Abstract

The effect of aspartate and glutamate enriched blood cardioplegia on myocardial nitric oxide production and left ventricular function was assessed on twenty patients undergoing elective coronary artery bypass grafing. Routine blood cardioplegia was used in 10 patients (control group), glutamate and aspartate enriched blood cardioplegia was in the other 10 (study group). Cardioplegia was introduced antegradely and blood samples were collected through coronary sinus catheter for nitric oxide (NO) and enzyme levels. Hemodynamic measurements were done before and following cardiopulmonary bypass (CPB). The mean age was 61.3 ± 2.1 and 57.6 ± 2.4 years in the study and control group, respectively. The number of distal anastomosis, cross-clamp and times were similar between the two groups. Although NO leels were found to be higher in the study group, it did not reach statistical significance. There was no statistical difference in enzyme levels between the two groups, as well. However, hemodynamic measurements showed better left ventricular function in the study group (p < 0.05).

In conclusion, glutamate and aspartate enriched blood cardioplegia may be an alternative method for myocardial protection in patients with left ventricular dysfunction, in reoperations and in cardiac repairs necessitating longer aortic cross-clamp times.
Key words: Aspartate and glutamate, nitric oxide, left ventricular function.

Günümüzde açık kalp cerrahisinin gelişiminde cerrahi deneyimin yanısıra kardiyopulmoner bypass (CPB) ve myokard koruma tekniklerindeki ilerlemelerin büyük rolü vardır. Yüksek risk taşıyan operasyonların sıklığı da giderek artmaktadır. Acil, reoperasyon ve sol ventrikül disfonksiyonu gibi yüksek risk taşıyan hasta grubunda myokard korumasındaki yetersizlikler önemli mortalite ve morbidite sebebi olabilmektedir. Bu nedenle günümüzde halen myokard koruma tekniklerini geliştirmek amacıyla çalışmalar yapılmaktadır.

Elektif ve acil operasyonlarda başarılı cerrahi tekniğe rağmen ventrikül fonksiyonları iyi olan hastalarda da erken ölüm görülebilir. Kardiyak depresyonun sebepleri komplekstir ve bazen vasküler endotelyum hasarını ilgilendirebilir [1]. Endotelial hasar, vazodilatör ve vazokonstriktör maddeler arasındaki dengesizlik nedeniyle myokard disfonksiyonuna sebep olabilir.

Nitrik oksid (NO), NO sentetaz aracılığı ile L-arginin’den endotelde ve endokardda sentezlenip salgılanan bir vazodilatatördür [2-3]. Bu görülen trombosit agregasyonunu da ve adezyonunu inhibe eder. İskemi-reperfüzyon hasarı endotelial disfonksiyona sebep olursa [4] NO salınımı azalır [5-6], trombosit agregasyonu artar ve vazospazma zemin hazırlar. Bozulmuş NO oluşumu süperoksit radikallerinin endojen nötralizasyonunu azaltır ve myokardı reperfüzyon hasarına karşı daha hassas kılar, sonuçta postiskemik myokard depresyonu gelişebilir.

Aspartat ve glutamat besinsel olarak esansiyel olmayan yani vücutta sentez edilebilen aminoasitlerdir. Krebs siklüsüne girdikten sonra oksaloasitat ve alfa-keto glutarat üzerinden glukoneogenez için substrat oluşturarak kaslarda glikojen sentezine katkıda bulunurlar.

Bu çalışmada, kan kardiyoplejisine aspartat ve glutamat eklenmesinin sol ventriküle olan etkilerini endotel fonksiyonunun bir göstergesi olan NO sentezi üzerine etkisi bakılarak araştırıldı.

