Непрерывный спектроскопический контроль уровня кислорода в крови в ходе операции аортокоронарного шунтирования

Аортокоронарное шунтирование - это общепринятый хирургический способ лечения ишемической болезни сердца. Мониторинг содержания кислорода в системе кровоснабжения сердца в ходе операции аортокоронарного шунтирования может помочь определить насколько операция была успешной. В сердечной хирургии 10-15% операций аортокоронарного шунтирования проводится при работающем сердце (хирургия при бьющемся сердце). При этом можно обойтись без применения искусственного кровообращения при традиционной хирургии на коронарных артериях. Также снижается риск инфицирования крови. Другим преимуществом является общее уменьшение времени операции.

В Клинике Университета Базеля, Швейцария (University Clinic in Basel, Switzerland) были проведены исследования, посвященные изучению изменения метаболизма сердечной мышцы в ходе операции аортокоронарного шунтирования, при участии Dr. Doan Baykut и Dr. Francess Bernet. Для того, чтобы изучить эффект метаболических изменений в сердце, важно знать потребление кислорода сердечной мышцей. Уровень потребления кислорода мышцей сердца отражается в изменении содержания кислорода в коронарных венах.

Содержание кислорода в крови коронарного синуса оценивали, используя VIS/NIR спектроскопию (спектроскопию видимого/инфракрасного диапазонов). Avantes разработал специальный оптоволоконный щуп, который возможно вводить в коронарный синус сердца. Щуп соединяется с вольфрамово-галогеновым источником света AvaLight-HAL с непрерывным светоиспусканием в диапазоне длин волн 400-2000 нм. Свет, который прошел через щуп и отразился, собирается тем же щупом и попадает в спектрофотометр AvaSpec, оптимизированный для светового диапазона 500-1000 нм. Спектральные характеристики сохраняются и в дальнейшем могут быть проанализированы с использованием обширного пакета программного обеспечения AvaSoft.

Статус окисления (содержания кислорода) гемоглобина крови можно установить с использованием технологию VIS/NIR спектрального анализа. Спектрометрический анализ крови или иных тканей обычно проводится с использованием излучающего и принимающего оптоволокна, причем расстояние между ними определяет длину оптического пути, который свет проходит через изучаемую ткань или кровь. Такая конфигурация оптоволоконных щупов накладывает определенные ограничения на длину оптического пути при использовании "непосредственно на месте" (in situ). Более того, в случае операции коронарного шунтирования такое устройство щупа представляется слишком громоздким для успешного применения. Специально разработанный Avantes оптоволоконный щуп для катетерного введения в сосуды сердца имеет диаметр всего 1.5 мм, что позволяет использовать его для введения в различные кровеносные сосуды. Испускаемый галогеновой лампой свет частично поглощается и частично отражается от клеток крови в кровеносном сосуде и попадает в коллекторное оптоволокно щупа. В ходе операции шунтирования было выполнено получение нескольких спектров фотоабсорбции крови на разных стадиях операции. Продолжительный спектральный анализ отраженного света дает спектр поглощения окисленного и неокисленного гемоглобина.

Низкая концентрация кислорода (синяя линия) характеризуется значительным поглощением при 660 нм, в то время как низкое поглощение при 660 нм соответствует высокой концентрации кислорода (зеленая линия).
Минимальное поглощение при 690 нм свидетельствует о низкой концентрации кислорода, высокая концентрация кислорода характеризуется сдвигом пика минимального поглощения до 735 нм.
Пик поглощения при 770 нм указывает на низкую концентрацию кислорода.

Устройство оптоволоконного щупа, обладающего способностью испускать свет галогеновой лампы и одновременно собирать отраженный свет, направляя его на спектрофотометр, можно описать в терминах "бесконечного" оптического пути. Проницаемость оптической среды для света уменьшается экспоненциально с увеличением расстояния от источника света. В случае бесконечного расстояния проницаемость стремится к нулю. В то же время, поглощение света в среде возрастает с увеличением расстояния между источником света и детектором. Поскольку кровь более чем на 40% состоит из взвешенных частиц (клеток крови), здесь происходит частичное поглощение и частичное отражение света. Математическое вычисление этих эффектов можно использовать для определения поглощающих свойств "бесконечного" оптического пути и перейти к вычислению концентраций веществ в изучаемой среде.

Во второй половине 2004 года описанное выше исследование уровня кислорода в крови коронарного синуса в ходе операции шунтирования провели в случае более чем 35 пациентов в различных университетских клиниках Европы. Успешность операции коронарного шунтирования может быть напрямую установлена из полученного спектра - отсутствие ишемии (зеленая линия на рисунке) означает, что операция прошла успешно.