Abstract

Purpose:

Myocardial ischemia and reperfusion result in ventricular dysfunction and arythmias. The aim of this study is to investigate the effectivity of allopurinol, an inhibitor of enzyme xantine oxydazse, in preventing reperfusion injury in coronary artery bypass patients.

Materials and Methods: Fifteen patients scheduled for elective coronary artery by-pass grafting (CABG) were included in this study, and the other 15 as a control group. A total of 1200 mg. allopurinol was given per orally to the study group patients, 600 mg. at the preoperative night, and 600 mg. in the morning just before to the operation. Cardiac index and left ventricular stroke work index (LVSWI) measurements were calculated for a period of 24 hours after cardio pulmonary by-pass (CPBP). Serum myocardial isoenzime of creatine kinase (CPK-MB), aspartat transferase (AST) and lactic dehidrogenase (LDH) level were studied just after the release of X-clamp and troughout 5 days once daily. The need for inotropic support and new begininng arrhythmias were noted in the clinical follow-up.

Results:

The study group had a better left ventricular performance, lesser arrythmias and lesser need for inotropic support than the control group. There was a reduced level of myocardial isoenzime of creatine kinase (CPK-MB), and lactic dehidrogenase (LDH) which were not significant. Levels of aspartat transferase (AST) were not different between two groups.

Conclusion:

Ischemia reperfusion injury of the myocardium can be reduced by preoperative use of allopurinol.

Kalp cerrahisinin ilk yıllarında, erken postoperatif dönemde görülen ve fatal seyredebilen düşük kalp debisi durumunun, bizzat kardiak girişimin hasarlayıcı etkisinden kaynaklanabileceği olasılığı üzerinde pek durulmadı. Koroner arter cerrahisinin yaygınlaştığı 1970’li yılların başında, cerrahi girişim uygulanan hastalarda dikkat çekici oranda perioperatif transmural miyokard infarktüsüne rastlanması, ilgilerin bu konu üzerine yoğunlaşmasına neden oldu [1]. Reperfüzyon hasarının oluşmasında birçok mekanizma öne sürülmekle birlikte, son zamanlarda ilgi, serbest radikallerle başlatılan oksidan stresin, hücresel iyon regülasyonu üzerindeki etkisine yoğunlaşmıştır [2]. Reperfüzyon aritmileri gibi kritik olaylar oldukça ani olmakta ve reperfüzyon sonrası 60 saniye içinde gelişmektedir [3]. Son yıllarda, bir süre miyokard iskemisi sonrasında birçok farklı seyrin ortaya çıkabileceği ve sınırlı olmakla birlikte bu seyrin değiştirilebileceği görüldü.

Reperfüzyonun yol açabileceği istenmeyen hücresel değişikliklerden en fazla tartışılanı mekanik işlev bozukluğudur [4]. Bu duruma yol açan mekanizmalar özetle; hücre içi yüksek enerjili fosfatların azalması, sitotoksik oksijen kökenli serbest radikallerin oluşumu, kalsiyum homeostazındaki değişiklikler ve reperfüze edilen alanda mikrosirkülasyonun azalmasıdır [5-6]. Ancak bunlar arasında üzerinde en çok durulanı, serbest oksijen radikalleri ile oluşan hasar ve kalsiyum homeostazındaki değişikliklerdir [7-8].

Methods

Bu ileriye dönük çalışmaya elektif olarak koroner by-pass cerrahisi uygulanan 30 hasta dahil edildi. Hastalar 15 kişiden oluşan iki gruba ayrıldı. Birinci gruba ameliyatttan önceki akşam, bağırsak temizliği sonrası 600 mgr, sabah ameliyathaneye alınırken de 600 mgr olmak üzere toplam 1200 mgr allopurinol oral olarak verildi. Diğer grup ise kontrol grubu olarak kullanıldı ve herhangi bir ilaç uygulanmadı. Hastalar gruplandırılırken, sonuca etkiyi azaltmak amacıyla yaş, cinsiyet, ejeksiyon fraksiyonu, hastalıklı damar sayısı gibi kriterler göz önünde tutuldu. Hastaların ameliyat öncesi özellikleri Tablo 1’de gösterilmiştir.