Methods

Bu çalışma aorta koroner bypass operasyonu olan 20 hasta üzerinde yapıldı. Hastalar Ege Üniversitesi Tıp Fakültesi Kalp-Damar Cerrahisi Anabilim Dalı’nda elektif olarak opere edildi. Ek kardiak ve diğer sistem patolojisi olan, sol ventrikül anevrizması bulunan hastalar çalışmaya alınmadı. Hastalar 10’ar kişilik 2 gruba ayrıldı. Kontrol grubundaki 10 hastaya rutin kullanılan kan kardiyoplejisi antegrad yoldan verilirken, çalışma grubundaki diğer 10 hastaya aspartat ve glutamatlı kan kardiyoplejisi yine antegrad yoldan verildi (Tablo 1). Gruplar arasında standardizasyonu sağlamak amacıyla hastalarda yaş, cinsiyet, EF, koroner lezyonları gibi preoperatif (Tablo 2).

ve CPB zamanı, kros klemp zamanı, yapılan distal anastomoz sayısı gibi peroperatif (Tablo 3) parametrelerinin birbirine yakın değerlerde olmasına dikkat edildi. Her iki grupta anestezi indüksiyonu ve idamesinde standart medikasyonlar kullanıldı. Bütün hastalara anestezi indüksiyonunda 5 g/kg Fentanil, 3-5 mg/kg Tiopental sodyum, 1 mg/kg Lidokain ve 0.1 mg/kg Panküronyum verildi ve anestezinin idamesinde Fentanil ve Enfluran kullanıldı.

Cerrahi Teknik

Bütün hastalara anestezi indüksiyonundan sonra, internal juguler venden Swan-Ganz kateteri yerleştirildi. Median sternotomi sonrası sol internal torasik arter (LİTA) ve vena safena magna hazırlandı. Assendan aortadan yapılan arter kanülasyonu ve sağ atrium aurikulasından yapılan two-stage venöz kanülasyon ile kardiopulmoner bypass (CPB)’a girildi. CPB ve X klemp altında LİTA pediküllü graft olarak, sol ön inen koroner artere (LAD) anastomoze edildi. Tüm hastalara kardiyopleji verebilmek için aort köküne antegrad kardiyopleji kanülü ve koroner sinüse de kapalı teknikle retrograd kardiyopleji kanülü yerleştirildi. Her iki gruptaki hastalar 28 ºC’ye kadar soğutuldu. Kan kardiyoplejisi, ¼ kristaloid solüsyon ile oksijenize kanın karışımından hazırlanarak, ayrı bir pompa başı yoluyla verildi. Bütün hastalarda diastolik kardiak arrest 37 ºC’deki warm induction’un 10 cc/kg’dan antegrad yoldan verilmesiyle sağlandı. Daha sonra soğuk kardiyopleji ile devam edildi. Distal anastomozlar X klemp altında yapıldı. Her 20 dk’da bir kardiyopleji verildi. LİTA LAD’e yapıldı ve bu anastomoz esnasında ısınma prosedürü başlatıldı. Kros klemp kaldırılmadan önce kontrollü reperfüzyon sağlamak amacıyla, %20 Mannitol içerikli kardiyoplejik solüsyon (hot shot) 10 cc/kg olacak şekilde verildi. Kontrol grubunda tüm bu aşamalarda rutin kan kardiyoplejisi verilirken, çalışma grubunda ise kardiyoplejinin veriliş aşamalarının tümünde kardiyoplejik solüsyona aspartat ve glutamat ilave edildi. Proksimal anastomozlar X klemp kaldırıldıktan sonra aortaya konan lateral klemp ile yapıldı. Rektal ısı 36 ºC olana kadar hastalar ısıtıldı.

Kan Gazı, Enzim ve NO Ölçümleri

Kan örnekleri her iki grupta retrograd kardiyopleji kanülünden sırasıyla CPB öncesi, soğuk kardiyopleji esnasında, 20 dk kardipleji esnasında, X klemp kalktıktan sonra ve CPB sonrası olmak üzere yaklaşık 5 cc alındı. Bu kan örneklerinden eş zamanlı olarak kan gazı (pH, PaCO₂, PaO₂, SaO₂) NO (nitrik oksit) düzeylerine bakıldı. Yalnızca enzimler (SGOT, SGPT, LDH, CPK, CK-MB) CPB öncesi ve CPB sonrasında alındı. Hemodinamik ölçümler ise CPB’a girilmeden önce ve pompa çıkışında yapıldı.

