Cardioplegic Protection of Hearts with Pre-Arrest Ischaemic Injury: Effect of Glucose, Aspartate, and Lactobionate

Summary

This study compared the cardioprotective effects of three oxygenated “extracellular” crystalloid cardioplegic Solutions. These were MBS (containing glucose, aspartate, and lactobionate [GAL]), St. Thomas' Hospital No. 2 (STH), and modified STH (added glucose, aspartate, and lactobionate) (STHGAL). Isolated working rat hearts (45) were initially injured with 10 min of global normothermic ischaemia and then arrested for 4 hr at (30 °C) with multidose cardioplegia (2 min every 30 min). The hearts (n = 9 per group) were then reperfused for 7 min in the non-working mode and for a further 23 min in the working mode. MBS-treated hearts rapidly resumed spontaneous sinus rhythm (0.69 ±0.06 minutes) with nearly complete recovery of function (aortic flow 93.3 ±5.4%, cardiac output 95.7 ±3.6%, stroke volume 95.3 ±3.7%, heart rate 102.2 ±3.7%, and aortic pressure 88.3 ±3.2% of pre-is-chaemic control values). With either STH or STHGAL these indices were significantly (p<0.01) lower (aortic flow 25.5 ±10.4% or 69.5 ±6.5%, cardiac Output 30.1 ±11.1% or 67.5 ±6.6%, aortic pressure 36.5 ±7.7% or 63.9 + 8.0%, respectively). Total lactate efflux (indicating glycolysis) during cardioplegia was increased (p<0.01) by inclusion of GAL (MBS 63.7 + 1.8, STHGAL 68.7 ±2.2, STH 28.5 ± 1.3 μmol/ heart). Progressive increase in coronary vascular resistance was observed during STH-based cardioplegia but not during MBS-based. The improved recovery of function was associated with reduced depletion of adenosine triphosphate (MBS 9.44±0.79, STHGAL 8.21 ±1.00, STH 1.02±0.1(μmol/g dry wt), total adenine nucleotide pool (14.61 ±0.83, 16.81 ±0.85, 7.33 ±0.52 μmol/g dry wt) and energy Charge (0.767 ±0.019, 0.620 + 0.037, 0.248 ±0.012) during arrest, and significantly (p < 0.01) better resynthesis during reperfusion (ATP: 66 %, 16%, 40%; TAN: 64%, 22%, 43% of control respectively). These findings indicate that the novel cardioplegic Solution MBS (US Fat. No. 5,290,766) provides better myocardial protection than STH in hearts with pre-arrest ischaemic injury not only by providing metabolic Substrates but also because of its more appropriate balance of cations.

Zusammenfassung

In dieser Studie wurden die kardioprotektiven Wirkungen von 3 oxygenierten “extrazellulären” kristalloiden Kardioplegielösungen untersucht. Dies waren MBS (mit Glukose, Aspartat und Laktobionat - GAL), St. Thomas Hospital Lösung Nr. 2 (STH) und modifizierte STH mit Glukose, Aspartat und Laktobionat (STHGAL). Isoliert arbeitende Rattenherzen wurden zu Beginn mit einer lOminütigen globalen normothermen Ischämie belastet und danach mit mehrmaligen Kardioplegiegaben (für 2 Minuten alle 30 Minuten) für 4 Stunden bei 30 °C stillgestellt. Dann wurden die Herzen (n = 9 je Gruppe) 7 Minuten lang im nicht arbeitenden Modus und 23 Minuten lang im arbeitenden Modus reperfundiert. Die MBS behandelten Herzen zeigten schneller wieder einen spontanen Sinusrhythmus (0,69 ± 0,06 Minuten) mit einer nahezu kompletten Erholung der Funktion (Aortenfluß: 93,3 + 5,4 %, Herzminutenvolumen: 95,7 ± 3,6 %, Schlagvolumen: 95,3 ± 3,7 %, Herzfrequenz: 102,2 ± 3,7 % und Aortendruck 88,3 ± 3,2 % vom Ausgangswert vor Ischämie). Sowohl mit STH, als auch mit STHGAL waren diese Worte signifikant (p < 0,01) niedriger (Aortenfluß: 25,5 ± 10,4 % und 69,5 ± 6,5 %, Herzminutenvolumen: 30,1 ± 11,1 % und 67,6 ± 6,6 %, Aortondruck: 36,5 ± 7,7 und 63,9 ± 8,0 %). Der totale Laktat-Efflux als Anzeige einer Glykolyse war während der Kardioplegie signifikant erhöht (p < 0,01 ) unter Einbeziehung von GAL (MBS: 63,7 ± 1,8, STHGAL: 68,7 ± 2,2, STH: 28,5 ± 1,3 μmol/heart). Einen progressiven Anstieg des koronaren Gefäßwiderstands konnten wir bei Gabe von STH-Kardioplegie beobachten, nicht hingegen bei MBS. Die schnellere Wiederherstellung der Herzfunktion war verbunden mit einem reduzierten Abbau der Adonosintriphosphate (MBS: 9,44 ± 0,79, STHGAL: 8,21 ± 1,00, STH: 1,02 ±0,10, μmol/g Trockengewicht), des totalen Adeninnucleotid-Pools (14,61 ±0,83, 16,81 ±0,85, 7,33±0,52, μmol/g Trockengewicht) und des Energieverbrauchs (0,767 + 0,019, 0,620 ±0,037, 0,248 ±0,012) während des Stillstands, und eine signifikant (p < 0,01) höhere Resynthese während der Reperfusion (ATP: 66%, 16%, 40%, TAN: 64%, 22%, 43% der Kontrollwerte). Diese Ergebnisse zeigen, das die neue kardioplegische Lösung MBS (US-Patent Nr. 5.290.766) eine bessere myokardiale Protektion von Herzen mit einem ischämischen prä-Arrest Schaden erreicht als STH. Dies wird nicht nur durch eine bessere Ausnutzung der metabolischen Substrate erreicht, sondern auch durch eine adäquate Balance der Kationen.

Key words

Crystalloid cardioplegia - Ischaemia - Metabolic substrates - Moderate hypothermia - Isolated rat heart