Comparação de Soluções Cardioplégicas em Cirurgia de Revascularização Miocárdica sobre Mecanismos de Autofagia e Apoptose / Comparison of Cardioplegic Solutions in Coronary Bypass Surgery Over Autophagy and Apoptosis Mechanisms

Resumo Fundamento A doença arterial coronariana (DAC) devido à isquemia miocárdica causa perda permanente de tecido cardíaco. Objetivos Nosso objetivo foi demonstrar o possível dano ao miocárdio em nível molecular através dos mecanismos de autofagia e apoptose em pacientes submetidos à cirurgia de revascularização miocárdica. Métodos Um grupo recebeu uma solução de cardioplegia Custodiol e o outro grupo uma solução de cardioplegia sanguínea. Duas amostras miocárdicas foram coletadas de cada paciente durante a operação, imediatamente antes da parada cardíaca e após a liberação do pinçamento aórtico. Foram avaliadas as expressões de marcadores de autofagia e apoptose. O nível de significância estatística adotado foi de 5%. Resultados A expressão do gene BECLIN foi significativa nos tecidos miocárdicos do grupo CS (p=0,0078). Os níveis de expressão dos genes CASPASE 3, 8 e 9 foram significativamente menores no grupo CC. Os níveis pós-operatórios de TnT foram significativamente diferentes entre os grupos (p=0,0072). As expressões dos genes CASPASE 8 e CASPASE 9 foram semelhantes antes e depois do pinçamento aórtico (p=0,8552, p=0,8891). No grupo CC, os níveis de expressão gênica de CASPASE 3, CASPASE 8 e CASPASE 9 não foram significativamente diferentes em amostras de tecido coletadas após pinçamento aórtico (p=0,7354, p=0,0758, p=0,4128, respectivamente). Conclusões Com nossos achados, acreditamos que as soluções CC e CS não apresentam diferença significativa em termos de proteção miocárdica durante as operações de by-pass.

Abstract Background Coronary artery disease (CAD) due to myocardial ischemia causes permanent loss of heart tissue. Objectives We aimed to demonstrate the possible damage to the myocardium at the molecular level through the mechanisms of autophagy and apoptosis in coronary bypass surgery patients. Methods One group was administered a Custodiol cardioplegia solution, and the other group was administered a Blood cardioplegia solution. Two myocardial samples were collected from each patient during the operation, just before cardiac arrest and after the aortic cross-clamp was released. The expressions of autophagy and apoptosis markers were evaluated. The level of statistical significance adopted was 5%. Results The expression of the BECLIN gene was significant in the myocardial tissues in the BC group (p=0.0078). CASPASE 3, 8, and 9 gene expression levels were significantly lower in the CC group. Postoperative TnT levels were significantly different between the groups (p=0.0072). CASPASE 8 and CASPASE 9 gene expressions were similar before and after aortic cross-clamping (p=0.8552, p=0.8891). In the CC group, CASPASE 3, CASPASE 8, and CASPASE 9 gene expression levels were not found to be significantly different in tissue samples taken after aortic cross-clamping (p=0.7354, p=0.0758, p=0.4128, respectively). Conclusions With our findings, we believe that CC and BC solutions do not have a significant difference in terms of myocardial protection during bypass operations.

A avaliação da proteção miocárdica utilizando solução cardioplégica sanguínea versus solução cardioplégica cristalóide: estudo em modelo experimental de coração isolado / The evaluation of myocardial protection using blood cardioplegic solution versus crystalloid cardioplegic solution: study in an isolated heart model