NO Ölçümü

Nitrik oksid kolorimetrik yöntem ile Boehringer Mannheim kiti (cat no: 1756 281) kullanılarak analiz edildi. Nitrik oksid ya da diğer adı ile nitrojen monoksid (NO) nitrat üzerinden mikrotitre plaklar üzerinden ölçüldü. Örnekte mevcut nitrat, nitrat redüktaz enziminin varlığında NADPH (nikotinamid adenin dinükleotid fosfat) ile nitrite indirgenir. Oluşan nitrit, sülfanilamid ve N-(1-naftil)-etilendiamin dihidroklorid ile reaksiyona girer ve kırmızı-mor diazo rengi meydana gelir. 550 nm dalgaboyunda absorbans okunur. Sonuçlar, standart solusyon (potasyum nitrat) kullanılarak çizilen kalibrasyon eğrilerinden yararlanılarak hesaplanır. Sonuçlar mikro-mol/L olarak alındı.

Hemodinamik Ölçümler

Ölçülen hemodinamik parametreler nabız (HR), ortalama kan basıncı (MAP), ortalama pulmoner arter basıncı (MPA, santral venöz basınç (CVP), pulmoner kapiller saplama basıncı (PCWP), kardiak output (CO), kardiak index (CI), sistemik vasküler rezistans (SVR), pulmoner vasküler rezistans (PVR), stroke volüm indexi (SVI), sol ventrikül stroke work indexi (LVSWI) ve sağ ventrikül stroke work indexi (RVSWI) tüm hastalarda CPB’tan önce ve CPB’tan sonra olmak üzere toplam 2 kez bakıldı ve sonuçlar iki grup arasında karşılaştırıldı.

Bunun dışında tüm hastalar, kardioplejik arrest sonrası spontan sinüs ritmine girip girmedikleri ve hastaneden externe edilinceye kadarki klinik bulgularıyla da (inotropik destek ve intraaortik balon pompası desteği, peroperatif myokard infarktüsü, aritmi-varsa tipi, morbidite) değerlendirildiler.

İstatistiksel analiz

Grupların gerek biokimyasal, gerekse hemodinamik parametrelerinin karşılaştırılması Bağımsız-Student t testi ile yapılmıştır. Student t testi yapılmadan önce bütün parametrelerde, varyans eşitliğinin araştırılması için Levene testi yapılmış ve Student-t testinin sonuçları varyans eşitliğine göre yorumlanmıştır. P<0.05 olması istatistiksel olarak anlamlı olarak kabul edilmiştir. Bütün değerler aritmetik ortalama SEM (Standart Error of Mean) olarak verilmiştir. Klinik parametrelerin karşılaştırılması için Mann-Whitney U testi yapılmış ve p<0.05 olması istatistiksel olarak anlamlı kabul edilmiştir. İstatistik analizler PC için SPSS programı ile yapılmıştır.

Results

Her iki grupta CPB öncesi, kardiyopleji verilirken, X-klemp ve CPB sonrasında koroner sinüsten alınan kan örneklerinde ölçülen NO değerleri arasında istatistiksel olarak anlamlı bir fark saptanmamıştır (Tablo 4).

Hemodinamik ölçümlerde sadece SVI, LCW ve RCW istatistiksel olarak anlamlı yüksek bulunmuştur. Diğer parametrelerde ise fark gözlenmemiştir. Diğer yandan SVR’de bir miktar düşme gözlenmesine rağmen (NO etkisi ?) istatistiki olarak anlamlı değildir (Tablo 5). Ölçülen enzim sonuçları Tablo 6’dadır. Bu tabloda gördüğümüz gibi spesifik bir miyokard enzimi olan CK-MB istatistiksel olarak kontrol grubunun post-op değerlerine göre daha düşük bulunmuştur. Diğer enzimler arasında belirgin bir farklılık yoktur.

Klinik İzlem

Çalışmaya alınan 20 hastanın birinde (çalışma grubundan) postop 60. günü multipl organ yetmezliği nedeniyle kaybedildi. Çalışma grubundan bir hasta hemoraji nedeniyle revizyona alındı. Peroperatuvar myokard infarktüsü gelişmedi. Hastalardan ihçbirine intraaortikbalon ve inotropik destek gerekmedi.

