Ischämische und pharmakologische Präkonditionierung von Schweineherzen im Working-Heart-Modell

Abstract

Die kardiale Ischämietoleranz wird durch ischämische Präkonditionierung er-höht. Hitzeschockproteine (HSP) initiieren diesen Mechanismus. Patienten mit Infarktrisiko könnten von einer Präkonditionierung vor therapeutischen Eingrif-fen wie Koronarangioplastien und koronaren Bypassoperationen profitieren. Die pharmakologische HSP-Induktion ist derzeit in vivo nicht praktikabel. Herbimy-cin A eignet sich in vitro zur HSP-Induktion in Kardiomyozyten. Nach Vorbe-handlung mit Herbimycin A wird an Schweineherzen im Working-Heart-Modell untersucht, ob dies auch in vivo erreichbar ist. 21 Ferkel (10,6 ± 1,2 kg) werden in die Gruppen Kontrolle (K), ischämische (I) und pharmakologische (P) Präkonditionierung (n = jeweils 7) eingeteilt. Letz-tere erhalten 16 h präoperativ 0,1 mg Herbimycin A pro kg Körpergewicht i.v.. Alle Tiere werden unter standardisierter Vollnarkose sternotomiert. In der Ischä-miegruppe wird vor der 5-minütigen, kalten, antegraden Blutkardioplegie ein Ramus diagonalis im Abstand von 5 min 3 × je für 3 min okkludiert. Alle explan-tierten Herzen werden einer 84 min Ischämie unterbrochen durch 2 Intervalle mit 5 min Kardioplegie ausgesetzt. Nach 31 min Reperfusion mit 38°C physio-logisch konditioniertem homologem Schweineblut erfolgt über 120 min die kontinuierliche Messung der Herzfunktion (Stroke-Work-Index, SWI) im ex situ Working-Heart-Modell. Vor und unmittelbar nach Ischämie sowie am Versuchs-ende werden Proben für die Untersuchung morphologischer und biochemischer Parameter entnommen (Wassergehalt, Beurteilung myokardialer Kontraktions-banden und apoptotischer Zellkerne, Caspase-3, HSP70, Troponin-I, Laktat). Der SWI ist während der ersten 30 min Working Heart in der Ischämiegruppe mit 9,38 (IQB: 6,66-13,29) dyn×cm× beats-1×g-1 signifikant höher (P 6,4; K 6,3; p<0,001). Der Laktatwert ist am Versuchsbeginn in der Pharmagruppe mit 0,75 (IQB: 0,55-1,23) mmol/l signifikant höher (I 1,4; K 2,1; p<0,05). Der Rückgang des HSP-Gehalts ist in der Pharmagruppe signifikant höher als in den Vergleichsgruppen (p<0,05). Alle übrigen Werte unterscheiden sich nicht zwischen den Gruppen. Ischämisch präkonditionierte Herzen zeigen frühpost-ischämisch die besten Parameter. Eine pharmakologische Präkonditionierung scheint mit Herbimycin A in der verwendeten Dosierung nicht möglich zu sein.

Ischemic preconditioning increases the myocardial ischemic tolerance. Heat shock proteins (HSP) initiate this mechanism. Herbimycin A induces HSP in vitro in cardiomyocytes. The aim of this study was to examine in a big animal model whether this protective effect is inducible in vivo by Herbimycin A. 21 piglets (10.6 ± 1.2 kg) were divided into the groups no preconditioning (NP = control), ischemic preconditioning (IP), and pharmacological preconditioning (PP, n = 7 each). Herbimycin A was given 16 h before cardiac donor explantation. In the ischemic group one diagonal branch was ligated three times for the duration of 3 min and in intervals of 5 min before preexplantation cardioplegia (5 min, cold, antegrade, blood). All hearts were explanted and stored for 90 minutes. After reperfusion with homologous pig blood stroke-work-index (SWI) was measured continuously in an ex situ working heart model for two hours. Samples for morphological and biochemical parameters were taken before ischemia, and two hours later (myocardial water content, light microscopy for hypercontraction bands, apoptotic cell nuclei, Caspase-3, HSP70, troponin-I, lactate). During the first 30 min working heart, the SWI was significantly higher in the IP-group (9,38 ; interquartile range (IQR) 6,66-13,29 10³dyn×cm×beats-1×g-1) than in the other groups (PP: 6.4 , NP: 6.3 ; p<0,001). The lactate value at the beginning was significantly higher in the PP-group (0,75 (IQR: 0,55-1,23) mmol/l) than in the other groups (IP 1,4; NP 2,1; p<0,05). The decrease of the HSP-content was significantly higher in the PP-group than in the other groups (p<0,05). All further parameters did not differ between groups. Myocardial protection by ischemic preconditioning is effective. The agent Herbimycin A does not work for pharmacologic preconditioning in vivo.