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Background
Mitochondrial impairment can result from myocardial ischemia reperfusion injury (IR). Despite cardioplegic arrest, IR-associated cardiodepression is a major problem in heart surgery. We determined the effect of increasing ischemia time on the respiratory chain (RC) function, the inner membrane polarization and Ca\(^{2+}\) homeostasis of rat cardiac subsarcolemmal mitochondria (SSM).
Methods
Wistar rat hearts were divided into 4 groups of stop-flow induced warm global IR using a pressure-controlled Langendorff system: 0, 15, 30 and 40 min of ischemia with 30 min of reperfusion, respectively. Myocardial contractility was determined from left ventricular pressure records (dP/dt, dPmax) with an intraventricular balloon. Following reperfusion, SSM were isolated and analyzed regarding electron transport chain (ETC) coupling by polarography (Clark-Type electrode), membrane polarization (JC1 fluorescence) and Ca2+-handling in terms of Ca\(^{2+}\)-induced swelling and Ca\(^{2+}\)-uptake/release (Calcium Green-5 N® fluorescence).
Results
LV contractility and systolic pressure during reperfusion were impaired by increasing ischemic times. Ischemia reduced ETC oxygen consumption in IR40/30 compared to IR0/30 at complex I-V (8.1 ± 1.2 vs. 18.2 ± 2.0 nmol/min) and II-IV/V (16.4 ± 2.6/14.8 ± 2.3 vs. 2.3 ± 0.6 nmol/min) in state 3 respiration (p < 0.01). Relative membrane potential revealed a distinct hyperpolarization in IR30/30 and IR40/30 (171.5 ± 17.4% and 170.9 ± 13.5%) compared to IR0/30 (p < 0.01), wearing off swiftly after CCCP-induced uncoupling. Excess mitochondrial permeability transition pore (mPTP)-gated Ca\(^{2+}\)-induced swelling was recorded in all groups and was most pronounced in IR40/30. Pyruvate addition for mPTP blocking strongly reduced SSM swelling in IR40/30 (relative AUC, ± pyruvate; IR0/30: 1.00 vs. 0.61, IR15/30: 1.68 vs. 1.00, IR30/30: 1.42 vs. 0.75, IR40/30: 1.97 vs. 0.85; p < 0.01). Ca2+-uptake remained unaffected by previous IR. Though Ca\(^{2+}\)-release was delayed for ≥30 min of ischemia (p < 0.01), Ca\(^{2+}\) retention was highest in IR15/30 (RFU; IR0/30: 6.3 ± 3.6, IR 15/30 42.9 ± 5.0, IR30/30 15.9 ± 3.8, IR40/30 11.5 ± 6.6; p ≤ 0.01 for IR15/30 against all other groups).
Conclusions
Ischemia prolongation in IR injury gradually impaired SSM in terms of respiratory chain function and Ca\(^{2+}\)-homeostasis. Membrane hyperpolarization appears to be responsible for impaired Ca2+-cycling and ETC function. Ischemia time should be considered an important factor influencing IR experimental data on subsarcolemmal mitochondria. Periods of warm global ischemia should be minimized during cardiac surgery to avoid excessive damage to SSMs.
Hintergrund:
Im Zuge einer akuten Herzinsuffizienz kommt es auf Grund der Ischämie und Reperfusionsschäden (IR) zur Verschlechterung der Herzfunktion. Studien bezüglich einer 15- und 20 minütigen Ischämie haben für den Phosphodiesterase3-Hemmer Enoximon bereits einen positiven Einfluss auf die Myokard- und Mitochondirenfunktion aufzeigen können. Ob diese Ergebnisse auch unter längerer Ischämiezeit reproduzierbar sind, war Gegenstand dieser Arbeit.