Resumo: INTRODUÇÃO: O efeito deletério provocado pela isquemia e reperfusão do miocárdio durante a parada cardíaca apresenta-se como uma das principais causas da síndrome de baixo débito cardíaco no período pós-operatório. Neste sentido, a utilização de solução cardioplégica na indução da parada cardíaca eletiva tem sido o método mais utilizado e difundido de proteção do miocárdio. No entanto, a padronização do método ou tipo ideal de solução cardioplégica ainda é controverso devido à escassez de estudos com o delineamento claro das vantagens e desvantagens na comparação entre as soluções utilizadas nos serviços de cirurgia. OBJETIVOS: A avaliação da recuperação contrátil dos corações com a administração em dose única das soluções cardioplégicas del Nido (sanguínea) versus Custodiol (cristalóide), após serem mantidos por longo período em isquemia global. E a avaliação de proteínas relacionadas com a dinâmica do cálcio intracelular, a atividade de proteases envolvidas com a morte celular programada assim como a preservação energética miocárdica. MÉTODOS: Corações de ratos Wistar macho foram perfundidos de forma isolada de acordo com a técnica de Langendorff clássico. A administração das soluções cardioplégicas em dose única (30 ml/Kg) induziram os corações ao período 3 horas de isquemia fria, seguido pelo período de 90 minutos de reperfusão. Os corações foram divididos em dois grupos; (I) del Nido (n = 6) versus (II) Custodiol (n = 6). A avaliação da recuperação contrátil do ventrículo esquerdo foi realizada durante a reperfusão pelas variáveis hemodinâmicas: PSVE, PDVE, dP/dt máxima, dP/dt mínima, PPDFC e RC. Ao fim da reperfusão as amostras de tecido do ventrículo esquerdo foram coletadas para as análises de proteínas envolvidas com a dinâmica do cálcio intracelular (fosfolambam e SERCA2a) de acordo com a técnica de immunoblot, atividade das caspases 3/7 e a concentração de ATP miocárdico de acordo com a técnica de bioluminescência. RESULTADOS: A solução cardioplégica sanguínea del Nido atribuiu aos corações a recuperação da função contráctil superior em comparação com a solução cristalóide Custodiol. As análises das variáveis hemodinâmicas mostraram resultados superiores com a solução sanguínea, conforme apresentam-se respectivamente: PSVE (90 minutos), 28 ± 7% vs. 50 ± 2%; PDVE (90 minutos), 32 ± 6 vs. del 56 ± 2%; dP/dt máxima (30 minutos), 28 ± 12% vs. 66 ± 10%; dP/dt mínima (30 minutos), 24 ± 10% vs. 53 ± 9%; PPDFC (30 minutos), 18 ± 9% vs. 53 ± 11%. A concentração de ATP miocárdico (P <0,05) e a ativação da fosfolambam (P <0,05) também apresentaram resultados superiores nos corações que receberam a solução cardioplégica del Nido. CONCLUSÕES: A solução cardioplégica sanguínea del Nido demonstrou maior capacidade de proteção do miocárdio em comparação com solução cardioplégica Custodiol de acordo com a maior preservação da recuperação contrátil do ventrículo esquerdo. A elevada concentração de ATP no miocárdio e a maior ativação da fosfolambam são dados que atestam o desempenho ventricular superior com a solução cardioplégica del Nido, demonstrando a maior capacidade de proteção do miocárdio por esta solução(AU)

Abstract: INTRODUCTION: The deleterious effect caused by myocardial ischemia and reperfusion during cardiac arrest is one of the main causes of low cardiac output syndrome in the postoperative period. In this sense, the use of cardioplegic solution on induction of elective cardiac arrest has been the most widely used and widespread method of myocardial protection. However, the standardization of the ideal method or type of cardioplegic solution is still controversial due to the scarcity of studies with a clear delineation about the advantages and disadvantages comparing solutions used in the surgery services. OBJECTIVES: The contractile recovery evaluation from hearts induced to long-term of global ischemia with the single dose of cardioplegic solutions administration by del Nido (blood-based) versus Custodiol (crystalloid). In addition, the evaluation of intracellular calcium dynamics proteins, the activity of proteases involved with programmed cell death as well as myocardial energy preservation. METHODS: Male Wistar hearts rats were submitted to isolated perfusion according to the classic Langendorff technique. The single dose of cardioplegic solutions (30 ml/kg), induced the hearts to the period 3-hours of cold ischemia, followed by the 90-minute of reperfusion. The hearts were divided into two groups; (I) del Nido (n = 6) versus (II) Custodiol (n = 6). The evaluation of left ventricular contractile recovery was performed throughout the reperfusion according to hemodynamic variables: LVSP, LVDP, maximum dP/dt, minimum dP/dt, RPP and CR. Subsequently, at the end of reperfusion the left ventricular tissue samples were collected for analysis of proteins involved with intracellular calcium dynamics (phospholamban and SERCA2a) according to the immunoblot technique and the activity of the caspases 3/7 and myocardial ATP concentration according to the bioluminescence technique. RESULTS: Del Nido blood-based cardioplegic solution provided to the hearts higher contractile recovery comparing to the Custodiol crystalloid cardioplegic solution. The hemodynamic variables analysis showed superior results with the blood-based solution as presented respectively: LVSP (90 minutes), 28 ± 7% vs. 50 ± 2%; LVDP (90 minutes), 32 ± 6 vs. 56 ± 2%; dP/dt maximum (30 minutes), 28 ± 12% vs. 66 ± 10%; dP/dt minimum (30 minutes), 24 ± 10% vs. 53 ± 9%; RPP (30 minutes), 18 ± 9% vs. 53 ± 11%. Ultimately, both analysis with myocardial ATP concentration (P <0.05) and the activation of phospholamban (P <0.05) presented higher levels in the hearts which received the del Nido cardioplegic solution(AU)

