Zastosowanie roztworów glukozy w czasie anestezji i operacji u dzieci

Celem tej pracy jest przedstawienie współczesnych poglądów na zastosowanie roztworów glukozy w czasie operacji, związanych z tym korzyści oraz niebezpieczeństw.

W okresie okołooperacyjnym dziecko przez pewien czas nie może przyjmować płynów doustnie. Czas ten jest różny w zależności od choroby podstawowej, rodzaju operacji, przebiegu pooperacyjnego. Płyny podawane w tym okresie powinny pokryć:

1) zapotrzebowanie podstawowe – związane ze stratami przez skórę, układ oddechowy, ze stolcem i z moczem. Zapotrzebowanie to dobrze pokrywa płyn hipotoniczny o stężeniu sodu od 30 mmol l^-1 dla noworodka, do 100 mmol l^-1 dla dorosłego [2],

2) straty dodatkowe wynikające z utraty krwi, przemieszczenia płynów do trzeciej przestrzeni, wymiotów i biegunki.

Zarówno osocze, płyn zgromadzony w trzeciej przestrzeni, jak i treść żołądkowa i jelitowa są płynami o dużej zawartości jonów sodu, toteż ich uzupełnienie wymaga podaży płynów elektrolitowych izotonicznych ( balanced salt solutions), do których zalicza się np. płyn pediatryczny wyrównawczy, płyn Ringera, mleczanowy roztwór Ringera, 0,9% NaCl.

W czasie operacji zdecydowanie większe znaczenie mają straty dodatkowe. Uwzględniając to, logiczne wydaje się stosowanie płynów izotonicznych jako podstawowych płynów w tym okresie, jednakże wielu lekarzy wciąż stosuje roztwory glukozy. Postępowanie to wynika z obawy przed hipoglikemią oraz chęci zapobieżenia skutkom głodzenia tj. katabolizmowi białek, lipolizie i ketogenezie.

Starsze prace wskazywały na znaczne ryzyko wystąpienia hipoglikemii u dzieci. Wg Thomasa i wsp. [3] hipoglikemię stwierdzano u 15,2% dzieci, w tym u 28% w wyodrębnionej grupie dzieci z masą ciała poniżej 15,5 kg i przed ukończeniem 47 miesiąca życia. Późniejsze badania obejmujące kilkuset pacjentów poszczących od 6 do kilkunastu godzin [4,5,6,7,8] nie potwierdzają tych danych i wskazują, że hipoglikemia jest zjawiskiem rzadkim nie przekraczającym 0-1,2%. Rozbieżności te wynikać mogły m.in. z różnych definicji hipoglikemii (obecnie najczęściej przyjmuje się za hipoglikemię stężenie glukozy we krwi poniżej 1,65 mmol l^-1 u noworodków, poniżej 2,2 mmol l^-1 u dzieci starszych) oraz z różnych zaleceń co do czasu postu przedoperacyjnego.

W ostatniej dekadzie ukazało się wiele badań dowodzących, że podaż klarownych płynów (np. woda, woda z glukozą, sok jabłkowy, herbata) nawet 2-3 godz. przed anestezją nie zwiększa objętości soku żołądkowego, nie obniża jego pH, a tym samym nie zwiększa ryzyka zachłyśnięcia [9,10]. Doprowadziły one w wielu krajach [11,12] do zmiany dotychczas obowiązującej zasady niepodawania niczego doustnie ( nil per os – NPO) na przynajmniej 4-8 godzin, w zależności od wieku, przed anestezją. Skrócenie czasu postu przedoperacyjnego dodatkowo może zredukować i tak znikome, jak wynika z powyżej cytowanych badań, ryzyko wystąpienia hipoglikemii.

Trzeba wyraźnie podkreślić, że skrócenie czasu NPO do 2 godzin dotyczy wyłącznie płynów u dzieci przed operacjami planowymi, bez dodatkowych czynników ryzyka związanych z aspiracją. Zalecenia te nie oznaczają więc liberalizacji dotyczącej zakazu przyjmowania pokarmów stałych, od których należy się powstrzymać minimum 6 godzin przed anestezją [13].

