Η επίδραση των αναστολέων των β-αδρενεργικών υποδοχέων στην ισχαιμική προετοιμασία του μυοκαρδίου: πειραματική μελέτη

Abstract

AimMulticentric studies have clearly demonstrated the therapeutic effect of β-blockers in patients with coronary artery disease.On the other hand, ischemic preconditioning (I-PC) is recognized as an endogenous protective mechanism for the myocardium in all species, including the human being. Between the ligands of ischemic preconditioning, catecholamines, with the binding of α- or β-adrenergic receptors, constitute the trigger of the protective effect which results in the limitation of infarct size. The role of β-adrenergic blockade in ischemic preconditioning of myocardium has still not been elucidated and represents a challenge for further investigation. Material65 New Zealand White male rabbits weighing between 2.7 and 3.4kgr are used as the experimental model. All animals received proper care in compliance with the Principles of Laboratory Animal Care, formulated by the National Society for Medical Research and the Guide for the Care and Use of Laboratory Animals, prepared by the Academy of Sciences and published by the National Institutes of Health (Institut of Laboratory Animal Resources Commission on Life Sciences, 1996). Commercially available atenolol (Tenormin, Astra Zeneca in 5mg/10ml vial) or esmolol (Brevibloc, Baxter Hellas in 100mg/10ml vial) are the b-blockers given during the experimental protocol.MethodsAll animals were anesthetized by slowly injecting 30mg/kgr of sodium thiopentone (Pentothal, Abbot) into an ear vein, intubated through a midline tracheal incision and mechanically ventilated with a positive pressure respirator for small animals (MD Industries, Mobile, AL, USA).Two polyethylene catheters were inserted in the left jugular vein for fluids, drug administration or additional infusion of anaesthesia and in the carotid artery for continuous blood pressure monitoring via a transducer attached to a multi-channel recorder (Nihon-Kohen, Model 6000, Japan).A bipolar chest lead was used for continuous electrocardiographic recording. The chest was opened via a left thoracotomy in the fourth intercostal space and after pericardiotomy the beating heart was exposed. A 3.0 silk thread was passed through the myocardium around a prominent branch of the left coronary artery. Ischemia was induced by pulling the ends of the suture through a small segment of a soft tube wich was firmly attached against the artery with a clamp. The successful induction of ischemia was verified by ST segment elevation on the electrocardiogram and by visual inspection (cyanosis) of the heart.Reperfusion was achieved by releasing the clamp and was verified by refilling of the artery.All the animals were divided into 12 groups and subjected to 30-min regional ischemia and 3-h reperfusion. Two cardio-selective β-adrenoreceptor antagonists, one with a long and one with a short half-life were infused intravenously for a 5min period or for a period of 45 min before sustained ischemia-reperfusion and the first one with a long half-life was given systematically per os, also. In some of the groups, ischemic preconditioning precedes sustained ischemia-reperfusion, when in the others the animals were exposed immediately in sustained ischemia-reperfusion. After 3h of reperfusion, the hearts were harvested, mounted on a reperfusion apparatus and perfused retrogradely via the aorta with normal saline. With the use of Zn-Cd fluorescent particles (1-10μm diameter, Duke Scientific, Palo, Alto, CA, USA), the delineation of the normally perfused tissue from the risk zone was succeeded. The triphenyltetrazolium chloride (TTC) which reacts with dehydrogenate enzymes and nicotinamide adenine dinucleotide in viable tissue was used for the definition of the infarcted area (negative staining region). The areas of myocardial tissue at risk and of infarction were automatically transformed into volumes by multiplying the corresponding areas by thickness (3mm). Infarct and risk area volumes were expressed in cm3 and finally, the percent of infarct to risk area was calculated.Results•The beneficial effect of ischemic preconditioning in the myocardial infarct size is confirmed once again in this particular experimental study.•In the groups in which ischemic preconditioning precedes sustained isxhemia-reperfusion, the myocardial infarct size is shown to be statistically significantly smaller than in the control group. This concrete positive action of ischemic preconditioning is demonstrated, for the first time that is not reversed by the preceding treatment with β-adrenergic blockade. The positive influence of ischemic preconditioning and the subsequent decrease in infarct size was independent of thε β-adrenergic blockade induced either by intravenous atenolol or esmolol (β-blockers with long or short half-life, respectively) or by systematic per os atenolol given for a duration of 2 weeks.•In the group of chronic per os treatment with β-blocker without ischemic preconditioning before the sustained ischemia-reperfusion a statistically significant diminution in infarct size is observed, compared to the control group.•In this group of systematic per os treatment with β-blocker without ischemic preconditioning, the decrease of myocardial infarct size remains significantly smaller than the limitation of infarct size provoked by the ischemic preconditioning before the exposure to sustained ischemia-reperfusion in the group treated with systematic β-blockade. Infarct size limitation is also smaller than the decrease of infarct size in all the groups “preconditioned” before the sustained ischemia-reperfusion.•It is of interest that there is no additional beneficial effect with the simultaneous presence of both mechanisms (β-adrenergic blockade and ischemic preconditioning) in the myocardial infarct size.

