Wirkung des Erythropoetins auf den neurologischen Status nach hypothermem Kreislaufstillstand. Eine Studie am Schweinemodell

Abstract

ZIEL: Herzchirurgische Operationen sind mit einem hohen Risiko an neurologischen Komplikationen behaftet. Zur Ermittlung perioperativ entstandener Hirnschäden nach Herzoperationen wird der postoperative neurologische Status (Outcome) der Patienten herangezogen. Der neuroprotektive Effekt von Erythropoetin ist momentan Gegenstand der Forschung und wurde in vielen vorhergehenden Studien bereits nachgewiesen. Unsere Studie untersuchte die neuroprotektive Wirkung von systemisch appliziertem Erythropoetin, besonders im Hinblick auf eine Präkonditionierung vor elektiv operativen Eingriffen im hypothermen Kreislaufstillstand in vivo. Dazu evaluierten wir in einem Großtiermodell den neurologischen Status und histologische Veränderungen in Gehirn und Rückenmark.

MATERIAL UND METHODEN: 16 Schweine wurden auf zwei Gruppen randomisiert und bekamen am Tag vor der Operation, am Operationstag und am Tag nach der Operation je 500 IE/kg KG rekombinantes humanes Erythropoetin oder physiologische Kochsalzlösung injiziert. Am Operationstag wurden alle Tiere mit Hilfe der Herz-Lungen-Maschine abgekühlt und durchliefen einen einstündigen Kreislaufstillstand bei einer durchschnittlichen rektalen Temperatur von 22,35°C. Die Tiere wurden postoperativ über einen Zeitraum von sechs Tagen an Hand einer Verhaltensskala neurologisch evaluiert. Insgesamt 25 Regionen des ZNS wurden histologisch und teils auch immunhistochemisch hinsichtlich hypoxischer, apoptotischer und ischämischer Veränderungen untersucht.

ERGEBNISSE: Bei den Tieren der Epo-Gruppe erreichte die Erythropoetinkonzentration im Serum sieben Stunden nach Gabe der zweiten Injektion ihr Maximum. Dabei konnte ein Anstieg auf das 2000fache verzeichnet werden, der sich am Tag der Organentnahme weitgehend normalisiert hatte. Bei der Kontrollgruppe konnte keine Änderung des Erythropoetinspiegels festgestellt werden. Das Überleben betrug in beiden Gruppen je 60%. Es konnten keine signifikanten Unterschiede bezüglich der neurologischen Evaluation dargestellt werden. Auch die Auszählung der hypoxisch veränderten Neurone und Infarkte im ZNS ergab keine signifikanten Unterschiede. Eine Restitutio ad integrum des neurologischen Status wurde nur in der Epo-Gruppe (bei 60% der Tiere) erreicht. Infarkte waren bei 40% der Epo-Tiere nachweisbar, während 100% der Kontrolltiere Infarkte aufwiesen.

SCHLUSSFOLGERUNG: Die für den Versuch notwendige deutliche Erhöhung der Erythropoetin-Konzentration im Serum war in unserer Studie gegeben. Unsere Ergebnisse weisen auf einen neuroprotektiven Effekt von Erythropoetin hin, obwohl wir keine signifikanten Unterschiede bezüglich neurologischem Outcome und histomorphologischen Veränderungen im ZNS zwischen den Gruppen evaluieren konnten. Eine mögliche Ursache könnte die kleine Fallzahl darstellen. Da unsere Studie tendenziell bessere Werte in der Epo-Gruppe erkennen lässt, wäre eine Weiterführung ähnlicher Versuche wünschenswert. Diese könnten durch größere Fallzahlen und mehrere verschiedene Untergruppen die Ergebnisse statistisch haltbar machen.

BACKGROUND: Permanent mild to severe brain injury with neurologic sequelae remain a significant source of postoperative morbidity in cardiovascular surgery. There is increasing evidence that erythropoietin (Epo) confers neuroprotective effects in various conditions of neuronal damage, such as hypoxia and cerebral ischemia. Using a surviving porcine model, this study evaluates whether systemic treatment with Epo induces brain protection in deep hypothermic circulatory arrest (DHCA).

METHODS: Sixteen pigs randomly assigned into two groups were subjected to 60 min of DHCA at an intracerebral temperature of averaged 22,35°C. The animals of the Epo group were treated perioperatively with 500 IU/kg of recombinant human erythropoietin (rhEpo) on 3 consecutive days beginning the day before surgery. Neurologic recovery was evaluated daily for six days after surgery. The brains were harvested on the 6th postoperative day after perfusion fixation. 25 brain regions were assayed histologically and by immunohistochemistry for hypoxic, apoptotic and ischemic damage.

RESULTS: The plasma concentration of Epo reached a maximum (increase of 2000) seven hours after the second application. By the 6th postoperative day the concentration of Epo had decreased to a normal level. Epo treated animals tended to a more complete and rapid neurological recovery. In contrast, none of the animals in the control group achieved complete neurological recovery. Brain infarction was detectable in all survived control animals however only in 40 % of Epo animals.

CONCLUSIONS: These results suggest the beneficial neuroprotective effect of Epo in this model of global brain ischemia is induced within 1 hour of hypothermic circulatory arrest.