Bütün hastalara, rutin olarak radial arter, periferik venöz ve internal juguler ven kateteri ve Swan Ganz termodilusyon kateteri (Baxter HealthCare Corporation, Irwine, California) yerleştirildi. Standart kardiyopulmoner by-pass tekniği kullanıldı. Aynı santrifüj başlıklı pompa (Aries 2100 CM-1, Aries Medical Inc., Chelmsford MA., USA) ve aynı membran oksijenatör (Univox TM, Baxter Health Care Corporation Bentley Lab., Irvine, Calif.USA) kullanıldı. Prime solusyonu olarak 400 ml taze donmuş plazma, 1500 ml ringer laktat ve 100 ml mannitol %20 eklendi. Pompa süresince pH değerleri, gereğinde sodyum bikarbonat verilerek, fizyolojik sınırlarda tutuldu. Orta derecede (28-32 C) hipotermi uygulandı. Aortaya krossklemp konduktan sonra, ilk olarak 10-15 ml/kg dozunda soğuk kardiyoplejik solüsyonu (St. Thomas Hospital Solusyonu II) verildi. Daha sonra 20’şer dakikalık aralıklarda, 5-10 ml/kg dozunda retrograt antegrat soğuk kan kardiyoplejisi uygulandı. Krossklemp kaldırılmadan önce antegrat sıcak kan kardiyoplejisiyle (35-37 C) düşük basınçta kontrollü reperfüzyon sağlandı.

Pompa sırasında perfüzyon basıncı 70 mmHg civarında tutuldu. Tüm hastalarda, ısınma sürecinde 0.5 mg/kg/dak dozunda nitrogliserin perfüzyonu yapıldı. Santral venöz basınç ve pulmoner kapiller wedge basıncı normal değerlerde tutulmaya çalışıldı. Perfüzyon sonlandırıldıktan sonra sistolik kan basıncı 90 mmHg’nin altına düştüğünde ilk tercih dopamin olacak şekilde inotrop verildi. Ameliyatlarla ilgili veriler (Tablo 2’de) gösterilmiştir.

Hasta anestezi altındayken, kardiyopulmoner by-pass amacıyla kanüller yerleştirilmeden önce, hemodinamik ölçümler yapıldı. Bu ölçümler kardiyopulmoner by-pass sonlandırıldıktan 30 dakika, 1, 3, 6, 12 ve 24 saat sonra tekrarlandı. Krossklemp kalktıktan sonra ise, 5 ve 10.dakikalarda 3, 6, 12, 24, 48, 72, 96 ve 120.saatlerde kan örneği alınarak, kreatinfosfokinazın kardiak izoenzimi (CPK-MB), aspartat aminotransferaz (AST) ve laktik dehidrogenaz (LDH) çalışıldı.

Hastalar ayrıca peroperatif, postoperatif dönemlerinde inotrop gereksinimi ve aritmi oluşumu yönünden izlendi. Anormal kan pH’sı, serum K+ ve Ca++ değerleri, extübasyon gibi eksojen etkiler varlığında gelişen aritmiler göz önüne alınmadı. Ancak bu eksojen etkiler düzeltildiği halde süren ve ilaç kullanımını gerekli kılan aritmiler kaydedildi. Her iki gruptaki hastaların ameliyat öncesi özellikleri arasında fark saptanmadı (Tablo-1).

Kullanılan ameliyat teknikleri, anastomoz sayısı, krossklemp ve pompa süreleri bakımından da iki grup birbirine benzerdi (Tablo 2).

Toplanan tüm veriler istatistiksel olarak değerlendirildi. Veriler ortalama standart hata olara değerlendirildi. İki grup arasındaki farklılıklar t testi, eşleştirmeli t testi, Mann-Whitney U testi ve ki kare testi yapılarak değerlendirildi. Test sonuçları p < 0.05 olduğunda istatistiksel olarak anlamlı kabul edildi.

Results

Perioperatif sonuçlar ele alındığında, pompa sonrası ventriküler ve supraventriküler aritmi oluşumunda, allopurinol alan grupla kontrol grubu arasında belirgin bir fark çıktı. Allopurinol alan grupta hiç aritmi görülmezken, kontrol grubunda 8 (%53) hastada aritmi görüldü (p < 0.01). Ameliyat sırasında inotropik desteğe gereksinim duyan hasta sayısı kontrol grubunda 8 (%53) allopurinol grubunda 4’tü (%26). Aralarında sayıca fark olmasına rağmen istatistiksel olarak anlamlı bulunamadı. Ameliyat sırasında diğer bulgular Tablo 3’te gösterilmiştir.