Comparative experimental study of myocardial protection with crystalloid solutions for heart transplantation / Estudo comparativo experimental da proteção miocárdica com soluções cristalóides para transplante cardíaco

BACKGROUND: There is a growing need to improve myocardial protection, which will lead to better performance of cardiac operations and reduce morbidity and mortality. Therefore, the objective of this study was to compare the efficacy of myocardial protection solution using both intracellular and extracellular crystalloid type regarding the performance of the electrical conduction system, left ventricular contractility and edema, after being subjected to ischemic arrest and reperfusion. METHODS: Hearts isolated from male Wistar (n=32) rats were prepared using Langendorff method and randomly divided equally into four groups according the cardioprotective solutions used Krebs-Henseleit-Buffer (KHB), Bretschneider-HTK (HTK), St. Thomas-1 (STH-1) and Celsior (CEL). After stabilization with KHB at 37ºC, baseline values (control) were collected for heart rate (HR), left ventricle systolic pressure (LVSP), maximum first derivate of rise left ventricular pressure (+dP/dt), maximum first derivate of fall left ventricular pressure (-dP/dt) and coronary flow (CF). The hearts were then perfused at 10ºC for 5 min and kept for 2 h in static ischemia at 20ºC in each cardioprotective solution. Data evaluation was done using analysis of variance in completely randomized One-Way ANOVA and Tukey's test for multiple comparisons. The level of statistical significance chosen was P<0.05. RESULTS: HR was restored with all the solutions used. The evaluation of left ventricular contractility (LVSP, +dP/ dt and -dP/dt) showed that treatment with CEL solution was better compared to other solutions. When analyzing the CF, the HTK solution showed better protection against edema. CONCLUSION: Despite the cardioprotective crystalloid solutions studied are not fully able to suppress the deleterious effects of ischemia and reperfusion in the rat heart, the CEL solution had significantly higher results followed by HTK>KHB>STH-1.

