Alt Ekstremite skemi Reperfüzyonunun Hasarda Aprotinin in Koruyucu Etkinli i

Transkript

1 Alt Ekstremite skemi Reperfüzyonunun Hasarda Aprotinin in Koruyucu Etkinli i Yol Açt Pulmoner PROTECTIVE EFFECT OF APROTININ ON LUNG INJURY CAUSED BY ISCHEMIA-REPERFUSION OF THE LOWER EXTREMITIES Dr. Hayrettin fiirin, Dr. Osman Sar bülbül, Dr. Mustafa Cerraho lu, *Dr *Dr. Mustafa Saçar, Dr. ÖmerAksoy. Ahmet Baltalarl, **Dr. Rag p Ortaç, Celal Bayar Üniversitesi T p Fakültesi Gö üs Kalp ve Damar Cerrahisi Anabilim Dal, Manisa * Pamukkale Üniversitesi T p Fakültesi Gö üs Kalp ve Damar Cerrahisi Anabilim Dal, Denizli ** zmir Behçet Uz Çocuk Hastanesi, Patoloji Klini i, zmir Özet Amaç: Aortun geçici olarak oklüzyonunu gerektiren cerrahi giriflimlerde alt ekstremitelerin iskemi reperfüzyonuna u rat lmas sonucunda akci erlerde bir incinme ortaya ç kabilmektedir. Bu olayda, polimorf nüveli nötrofil aktivasyonunun önemli bir rol oynad bilinmektedir. Bu çal flmada, bir proteaz inhibitörü olan aprotininin bu incinme üzerindeki koruyucu etkisi araflt r lm flt r. Materyal ve Metod: Çal flma, tavflan modelinde medyan laparotomi ile infrarenal aortun 3 saat süreyle oklüzyonu ve 1 saat reperfüzyonu fleklinde gerçeklefltirildi. Her iki cinsten 36 adet Yeni Zellanda cinsi beyaz tavflan rastgele olarak 3 gruba ayr ld. Grup 1 de (n = 12) anestezinin hemen ard ndan 30,000 KIU aprotinin bolus olarak verildi. Grup 2 de ise ayn volümde serum fizyolojik kullan ld. Grup 3 de (sham grubu) anestezi ve cerrahi ifllemler uyguland fakat aort oklüde edilmedi. Gruplarda bir saatlik reperfüzyon sonunda arteriyel kan gaz ölçümleri yap ld ve tavflanlar sakrifiye edildiler. Akci erler histolojik olarak de erlendirildi ve saptanan incinme skorland. Bulgular: Ortalama po 2 de eri Grup 2 de di er gruplardan daha düflük bulundu (p < 0.05). Grup 3 olgularda akci er histolojisi tamamen normal olarak de erlendirildi. Grup-2 olgularda, Grup 1 e göre daha fazla akci er inflamasyonu saptand (p < 0.05). Sonuç: Aprotininin alt ekstremite iskemi reperfüzyonuna ba l olarak ortaya ç kan akci er hasar n azaltt sonucuna var ld. Anahtar kelimeler: Alt ekstremite, iskemi, reperfüzyon, akci er hasar, aprotinin Summary Background: Lung injury may occur after the surgical procedures involving the temporary aortic occlusion with subsequent ischemia reperfusion of the lower extremities. Activation of the polymorphonuclear neutrophils is known to play an important role in the pathophysiologic mechanisms. The aim of this study was to determine whether the aprotinin which is a protease inhibitor could have a protective effect on this injury. Methods: A rabbit model in which the infra renal aorta was encircled with median laparotomy and occluded for 3 hours followed by 1 hour of reperfusion was used. New Zelland white rabbits of both sex were randomised into 3 groups. Aprotinin was given 30,000 KIU as a bolus after the induction of anestesia in Group 1 (n = 12), similar volume of saline solution was used in Group 2 (n = 12). Group 3 of animals (sham group, n = 12) were anesthetized and subjected to the surgical procedures without aortic occlusion. At the end of 1 hour reperfusion, arterial blood gases were