Reperfusion Injury after 24 Hours Cold Storage of Donor Hearts. Possible Role of Leukocyte Activation

Summary

The role of neutrophils on the development of reperfusion injury was evaluated in canine hearts. Reperfusion was performed with a closed reperfusion System. 18 dog hearts were arrested by a single dose of National Institute of Health cardioplegia and stored cold (0.5 °C) for 24 hours. Thereafter they were randomly attached to one of the following groups. Group I: reperfusion with whole blood (n = 6), group II: reperfusion with low-leukocyte blood (n = 6), group III: reperfusion with low-leukocyte blood plus phenyl-isopropyl adenosine (PIA) (n = 6). Hearts in group I showed an increase of high energy phosphates (HEP) within the first 30 minutes, and a signiflcant decrease during the subsequent 30 minutes. Concomitantly the initially soft hearts turned into stone hearts. In group II and III a signiflcant increase of HEP was seen during the entire reperfusion. After 60 minutes of reperfusion myocardial ATP levels in group III were significantly higher than in group I. All hearts in group III were soft after reperfusion. It is concluded that reperfusion injury appears to be dependent upon the presence and activation of neutrophils, which can be partially prevented by reperfusion with low-leukocyte blood and more so by the simultaneous administration of PIA.

Zusammenfassung

Die Reperfusion des postischämischen Herzens ist mit der Freisetzung von freien Radikalen vergesellschaftet. Dabei scheinen freie Sauerstoffradikale wichtige Mediatoren des Reperfusions-schadens zu sein. Eine potentielle Ursache des Reperfusions-schadens können Leukozyten sein, die freie Sauerstoffradikale und deren Metaboliten freisetzen können.

In der vorliegenden randomisierten Studie wurde der Einfluß der Leukozyten auf den Reperfusionsschaden an Hundeherzen untersucht, die nach kardioplegischem Arrest explantiert und 24 Stunden in eiskalter Ringerlösung (0,5 °C) präserviert wurden. Dabei wurde der Katabolismus der energiereichen Phosphate ATP und Kreatinphosphat (CrP) sowie die postischämische Kontraktur von 18 Hundeherzen untersucht. Der kardioplegische Arrest wurde mit der National Institute of Health Kardioplegie durchgeführt. Die Reperfusion der isolierten Hundeherzen erfolgte ex vivo mit Hilfe eines geschlossenen Reperfusionssystems mit Oxygenator. Nach Explantation wurden die Hundeherzen einer der folgenden Gruppen zugeteilt. Gruppe I: Reperfusion mit Vollblut (n = 6), Gruppe II: Reperfusion mit leukozytenarmem Blut (n = 6), Gruppe III: Reperfusion mit leukozytenarmem Blut und Phenyl Isopropyl Adenosin (PIA) (n = 6).

In der Gruppe I zeigte sich ein signifikanter Anstieg der energiereichen Phosphate innerhalb der ersten dreißig Minuten nach der Reperfusion (p < 0,05). Nach dreißig bis sechzig Minuten jedoch sanken ATP und CrP wieder signifikant ab. Gleichzeitig wiesen diese Herzen eine deutliche postischämische Kontraktur (stone heart) auf. In Gruppe II und III wurde ein signifikanter Anstieg der energiereichen Phosphate während der gesamten Reperfusionsphase verzeichnet. Nach sechzigminütiger Reperfusion war der myokardiale ATP Gehalt in Gruppe III signifikant höher als in Gruppe I. Eine postischämische Kontraktur wie in der Gruppe I wurde nicht verzeichnet.

Es wird somit festgestellt, daß der Reperfusionsschaden von der Präsenz und Aktivierung der Leukozyten abhängig ist. Er kann zum Teil durch Reperfusion mit leukozytenarmem Blut vermieden und weiter durch die gleichzeitige Zufuhr von PIA abgeschwächt werden.

Key words

Ex-vivo preservation - Reperfusion injury - Leukocytes - High-energy phosphates