INTRODUÇÃO: Existe crescente necessidade de aprimorar a proteção miocárdica, para melhor desempenho das operações cardíacas e diminuição da morbimortalidade. Portanto, o objetivo deste estudo foi comparar a eficácia da proteção miocárdica usando tanto solução cristaloide tipo intracelular como extracelular quanto ao desempenho do sistema de condução elétrica, contratilidade do ventrículo esquerdo e edema, após parada isquêmica e posterior reperfusão. MÉTODOS: Corações isolados de ratos Wistar foram montados em Langendorff e aleatoriamente divididos em quatro grupos. de acordo com as soluções cardioprotetoras utilizadas Krebs-Henseleit-Buffer (KHB), Bretschneider-HTK (HTK), St. Thomas-1(STH-1) e Celsior (CEL). Após a estabilização com KHB a 37ºC, valores basais (controle) foram coletados para frequência cardíaca (FC), pressão sistólica do ventrículo esquerdo (PSVE), derivada máxima de aumento da pressão ventricular esquerda (+dP/dt), derivada máxima de queda da pressão ventricular esquerda (-dP/dt) e fluxo coronariano (FCo). Os corações foram então perfundidos a 10ºC por 5 min e mantidos por 2 h em isquemia estática a 20ºC em cada solução cardioprotetora. Avaliação dos dados foi por análise de variância inteiramente casualizados em One-Way ANOVA e teste de Tukey para comparações múltiplas. O nível de significância estatística escolhido foi P<0,05. RESULTADOS: Houve recuperação da FC com todas as soluções utilizadas. A avaliação da contratilidade ventricular esquerda (PSVE, +dP/dt e -dP/dt) demonstrou que o tratamento com a solução CEL foi melhor em comparação às outras soluções. Ao analisar o CF, a solução HTK indicou melhor proteção contra edema. CONCLUSÃO: Apesar das soluções cristaloides cardioprotetoras estudadas não serem capazes de suprimir os efeitos deletérios da isquemia e reperfusão no coração de ratos, a solução CEL apresentou resultado superior seguido por HTK>KHB>STH-1.

Análise ultra-estrutural do miocárdio usando solução cardioplégica cristalóide com e sem procaína em pacientes submetidos à troca valvar aórtica / Ultrastructural study of the myocardium using cardioplegic crystalloid solution with and without procaine in patients undergoing aortic valve replacement

OBJETIVO: Avaliar as alterações ultra-estruturais de dois tipos de cardioplegia (com e sem procaína) em corações de pacientes submetidos a troca valvar aórtica eletiva. MÉTODOS: Foram estudados 18 pacientes submetidos a circulação extracorpórea para troca valvular aórtica eletiva, no Hospital de Clínicas de Porto Alegre num período de 10 meses. Cada paciente foi distribuído aleatoriamente em dois grupos: grupo A - oito pacientes que receberam solução cardioplégica sem procaína; grupo B - Dez pacientes que receberam solução cardioplégica com procaína. Em ambos os grupos, o saco pericárdico foi irrigado com solução salina hipotérmica. As biópsias miocárdicas foram realizadas em três momentos: I - antes da parada isquêmica, II- no final do período isquêmico e III-15 minutos após a reperfusão. RESULTADOS: A avaliação ultra-estrutural comparando os grupos nos três momentos não demonstrou diferenças significativas, sendo a média dos escores no grupo A, nos momentos I, II, e III, de 0,1 ± 0,2; 0,4 ± 0,3 e 0,4 ± 0,4. No grupo B, a médio dos escores foi 0,2 ± 0,2; 0,4 ± 0,3 e 0,7 ± 0,2, respectivamente), nos momentos I, II, e III. A curva de CK-MB foi similar entre os dois grupos. O retorno espontâneo do ritmo cardíaco, pós-despinçamento, ocorreu em 70% dos pacientes no grupo B e, em 12,5% no grupo A (p=0,024). CONCLUSÃO: As duas soluções testadas protegeram o miocárdio de forma eficaz e não foi possível demonstrar, em nível ultra-estrutural, a superioridade da solução contendo procaína. Constatou-se que o retorno ao ritmo espontâneo do coração após o despinçamento aórtico foi significativamente maior no grupo que utilizou procaína adicionada à solução.

OBJECTIVE: The aim of this study was to assess whether the presence of procaine in crystalloid cardioplegic solution increases myocardial protection at the ultra structural level. METHODS: Eighteen patients that underwent aortic valve replacement in the Hospital de Clínicas de Porto Alegre over a 10-month period were studied. They were randomly allocated into two groups: group A - eight patients receiving cardioplegia without procaine; group B - ten patients receiving cardioplegia with procaine. Myocardial biopsies were performed in three different periods: 1st - before ischemic arrest, 2nd - at the end of ischemic arrest, and 3rd -15 minutes after reperfusion. RESULTS: The ultra structural analysis comparing the groups in the three moments did not show any statistically significant difference. The mean score in group A at moment I, II and III was 0.1 ± 0.2; 0.4 ± 0.3; 0.4 ± 0.4, and group B 0.2 ± 0.2; 0.4 ± 0.3; 0.7 ± 0.2. Comparative analysis of CK-MB was similar. The spontaneous return to sinus rhythm after aortic declamping in group B occurred in 70% and in group A 12.5% (p=0.024). CONCLUSION: Both cardioplegic solutions tested were equally effective in myocardial preservation, and we could not demonstrate at the ultrastructural level any benefit when procaine was added. The spontaneous return to sinus rhythm after aortic declamping was significantly greater when procaine was added.