Antiaritmik tedavi kontrol grubundan bir hastaya uygulandı. Çalışma grubundan bir hasta postoperatif nörolojki hasar nedeniyle 70 gün yoğun bakım desteğinde kaldı, daha sonra servise gönderildi. Hemodinamik olarak iki grup arasında klinik seyri etkileyen farklılık saptanmadı.

Discussion

Aspartat ve glutamat sitrik asit siklüsünde fosforilasyon düzeyinde myositlerin anaerobik enerji üretimine katkıda bulunarak iskemik fazda korunmalarına yardımcı olabilir [7]. Günümüzde bazı çalışmalar aspartat ve glutamatlı kan kardiyoplejilerini oldukça yararlı bulmalarına karşın, diğer bazı gözlemciler kısa dönemli yararlı bulunmalarına karşın, diğer bazı gözlemciler kısa dönemli yararları olduğunu bildirmişlerdir [8-9].

Aspartat ve glutamat eklenerek verilen kan kardiyoplejisinin myokardiyal endotel fonksiyonlarını enerji metabolizmasına girerek indirekt etkilediğini söyleyebiliriz. Aspartat ve glutamat mitokondride ATP yapımını stimüle ederler. Aspartat ve glutamatlı kan kardiyoplejisi verilen çalışma grubunda koroner sinüsten ölçülen NO değerleri kontrol grubuna göre daha yüksek bulunmuştur (Tablo 4).

İstatistiksel anlamlılığa ulaşmamış olsa da, bu sonuç koroner dolaşımda daha çok NO üretildiğini yani endotel fonksiyonlarının daha iyi korunmuş olduğunun bir göstergesidir. Tsao ve Lefer’in yaptığı bir çalışmada endoteliyal hücre disfonksiyonunun iskemiyi takiben oluşan reperfüzyondan dakikalar sonra oluştuğunu ve zamanla ilerlediğini göstermişlerdir.

Bunun sonucunda NO oluşumunda azalma ve dolayısıyla da artan vazokonstriksiyon, artmış nötrofil adezyonu ve akümülasyonu oluşur [10]. Amaç endoteliyal kaynaklı NO üretimini olabildiğince dengede tutmaktır. Çünkü Nakanishi ve arkadaşları kan kardiyoplejisinden sonra morfolojik ve fonksiyonel olarak reperfüzyon safhasında endoteliyal hasarın oluştuğunu gösterdiler [11]. Fakat her endotel hasarını kontraktilite bozukluğunun izlemesi arasında sıkı bir kural yoktur. Hasarın boyutu ile ilgili olarak değişkenlik gösterebilir.

Bunun yanısıra çalışma grubunda CPB sonrası ölçülen CK-MB izoenziminin daha düşük bulunması kullanılan aspartat ve glutamatlı kan kardiyoplejisinin myokard korunmasında, rutin kullanılan kan kardiyoplejisine göre daha etkili olduğunu düşündürmektedir (Tablo 6). Bu sonuç endotel fonksiyonun, aspartat ve glutamatlı kan kardiyoplejisinin myokardiyal hücre metabolizmasına olumlu etki yaptığını düşündürebilir. NO’nun vazodilatatör etkisi myokardın önemli bir korunma mekanizmasıdır. NO üretiminde bozulma sonucu oluşan artmış vasküler rezistans perfüzyon bozukluğunu meydana getirir [12].

Endotelin 1 gibi vazokonstriktör ajanların lehine dengenin bozulması vasküler rezistansı arttırır, perfüzyon dengesini bozar ve myosit hasarı oluşur. Bu anaerobik fazda substratların metabolizmaya girmesi hücreye enerji sağlayarak endotel fonksiyonlarını koruması düşünülmüştür. Hemodinamik ölçümlerde gözlenen, aspartat ve glutamatlı kan kardiyoplejisi kullanılan gruptaki daha yüksek LCW ve RCW değerleri de bu görüşü destekler niteliktedir (Tablo 5).

