ISSN : 1301-5680
e-ISSN : 2149-8156
TURKISH JOURNAL OF
THORACIC AND
CARDIOVASCULAR SURGERY
Turkish Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery     
The Effects of Heparin-coated Circuits on Complement Activation and Pulmonary Injury: A Clinical Study
N. SARIOSMANOĞLU, Ö. OTO, E. HAZAN, Ü. AÇIKEL, *M. YÜCESOY, *H. BAHAR
Dokuz Eylül Üniversitesi Tıp Fakültesi, Göğüs, Kalp ve Damar Cerrahisi Anabilim Dalı;İzmir
* Dokuz Eylül Üniversitesi Tıp Fakültesi, Mikrobiyoloji Anabilim Dalı; İzmir

Abstract

The role on complement activation of cardiopulmonary bypass (CPB) with its side effects on pulmonary, cardiac and renal function is well known. The biocompatibility of these circulation systems have been improved with heparin-coated circuits. Heparin-coated circuits have dramatic effects on the coagulation cascade, but their role on complement activation has not been clearly defined. in this clinical study the effect of the heparin-coated circuits on complement activation is compared with both consumption of native C3, C4 and also formation of terminal complement complex C5b-9 (TCC). Early postoperative pulmonary function is also determined with measurements of static lung compliance, pulmonary vascular resistance and arterial blood gases. With cardiopulmonary bypass (CPB) native C3 and C4 were consumed, but the differece was not significant between two groups (p>0.05). Also TCC formation increased with CPB, but there were no significant differences between two groups at all measured intervals (p<0.05). Static lung compiance also did not show a significant difference between two groups. Pulmonary vascular resistance was significantly lower in the heparin-coated (HC) group in early postoperative period (p=0.001). We believe that the method of heparin binding may play a role in its diminished effect on complement activation, but tho general augmentation of the circuit’ s biocompatibility may explain its beneficial effect on pulmonary vascular resistance.

Kardiyopulmoner bypas sırasında kanın biyo- lojik olmayan yüzeylere temasının kompleman sisteminin aktivasyonuna yol açtığı bilinmekte- dir. Ekstrakorporeal dolaşımla komplemanın 3. komponenti gerek klasik gerekse alternatif yol- la aktive olur ve C3a, C3b olmak üzere iki kom- ponente ayrılır. C3a dolaşıma katılırken, C3b yüzeye yapışarak reaksiyonun magnifiye ol- masına yol açar [1]. Kompleman sisteminin ak- tivasyonu terminal kompleks (TCCC, C5-9) oluşumu ile son bulur. Terminal kompleks oluşumu nötrofil aktivasyonuna neden olur ve pulmoner, renal ve kardiyak fonksiyonların et- kilenmesine yol açar.

Kardiyopulmoner bypas (KPB) sistemlerinde kullanılan yüzeylerin biyolojik uyumluluğunu arttırmak amacıyla heparin ile kaplama yöntemi geliştirilmiştir [1,2]. Heparinin C3 konvertaz oluşumunu engelleyerek komple- man aktivasyonunu azalttığı invitro olarak gösterilmiştir. Heparinin kompleman üzerine olan bu etkisine karşın heparin kaplı yüzeylerin kompleman aktivasyonu üzerine olan azaltıcı etkisi net olarak gösterilememiştir [2].

Ekstrakorporeal dolaşımın pulmoner fonksi yonlar üzerine olan etkileri kompleman akti vasyonu ile en yakından ilişkilidir. Heparin kaplı sistemlerin kompleman aktivasyonu üzerine olan etkileri tam açıklığa kavuşmasa da, bu etkiden bağımsız olarak postoperatif erken dönem akciğer fonksiyonları üzerine olumlu etkileri olduğu gösterilmiştir [3].

Bu klinik çalışmada heparin kaplı ve kaplı olmayan sistemlerin kompleman aktivasyonu ve pulmoner fonksiyonlar üzerine olan etkileri karşılaştırılmıştır.

Methods

Kliniğimizde koroner bypas planlanan olgular randomize olarak 2 gruba ayrıldılar. Birinci gruptaki 15 olguda perfüzyon heparin kaplı olan (Duraflo II, spiral gold) sistem ile sağlanırken, ikinci gruptaki 15 olgu kontrol grubunu oluşturdu ve heparin kaplı olmayan benzer bir sistemle perfüze edildi. Preoperatif dönemde kalp yetmezliği, akciğer fonksiyon bozukluğu, kanama diatezi olan olgular çalışmaya alınmadı. Her iki gruba aynı anestezi protokolü uygulandı, her iki grupta da antikoagulasyon 3 mg/kg heparin ile sağlandı, hcparin dozu kardiyopulmoner bypas sonrası protamin ile nötralize edildi. Ekstrakorporeal dolaşım: Duraflo II sistemin deki kanla temas eden bütün elemanlar (oksijenatör, venöz rezervuar, kardiotomi rezervuarı, kanüller, tubing seti) heparin kaplıydı. Prime sıvısı 500 ml hidroksietil starch ve ringerlaktat bileşimi olacak şekilde 2000 ml' di. Kan basıncı ortalama 50-60 mmHg arası ve perfüzyon debisi 5-2.4 lt/dk arasında tutuldu. Tüm olgularda maksimum 28°C hipo- termi uygulandı ve pompa sırasında sodyum nitroprussid ile vazodilatasyon sağlandı.

