Einfluß normothermer Ischämie mit nachfolgenden unterschiedlichen hypothermen Konservierungen auf die endothelabhängige Relaxation der epicardialen Coronararterien des Schweins

Abstract

Einfluß normothermer Ischämie mit nachfolgenden unterschiedlichen hypothermenKonservierungen auf die endothelabhängige Relaxation der epicardialenCoronararterien des Schweins.Ziel dieser Studie war es, die Auswirkungen der hypothermen Konservierung mitunterschiedlichen Konservierungslösungen und nach unterschiedlich langer Vorschädigungder Coronararterien durch normotherme Ischämie auf die Funktionsrestitution des Endothelszu untersuchen.Als Konservierungslösungen wurden für diese Studie die weit verbreitete kardioplegischeHTK-Lösung, die UW-Lösung sowie die modifizierte HTK-Lösung (m-HTK) verwendet. DieModifikation der m-HTK-Lösung bestand aus dem Zusatz der Substanzen Hyaluronidase,Adenosin, Calciumchlorid und 2,3-Butandion Monoxim (BDM). Die m-HTK-Lösung wurdebei gleichzeitiger Anwendung der coronaren Sauerstoffpersufflation (m-HTK+COP)eingesetzt. Die getesteten Coronargefäßringe wurden vor Beginn der Konservierung einernormothermen Ischämie ausgesetzt. Die Ischämiezeiten betrugen 60, 120 und 180 Minuten.Die anschließende Konservierung erfolgte unter hypothermen Bedingungen (0-1°C) über denprotrahierten Zeitraum von 24 Stunden.Die endotheliale Funktionsrestitution wurde anhand der Stimulation des Endothels zurProduktion vasodilatorischer Stoffe überprüft. Hierzu wurden folgende Substanzen eingesetzt:Substanz P, Bradykinin und Serotonin. Zu Beginn der Testung wurde eine Schädigung derglatten Gefäßwandmuskulatur aller Coronararterien unabhängig vom Zustand des Endothelsdadurch ausgeschlossen, dass durch Kaliumchlorid eine gute Kontraktion hervorgerufenwerden konnte. Die Testsubstanzen bewirkten auf unterschiedlichem Wege die endothelialeFreisetzung vasodilatativer Substanzen (NO, Prostazyklin und EDHF). Als Maß für dieÜberprüfung der Funktionsrestitution des Endothels diente die Dilatation der Coronararteriendurch die jeweils verabreichte Substanz, in Relation zur Präkontraktion durch ProstaglandinF2& #945;. Das Ausmaß des endothelialen Schadens wurde anhand der unterschiedlichenDilatationsstärken ausgemacht. Vergleichend wurden Gefäßdilatationen durch direkt auf dieGefäßmuskulatur relaxierend wirkende Substanzen (Sodiumnitroprussid und Papaverin)provoziert.Zusätzlich wurde eine immunhistochemische Untersuchung an humanen coronarenEndothelzellen durchgeführt. Durch die immunhistochemische Färbung der Endothelzellenmit spezifischen Antikörpern konnten die Anwesenheit der NO-Synthase, sowie dieReaktionsprodukte freier Radikale, wie Nitrotyrosin und 8-Isoprostan nachgewiesen werden.Die endotheliale Ischämie wurde durch eine 180-minütige Argonbegasung hervorgerufen.Zudem wurden Zellen die mit Argon begast wurden für 24 Stunden bei 0-1°C in eine HTKLösungverbracht.Die Ergebnisse zeigen, dass die endotheliale Funktionalität der Coronararterien derKontrollgruppen nach 60, 120 und 180-minütiger normothermen Ischämie gut erhalten war.Jedoch zeigten sich bezüglich der endothelialen Funktionsrestitution deutliche Unterschiedein den verschiedenen Konservierungslösungen nach 24-stündiger hypothermer Lagerung. Diesignifikant schlechtesten Funktionsergebnisse, insbesondere nach längeren Ischämiezeitenwiesen die Coronararterien nach Konservierung in der HTK-Lösung auf. Ein tendenziellbesserer Erhalt der endothelialen Coronararterienfunktion zeigte sich nach der Konservierungmit der UW- Lösung. Im Falle steigender Ischämiezeiten stellte sich, wenn auch nur als Trendzu besseren Mittelwerten die Konservierung der Coronararterien mittels m-HTK+COP alsam besten geeignet dar.Durch die immunhistochemische Färbung der humanen coronaren Endothelzellen konnte eineischämische Schädigung des Endothels durch die alleinige 180-minütige Argonbegasung unddurch die 180-minütige Argonbegasung mit anschließender 24-stündiger Konservierung inder HTK-Lösung festgestellt werden.Diese Studie zeigt, dass bei steigenden Ischämiezeiten die 24-stündige hypotherme Lagerungin der modifizierten HTK-Lösung zusammen mit der coronarenSauerstoffpersufflationstechnik im Vergleich zur HTK- und UW-Lösung dieFunktionsfähigkeit des coronaren Endothels am besten erhält, sowie die Endothelfunktionnach 180-minütiger Vorschädigung mittels normothermer Ischämie zu verbessern in der Lageist. Die UW-Lösung erweist sich, bezogen auf die endotheliale Funktion gegenüber derLagerung in der HTK-Lösung besonders nach längeren Ischämiezeiten als besser geeignet.

