Abstract

Levosimendan is a new phosphodiesterase-inhibitör inotropic agent with calcium-sensitizing properties. This study was planned to find its dose dependent cardiovascular effects in normal and postischemic conditions in comparison with amrinone. Guinea pig hearts were perfused with Krebs-Henseleit solution in Langendorff apparatus. Cardiac contractility, ECG were recorded and coronary flow measurements were made. Levosimendan or amrinone were applied from different columns in rising concentrations before and after cardioplegic arrest.

Levosimendan and amrinone did not change coranary flow and heart rate significantly at any concentration (p>0.05). Both groups had worse contractility in reperfusion period. Levosimendan was a more potent inotropic agent in the reperfusion period because this group had higher +dx/dtmax (p=0.004) values. Contractility was also better in levosimendan but this was not statistically significant (p=0.359). In conclusion, levosimendan is a betten inotropic drug for ischaemic hearts than amrinone and this may be due to its calcium sensitizing properties in addition to the phosphodiesterase inhibiting activity.

Kalp yetersizliğinde kasılabilme yeteneğini artırabilmek için geçerli olan temel farmakolojik yöntem ortamda aktinmyosin sisteminin kullanabileceği kalsiyumu arttırmaktadır [1]. Kardiyak glikozitler, badrenerjik reseptör agonistleri ve fosfodiesteraz III inhibitörleri pozitif inotropik etkilerini sırasıyla, sarkolemmal Na-K adenozin trifosfataz aktiviseninin inhibisyonu, adenilat siklazsiklik adenozinmonofosfat (cAMP) yolunun uyarılması ve cAMP yıkılmının

engellemesi ile gösterirler. Tümünde ortak olan özellik membran depolarizasyonu sonrası kontraktil aktivasyon için gerekli olan miyoplazmik kalsiyum düzeyini arttırmalarıdır [1].

Buna karşın yakın zamanda troponin C’nin ortamda varolan kalsiyuma duyarlılığını arttrarak etki eden, pimobendan ve sulmazol gibi daha spesifik inotropik ajanlar geliştirilmiştir [2,3]. Bu grup ilaçların aynı zamanda fosfodiesteraz III üstüne kısmen engelleyici etkileri

vardır ve diyastolde kalsiyum kontraktil cisimden ayrılarak izovolemik relaksasyon sağlanır. Bu etkileri ile kalsiyum duyarlılığını arttırcı ilaçlar iskemik kalp hastalığına bağlı pompa yetersizliğinin akut ve kronik tedavisinde önemli rol oynayabilir [4]. Bu grup içinde levosimendan (OR-1259) son olarak geliştirilen ilaçlardan biri olup henüz deneysel ve faz 1 klinik çalışmalaır süregelmektedir [5].

Levosimendanın global miyokardiyal iskemi sonrası kardiyovasküler etkileri yeterince incelenmemiştir. Bu deneysel çalışmada kardiyo-plejik arrest öncesi ve sonrası levosimendanın doza bağımlı direkt kardiyak etkilerini, aynı konsantrasyonlarda uygulanan amrinonla karşılaştırmalı olarak belirlemeyi amaçladı.

Methods

Bu çalışmada her iki cinsten 500-800 gr ağırlığında kobay kalpleri kullanıldı. Deneyle ilişkili tüm ön hazırlıklar tamamlandıktan sonra denekler sert bir çubukla kafaya vurulan darbe ile öldürüldü. Eter, halotan gibi ilaçların kalbe depresif etkileri bulunduğundan kullanılmasından kaçınıldı. Göbekten boyuna kadar yapılan kesi ile toraks açıldı. Henüz atmakta olan kalp, aortada en az 2 mm’lik bir mesafe kalacak şekilde çıkartıldı. Önceden hazırlanmış olup buz içinde bekleyen +4° C’de, heparinlenmiş Krebs-Henseleit solüsyonuna kondu. Bu sıvı içinde aort etrafındaki dokular temizlenip pre-parasyon tamamlandı ve ardından kalp Langendorff sisteminde Krebs-Henseleit solüsyonuyla (Na+137, K+ 4.5 Mg++ 1.2, Ca++ 2.5, Cl 134, HCO3-15.5, H2PO4-1.2 ve glikoz 11.5 mmol) perfüze edildi [6].