Material und Methoden:
4 Gruppen wurden bezüglich ihrer Ergebnisse im Zuge einer retrograden Perfusion von Rattenherzen innerhalb der Langendorff-Apparatur verglichen. Allen Gruppen war eine 30-minütige Perfusion gemein. Als Kontrollgruppe diente IR0/30. Die Gruppen unterschieden hinsichtlich der Verwendung einer 40-minütigen Ischämiezeit vor Reperfusion (IR40/30) sowie dem Gebrauch von Enoximon mit (Enox-IR40/30) und ohne Ischämie (Enox-IR0/30). Im Rahmen des Langendorff-Versuchs wurde der linksventrikuläre Druck (LVPsys), der Koronarfluss, die Kontraktilität (LVdp/dtmax) sowie Herzenzyme bestimmt. Zur Bestimmung der Mitochondrienfunktion wurden die IFM und SSM isoliert und hinsichtlich der Atmungskettenfunktion (RCF) sowie der mPTP-Öffnung untersucht.
Ergebnisse:
Unter IR kam es zu einem Abfall des LVPsys (p<0,01), LVdp/dtmax (p<0,004) sowie des Koronarflusses (p=0,01). Es war eine verstärkte Schwellung der Mitochondrien im Rahmen der mPTP-Öffung für IFM (p=0,01) und SSM (p<0,0001) erkennbar. Die Konzentrationen der Herzmarker GOT und hFABP stiegen an. Für Troponin T, CK und CK-MB fand sich kein signifikanter Unterschied zur Kontrollgruppe.Die Komplexaktivität der IFM war in den Komplexgruppen II-V (p<0,0001), II-IV (p<0,0001), III-V (p=0,004) und IV (p<0,0001) verringert. In SSM zeigte sich ein Aktivitätsabfall im Komplex IV (p=0,05).
Enoximon hatte unter Ischämie keinen Einfluss auf die hämodynamischen Parameter. Gegen Ende der Messung kam es zu einem geringen Anstieg der mPTP-Öffnung der SSM (p=0,05). Die Konzentration an hFABP war verringert. Die Komplexaktivität der IFM stieg in den Komplexgruppen I-V (p=0,01), II-V (p=0,04), II-IV (p=0,02) und IV (p=0,02) gegenüber IR40/30 an. In nicht-ischämischen Myokard (Enox-IR0/30) zeigte Enoximon einen Anstieg des LVdp/dtmax (p<0,02) und verringerte die Konzentration an TroponinT (p<0,02). Während die Komplexaktivität der IFM in I-V anstieg (p=0,01), zeigte diese sich in II-V (p=0,04) und III-V (p=0,009) abgeschwächt. Für SSM war am Ende der Messung ein geringer Anstieg der mPTP- Öffnung erkennbar (p<0,04).
Diskussion:
IR-Schäden verschlechtern die Herzleistung, führen zu einer Reduktion der Mitochondrienfunktion sowie gesteigerter Vulnerabilität der Mitochondrien im Zuge der mPTP-Öffnung. Während Studien mit kürzer Ischämiezeit für Enoximon eine Verbesserung des LVPsys, LVdp/dtmax und Koronarflusses aufzeigen konnten, waren unter 40minütiger Ischämie kein Einfluss von Enoximon mehr erkennbar. Es ließ sich unter Ischämie für Enoximon jedoch ein positiver Einfluss auf die Atmungskettenkomplexe der IFM nachweisen. Gleichzeitig war in nativem Myokard ein Anstieg des LVdp/dtmax unter Enoximon erkennbar. In Zuge von IR-Schäden scheint somit die Wirksamkeit von Enoximon stark von einem frühen Applikationszeitpunkt abhängig zu sein.