Bu çalışmanın sonuçlarına göre her iki grupta da kontraktil fonksiyonlarda belirgin farklılık gözlenmemiştir. Böylece sol ventrikülün korunduğunu elektif olgularda sorun olmayacağını, aspartat ve glutamatlı kan kardiyoplejisinin bazı deneysel çalışmalarda olduğu gibi farklı pozitif etkilerinin istatistiksel olarak üstün olmadığını söyleyebiliriz. Bu tür substrat eklenmiş diğer kan kardiyoplejilerinin sonuçları da belirgin üstünlük olmadığını göstermektedir [13].

Biz aspartat ve glutamatlı kan kardiyoplejisinin ancak konjenital, redo, kötü sol ventriküllü ve uzun X klemp süreleri olan hastalarda alternatif yol olarak seçilmesi görüşündeyiz.

References

1) Seccombe JF, Schaf HV. Coronary artery endothelial function after myocardial ischemia and reperfusion. Ann Thorac Surg 1995; 60: 778-88.

2) Furcghott RF, Zawadzki JV: The obligatory role of endothelial cells in the relaxation of arterial smooth muscle by acetylcholin. Nature (Lond) 1980; 288: 373-376.

3) Dişçigil B, Pearson PJ, Chua YL, Evora PRB, Seccombe JF, Schaff HV. Novel technique to bioassay endocardium-derived nitric oxide from the beating heart. Ann Thorac Surg 1995; 59: 1182-6.

4) Kawata H, Sawatari K, Mayer JEJ. Evidence for the role of neutrophils in reperfusion injury after cold cardiopegic ischemia in neonatal lambs. J Thorac Cardiovasc Surg 1991; 103: 908-18.

5) Sawatari K, Kadoba K, Bergner KA, Mayer JEJ. Influence of initial reperfusion pressure after hypothermic cardioplegic ischemia on endothelial modulation of coronary tone in neonatal lambs. J Thorac Cardiovasc Surg 1991; 101: 77-82.

6) Furchgott RF. Role of endothelium in response of vascular smooth muscle. Circ Res 1983; 53: 557-73.

7) Swedjeholm R, Hakanson E, Vanhanen I. Rationale for metabolic support with amino acids and glucose-insulin-potassium (GIK) in cardiac surgery. Ann Thorac Surg 1995; 59 (2 Suppl): S15-22.

8) Asai T, Grossi EA, Leboutillier ML, Parish MA, Baumann FG, Spencer FC, et al. Resuscitative retrograde blood cardioplegia. Are amino acids or continuous warm techniques necessary? J Thorac Cardiovasc Surg 1995; 109: 242-8.

9) Bonchek LI, Burlingame MW, Vazales BE, Ferdinand NJ. Coronary bypass with substrate-enhanced cardioplegia versus non-cardioplegic technique for early revascularization in acute infarction. Eur J Cardiothorac Surg 1990; 4: 124-9.

10) Tsao PS, Lefer AM. Time course of mechanism of endothelial dysfunction in isolated ischemic – and hypoxic – perfused rat hearts. Am J Physiol 1990; 259: H1660-6.

11) Nakanishi K, Zhao ZQ, Vinten-Johansen J, Hudspeth DA, McGee DS, Hammon JW Jr. Blood cardiopegia enhanced with nitric oxid donor SPM-5185 counteracts postischemic endothelial and ventricular dysfunction. J Thorac Cardiovasc Surg 1995; 109: 1146-54.

12) Mizuno A, Baretti R, Buckberg G, Young H et al. Endothelial stunning and myocyte recovery after reperfusion of jeopardized muscle: A role of L-Arginin blood cardioplegia. J Thorac and Cardiovasc Surg 1997; 113: 379-88.

13) Ghomeshi R, Tian G, Ye J, Sun J et al. Aspartate/Glutamate/Enriched blood does not improve myocardial energy metabolism during ischemia-reperfusion: A 31P magnetic resonance spectroscopic study in isolated pig hearts. J Thorac and Cardiovasc Surg 1997; 113: 1068-80.