Poza obawą przed hipoglikemią, stosowanie roztworów glukozy w czasie operacji uzasadnia się ich hamującym wpływem na lipolizę, ketogenezę, oraz katabolizm białek. Nishina i wsp. [8] potwierdzili, że u niemowląt nie otrzymujących roztworów glukozy w czasie operacji występowały znamiennie wyższe stężenia wolnych kwasów tłuszczowych ( free fatty acids – FFA) oraz ciał ketonowych, wpływające na obniżenie pH krwi. Autorzy uznali jednak, że klinicznie zmiany te były bez znaczenia. Mikawa i wsp. [7} przebadali 45 dzieci poddawanych 6-godzinnej operacji tympanoplastyki. Na podstawie pomiarów FFA, trójglicerydów i ciał ketonowych nie wykazali oni aktywacji lipolizy także w grupie otrzymującej płyny nie zawierające glukozy.

Przekonanie o korzystnym wpływie glukozy na metabolizm białkowy w czasie głodzenia oparte jest na badaniach prowadzonych m.in w okresie pooperacyjnym. Natomiast bardzo mało jest danych mogących wykazać ów wpływ w czasie operacji, np. praca Siebera i wsp. [14] dowodzi, że podaż glukozy nie zmniejsza rozkładu białek w tym okresie.

Z danych powyższych wynika, że rutynowe podawanie roztworów glukozy w czasie operacji nie jest jednoznacznie uzasadnione. Nasuwa się natomiast pytanie, czy stosowanie roztworów glukozy może być niebezpieczne?

W Polsce często używane są wodne roztwory glukozy, ew. roztwory 5% lub 10% glukozy z 0,9% NaCl w stosunku 2:1 lub 4:1. Jak wiadomo, są to płyny hipotoniczne w stosunku do osocza. Podawanie takich płynów może prowadzić do hemodilucji i hiponatremii z rozcieńczenia. Powstawaniu tych zaburzeń i ich pogłębieniu sprzyja:

1) utrata płynów wysokoelektrolitowych (patrz wyżej) oraz ich uzupełnianie płynami hipotonicznymi,

2) wzrost stężenia hormonu antydiuretycznego (ADH), stwierdzany:

– w czasie operacji, jako część ogólnoustrojowej reakcji związanej za stresem operacyjnym,

– podczas wentylacji z dodatnim ciśnieniem końcowo-wydechowym (PEEP) w drogach oddechowych [15].

Wysokie stężenia ADH stwierdza się również często w okresie pooperacyjnym [16]. Obserwuje się przy tym zaburzenia fizjologicznej regulacji wydzielania tego hormonu – zespół nieadekwatnego wydzielania ADH (ang. syndrome of inadequate ADH release – SIADH), kiedy to mimo niskiej osmolalności osocza obserwuje się wysokie stężenia ADH [17]. Wynika stąd konieczność ostrożnego podawania płynów pokrywających zapotrzebowanie podstawowe, tj. płynów hipotonicznych, również w okresie pooperacyjnym. Zawsze należy upewnić się, czy uzupełnione zostały straty z okresu operacji i czy np. chory nie wymiotuje [18]. Trzeba tu podkreślić, że hiponatremia jest najczęściej stwierdzanym zaburzeniem w okresie okołooperacyjnym [18].

Spadek stężenia jonów sodu w osoczu sprawia, że staje się ono hipotoniczne w stosunku do płynu wewnątrzkomórkowego. Powstały w ten sposób gradient osmotyczny jest wyrównywany poprzez przechodzenie wody (jony nie mogą swobodnie przemieszczać się przez błony komórkowe) z osocza do wnętrza komórek, co prowadzi do ich obrzęku. Klinicznie najgroźniejszy jest obrzęk mózgu. Jakkolwiek przedstawiany powyżej mechanizm patofizjologiczny jest identyczny niezależnie od wieku, ryzyko wystąpienia w jego wyniku obrzęku mózgu u noworodka jest znacząco wyższe niż u dorosłego. Wynika to z faktu większego stosunku masy mózgu do całkowitej masy ciała noworodka – 25-30% w porównaniu do 6% u dorosłego. U dorosłego więc znaczna część wolnej wody może zostać rozmieszczona w pozostałych tkankach organizmu, poza jamą czaszki, podczas gdy u noworodka przy tej samej proporcjonalnie do masy ciała ilości wody większa jej część wchodzi do komórek mózgowych powodując pełnoobjawowy obrzęk mózgu [2].

Czynnikiem potęgującym jeszcze owo zagrożenie jest niedojrzałość mechanizmów nerkowych wyrażająca się upośledzoną zdolnością zarówno zagęszczania jak i rozcieńczania (a tym samym wydalania nadmiaru wolnej wody) moczu.

Poza hiponatremią szybka podaż płynów zawierających nawet niskoprocentowe roztwory glukozy prowadzi do hiperglikemii.