Ameliyat sonrası izlemde, allopurinol grubundaki hastalarda (6 hasta %40), kontrol grubundakilere (13 hasta, %86) kıyasla belirgin biçimde daha az aritmiye rastlandı (p < 0.05). Yine ameliyat sonrası dönemde, allopurinol grubunda (3 hasta, %20), kontrol grubuna (8 hasta, %53) göre daha az oranda inotrop ajan kullanımına gereksinim duyuldu. Ancak bu fark, istatistiksel olarak anlamlı bulunamadı. Her iki grupta da erken dönemde, ölüm ve miyokard infarktüsü olayına rastlanmadı. Ameliyat sonrası izlemdeki bulgular (Tablo 4’de) gösterilmiştir.

Hemodinamik ölçüm sonuçlarına göre, kardiak indekslerde, her iki grup için de pompa öncesi değer kontrol olarak alındığında, pompa sonrası her ölçümde anlamlı fark olduğu görüldü (p < 0.001). Ancak kontrol grubunda, 1. Saat ölçümü ile 6, 12 ve 24 saat ölçümleri arasında ve 3. saat sonucu ile 12. saat sonucu arasında anlamlı (p < 0.01) artış kaydedildi. Ayrıca her ölçüm için iki grup arasında t testi ile yapılan değerlendirmede, 24. saatte allopurinol grubu lehine çok belirgin bir fark olduğu görüldü (p < 0.01) (Tablo 5).

Kontrol grubunda LVSW1 ölçümlerinde pompa öncesi değere göre anlamlı bir artış olmazken, allopurinol grubunda 24. saatte, pompa öncesi değere göre anlamlı bir artış görülmüştür (p < 0.01). Krossklemp sonrası, belli saatlerde alınan kan örneklerinden elde edilen enzim düzeylerinin sonuçları Tablo 6’da verilmiştir.

İlk 12 saat CPK-MB düzeyleri, kontrol grubunda daha yüksek seyretmiş olmakla beraber, iki grup arasında istatistiksel olarak anlamlı bir fark görülmemiştir. Her iki grupta da bu enzimin düzeyleri, ameliyat sonrası 4. günden itibaren normale dönmüştür. Hiçbir ölçümde AST düzeylerinde, iki grup arasında anlamlı bir fark olmamıştır. LDH seviyelerinde ise kontrol grubunda krossklemp sonrası, 3. ve 12. saatlerde belirgin bir artış gözlenmiştir (p < 0.01 ve p < 0.05). Sonrasında da kontrol grubunda LDH daha yüksek seyretmiş, ancak anlamlı bir fark saptanmamıştır.

Discussion

Ameliyat tekniklerinde ve miyokard koruma yöntemlerindeki gelişmelere rağmen, açık kalp cerrahisi uygulanan hastalarda ameliyat sonrası sol ventrikül bozuklukları, sık görülmeye devam etmektedir. Krossklemp konulmasından sonra kalp global olarak iskemide kalır. Reperfüzyondan sonra görülen işlevsel bozukluk reperfüzyon hasarı ile açıklanmaktadır. Bu hastalar hasar geçene kadar saatler veya günler boyunca inotropik ajanlara ya da mekanik desteğe gereksinim duyar [9]. Allopurinol, ksantin oksidazın kompetetif inhibitörüdür.

Aldehid oksidaz ile ksantin oksidazın bir nonkopetetif inihbitörü olan oksipurinole dönüştürülür. Bu dönüşüm çok çabuk olur. Allopurinolün yarılanma ömrü 1 saat kadarken, oksipurinolünki 28 saat kadardır.

Allopurinolün iskemik miyokardtaki koruyucu etkiler, birçok laboratuar çalışmalarda gösterilmiştir. Ancak allopurinolün klinik olarak yararlı etkileri çok fazla çalışılmamıştır [14]. Bizim çalışmamızda kontrol grubundaki hastalar, istatistiksel olarak anlamlı olmasa da postoperatif dönemde, allopurinol grubuna göre 2.2 kat daha fazla inotrop desteğine gereksinim göstermişlerdir. Ayrıca kontrol grubundakilerin inotrop desteğe gereksinimi, daha yüksek dozlarda ve 48 saate dek uzayabilen sürelerde olmuştur. Allopurinol grubundaki hastaların hiçbirinde 12 saati geçen sürelerde inotropik ajan verilmemiştir.