measured and the rabbits were sacrificed. The lungs were histologically examined and scored according to evidences of the injury. Results: The average po 2 in the Group 2 was significantly lower than in the other groups (p < 0.05). No pathologic finding in lung histology was noted in the Group 3 of animals. The animals of Group 2 exhibited significantly higher lung inflammation than the animals of Group 1 (p < 0.05). Conclusion: The results suggest that aprotinin reduces the lung injury caused by ischemia-reperfusion of the lower extremities. Keywords: Lower extremity, ischemia, reperfusion, lung injury, aprotinin Turkish J Thorac Cardiovasc Surg Girifl Damar cerrahisinde abdominal aortun geçici olarak klemplenmesi ve alt ekstremitelerin iskemi reperfüzyona maruz kalmas, interstisyel ödem ile karekterize pulmoner incinmeye ve disfonksiyona yol açarak, baz olgularda uzam fl ventilatör ve inotropik destek gereksinimine neden olabilmektedir [1-3]. Akci erlerdeki bu incinmenin Sunuldu u Kongre: VI. Ulusal Gö üs Kalp Damar Cerrahisi Kongresi, Belek, Antalya Adres: Dr. Hayrettin fiirin, Celal Bayar Üniversitesi Hastanesi, Gö üs Kalp Damar Cerrahisi Anabilim Dal, Manisa hayrettin.sirin@bayar.edu.tr 233

2 Turkish J Thorac Cardiovasc Surg Dr. fiirin ve Arkadafllar mekanizmas n n tam olarak ortaya konmas ve tedavinin hedefe yönlendirilebilmesi amac yla bu güne dek birçok klinik ve deneysel çal flmalar yap lm flt r [4,5]. Olay n etiyolojisinde yer ald iddia edilen faktörlerden birisi "washout" fenomenidir. Reperfüzyon s ras nda sistemik dolafl ma kat lan birçok kimyasal mediyatörlerin ve olas mikroembolilerin rolü baz çal flmalara konu olmufltur [6,7]. Son zamanlarda ise iskemi ile bafllayan tümör nekrozis faktör-alfa (TNF) art fl ve polimorf nüveli nötrofil (PMN) aktivasyonuyla karekterize inflamatuvar yan t n bu hasarda en önemli rolü oynad anlafl lm flt r [6,8,9]. Aprotinin bir proteaz inhibitörüdür, ayr ca kallikrein-kinin sistemi aktivasyonunu ve k smen nötrofil aktivasyonunu inhibe etti i de bilinmektedir [10]. Bu çal flmada tavflanlarda abdominal aort oklüzyonu modelinde aprotinin'in akci er hasar üzerindeki koruyucu etkisi araflt r lm flt r. Materyal ve Metod Etik onay sonras nda deney, her iki cinsten kg a rl klar nda 36 adet Yeni Zellanda cinsi beyaz tavflan üzerinde gerçeklefltirildi. Tavflanlar rastgele olarak eflit say da (n = 12) 3 gruba ayr ld lar. Deney gruplar ndaki uygulama ve cerrahi teknik Tüm tavflanlara preoperatif dönemde kulak veninden yerlefltirilen bir kateter yoluyla tek doz antibiyotik (10 mg cefazolin) ve heparin (150 U/kg) uyguland. fllem boyunca %0.9 NaCl (15 ml/h) ile devam edildi. fllemler tek doz intramuskuler ketamin (50 mg/kg) anestezisi alt nda uyguland. Anesteziyi takiben Grup 1 de 30,000 KIU/kg aprotinin intravenöz bolus olarak verildi. Di er gruplarda ise ayn volümde serum fizyolojik kullan ld Tavflanlarda abdominal aort, orta hat laparotomi ile ortaya kondu. Aort infrarenal bölgeden 2/0 monoflamen sütür ile dönüldü ve sner içine al nd, sner kar n yan duvar ndan d fla al nd. Grup 1 ve Grup 2 de iskemi, snerin 3 saat süreyle s k lmas yla gerçeklefltirildi. Bu gruplarda sner s k ld ktan ve aortik oklüzyon kontrol