1. Reakcja humoralna na stres związany z operacją

W wyniku stresu operacyjnego stwierdzano podwyższone stężenia kortyzolu, katecholamin, glukagonu, hormonu wzrostu (GH), oraz jak wykazały niektóre badania – supresję wydzielania insuliny [19].

2. Zmniejszone tkankowe zużycie glukozy

Obserwowano także oporność tkanek na działanie insuliny, związaną ze zmianą konformacji receptora dla insuliny pod wpływem kortyzolu i katecholamin [8]. W następstwie tego zmniejsza się obwodowe zużycie glukozy, dochodzi do zewnątrzkomórkowego jej nadmiaru, przy niedoborze wewnątrz komórek [19]. W tej sytuacji, wskutek braku substratu dla podtrzymania metabolizmu komórkowego, uruchamiane są rezerwy tłuszczów i białek.

Opisane powyżej zjawiska prowadzą u większości pacjentów, w tym również dzieci, do wzrostu glikemii w czasie trwania operacji, pomimo podaży płynów nie zawierających glukozy [4,5,7]. Ward Platt i wsp. [20] stwierdzili dodatnią korelację między poziomem stresu operacyjnego a obserwowanymi stężeniami glukozy: im większy był uraz związany z operacją tym większą obserwowano tendencję do odpowiedzi hiperglikemicznej. Istnieją jednakże również doniesienia o niewielkim odsetku dzieci ze stwierdzoną hipoglikemią w okresie przedoperacyjnym, u których nie obserwowano wzrostu glikemii po indukcji, a przeciwnie, dalsze obniżenie stężenia glukozy [4]. Stanowi to podstawowy argument zwolenników przetaczania roztworów glukozy w czasie operacji.

3. Egzogenna podaż glukozy

Wykazano, że przetaczanie 5% glukozy może prowadzić do hiperglikemii [4,7,21]. Istnieją również doniesienia wskazujące, że hiperglikemię powodować mogą nawet 2,5% roztwory glukozy [21].

1. Przemieszczenia przestrzeni wodnych

W następstwie hiperosmolarności płynu śródnaczyniowego spowodowanej hiperglikemią woda przemieszcza się z komórek do naczyń. W wyniku tych przesunięć dochodzi do hiponatremii z rozcieńczenia [22].

2. Diureza osmotyczna

Po przekroczeniu progu nerkowego dla glukozy tj. zdolności nerek do jej zwrotnego wchłaniania dochodzi do glikozurii. Wzrost stężenia glukozy w ultrafiltracie podwyższa jego ciśnienie osmotyczne, co powoduje napływ wody z przestrzeni śródmiąższowej i w rezultacie zwiększenie ilości moczu ostatecznego. Pozostałe składniki moczu ulegają wtórnie rozcieńczeniu, co zaburza ich wchłanianie zwrotne i prowadzi do utraty m.in. jonów sodowych. Konsekwencją tych zaburzeń może być zmniejszenie objętości łożyska naczyniowego oraz zaburzenia elektrolitowe, szczególnie niebezpieczne u dzieci.

3. Uszkodzenie niedotlenionych tkanek

Liczne prace na zwierzętach, jak również nieco mniej liczne i bardziej kontrowersyjne badania u ludzi dowodzą, że hiperglikemia przy niedostatecznej dostępności tlenu może wywierać uszkadzający wpływ na komórki i tkanki [1,23]. Uważa się, że przy niedoborze tlenu glukoza metabolizowana jest w procesie glikolizy beztlenowej do kwasu mlekowego. W wyniku tego obniża się wewnątrzkomórkowe pH [24], co może prowadzić do uszkodzenia, a nawet śmierci komórki [1,23]. Stwierdzano również zmniejszenie przepływu mózgowego [25,26] oraz supresję produkcji adenozyny [27], która uważana jest za czynnik neuroprotekcyjny. Działa ona rozszerzająco na naczynia krwionośne, hamuje uwalnianie neuronalnych ekscytotoksyn oraz wpływa na interakcje neutrofile – śródbłonek. Obserwowano ponadto:

– uszkodzenie bariery krew-mózg i zaburzenia mikrokrążenia prowadzące do obrzęku mózgu [28],

– zaburzenia metabolizmu wysokoenergetycznych fosforanów ATP-ADP [29],

– zaburzenia interakcji neutrofile – śródbłonek [30],

– zaburzenia regulacji ekspresji genów [31].

Zupełnie odmiennie przedstawiają się wyniki badań dotyczących wpływu hiperglikemii na niedojrzały mózg. W przypadku noworodków urodzonych w zamartwicy hiperglikemia miałaby działać ochronnie na OUN [32].