Miyokard hasarlanmasına yol açan birçok mekanizma öne sürülmüş olmakla beraber Bolli [10-11] tartışılan birçok mekanizmaya karşı çıkmış ve esas neden olarak, serbest radikallerde oluşan hasarı ve kalsiyum homeostazındaki bozulmayı göstermiştir. Radikaller ile reperfüzyon hasarının ilişkisi, radikal oluşumunu önleyen ajanlar kullanıldığında, miyokard işlevlerinde iyileşme ile gösterildiği gibi radikal oluşumunun indüklendiği deneysel çalışmalarda, miyokard işlevlerinde daha fazla bozulmanın gözlenmesiyle de ortaya konmuştur [2]. Deneysel ve klinik çalışmalar reperfüzyon sonrası gelişen işlev bozukluğunun, inotropik tedaviyle düzeltilebildiğini göstermiştir [12-13].

Çalışmamızda allopurinol verilen grupta daha az oranda inotropik ajanlara gereksinim duyulmuş olması bizce ilacın reperfüzyon hasarını önlemekteki etkinliğini göstermektedir.

Rashid ve arkadaşları [16] allopurinol ile yaptıkları çalışmada, bu ilacı kullanmalarına gerekçe olarak diğer radikal yakalayıcılarına kıyasla allopurinolün toksikolojisinin, yan etkilerinin ve farmakokinetiğinin çok iyi bilinmesini, kullanma ve elde etme kolaylığını göstermişlerdir. Literatürde allopurinol ile yapılan klinik çalışma çok azdır. Johnson [15], Rashid [16],

Tabayashi [14] ve Coghlan [17] oral allopurinol verdikleri hastalrda, kontrol grubuna kıyasla hemodinamik iyileşme, kardiak harabiyette, aritmi sıklığında inotropik gereksinmede ve mortalitede belirgin azalma saptamışlardır. Ancak bu çalışmalarda soğuk kan kardiyoplejisi ve sıcak kan kardiyoplejisiyle kontrollü reperfüzyon yapılmamıştır.

Yalnızca Tabayashi [14] tarafından CPK-MB, AST ve LDH düzeyleri değerlendirilmiş ve bizim çalışmamızın aksine allopurinol grubunda belirgin bir düşüş gözlenmiştir. Bizim çalışmamızda CPK-MB değerleri kontrol grubunda yüksek olmakla birlikte anlamlı bir fark oluşmamıştır. Sadece LDH düzeylerinde 3. ve 12. saat değerlerinde allopurinol grubu lehine anlamlı bir fark çıkmıştır.

Tabayashi [14] ve Coghlan [17], LVSW1 ölçümlerinde iki grup arasında anlamlı bir fark ortaya koymazken, Coghlan kardiak indeksler de bizim bulduğumuz sonuçlara yakın bulgular elde etmiştir. Bizim çalışmamızda fark yalnızca kardiak indekste değil, LVSW1’inde ortaya çıkmıştır. Allopurinol grubunda, sol ventrikül işlevlerinde ivmeli bir artış ve özellikle postoperatif birinci günde anlamlı bir fark gözlenmiştir. Tablo 5, Şekil 2 ve 3’te de görüldüğü gibi, özellikle kardiak indeks ölçümlerinde, altıncı saate kadar kontrol grubun değerleri, belirgin olmasa da daha yüksektir.

Daha sonraki değerlere bakacak olursak, bu farkın, kontrol grubunda işlevsel iyileşmenin daha çabuk ve daha iyi olduğundan kaynaklandığını söylemek yanlış olur. Bizce bu fark, kontrol grubunda allopurinol grubuna kıyasla, ameliyat sonrası dönemde daha yüksek oranda inotropik ajan kullanılmasından kaynaklanmaktadır.

Diğer çalışmalar ile bizim çalışmamız arasındaki bazı farklılıkların sebebi, kan kardiyoplejisi kullanmış olmamızdan kaynaklanabilir. Bilindiği üzere kan, iskemik kalbe yalnızca oksijen ve ATP gibi esansiyel maddeler taşımakla kalmayıp, eritrositlerin radikal temizleyici etkileri ve fizyolojik pH’ı korumada tampon olarak rol alması ile de fayda sağlamaktadır. Ancak özellikle reperfüzyon hasarını önlemede, kontrol grubuyla allopurinol grubu arasında doğan farklar gözönüne alındığında, tek başına etkili olmadığı görülmektedir.