edildikten sonra abdomen kapat ld. Grup 3 de (sham grubu) ise anestezi ve di er cerrahi ifllemler uyguland ancak aort oklüde edilmedi. Bu grup, anestezi ve operasyonun sonuçlar üzerine olas etkisinin belirlenmesi ve de erlendirilmesi amac yla kullan ld. fllem s ras nda her 3 grupta da tavflanlar nazal maske ile 2 L/dak O2 ile spontan solunuma brak ld lar. Rektal s izlendi ve vücut s s s tma lambas ve petler kullan larak C aras nda tutuldu. Deneyde ek doz anestezi uygulanmad ve takip fluurlu tavflanlar üzerinde sürdü. Üç saatlik iskemi periyodu sonunda sner gevfletildi. skemi uygulanan hayvanlarda reperfüzyonun ilk 5 dakikas nda 3 meq sodyum bikarbonat infüzyonla verildi. Reperfüzyonun 60. dakikas nda femoral arterden kan gaz ölçümleri yap ld. Bu ölçümler sonras nda tavflanlara yeniden intramuskuler ketamin (50 mg/kg) uyguland ve anestezi alt nda intrakardiyak formol ile sakrifiye edildiler. Her iki akci er ç kar larak histopatolojik incelemeye al nd. Histolojik de erlendirme Formalin solüsyonunda fikse (tesbit) edilip parafine gömülen örneklerden 4 mikrometrelik kesitler al nd ve rutin Resim 1. Normal akci er histolojisi. Resim 2. Fokal peribronsiyal yang sal hücre infiltrasyonu ve ödem. Resim 3. Multifokal peribronsiyal yang sal hücre infiltrasyonu, ödem, bronfl epitelinde erozyon. hematoxylin-eosin ile boyand. Tüm örnekler deney gruplar ndan habersiz ayn patolog taraf ndan de erlendirildi. Her örnekte en az 2 farkl kesit incelendi. Akci er hasar kesitlerde saptanan konjestiyon, interstisyel ödem, PMN 234

3 Tablo 1. Gruplarda reperfüzyonun 60. Dakikas nda arteryel kangaz ölçümleri. Grup 1 (n = 11) Grup 2 (n = 11) Grup 3 (n = 12) p po 2 91 ± 4 83 ± 8 91 ± pco 2 36 ± 3 34 ± 3 35 ± ph 7.34 ± ± ± Tablo 2. Grup 1 ve Grup 2 de saptanan akci er skorlar. Akci er Hasar Skorlar Ortalama skorlar Grup 1 (n = 11) ± 0.5 Grup-2 (n = 11) ± 0.6 infiltrasyonu ve hava yolu hemorajilerine göre afla daki skalaya uygun olarak semikantitatif olarak skorland [8]: 0 = De ifliklik yok 1 = Fokal, hafif de ifliklikler 2 = Multifokal orta dereceli de ifliklikler 3 = Multifokal belirgin de ifliklikler 4 = Yayg n belirgin de ifliklikler statistik Gruplarda elde edilen de erler ortalama de er ± standart sapma olarak ifade edildi. Gruplar aras nda biyokimyasal parametrelerin karfl laflt r lmas nda Student t testi, akci er hasar skorlar n n karfl laflt r lmas nda nonparametrik Mann- Whitney U testi kullan ld ve p < 0.05 de erleri anlaml kabul edildi. Bulgular Grup-3'de mortalite ve morbidite izlenmedi ve akci er histolojilerinde patolojik bulgu saptanmad. Grup 1 ve Grup 2 de birer tavflan ifllem s ras nda kaybedildi. Reperfüzyonun 60. dakikas nda al nan arteryel kan gaz ölçümlerinde Grup 2 de di er guruplara göre po2 anlaml olarak daha düflük bulundu (p = 0.011). Saptanan pco2 ve ph de erlerinde ise gruplar aras nda bir fark izlenmedi (Tablo 1). Akci er kesitlerinde yap lan histopatolojik de erlendirmelerde hiç bir hayvanda 3. ve 4. derecelerde hasar izlenmedi. Grup 1 ve Grup 2 de saptanan akci er skorlar Tablo 2 de sunulmufltur. Grup 1 de tavflanlar n 5'inde akci er patolojisi saptanmad (Resim 1), 6 s nda ise fokal hafif de ifliklikler (1. derece) izlendi (Resim 2). Grup 