Hintergrund:
Kardiovaskuläre Erkrankungen sind die führende Todesursache in Ländern der westlichen Welt. Die Koronare Herzkrankheit (KHK) macht über die Hälfte dieser Todesfälle aus. Obwohl die Risikofaktoren der KHK in den vergangenen Jahrzehnten ausreichend erforscht wurde, ist in in den letzten Jahren ein weiterer potentieller Risikofaktor von Interesse geworden: die Depression. Es konnte gezeigt werden, dass eine gehäufte Komorbidität zwischen KHK und depressiver Symptomatik besteht und dass das gleichzeitige Vorliegen von KHK und Depression mit schlechterer Prognose und erhöhter Mortalität verknüpft ist. Die vorliegende retrospektive Arbeit beschäftigte sich mit dem postoperativen Outcome von Patienten mit depressiver Erkrankung, die sich einem herzchirurgischen Eingriff unterzogen hatten, im Vergleich zu einem Kollektiv psychisch gesunder Patienten. Studienhypothese war, dass Depression das Risiko von postoperativer Mortalität, peri- und postoperativer Komplikationen und stationären Wiederaufnahmen erhöht.
Material und Methoden:
Insgesamt wurden 294 Patienten, die im Zeitraum von Januar 2008 bis einschließlich März 2013 in der Klinik für Thorax-, Herz- und thorakale Gefäßchirurgie des Universitätsklinikum Würzburg am Herzen operiert wurden, eingeschlossen. Es wurden prä-, peri- und postoperative Daten aus den digitalen Patientenakten, Anästhesie- und Operationsprotokollen erhoben und in Erhebungsbögen festgehalten. An statistischen Test wurden der T-Test und der Chi-Quadrat-Test benutzt. Als primären Endpunkt definierten wir die postoperative 30-Tages-Mortalität.
Resultate:
In der Gruppe der depressiven Patienten verstarben 8 Patienten und 11 Patienten wurden in der Herz-Thorax-Chirurgie wiederaufgenommen. Wir konnten keinen Unterschied zu den nicht depressiven Patienten feststellen (Mortalität p=0,213, Rehospitalisation p=0,578). Es konnte ein hoch-signifkanter Zusammenhang zwischen Depression und dem Risiko für postoperatives Delir gezeigt werden (p=0,002).
Konklusion: Wir konnten keinen Unterschied zwischen der 30-Tages-Letalität und der Rehospitaliseriungsrate nach Herzoperation zwischen präoperativ depressiven und nicht depressiven Patienten feststellen. Wir konnten zeigen, dass Patienten mit präoperativer Depression ein erhöhtes Risiko haben postoperatives Delir zu erleiden. Wir zogen daraus die Schlussfolgerung, dass die Diagnosestellung und Therapie von Depression und depressiver Symptomatik in Patienten mit koronarer Herzkrankheit von klinischer Relevanz ist um eine optimale chirurgische Behandlung zu gewährleisten.
Hintergrund: Der perioperative Schlaganfall gilt als eine der häufigsten Komplikationen bei herzchirurgischen Eingriffen. Durch die Manipulation der Aorta kann es zum Lösen von atherosklerotischer Plaque und zur Entstehung eines perioperativen neurologischen Defizites kommen.
Methodik: 142 Patienten der Universität Würzburg mit perioperativem Schlaganfall wurden untersucht (gesamte Op-Zahl: n = 9074). Abhängig von der Operationsmethode und dem Zeitraum wurden die Patienten in zwei Gruppen unterteilt. Bei 30 Patienten wurde die Herzoperation mittels MAC und ohne EAS durchgeführt, bei 112 Patienten mittels SAC und mit routinemäßigem EAS. Diese beiden Kollektive wurden hinsichtlich des Auftretens von Schlaganfällen miteinander verglichen.
Ergebnisse: Das Risiko für einen perioperativen Schlaganfall lag mit MAC bei 2,03 % (30/1481) und mit SAC und EAS bei 1,48 % (112/7593; p = 0,148). Im Vergleich zur reinen Bypass- oder Klappenoperation war das Risiko bei einem kombinierten Eingriff signifikant erhöht (p < 0,001).
Zusammenfassung: Neuroprotektive Operationsmethoden wie die SAC und der EAS verringern das Risiko für einen perioperativen Schlaganfall, jedoch ist ein solcher multifaktoriell bedingt und die Operationsmethode kann nicht alleinig als Auslöser verantwortlich gemacht werden. Kombiniert intrakardiale und koronararterielle Eingriffe tragen zudem das höchste Risiko für perioperative Insulte.