Trimetazidina como aditivo em solução cardioplégica sem pré-tratamento não traz proteção adicional ao miocárdio isquêmico: estudo em modelo suíno de coração isolado / Trimetazidine as cardioplegia addictive without pre-treatment does not improve myocardial protection: study in a swine working heart model

OBJETIVO: Verificar, em modelo experimental de coração isolado de suínos, se a associação da trimetazidina à solução cardioplégica promove melhora no desempenho do coração. MÉTODOS: O modelo experimental utilizou suínos Large-White, com coração isolado perfundido por suporte de outro animal em modo de execução de trabalho ("working heart state"). Foram divididos em três grupos (n = 6), submetidos a isquemia regional seguida de isquemia global, que recebiam um dos três tratamentos: solução St Thomas (ST), solução St Thomas acrescida de trimetazidina (TMZ) e grupo controle (Co). Durante período de reperfusão, aos 30, 60 e 90 minutos, foram medidos parâmetros hemodinâmicos de contratilidade e metabólicos, obtendo-se assim a elastância máxima (Emáx), o índice de trabalho sistólico pré-recrutável (PRSW), "dureza" do ventrículo (EDPRV), fluxo coronariano, consumo de oxigênio e dosagens de lactato e glicose. Os resultados foram analisados estatisticamente. RESULTADOS: Em relação aos parâmetros hemodinâmicos de contratilidade, não houve diferença estatística significante entre os três grupos. Houve produção crescente de lactato nos três grupos de forma uniforme quanto maior o tempo de reperfusão. O fluxo coronariano, o consumo de oxigênio e o consumo de glicose tiveram grande variação entre os diferentes tempos medidos, mas sem diferença entre os três tratamentos. O peso final do ventrículo esquerdo foi significativamente menor no grupo trimetazidina (TMZ) do que nos demais. CONCLUSÃO: A administração da trimetazidina associada como adjuvante à solução cardioplégica, sem pré-tratamento, não demonstrou benefício hemodinâmico ou metabólico em modelo experimental "working heart" de coração isolado em porcos.

OBJECTIVE: The aim of this study is to verify in an isolated working heart swine model if the acute administration of trimetazidine to cardioplegia, without pre=treatment improves heart performance. METHODS: Eighteen pairs of swines were used in this working heart model, divided into three groups (n = 6) that underwent regional and global ischemia. Each group was selected to a different treatment: St Thomas cardioplegia (ST), St Thomas enriched with trimetazidine (TMZ) and control group (Co). Data was collected during reperfusion period at 30, 60 and 90 minutes. Hemodinamic parameters such as elastance contractility index (Emax), preload recruitable stroke work relationship (PRSW) and heart "stiffness" (EDPVR) were measured. Other data included coronary flow, lactate, oxygen and glucose consumption. Results were statistically analyzed. RESULTS: All contractility data were not significantly different among three groups. Lactate became constantly higher according to time uniformly in all three groups. Coronary flow, glucose consumption and oxygen consumption presented large variations during time periods but according to treatments showed no statistical differences in all three groups. Left ventricle final weight was significantly lower in trimetazidine group compared to both other groups. CONCLUSION: Administration of trimetazidine enhanced cardioplegia, without pre-treatment, showed no hemodinamic or metabolic improvement in swine isolated working heart model.