2 de ise tavflanlar n büyük bir bölümünde 1. veya 2. derece (Resim 3) akci er hasarlar saptand (p = 0.040). Tart flma Abdominal aortun bir süre için klemplenmesi ve alt extremitenin iskemi reperfüzyonuna maruz b rak lmas sonucunda akci erlerde ortaya ç kan hasar n, inflamatuvar bir yan ta ba l oldu u ve bu hasarda lökosit aktivasyonunun en önemli rolü oynad bilinmektedir. skemi reperfüzyonuna ba l uzak organ hasarlar n n, özellikle akci erlerde ortaya ç kan hasar n etiyolojisinde en önemli unsur olarak PMN aktivasyonu görülmektedir [3,4,6]. Nötrofil aktivasyonu ve sekestrasyon sonucunda pulmoner mikrosirkülasyon bozulmakta, proteolitik enzimlerin ve oksijen serbest radikallerinin aç a ç kmas endotel permiabilitesinde art fl ve interstisyel ödem ile karekterize doku hasar ile sonuçlanan bu incinmeyi bafllatmaktad r [9,11]. Akci erlerde ortaya ç kan bu hasar n patogenezinde rol alan en önemli mediyatörün TNF oldu u düflünülmektedir. Yap lan çal flmalarda alt ekstremite iskemisinin serum TNF düzeyinde h zl bir art fla yol açt gösterilmifltir [8]. Tümör nekrozis faktör-alfa güçlü bir PMN aktivatörüdür, ayn zamanda akci erde nötrofil kemotaksisinde etkili bir di er mediyatör olan nitrik oksit üretiminde de art fla yol açmaktad r [8,12]. Alt ekstremite iskemisine ba l ortaya ç kan akci er hasar n n önlenmesinde TNF blokaj veya lökosit inhibisyonunu esas alan de iflik ajanlarla yap lm fl çok say da çal flmay literatürde görmek mümkündür [5,8,12]. Ancak bu güne dek yay nlanm fl çal flmalarda aprotininin etkisini araflt ran bir çal flmaya rastlanmam flt r. Aprotinin, genifl bir yelpazede serin proteazlar de iflik derecelerde inhibe eder. Ayr ca, tripsin, plazmin ve nötrofil kaynakl lizozomal elastaz ve katepsin inhibisyonuna yol açt in vitro olarak gösterilmifltir [13]. Aprotininin bir di er önemli özelli i kallikrein-kinin sistemini inhibe etmesi ve inflamasyonda vasküler bütünlü ün korunmas na katk da bulunmas d r [10,13]. Lokal inflamasyonda önemli bir mediyatör olan bradikinin, kallikrein-kinin sisteminin aktivasyonuyla ortaya ç kmakta, vazodilatasyon ve permeabilite art fl na yol açarak doku ödemine neden olmaktad r [14]. Tüm bu özellikleri nedeniyle aprotinin, 1930 da keflfedilmesinden bu yana iskemi-reperfüzyon, kardiyopulmoner bypass, sepsis gibi kan proteaz kaskadlar n aktive eden klinik durumlar için çeflitli çal flmalara konu o l m u fl t u r. Aprotinin kardiyopulmoner bypass ve di er inflamasyon durumlar nda kallikrein inhibisyonu yoluyla PMN aktivasyonunu da azaltmakta ve koruyucu etki sa lamaktad r [10,15,16]. Beyin, spinal kord, miyokard, iskelet kas gibi birçok doku ve organda iskemi reperfüzyon hasar n azaltmada 235

4 Turkish J Thorac Cardiovasc Surg Dr. fiirin ve Arkadafllar etkili oldu u say s z çal flmada gösterilmifltir [17-20]. Bu çal flma, iskemi reperfüzyonunun uzak doku hasarlar n n önlenmesini hedef almas bak m ndan aprotinin ile ilgili di er çal flmalar n bir uzant s kabul edilebilir. Bu çal flmada elde edilen sonuçlar, damar cerrahisinde abdominal aortun klemplenmesi durumunda ortaya ç kabilen akci er hasar n n önlenmesinde de aprotinin kullan m n n etkili olabilece ini desteklemektedir. Tavflan abdominal aort oklüzyon