критериев отбора пациентов и оптимальных сроков, а также для выявления молекулярных маркеров, которые могли бы на более ранних стадиях заболевания отличать необратимый ОРДС от излечимого. Интеграция системы TAL с передовыми стратегиями контроля инфекций и иммуномодуляции, в сочетании с усовершенствованными подходами к одноклеточной и пространственной транскриптомике, может расширить возможности трансплантации и способствовать разработке таргетных терапевтических средств для предотвращения прогрессирования до терминального поражения легких.