Σκοπός. Πολυκεντρικές μελέτες κατέδειξαν τη θεραπευτική δράση των αναστολέων των β-αδρενεργικών υποδοχέων σε ασθενείς με στεφανιαία νόσο.Η ισχαιμική προετοιμασία του μυοκαρδίου («Ischemic Preconditioning», I-PC) έχει αναγνωρισθεί ως ενδογενής προστατευτικός μηχανισμός για το μυοκάρδιο σε όλα τα είδη, συμπεριλαμβανομένου του ανθρώπου. Ανάμεσα στους διεγέρτες – «ligands» που εμπλέκονται στην ισχαιμική προετοιμασία του μυοκαρδίου, οι κατεχολαμίνες με τη δέσμευση των α- ή β-αδρενεργικών υποδοχέων αποτελούν το έναυσμα για την πυροδότηση προστατευτικής δράσης με συνέπεια τον περιορισμό της έκτασης του εμφράγματος. Ο ρόλος του αποκλεισμού των β-αδρενεργικών υποδοχέων στην ισχαιμική προετοιμασία του μυοκαρδίου δεν έχει διευκρινισθεί και αποτελεί ένα ερευνητικό πρόκριμα.Υλικό65 άρρενες κόνικλοι Νέας Ζηλανδίας που ζυγίζουν μεταξύ 2.7 και 3.4 kgr χρησιμοποιούνται ως πειραματικό μοντέλο. Χορηγούνται τα εμπορικά διαθέσιμα σκευάσματα ατενολόλης (Tenormin, Astra Zeneca 5mg/10ml vial) και εσμολόλης (Brevibloc, Baxter Hellas στα 100mg/ml vial). Μέθοδος. Τα ζώα υποβάλλονται σε αναισθησία με βραδεία έγχυση «sodium thiopentone» διαμέσου φλέβας του ωτός, διασωληνώνονται και η αναπνοή τους υποστηρίζεται μηχανικά με αναπνευστήρες θετικής πίεσης για μικρά ζώα. Δύο καθετήρες από πολυαιθυλένιο εισάγονται στην αιστερή έσω σφαγίτιδα φλέβα για τη χορήγηση υγρών, φαρμακευτικών ουσιών ή πρόσθετη έγχυση αναισθησίας και στην καρωτίδα αρτηρία για συνεχή καταγραφή της αρτηριακής πίεσης, αντίστοιχα. Διπολική προκάρδια απαγωγή χρησιμοποιείται για συνεχή ΗΚΓκή καταγραφή. Διενεργείται αριστερή θωρακοτομή στο 4ο μεσοπλεύριο διάστημα, περικαρδιεκτομή, αποκάλυψη της πάλλουσας καρδιάς και περιβροχισμός της στεφανιαίας αρτηρίας για την εισαγωγή ισχαιμίας. Η εισαγωγή της ισχαιμικής προετοιμασίας του μυοκαρδίου επιτυγχάνεται με τρία βραχέα ισχαιμικά επεισόδια διάρκειας 5min το καθένα, ακολουθούμενα από επαναιμάτωση διάρκειας 10min. Η επιτυχής εισαγωγή της ισχαιμίας επιβεβαιώνεται από την ανάσπαση του διαστήματος ST στο ΗΚΓ και από την οπτική επιθεώρηση – παρατήρηση της καρδιάς, κατά την οποία αναδεικνύεται εικόνα κυάνωσης. Η επαναιμάτωση επιτυγχάνεται μετά από απελευθέρωση της στεφανιαίας αρτηρίας και επαληθεύεται από την επαναπλήρωση της αρτηρίας και την αποκατάσταση της φυσιολογικής χροιάς της καρδιάς. Χρησιμοποιούνται δύο καρδιοεκλεκτικοί αναστολείς των β-αδρενεργικών υποδοχέων, ένας με παρατεταμένη (ατενολόλη) και ο δεύτερος με βραχεία διάρκεια ημίσειας ζωής (εσμολόλη). Το σύνολο των 65 ζώων κατανέμονται σε 12 ομάδες και υποβάλλονται σε προγραμματισμένη τμηματική ισχαιμία διάρκειας 30min, ακολουθούμενη από τρίωρη (3hrs) επαναιμάτωση. Εχει προηγηθεί χορήγηση είτε ατενολόλης είτε εσμολόλης, συστηματική από του στόματος για δύο εβδομάδες, ή οξεία ενδοφλέβια για 