The influence of normothermic ischemia with subsequent variable hypothermicpreservations on the endothelium-dependent relaxation of the epicardial coronaryarteries of the pig.The aim of this study was to examine the effects of hypothermic preservation on therestitution of endothelial function of the coronary arteries using different types of preservationwith a preceding damage by normothermic ischemia of 1-3 hours.In this study, the widely-used cardioplegic HTK solution, the UW solution as well asmodified HTK solution (m-HTK) were used as preservation solutions.The modification of the m-HTK solution consisted in adding the substances hyaluronidase,adenosine, calcium chloride and 2,3-Butanedione monoxime (BDM). The m-HTK solutionwas used in combination with coronary oxygen persufflation (m-HTK+COP). The coronaryartery rings tested were exposed to normothermic ischemia prior to preservation. The durationof ischemia was 60, 120 and 180 minutes. The subsequent preservation was performed underhypothermic conditions (0-1°C) over a protracted time span of 24 hours.Endothelial restitution of function was then examined by provoking endothelial production ofvasodilatory substances. The following substances were used for that purpose: Substance P,bradykinin and serotonin. At the beginning of the examination, damage of the smooth muscletissue of all coronary arteries was ruled out by proving a contraction caused by potassiumchloride. The test substances caused the endothelial release of vasodilatative substances (NO,prostacyclin and EDHF) in various ways. The dilatation of the coronary arteries induced bythe test substances relative to the precontraction caused by PGF2a was used as the measure ofrestitution of coronary endothelial function. The degree of dilatation served as measure ofendothelial damage. For comparison specific smooth muscle relaxing substances like sodiumnitroprusside and papaverine were used to provoke vasodilatation.In addition an immunohistochemical examination of human coronary arterial endothelial cells(HCAECs) was carried out. Through immunohistochemical staining of the endothelial cellswith antibodies against specific epitopes it was possible to confirm the presence of nitricoxide synthase (eNOS) as well as the reaction products of free radicals such as nitrotyrosineand 8-isoprostane. Endothelial ischemia was induced by exposure to argon for 180 minutes.85Furthermore, cells that had been exposed to argon were preserved in a 0-1°C HTK solutionfor 24 hours.The results show that the endothelial functionality of the coronary arteries of the controlgroup after normothermic ischemia lasting 60, 120 and 180 minutes was well-preserved.However, large differences in endothelial restitution of function could be observed across thevarious preservation solutions after hypothermic storage lasting 24 hours. The significantlyworst results, especially after ischemia of longer duration, were shown by the coronaryarteries preserved in HTK solution. A tendency towards better preservation of endothelialcoronary function was shown after preservation in UW solution. In case of longer ischemiaperiods, preservation of the coronary arteries via m-HTK+COP proved to be the best method,although only as a trend towards better arithmetic means.Through the immunohistochemical staining of the human coronary arterial endothelial cells itwas possible to detect ischemic damage to the endothelium caused by 180-minute exposure toargon alone as well as 180-minute exposure to argon plus subsequent 24-hour storage in HTKsolution.This study shows that, with increasing periods of ischemia, the 24 hour hypothermicpreservation in modified HTK solution in combination with the coronary oxygen persufflationtechnique is more effective for the preservation of functionality of the coronary endotheliumthan the HTK and UW solution, and that it is also able to improve endothelium functionalityafter coronary damage following 180 minutes of normothermic ischemia. The UW solutionproves to be the more effective one with respect to endothelial functionality when comparedto simple ischemic storage in HTK solution, especially after prolonged periods of ischemia.