Çalışan kalpte mevcut enerji kaynakları tükenip hızla doku hasarı gelişeceğinden kalbin eksize edilmesinden Langendorff sisteminde retrograd perfüzyon başlamasına kadar geçen süre 60 saniye altında tutuldu. Hazırlama süresi 60 saniye üstünde ise, bu denekler çalışma dışı bırakıldı. Aortasından Langendorff kanülüne bağlanıp kalp ipekle tespit edildi. Retrograd Krebs-Henseleit solüsyonu ile perfüzyon devam ederken ventrikül kasılmasının yazdırılması için kalbin apeksinden 4/0, 13 mm iğneli atravmatik ipek geçirildi. Sabit ısıda tutulabilmesi için kalp, cidarları 37° C sabit ısıda tutalan bir cam kabın içine konuldu. Apeksdeki ipek FTO3 izometrik transdüsere bağlandı ve kayıtlar bir Grass poligrafla yapıldı. Kalplere bu esnada 5 g gerim verildi.

Apeksin altına konan ölçülü kap ile koroner sıvı toplandı. Bu sıvı deneyin tüm periyodlarında aynı olarak toplanarak koroner akım hesaplandı. Tüm deney süresince kontraksiyon amplitüdleri ve EKG kaydedildi. Yirmi dakikalık stabilizasyon döneminden sonra levosimendan veya amrinon (her iki grup için n=6) 5’er dakika süreyle artan konsantrasyonlarda 10^-8, 10^-7.5, 10^-7, 10^-6.5, 10^-6 M) uygulandı,

Ölçümler ilaç uygulamasının son dakikasında yapıldı. Deney sonunda kalpler 120°C’de 6 saat süreyle kurutuldu ve parametreler kuru kalp ağırlığına endekslendi. Çalışmada kullanılan tüm solüsyonlar deney sabahı taze olarak hazırlandı. Levosimendan solüsyonlara deney-den hemen önce karıştırıldı. Levosimendan Orion Corporation, Orion – Farmos, Espoo, Finlandiya tarafından hediye edildi. Çalışmada elde edilen verilerin ortalaması ve standart hatası hesaplandı. İstatistiksel incelemede tek yönlü Anova kullanıldı, p<0.05 anlamlı kabul edildi.

Results

Kasılma: Her iki gruptaki kalplerin kasılma güçleri amrinon veya levosimendan uygulan-masıyla arttı. Levosimendan grubunda artışlar daha fazla olsa da gruplar arasında kontrol ve reperfüzyon dönemlerinde istatistiksel farklılık saptanmadı

+dx/dmax: Kasılma gücünün zamana göre değişimini gösteren bu kriterde levosimendan grubu amrinona göre daha güçlü değişimler gösterdi, reperfüzyon döneminde bu değişimler istatistiksel olarak anlamlıydı (p=0.004)

-dx/dtmin: Gevşemenin zamana göre değişimni gösteren bu kriterde levosimendan grubu amri-nona göre daha güçlü değişimler gösterdi, hem kontrol (p=0.011) hem de reperfozyon (p<0.001 dönemlerinde bu değişimler istatistiksel olarak anlamlıydı

Kalp hızı: Deney boyunca kalp hızı artan dozlarda sadece levosimendanda kontrol döne-minde artış gösterdi, ancak bu değer istatistiksel olarak anlamlı değildi (p>0.05)

Koroner akım: Uygulanan dozlarda kontrol veya reperfüzyon dönemlerinde herhangi bir değişim saptanmadı (p>0.0.5)

Discussion

Fosfodiesteraz III inhibitörleri pozitif inotropik ve vazodilatör etkileri ile postoperatif düşük kalp debisi sendromunda kullanım alanı bul-muşlardır [7,8]. Klinik ve deneysel çalışmalarda diğer inotropik ajanlardan farklı olarak anti-iskemik özelliklerinin olduğu gösterilmiş ve özellikle kalp cerrahisi sonrası düşük kalp debisi sendromunda kullanımı önerilmiştir [8,9]. Myofilamanların kalsiyuma duyarlılığını artırarak pozitif inotropik etki sağlanması ise yeni bir farmakoloik yaklaşımdır ve saf fosfodiesteraz inhibitörlerinden farklı olarak miyokard oksijen kullanımını arttırmadıkları bildirilmektedir[10].

Hipoksik veya iskemik miyokardiyumda oluşan intrasellüler asidoz ve troponin I’in cAMP’ye bağlı fosforilizasyon artışı nedeniyle ortamda varolan kalsiyum miyofibriller tarafından yete-rince kullanılamaz. Çeşitli inotropik ajanlarda bu kalsiyum düzeyinin arttırılması ise kontrak-tilite artışında çok kalsiyum yüklenmesi ve doku hasarına yolaçabilir [11]. Bu nedenle teorik olarak miyokardiyal kontraktil yapının kalsiyuma duyarlılığının arttırılması ideal bir terapötik yaklaşım gibi görünmektedir. Levo-simendanın kalsiyum içe akım artışına yol açmadan kontraktil proteinlerin kalsiyuma duyarlılığını arttırarak etki gösterdiği kanıtlanmıştır [12].