Padronização de modelo de coração isolado "working heart" com circulação parabiótica / Development of isolated swine "working heart model" with parabiotic circulation

OBJETIVO: Desenvolver modelo de coração isolado de suíno "working heart" sob suporte por circulação parabiótica e verificar se o mesmo é estável e se possibilitou de forma efetiva a mensuração dos dados propostos. MÉTODOS: O modelo foi padronizado durante preparação para estudo de associação de agente à solução cardioplégica. Foram realizados 18 experimentos com um animal suporte e um animal doador em cada. O coração do animal doador foi perfundido como coração isolado pelo animal suporte em modo de execução de trabalho ("coração ejetante"). O coração isolado foi submetido à isquemia regional por pinçamento da artéria interventricular anterior seguido de isquemia global. Durante reperfusão, com o coração ejetante (em modo "working heart"), aos 30, 60 e 90 minutos foram medidos parâmetros hemodinâmicos de contratilidade e metabólicos, obtendo-se assim a elastância máxima (Emáx), o trabalho sistólico pré-recrutável (PRSW), rigidez do ventrículo (EDPRV), fluxo coronariano, consumo de oxigênio e dosagens de lactato e glicose. RESULTADOS: Os animais suporte ficaram estáveis durante todo o experimento. O pH, a pressão parcial de oxigênio e o hematócrito foram mantidos estáveis e dentro da faixa fisiológica. O coração isolado foi perfundido de forma adequada durante todo o experimento. Os dados hemodinâmicos e metabólicos propostos puderam ser mensurados adequadamente e sempre com o coração ejetante, em modo de execução de trabalho ("working heart"). CONCLUSÃO: O modelo de coração isolado desenvolvido tipo "working heart" se manteve estável durante todo o experimento, sem a administração de drogas cardiotônicas e possibilitou a mensuração de todos os dados propostos de forma efetiva com o coração executando trabalho.

OBJECTIVE: To develop an isolated working heart model with parabiotic circulaton in swines and verify its stability and possibility to allow effective measurements of hemodinamic and metabolic data. METHODS: This model was developed during study of association of agents to cardiolegia. There were performed 18 experiments, each with a support animal and a donor animal. Donor animal heart was perfused as isolated working heart with parabiotic circulation from support animal. Isolated heart underwent regional ischemia by interventricular artery clamping, followed by global ischemia. During reperfusion in working heart state mode at 30, 60 and 90 minutes, contractility indices such as elastance, preload recruitable stroke work index and metabolic data were acquired. RESULTS: Support animals were kept stable throughout the procedures without use of blood transfusions or vasoactive drugs. pH, oxygen partial pressure and hematocrit were kept stable and within physiologic ranges. Isolated heart was perfused adequately throughout the experiment. All hemodinamic and metabolic data proposed were adequately measured in working heart state mode. CONCLUSION: This swine isolated "working heart" model was kept stable throughout the experiments with no administration of vasoactive drugs and it allowed adequate measurements of metabolic and hemodinamic data.

Proteção miocárdica ao coração hipertrofiado: o eterno desafio: [revisão] / Myocardial protection to the hypertrophied heart: the eternal challenge: [review]

A proteção miocárdica permitiu enorme avanço na moderna cirurgia cardíaca, reduzindo a mortalidade e permitindo que operações cada vez mais complexas pudessem ser realizadas. A alteração na população eleita para procedimentos cirúrgicos cardiológicos mudou significativamente nas últimas décadas, com o aumento de pacientes mais idosos, com função ventricular deprimida e miocárdio hipertrofiado. Essa última condição, desde os primórdios da cirurgia cardíaca, constituiu-se em grande desafio. Diversas técnicas de proteção ao miocárdio hipertrofiado foram descritas, porém com resultados não alentadores. As características da hipertrofia miocárdica no adulto com cardiopatia cirúrgica apresentam particularidades desafiadoras. Nesse artigo, procuramos atualizar o estado da arte sobre a proteção miocárdica ao coração hipertrofiado.

The myocardial protection allowed great advance in cardiac surgery, decreasing the mortality and making more feasible complex surgeries. Latterly, the patient population elected for cardiac procedures has been changing towards elderly patients with ventricular function depressed and myocardial hypertrophy. The myocardial hypertrophy condition represents a great challenge since the beginning of the cardiac surgery. Several techniques have been described to protect the myocardial hypertrophy, however with no satisfactory results. In this manuscript we present the state of the art technique of myocardial protection.