Organprotektion in der Aortenbogenchirurgie - Vergleich des tief hypothermen Kreislaufstillstandes mit der selektiven antegraden zerebralen Perfusion bei moderater Hypothermie
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OBJECTIVES: Organ protective management during aortic arch surgery comprises deep hypothermic (18○C) circulatory arrest (DHCA), or moderate hypothermia (28○C/ ‘tepid’) with regional cerebral perfusion (TRCP). The aim of this experimental study was to evaluate the effect of distinct organ protective management on hemodynamic performance and myocardial integrity. METHODS: Ten male piglets were randomized to group DHCA (n = 5) or TRCP (n = 5) group and operated on cardiopulmonary bypass (CPB) with 60 min of aortic cross-clamping. Blood gas analysis was performed throughout the experiment. Haemodynamic assessment was performed using a thermodilution technique before and after CPB. Myocardial biopsies were taken 2 h after CPB and evaluated using terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated deoxyuridine triphosphate–biotin nick-end labelling assay and western blot analysis. RESULTS: At reperfusion, levels of central venous saturation were significantly higher (P = 0.016) and levels of lactate significantly lower (P = 0.029) in the DHCA group. After CPB, thermodilution measurements revealed higher stroke volume and lower peripheral resistance in the TRCP group (P = 0.012 and 0.037). At the end of the experiment, no significant differences regarding laboratory and haemodynamic parameters were evident. All specimens showed enrichment of terminal deoxynucleotidyl transferase-mediated deoxyuridine triphosphate–biotin nick-end labelling-positive cells exclusively at the left ventricular subendocardium with no difference between groups and equal concentrations of cyclo-oxygenase-2. CONCLUSIONS: TRCP is associated with decreased peripheral resistance and higher stroke volume immediately after CPB. However, this beneficial effect is contrasted by signs of lower body hypoperfusion, which is expressed by lower central venous saturations and higher lactate levels. Distinct strategies of organ protection did not seem to affect apoptotic/necrotic and inflammatory changes in the left ventricular myocardium.
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1.1. Hintergrund und Ziele Der tief hypotherme Kreislaufstillstand (englisch: deep hypothermic circulatory arrest, DHCA) galt lange als Methode der Wahl, um eine adäquate Organprotektion bei Aortenbogeneingriffen gewährleisten zu können. Eine Körpertemperatur von nur 18°C und darunter bietet jedoch nur für ein kurzes Zeitfenster einen absoluten Schutz bei abgestelltem Kreislauf und birgt ebenfalls perioperative Risiken. Eine mitunter nachhaltige Störung der zellulären Homöostase, der Thrombozytenaggregation, der Nierenfunktion sowie der zerebralen Autoregulation sind u.a. bekannt. Eine scharfe Trennung zwischen einer ischämiebedingten und temperaturbedingten Schädigung ist primär schwierig. Erst durch die Erhöhung der neuronalen Ischämietoleranz mittels selektiver zerebraler Perfusion konnte die Körperkerntemperatur für Aortenbogeneingriffe auf 28°C (englisch: tepid regional cerebral perfusion, TRCP) angehoben werden. Die systemischen Nebenwirkungen der Hypothermie und ischämischen Ereignisse konnten so reduziert werden. Das Ziel dieser experimentellen Arbeit war es die Auswirkungen dieser beiden unterschiedlichen Methoden der Organprotektion auf das hämodynamische Verhalten sowie auf die kardiale Integrität zu untersuchen. 1.2. Methoden An 10 männlichen Ferkeln (mittleres Gewicht: 10,9 ± 1,0 kg) wurde mit Hilfe der Herz-Lungen-Maschine eine 60-minütige Abklemmung des Aortenbogens und der Aorta durchgeführt. Dabei wurden die Tiere entsprechend ihrer Randomisierung entweder mittels tief hypothermen Kreislaufstillstand bei 18°C (Gruppe DHCA, n=5) oder mittels selektiver zerebraler Perfusion bei 28°C (Gruppe TRCP, n=5) operiert. Neben der wiederholten Bestimmung von Blutgaswerten sowie Herzenzymen (Troponin-I und NT-pro-BNP) wurden die hämodynamischen Parameter mittels Thermodilution vor und nach Anschluss an die Herz-Lungenmaschine erhoben. Zwei Stunden nach kardiopulmonalem Bypass wurden Biopsien des Myokards mittels Western-Blot Technik auf die Expression von Cyclooxygenase-2 (COX-2) und mittels TUNEL-Analyse auf mögliche apoptotische Zellen untersucht. 1.3. Ergebnisse und Beobachtungen Während der Reperfusionsphase erwiesen sich sowohl eine Erhöhung der zentralvenösen Sättigung (p=0.032), als auch eine Reduktion der Laktatwerte (p=0.029) in der DHCA-Gruppe als statistisch signifikant. Nach Abgang von der Herz-Lungenmaschine zeigte sich ein gesteigertes Schlagvolumen und ein erniedrigter peripherer Widerstand in der Gruppe TRCP (p=0.012 und 0.037). Zwei Stunden nach kardiopulmonalem Bypass konnten weder hinsichtlich der laborchemischen noch der hämodynamischen Parameter signifikante Unterschiede zwischen beiden Gruppen nachgewiesen werden. In allen Myokardproben waren in gleichem Ausmaß TUNEL-positive Zellen detektierbar, welche streng auf das linksventrikuläre Subendokard begrenzt waren. Die Expression der Cyclooxygenase-2 (COX-2) war in den Gruppen DHCA und TRCP vergleichbar. 1.4. Schlussfolgerungen und Diskussion Die experimentellen Ergebnisse der vorliegenden Großtierstudie zeigen für DHCA und TRCP gleichwertige Resultate hinsichtlich der Auswirkungen auf Hämodynamik und myokardiale Integrität. Es besteht kein vorteilhafter Einfluss auf das Ausmaß der Apoptose oder Inflammationsreaktion im Myokard für beide Methoden, wobei sich das Subendokard als vulnerabelstes Areal darstellte. Der verminderte periphere Widerstand, einhergehend mit einem erhöhten Schlagvolumen, führte postoperativ zu einer kurzzeitig günstigeren Hämodynamik in der TRCP-Gruppe unmittelbar nach Abgang von der Herz-Lungenmaschine. Die Organprotektion der unteren Körperhälfte unter moderater Hypothermie und regionaler zerebraler Perfusion scheint allerdings begrenzt, was sich in den erhöhten Laktatwerten der TRCP-Tiere äußerte. Die Kombination von TRCP mit einem selektiven viszeralen Perfusionsverfahren könnte dem entgegenwirken und zu einem zusätzlichem Vorteil führen. Hierzu sind jedoch weitere Studien notwendig.