Coraz większa świadomość potencjalnych zagrożeń związanych nawet z krótkimi okresami hiperglikemii doprowadziła do poszukiwań możliwości jej zapobiegania.

Najwięcej publikacji dotyczy wpływu hiperglikemii na ośrodkowy układ nerwowy (OUN) [23]. W licznych badaniach eksperymentalnych na zwierzętach – szczurach, psach, kotach, naczelnych [23,33] – wykazano negatywny wpływ hiperglikemii na stan neurologiczny tych zwierząt po epizodzie niedokrwienia mózgu lub rdzenia kręgowego.

W 1987 r. w eksperymentalnej pracy na naczelnych Lanier i wsp. [33] badali wpływ wlewu glukozy przed całkowitym niedokrwieniem mózgu na powstawanie uszkodzeń OUN. Stwierdzili oni, że u małp którym przetaczano 5% glukozę w 0,45% NaCl, w ilości odpowiadającej ok. 1 litr 70 kg^-1 przed 17-minutowym epizodem niedokrwienia mózgu, wystąpiły znamiennie większe ubytki neurologiczne. Badania histopatologiczne potwierdziły dane kliniczne i wykazały znamiennie większe uszkodzenia, szczególnie w rejonach obfitujących w istotę szarą. Publikacja ta przyczyniła się do większej ostrożności w stosowaniu roztworów glukozy, szczególnie w operacjach związanych z ryzykiem niedokrwienia lub niedotlenienia mózgu [33].

Ukazało się też wiele prac badających związek między hiperglikemią, a uszkodzeniem OUN u ludzi wskutek niedotlenienia. Wyniki tych prac nie pozwalają obecnie na ostateczne wnioski. Badano wpływ hiperglikemii na powstanie deficytów neurologicznych po zatrzymaniu krążenia i po udarach mózgu, po operacjach neurochirurgicznych, rekonstrukcyjnych naczyń szyjnych, po urazach głowy. Oprócz prac potwierdzających negatywny wpływ hiperglikemii, istnieją badania nie wykazujące takiego związku [23].

Najwięcej danych dotyczących dzieci pochodzi z operacji kardiochirurgicznych w krążeniu pozaustrojowym, które są związane z podwyższonym ryzykiem niedokrwienia OUN. Po ukazaniu się w 1988 r. doniesienia Stewarda i wsp. [34] o retrospektywnie stwierdzanej większej częstości zaburzeń neurologicznych u dzieci z wyższymi wartościami glikemii, wielu anestezjologów rozważać zaczęło wycofanie z użycia roztworów glukozy podczas operacji w krążeniu pozaustrojowym. Bell i wsp. [35] wykazali, że przetaczanie dzieciom 5% glukozy prowadzi do hiperglikemii w stężeniach, które u zwierząt wpływały na powstawanie większych ubytków neurologicznych po epizodzie niedokrwienia. W związku z tym zalecają oni wyłącznie płyny nie zawierające glukozy, a dla zapobieżenia hipoglikemii, której nie obserwowali – ewentualnie kontrolę stężenia glukozy.

Niektórzy autorzy nie zgadzają się z tym podejściem. Według Nicolson i wsp.[36] brak jest korelacji między ilością przetoczonej glukozy a glikemią, toteż niestosowanie roztworów glukozy nie zabezpiecza przed hiperglikemią, a pozostawia ryzyko hipoglikemii. Podobne wnioski ze swej pracy wyciągnęli Aouifi i wsp. [37], którzy zwrócili uwagę na większe zagrożenie hipoglikemią u dzieci z wrodzonymi wadami serca, spowodowane ich większymi potrzebami metabolicznymi, wyższym zapotrzebowaniem tlenowym, częstszym występowaniem niedowagi. Badanie związku hiperglikemii z wystąpieniem zaburzeń neurologicznych po operacjach w krążeniu pozaustrojowym jest utrudnione wskutek istnienia wielu innych czynników mogących wpływać na powstanie uszkodzeń OUN.

1. Płyny bezglukozowe

Wobec różnej reakcji osobniczej na stres związany z operacją stosowanie płynów nie zawierających glukozy nie zabezpiecza w pełni przed hiperglikemią, ale zmniejsza ryzyko jej wystąpienia.

2. Insulina [38]

Po odkryciu negatywnego wpływu hiperglikemii na niedotleniony OUN u zwierząt, następnym krokiem stało się sprawdzenie czy insulina poprawi rokowanie [38].