Çalışmalar arasındaki farkın oluşmasında, allopurinolün farklı dozlarda ve farklı protokollerle uygulanmış olması da yol açabilir. Coghlan [17] ve Johnson [15], ameliyattan önceki akşam 300 mg ve ameliyat sabahı da 300 mg olmak üzere toplam 600 mg verilirken, Rashkind [16] ameliyattan 2 gün önce sabah 300 mg, akşam 300 mg olarak başlamış, ameliyat sabahı 600 mg/gün vermiş ve ameliyat sonrası 2 gün süreyle 600’er mg olarak devam etmiştir. Tabayashi [14] ise biri kontrol olmak üzere üç grupla çalışmış, bir gruba ameliyat öncesi akşam 600 mg, sabah 600 mg verirken, diğer gruba ameliyat öncesi 6 gün süreyle 200 mg/gün ameliyat öncesi 600 mg, sabah ta 600 mg olmak üzere 2400 mg allopurinol vermiştir.

Yüksek doz verdiği grupta, daha anlamlı sonuçlar elde edilmiştir. Sonuç olarak, bu konuda belirlenmiş bir doz rejimi bulunmamaktadır ve en uygun doz için daha çok çalışmaya ihtiyaç vardır.

Conclusion

Açık kalp cerrahisinde, miyokardı korumak ve reperfüzyon hasarını oluşmadan önlemek amacına yönelik araştırmaların devamına gereksinim vardır. Bu çalışmamız, reperfüzyon hasarını azaltmada ksantin oksidaz inhibitörü olarak kullandığımız allopurinolün yararlı etkisini desteklemektedir.

References

1) Kirklin J, Barrat-Boyes B:Myocardial menagement during cardiac surgery with cardiopulmonary by pass:In Cardiac Surgery (edited by Kirklin J, Barrat-Boyes B ) Volume I, Second Ed., Churchill Livingstone Inc., New York 1993; 129-65.

2) Hearse DJ: Stunning: A radical review: in: Stunning, hiber- nation and calcium in myocardial ischemia and reperfusion (edited by Opie LH), Kluwer Academic Publishers, Boston 1992;10-55.

3) Tanaka K, Hearse DJ: Reperfusion-induced arrhythmias in the isolated rabbit heart: Caracterization of the influence of the duration of regional ischemia and the extracellular potassium concentration. J Mol Cell Cardiol 1988; 20:201-11.

4) Braunwald E, Kloner RA: The stunning myocardium Prolonged, postischemic ventricular dysfunction. Circulation 1982;66:1146-9.

5) Bolli R: Oxygen-derived free radicals and postischemic myocardial dysfunction "stunned myocardium". J Am Coll Cardiol 1988;12:239-49.

6) Braunwald E, Kloner RA: Myocardial reperfusion:A double- edged sword. J Clin Invest 1985;76:1713-9.

7) Kusuoka H, Porterfield JK, Weisman HF,Weisfeldt HF, Marban E: Pathophysiology and pathogenesis of stunned myocardium: Depressed calcium activation of contraction as a consequence of reperfusion-induced cellular calcium overload in ferret hearts. J Clin Invest 1987;79:950-61.

8) Nayler WG, Buckley D J, Leong J: Calcium antagonists and the stunned myocardium. Cardioscience 1990; 1:61-4.

9) Braunwald E: The stunned myocardium: Newer insights into mechanisms and clinical applications. J Thorac Cardio- vasc Surg 1990;1000:310-l.

10) Bolli R: Oxygen-derived free radicals and myocardial reper- fusion injury: an overview, Cardiovasc Drugs Ther 1991;5:249-68.

11) Bolli R: Mechanism of myocardial stunning. Circulation 1990;82:723-38.

12) Ellis SE, Wynne J, Braunwald E, Henscheke CI, Sandar T, Kloner RA: Response of reperfusion-salvaged, stunned myocardium to inotropic stimulation. Am Heart J 1984;107:9-13.

13) Bolli R, Hartley C J, Rabinovitz RS: Clinical relevance of myocardial stunning: in: Stunning, hibernation and calcium in myocardial ischemia and reperfusion(edited by Opie LH), Kluwer Aca-demic Publishers, Boston 1992,56-82.'

14) Tabayashi K, Suzuki Y, Nagamine S: A clinical trial of allo- purinol(zyloric) for myocardial protection. J Thorac Cardio- vasc Surg 1991;101:713-8.

15) Johnson W, Kayser K, Brenowitz J, Saedi S: A randomized controlled trial of allopurinol in coronary bypass surgery. Am Heart J 1991 ;121:20-4.

16) Rashid MA, Olsson GW: influence of allopurinol on cardiac complications in open heart operations. Ann Thorac Surg 1991;52:127-30.

17) CoghlanJG, Flitter WD, Clutton SM: Allopurinol pretreat- ment improves postoperative recovery and reduces lipid peroxidation in patients undergoing coronary artery bypass grafting. J Thorac Cardiovasc Surg 1994;107:248-56.