Laboratuar çalışmaları: EDTA' lı tüplere arteryel kan örnekleri: KBP öncesi, KBP' nin 30. dakikası, aortik klemp kalmadan önce, protamin infüzyonu sonrası, kardiyopulmoner bypas bittikten 2 saat ve 24 saat olmak üzere 6 intervalde alındı.

Kan Numunemelerinde: Arteriyel kan gazları, trombosit sayısı, beyaz küre sayısı, C3, C4 ve terminal kompleman kompleks (TCC) seviyeleri bakıldı. Sonuçlarda hematokritteki düşüşe göre dilüsyon düzeltildi.

Hemodinamik Ölçümler: Kan basıncı, pulmoner arter basıncı, pulmoner kapiller wedge basıncı, kardiyak indeks Ölçümleri, postoperatif 2, 4, 8 ve 12. saatlerde yapıldı.

Pulmoner Fonksiyonlar: Pulmoner vasküler direnç ve statik akciğer kompleyansı postoper- atif ilk 12 saatte 2 saatlik intervallerde kaydedildi.

Results

İki grup arasında yaş, aort klemp zamanı, kardiyopulmoner bypas süresi, yapılan bypas sayısı açısından fark yoktu (Tablo 1).

Kan sayım sonuçları:

Beyaz küre:

Her iki grupta da kardiyopulmo ner bypasın 30. dakikasında düşme saptandı ancak iki grup arasında istatistik fark yoktu (Tablo 2 ve Şekil 1' de gösterilmiştir).

Trombosit:

Trombosit sayısı heparin kaplı olan ve olmayan grupta KPB' nin 30. dakikasında belirgin düştü. Heparin kaplı grupta bu düşüş daha fazlaydı ve fark istatistik! olarak anlamlıydı. Trombosit sayısındaki düşme KPB ile birlikte devam etti; fakat diğer zaman dilimlerinde anlamlı fark yoktu (Tablo 3 ve Şekil 2'de gösterilmiştir).

Kompleman:

C3 ve C4 titreleri KPB başlaması ile birlikte belirgin olarak düştü. Kompleman seviyeleri kardiyopulmoner bypas ile düşmeye devam etti. Protamin infüzyonu sonrası C3 ve C4 değerleri tekrar yükselmeye başladı, postoperatif 24 saat sonra preoperatif değerlere ulaştılar.

İki grup arasındaki tek anlamlı fark hem C3 hem de C4 seviyelerinde protamin infüzyonu sonrası görüldü ve heparin kaplı grupta bu seviyeler anlamlı olarak daha yüksekti (p = 0.035).

TCC seviyeleri KPB başlaması ile her iki grupta artmaya başladı. TCC seviyeleri protamin verildikten sonra en üst seviyelere ulaştı. Ancak her iki grup arasında anlamlı fark yoktu.

Statik Pulmoner Komplians:

Tüm zaman dilimlerinde iki grup arasında anlamlı fark yoktu. ( Tablo 7)

Pulmoner Vasküler Direnç:

Heparin kaplı grupta KPB sonrası ölçülen ilk değer anlamlı olarak daha düşüktü. Gene 2. ve 12. saatlerde yapılan ölçümler istatistiki olarak heparin kaplı grupta daha düşüktü (Tablo 8 ve Şekil 7’ de gösterilmiştir.).

Discussion

Kompleman sisteminin aktivasyonu, kardiyo- pulmoner bypasın neden olduğu önemli sorunlardan biridir. Oluşan ürünler, lökosit aktivasyonu ile birlikte kapiller geçirgenliği arttırarak pulmoner, renal ve kardiyak fonksiyon bozukluklarına yol açar [1, 2]. Ekstrakorporeal dolaşım sistemlerinin biyokompatibilitesini arttırmak amacıyla kanla temas eden yüzeylerin kovelan bağlı heparinle kaplanması fikri ortaya atılmış ve bu şekilde hazırlanan oksijenatör ve sistemler yakın tarihlerde piyasaya sürülmüştür. Heparin kaplı sistemlerin trombosit fonksiyonları ve pıhtılaşma üzerine etkileri kanıtlanmışsa da kompleman sistemi üzerine etkileri henüz tam olarak gösterilememiştir [3].

Bu çalışma, heparin kaplı CPB sisteminin kompleman aktivasyonu ve gene kompleman aktivasyonundan en fazla etkilenen, pulmoner fonksiyonlar, üzerine etkisini belirlemek amacıyla yapılmıştır. Kompleman aktivasyonunda kriter olarak nativ C3 ve C4'ün yıkımı ve TCC oluşumunu alınmıştır. C3 ve C4 seviyelerinde oluşan azalma kompleman aktivasyonunu belirleme açısından fazla hasas değildir, buna karşın C3 yıkım ürünü olan C3a ve C3b seviyelerinin tesbiti belirleyici olmalarına karşın oldukça labil olduklarından ölçümlerinin yapılması güçtür. TCC kompleman aktivasyonun son komponentidir ve stabil olduğu için ölçümünün yapılması kolaydır [4]. Bu nedenle çalışmamızda kompleman aktivasyonun gösteren temel parametre TCC olmuştur.