In der vorliegenden Studie wurden der Effekt und die Haltbarkeit der Rekonstruktion der Trikuspidalklappe mittels Ringen und Bändern sowie die postoperative Lebensqualität der Patienten untersucht. Als Ausgangspunkt dieser Arbeit dienten die ausführlichen Krankenakten der 141 Patienten, welche vom 01.01.2009 bis zum 31.12.2011 operiert wurden sowie die von den Patienten ausgefüllten Fragebögen. Anhand der Fragebögen konnte die Lebensqualität der Patienten beurteilt werden. Beim gesamten Patientenkollektiv wurden überwiegend neue Ringmodelle, wie steife CE MC3 Ringe und flexible SJM Tailor Bänder verwendet. Bei postoperativen echokardiographischen Kontrollen sowie telefonischen Follow-ups wurden keine reoperationsnotwendigen TK-Pathologien festgestellt. Anhand der Kaplan-Meier-Analyse betrug das 5-Jahres-Überleben in dieser Studie 70%. Die Beurteilung der Lebensqualität anhand COOP-Wonca-Fragebogen zeigte eine statistisch relevante postoperative Besserung im Bereich der somatischen, psychologischen und sozialen Funktion. Diese Arbeit bestätigt, dass die Anwendung von modernen Bändern und Ringen zu einer dauerhaft kompetenten TK führt, und dass sich der Allgemeinzustand der Patienten gegenüber dem Zustand vor der Operation verbessert.
Der myokardiale Ischämie-Reperfusions-Schaden (IR) hat eine hohe Relevanz in der Kardiologie und Herzchirurgie. Trotz intensiver Forschung ist es bislang nicht gelungen, eine
effektive Therapie des IR in den klinischen Alltag zu implementieren.
Mitochondrien spielen im IR eine wichtige Rolle. Die Raman-Spektroskopie mit Laserquellen von 785 nm Wellenlänge erlaubt die nicht-invasive Analyse pathophysiologischer Prozesse in vitro in Echtzeit. Daher eignet sich die Raman-spektroskopische Analyse von Mitochondrien möglicherweise dazu, notwendige neue Einblicke in die Pathophysiologie des myokardialen IR zu gewinnen.
Die vorliegende Arbeit analysierte die mitochondriale Funktion von subsarkolemmalen Mitochondrien im IR mit Hilfe bekannter Methoden. Anschließend erfolgte ein Vergleich der etablierten Methode „Clark-Elektrode“ mit der neu etablierten Raman-Spektroskopie zur Analyse der mitochondrialen Funktion im IR.
Background:
Acute kidney injury (AKI) is a serious complication after cardiac surgery that is associated with increased mortality and morbidity. Heme oxygenase-1 (HO-1) is an enzyme synthesized in renal tubular cells as one of the most intense responses to oxidant stress linked with protective, anti-inflammatory properties. Yet, it is unknown if serum HO-1 induction following cardiac surgical procedure involving cardiopulmonary bypass (CPB) is associated with incidence and severity of AKI.
Patients and methods:
In the present study, we used data from a prospective cohort study of 150 adult cardiac surgical patients. HO-1 measurements were performed before, immediately after and 24 hours post-CPB. In univariate and multivariate analyses, the association between HO-1 and AKI was investigated.
Results:
AKI with an incidence of 23.3% (35 patients) was not associated with an early elevation of HO-1 after CPB in all patients (P=0.88), whereas patients suffering from AKI developed a second burst of HO-1 24 hours after CBP. In patients without AKI, the HO-1 concentrations dropped to baseline values (P=0.031). Furthermore, early HO-1 induction was associated with CPB time (P=0.046), while the ones 24 hours later lost this association (P=0.219).
Conclusion:
The association of the second HO-1 burst 24 hours after CBP might help to distinguish between the causality of AKI in patients undergoing CBP, thus helping to adapt patient stratification and management.