5min ή παρατεταμένη ενδοφλέβια για 45min, με ή χωρίς ισχαιμική προετοιμασία του μυοκαρδίου. Οι αιμοδυναμικές παράμετροι παρακολουθούνται συνεχώς. Καταγράφονται οι τιμές αρτηριακής πίεσης και καρδιακής συχνότητας πριν από την έναρξη της παρατεταμένης ισχαιμίας (βασική τιμή), στο μέσο της παρατεταμένης ισχαιμίας (τιμή στο 15min ισχαιμίας) και στο τέλος της παρατεταμένης επαναιμάτωσης (τιμή στο 180min επαναιμάτωσης).Με τη χρήση φθοριζόντων σωματίων Zn-Cd (1-10μm διάμετρος Duke Scientific, Palo, Alto, CA, USA) διαλυμένων σε φυσιολογικό ορό οριοθετείται το φυσιολογικά αρδευόμενο ιστικό τμήμα από την επαπειλούμενη με ισχαιμία ζώνη κινδύνου – ισχαιμική περιοχή. Το χλωριούχο τριφενυλτετραζόλιο (TTC) χρησιμοποιείται για τον καθορισμό της εμφραγματικής περιοχής, η οποία ορίζεται ως η περιοχή αρνητικής χρώσης. Ακολουθεί περιγραφή της εμφραγματικής, ισχαιμικής και φυσιολογικής περιοχής του μυοκαρδίου σε διαφανές φύλλο και ποσοτικοποίηση με πλανημέτρηση με τη βοήθεια του προγράμματος Scion Image interfaced with a computer σε Η/Υ. Τόσο οι ισχαιμικές, όσο και οι εμφραγματικές περιοχές του μυοκαρδίου μετατρέπονται αυτόματα σε όγκους (εκφράζονται σε cm³) και τελικά, υπολογίζεται το ποσοστό της εμφραγματικής προς την ισχαιμική περιοχή (Ε/Ι%).Αποτελέσματα•Επιβεβαιώνεται για πολλοστή φορά η ευεργετική επίδραση της ισχαιμικής προετοιμασίας του μυοκαρδίου στην έκταση του εμφράγματος.•Στις ομάδες ισχαιμικής προετοιμασίας του μυοκαρδίου, η έκταση του εμφράγματος του μυοκαρδίου είναι μικρότερη σε στατιστικά σημαντικό βαθμό σε σύγκριση με την ομάδα ελέγχου και καταδεικνύεται για πρώτη φορά ότι η συγκεκριμένη ευεργετική επίδραση της ισχαιμικής προετοιμασίας του μυοκαρδίου δεν αναστέλλεται από την προηγηθείσα χορήγηση αναστολέα των β-αδρενεργικών υποδοχέων με βραχεία ή μακρά ημιπερίοδο ζωής και ανεξαρτήτως του τρόπου χορήγησής του (συστηματική από του στόματος χορήγηση ή οξεία ενδοφλέβια χορήγηση). •Στην ομάδα χρόνιας συστηματικής από του στόματος χορήγησης αναστολέα των β-αδρενεργικών υποδοχέων, χωρίς ισχαιμική προετοιμασία του μυοκαρδίου διαπιστώνεται ελάττωση της έκτασης του εμφράγματος έναντι της ομάδας ελέγχου σε στατιστικά σημαντικό βαθμό.•Αν και το μέγεθος του εμφράγματος στην ομάδα χρόνιας χορήγησης αναστολέα των β-αδρενεργικών υποδοχέων είναι μικρότερο, συγκριτικά με το μέγεθος του εμφράγματος στην ομάδα ελέγχου, ταυτόχρονα είναι σημαντικά μεγαλύτερο από το έμφραγμα που διαπιστώνεται στην ομάδα κονίκλων που υποβάλλονται σε ισχαιμική προετοιμασία του μυοκαρδίου πριν από την έκθεση σε παρατεταμένη ισχαιμία – επαναιμάτωση.•Δεν παρατηρείται αθροιστική ευεργετική επίδραση του κατεξοχήν μηχανισμού καρδιοπροστασίας, της ισχαιμικής προετοιμασίας του μυοκαρδίου και της χορήγησης αναστολέων των β-αδρενεργικών υποδοχέων στην έκταση του εμφράγματος.