3. Wysokie dawki opioidów [39]

Z badań nad metabolizmem glukozy w czasie operacji kardiochirurgicznych w krążeniu pozaustrojowym wynika, że wysokie dawki opioidów ograniczają stresową reakcję hormonalną organizmu na operację i tym samym odpowiedź hiperglikemiczną [39].

4. Doustna premedykacja klonidyną [40]

Również w tym przypadku zmniejszenie zagrożenia hiperglikemią wynika z hamowania wydzielania kortyzolu i katecholamin w odpowiedzi na operację.

Kolejną konsekwencją dożylnej podaży roztworów glukozy może być hipofosfatemia. Obserwowano, że infuzja glukozy prowadzi do spadku stężenia fosforanów nieorganicznych w surowicy krwi. Spowodowane jest to, jak wykazał Rasmussen [41], zmniejszoną reabsorbcją fosforanów w kanalikach bliższych. Inną możliwą przyczyną tego zjawiska może być fosforylacja glukozy i przesunięcie fosforanów do komórek.

Hipofosfatemia zaburza metabolizm wysokoenergetycznych fosforanów, a tym samym funkcję komórek.

Opisane skutki hipofosfatemii to:

– anemia hemolityczna;

– upośledzona funkcja fagocytarna neutrofilów;

– zaburzenia kurczliwości mięśnia serca;

– zaburzenia świadomości o objawach zbliżonych do objawów hipoglikemii.

Wiadomo więc, że zarówno hipo-, jak i hiperglikemia prowadzić może do poważnych, niekorzystnych następstw, których nie należy bagatelizować. Jakie postępowanie pozwoliłoby uniknąć lub chociaż zmniejszyć ryzyko wystąpienia obu tych zagrożeń? Należy czy też nie należy stosować śródoperacyjnie roztworów glukozy? Jeżeli tak, to jakie stężenia należy wybrać?

Również wśród zwolenników rutynowego stosowania roztworów glukozy w czasie operacji istnieją różnice zdań. Badania wskazujące, że podaż 5% glukozy nieuchronnie prowadzi do hiperglikemii, sprawiły, że większość autorów zaleca obecnie roztwory o stężeniu 2,5% lub niższym jako wystarczające do zapobieżenia hipoglikemii, a rzadziej prowadzące do hiperglikemii [2,5,8]. Najczęściej stosowane są roztwory glukozy w mleczanie Ringera. Powszechnie uważa się natomiast, że należy unikać wodnych roztworów glukozy ze względu na niebezpieczeństwo zatrucia wodnego [18,42].

Coraz więcej anestezjologów dziecięcych uważa, że w świetle obecnej wiedzy rutynowe stosowanie glukozy podczas operacji jest nieuzasadnione, a nawet potencjalnie szkodliwe. Podkreślają oni, że większość dzieci przesypia noc bez jedzenia, bez żadnych negatywnych konsekwencji. Przy zliberalizowanych zasadach postu przedoperacyjnego zagrożenie hipoglikemią wydaje się być znikome. W uzasadnionych przypadkach np. przedłużonego czasu głodzenia, czy też występowania dodatkowych czynników ryzyka hipoglikemii można uniknąć poprzez powtarzane kontrole glikemii i korygowanie stwierdzanych zaburzeń.

1. Zarówno w środowisku lekarskim jak i w piśmiennictwie nie ma jednoznacznej odpowiedzi, czy podczas operacji należy stosować roztwory glukozy.

2. Ryzyko wystąpienia hipoglikemii u zdrowego dziecka w wyniku postu przedoperacyjnego jest znikome.

3. U większości dzieci, podobnie jak u dorosłych, w wyniku złożonej reakcji humoralnej związanej ze stresem operacyjnym dochodzi do podwyższenia poziomu glikemii, niekiedy do stężeń powyżej 11,1 mmol l^-1.

4. Przetaczanie wodnych roztworów glukozy może prowadzić do poważnych powikłań tj.:

– hiponatremii z rozcieńczenia,

– hiperglikemii prowadzącej do przesunięć przestrzeni płynowych, diurezy osmotycznej, z następowymi zaburzeniami elektrolitowymi oraz potencjalnym uszkadzającym wpływem na niedokrwione tkanki, w tym mózg,

– hipofosfatemii.

5. W przypadku operacji związanych z podwyższonym ryzykiem niedokrwienia mózgu (operacje neurochirurgiczne, kardiochirurgiczne w krążeniu pozaustrojowym, rekonstrukcyjne naczyń, operacje w podciśnieniu kontrolowanym) konieczne jest szczególnie staranne rozważenie wskazań do śródoperacyjnego stosowania glukozy.