Rump ve ark. saf fosfodiesteraz inhibitörü amrinon ve milrinone ile bu etkiye ek olarak kalsiyuma duyarlılığı arttırıcı özelliği olan levosimendanın fonksiyonel ve antiiskemik özelliklerini izole tavşan kalplerinde araştırmışlardır [13]. Bu çalışmada sirkumfleks koroner arterin posterolateral dalı bağlanarak akut miyokardiyal iskemi oluşturulmuş ve epikardiyal NADH-floresan fotoğraf tekniği iskemi ile düzeyi ölçülmüştür. Koroner oklüzyonda 30 dk sonra milrinon veya levosimendan uygulanarak değerler kontrol grubu ile karşılaştırılmıştır. Kontrol grubunda miyokardiyal iskemi düzeyi değişmemesine karşın milrinon ve levosimendan epikardiyal NADH-floresans alanını belirgin ölçüde azaltmışlardır. Miyokard iskemisini azaltmada milrinon ve levosimendan arasından arasında ise fark bulunmamıştır.

Müller ve ark. Domuz yavrularında yaptıkları bir çalışmada 10 gün oral levosimendan uygulaması sonrasında ön inen koroner arteri bağlayarak iskemi oluşturmuşlar ve ardından IV levosimendan vermişlerdir [14]. Radyoaktif mikrosferler ile yaptıkları incelemede levosimendanın iskemik ve noniskemik zona kan akımını plaseboya oranla belirgin olarak arttırdığını göstermişlerdir. Siklik GMP benzeri etki ile levosimendanın sol ventrikül kan akımını arttırdığını ve aynı zamanda aritmojenik etkisinin olmadığını göstermişlerdir.

Levosimendanın global iskemi sonrası etkileri henüz araştırılmamıştır. Bu çalışmada 5 dk St. Thomas Hastanesi Kardiyoplejik solüsyonu ile kalp durdurulmuş ve 30 dk normotermik global miyokard iskemisi oluşturulmuştur. Ardından kalpler, Krebs-Henseleit solüsyonuyla 10 dk süreyle perfüze edildikten sonra levosimendan ve amrinon için doz-cevap eğrileri çıkartıl-mıştır. Deneylerde sol ventrikül fonksiyon parametreleri olarak kontraktilite, +dx/dtmax, dx/dtmin, kalp atım hızı ve koroner sinüs akımı ölçülmüştür. Ayrıca elektrogram izlenmesi ile ilaçların aritmojenik etkileri araştırılmıştır. Levosimendan ve amrinonun tüm kullanılan konsantrasyonlarda koroner akım, kalp atım hızı ve elektrogramda herhangi bir değişikliğe yol açmadığı görülmüştür.

Levosimendan grubunda iskemi öncesi doz cevap eğrisinde yüksek konsantrasyonlarda kal-bin atım hızında bir artış görülse de bu durum istatistiksel olarak anlamlı bulunmamıştır. Reperfüzyon döneminde her iki grupta da kasılma değerleri preiskemik değerlerden daha kötü bulunmuştur. Ancak levosimendan daha yüksek +dx/dtmax değerlerine ulaşmıştır ve fark istatistiksel olarak anlamlıdır (p=0.004). kasılma değerleri levosimendan grubunda daha yüksek olmasına karşın fark istatistiksel olarak anlamlı düzeye ulaşmamıştır (p=0.359). Bu bulgularla levosimendanın amrinondan daha iyi inotropik bir ajan olduğu düşünülmektedir.

Bulgularımız arasında bizce en önemlisi levosimendan grubunda gevşemenin (dx/-dtmin)’de artmış olduğunun bulunmasıdır. Amrinon ve milrinon diyastolde relaksasyonu geciktirirler ve bu yan etki fosfodiesteraz III inhibitörlerinin uzun süreli kullanımını kısıtlar [15]. Ancak levosimendanın direkt intrasellüler mekanizmalarla pozitif lusidotropik (relaxation) etkisi gösterilmiştir. Bu etkinin mekanizmaları arasında protein kinaz ile indüklenen troponin C’den Ca++ ayrılmasının hızlandırılması ve troponin I yoluyla sarkoplazmik retiküler Ca++- ATP fonksiyonunun arttırılması öne sürülmüştür [15].Bulgularımız da bu bilgileri destekler niteliktedir.