Çalışmamızda TCC oluşumu açısından heparin kaplı grup ile kontrol grubu arasında istatistiki olarak anlamlı bir fark saptanmamıştır. Bu sonuç Svennevig tarafından yapılan invitro çalışma ile uyumludur [5]. Heparinin yüzeye kovelan olarak bağlanma şeklinin buna yol açtığı düşünülmektedir. Heparin molekülünün antikoagulan ve kompleman aktivasyonunu engelleyen terminallerinin farklı olması ve kovelan bağlı molekülün etkinliğini yitirmesi, bu sonuçtan sorumlu tutulmaktadır [6].

Çalışmamızda aynı dozda heparin uygulanan iki grup hasta arasında kompleman aktivasyonu açısından belirgin bir fark gözlenmezken, pulmoner vasküler rezistans ölçümlerinde iki grup arasında belirgin fark saptandı. Pulmoner vasküler rezistans heparin kaplı grupta postoperatif erken dönemde kontrol gruba göre anlamlı olarak daha düşüktü. Heparin kaplı sistemlerin pulmoner fonksiyonlar üzerine olumlu etkileri Redmond tarafından domuzlar üzerinde yapılan bir çalışmada da gösterilmiştir [7]. insanlarda yapılan benzer bir çalışmada, tam doz heparin ile Ranucci, heparin kaplı sistemlerin pulmoner fonksiyon üzerine koruyucu etkisi olduğunu göstermiştir [8]. Bu etkinin kompleman aktivasyonundan bağımsız olduğu düşünülmektedir. Kardiyopulmoner bypas sonrası akciğer permeabilitesindeki değişikliklerin kompleman aktivasyonu ile ilişkisinin gösterilemediği Tennenberg' in çalışması da bu bulguları ve bizim sonuçlarımızı desteklemektedir [9].

Sonuç olarak heparin kaplı kardiyopulmoner bypas sistemlerinin tam doz heparin uygulanması ile birlikte kompleman sistemi aktivasyonu üzerine olumlu bir etkisini saptayamadık. Ancak bu sistemin kullanılması ile postoperatif pulmoner vasküler rezistansta belirgin bir düşme saptadık. Heparin kaplı sistemin kullanılması ile ilgili olarak olumsuz herhangi bir yan etki gözlemedik. Halen ek mali yük getirmeyen bu sistemlerin daha biyokompatible olması, kompleman aktivasyonu dışı olumlu etkilerinin olabilmesi nedeniyle, kullanılması düşünülebilir.

References

1) Kirklin JK. Prospects for underslanding and eliminaring the deleterious effects of cardiopulmonary bypass. Ann Thorac surg 1991; 51:529-31.

2) Gu JY, van Ocvercn W, Akkerman C, Boonstra PW, uy/.en RJ, Wildevuur CRH. Heparin coated circuits reduce the inflammatory response to cardiopulmonary bypass. Ann Thorac Surg 1993; 55: 917-21

3) Jones DR, Hill RC, Vasilakis A, Hollingsed MJ, Graebur GM, Gustafson RA, Cruzzavala JL, Murray GF. Safe use of heparin coated bypass circuits incorporating a pump oxygenator. Ann Thorac Surg 1994:57: 815-9.

4) Videm V, Fosse E, Mollnes TE, Carred P, Svennevig JL. Time for new concepts about measurement of complement activation by cardiopulmonary bypass? Ann Thorac Surg 1992; 54: 725-31.

5) Svennevig JL, Gerian OR, Karlsen H, Pedersen T, Mollnes TE, Kongsgard U, Froysaker T. Complement activation during extracorporeal circulation. J Thorac Cardiovasc Surg 1993; 106: 466-72.

6) Pekna M, Magman L, Halden E, Nilsson UR, Nilsson B, Thelin S. Complement activation during cardiopulmonary bypass: Effccts of immobilized heparin. Ann Thorac Surg 1994; 58: 421-

7) Redomand MJ, Gillinov AM, Stuart SR, Zehr KJ, Winkelstein JA, Hersowitz A, Cameron DE, Baumgartner WA. Heparin coated bypass circuits reduce pulmonary injury. Ann Thorac Surg 1993; 56:474-9.

8) Ranucci M, Cirri S, Conti D, Ditta A, Boncilli A, Frigiola A, Menicanti L. Beneficial effects of Duraflo II Heparin coated circuits on postperfusion lung dysfunction. Ann Thorac Surg 1996; 61: 76-81.

9) Tennenberg S, Clardy CW, Bailey WW, Solomkin JS. Complement activation and lung permea- bility during cardiopulmonary bypass. Ann Thorac Surg 1990; 50: 597-601.