Gönüllü insanlar [16] ve akut kalp yetersizlikli hastalarda [17] yapılan ön klinik çalışmalarda levosimendanın pozitif inotropik ve vazodilatatör etkileri görülmüş ve tekapötik dozlarda yan etki gözlenmemiştir. Halihazırda ilacın fosfodiesteraz III inhibitörleri ve dobutamin ile karşılaştırmalı klinik ön çalışmaları süregelmektedir. Kanımızca levosimendan kalp cerrahisi sonrasında görülen pompa yetersizliğinde kalsiyum birikimine yol açmadan sağladığı pozitif inotropik ve vazodilatatör etkileri ile geniş kullanım alanı bulacaktır.

References

1) Katz AM: Changing strategies in the management of heart failure. J Am Coll Cardiol 1989; 13:513-23.

2) Böhm M, Morano I, Pieske B, Rüegg JC, Wankerl M, Zimmermann R, et al: Contribution of cAMP- phosphoesterase inhibition and sensitization of the contractile proteins for calcium to the inotropic effect of pimobendan in the failing human myocardium. Circ Res 1991; 68:689-701.

3) Van Meel JCA, Zimmermann R, Diederen W, Erd- man E, Mrwa U: Increase in calcium sensitivity of cardiac myofibrils contributes to the cardiotonic ac- tion of sulmazole. Biochem Pharmacol 1988; 37:213,20.

4) Hajjar RJ, Gwathmey JK: Calcium-sensitizing inot- ropic agents in the treatment of heart failure: A cri- tical view. Cardiovasc Drug Ther 1991; 5:961-66.

5) Haikala H, Nissinen E, Etemadzadeh E, Linden IB, Pohto P: Levosimendan increases calcium sensitivity without enhancing myosin ATPase activity and im- pairing relaxation. J Mol Cell Cardiol 1992; 24 (Suppl V): 97-105.

6) Stowe DF, Bosnjak ZJ, Kampine JP: Comparison of etomidate, ketamine, midazolam, propofol, and thi- opental on function and metabolism of isolated he- arts. Anesth Analg 1992; 4:547-58.

7) Leyen V Der H, Schmiz W, Scholz H, Scholtz J: New positive inotropic agents acting by phosp- hodiesterase inhibition or alpha 1-adrenergic sti- mulation. Pharmacol Res 1989; 21:329-37.

8) Lee KF, Weschsler AS: Cardiogenic shock se- condary to myocardial infarction: Baue AE; Glenn's thoracic and cardiovascular surgery. New Jersey, Prentice-Hall International Inc 1996; p.2103-2113.

9) Rump AFE, Blazincic, Klaus W: Effect of amrinone and milrinone on myocardial ischemia extent and in- farct size in isolated rabbit hearts, Drug Res 1993; 43:1262-66.

10) Herzig JW, Quast U: On the role of Ca binding proteins as possible target for Ca sensitizing agents. Z Kardiol 1992; 81:49-55.

11) Rüegg CR, Barth Z, Amer A: Determinants of the calcium sensitivity of the contractile proteins: Basic concepts. In: Novel approaches in the treatment of the failing heart. Abstract Book, 1995; p.4-5.

12) Pollesello P, Ovaska M, Kaivola J, Tilgman C, Lundstrom K, Kalkkinen N, et al: Binding of a new Ca sensitizer, levosimendan, to recombinant human cardiac troponin C. A molecular modeling, flo- rescence probe, and proton nuclear magnetic re- sonance study. j Biol Chem 1994; 269:28564-90.

13) Rump AFE, Acar D, Klaus W: A quantitative comparison of functional and anti-ischemic effects of phosphodiesterase-inhibitors, amrinone, milrinone and levosimendan in rabbit isolated hearts. Br J Phar- macol 1994; 112:757-62.

14) Müller CA, Opie LH, Hofmann D, McCarthy J: Effect of levosimendan in a pig model of ischemia and reperfusion. In: Novel approaches in the tre- atment of the failing heart. Abstract Book, 1995; p.10-11.

15) Pagel PS, Harkin CP, Hettrick MS, Waritier DC: Levosimendan (OR-1259), a myofilament calcium sensitizer, enhances myocardial contractility bur does not alter isovolumic relaxation in conscious and anesthetized dogs. Anesthesiology 1994; 81:974-87.

16) Lilleberg J, Sundberg S, Hayha M, Akkila J, Ni- eminen MS: Haemodynamic dose-efficacy of le- vosimendan in healthy volunteers. Eur J Clin Phar- macol 1994; 47:267-74.

17) Luomanmaki K, Jousela I, Lehtonen L, Nieminen MS, Takkunen O, Peuhkurinen K: Efficacy of le- vosimendan in the treatment of acute heart failure. In: Novel approaches in the treatment of the failing heart. Abstract Book, 1995; 20-21.