modeli, alt ekstremite iskemi repefüzyonunun yol açt akci er hasar n n de erlendirilebilmesi, de iflik ajanlar n koruyucu etkinliklerinin h zl bir flekilde gözlemlenebilmesi bak m ndan güvenli bir yöntemdir. Bu deneyde abdominal aortan n siner içine al nmas ve kar n yan duvar ndan snerin vücut d fl na ç kar larak d flar dan yönetilmesi, laparotominin hemen kapat lmas na ve anestezinin k sa olmas na olanak vermifltir. Anestezi ve operasyonun sonuçlar üzerine olas etkisi ise sham grubu kullan larak de erlendirilmifl ve d fllanm flt r. Bu güne dek, alt ekstremite iskemi reperfüzyonuna ba l geliflen akci er hasar n n deneysel modellenmesinde genellikle ratlar kullan lm flt r. Bu deneylerde akci erlerdeki PMN aktivasyonu etkileri ve incinmenin reperfüzyonun hemen bafllang c ndan itibaren ilk 10 dakika içinde izlenebildi i, bununla birlikte ilk 4 saat içinde progressif olarak artt saptanm flt r. Bu bak mdan, bu çal flmada kullan lan 1 saatlik reperfüzyon süresi literatür ile uyumludur [8, 21]. Bu çal flmada tavflanda abdominal aort oklüzyonu modelinde kullan lan teknik daha önce Naslund ve arkadafllar n n [22] kullanm fl oldu u tekni in bir modifikasyonudur. Abdominal aortan n siner içine al nmas, sinerin s k ld ktan ve oluflan oklüzyonun kontrolünden sonra d flar al nmas snerin etkinli i konusunda ortaya ç kabilecek bir kuflkuya yer b rakmamaktad r. Bu teknik ile cerrahi insizyonun erken kapat lmas ve ek anestezik madde gereksiniminin olmamas, kan m zca tavflanlar n bu uzun deneyi tolere edebilmelerine katk da bulunmufltur. Aprotinin potansiyel olarak antijenik bir ajand r ve nadir de olsa allerjik reaksiyonlara yol açabilmektedir [23]. Ayr ca postoperatif trombüs formasyonuna yol açabilece i de literatürde genifl olarak tart fl lan bir konudur [13,24]. Bununla birlikte bu çal flmada böyle bir yan etkiyi destekleyen bir bulguya rastlanmam flt r. Tersine, kan m zca aprotininin olumlu etkileri bradikinin oluflumunu azaltmas, aktive nötrofillerin salg lad klar proteazlar n yol açt endotel harabiyetini önlemesi ve sonuçta daha iyi bir pulmoner mikrosirkülasyon sa lamas ile ilgilidir. Bu çal flmada gösterilmifltir ki abdominal aortun geçici olarak klemplenmesi ve alt ekstremitenin iskemi reperfüzyonuna u rat lmas akci erlerde konjesyon, PMN infiltrasyonu ve interstisyel ödem ile karekterize bir incinmeye yol açabilmektedir ve aprotinin kullan m bu hasar n önlenmesinde etkilidir. Ancak bu koruyucu etkinin hücresel ve biyokimyasal mekanizmalar n n ilave çal flmalar ile araflt r lmas n n uygun olaca görüflündeyiz. Kaynaklar 1. Haimovici H. Metabolic complications of acute arterial occlusions. J Cardiovasc Surg (Torino) 1979;20: Anner H, Kaufman RP, Kobzik L, Valeri CR, Shepro D, Hechtman HB. Pulmonary hypertension and leukosequestration after lower torso ischemia. Ann Surg 1987;206: Paterson IS, Klausner JM, Pugatch R, et al. Noncardiogenic pulmonary edema after abdominal aortic aneurysm surgery. Ann Surg 1989;209: Klausner JM, Anner H, Paterson IS, et al. Lower torso ischemia-induced lung injury is leukocyt dependent. Ann Surg 1988;208: Javadpour M, Kelly CJ, Chen G, Stokes K, Leahy A, Bouchier-Hayes DJ. Thermotolerance induces heat shock protein 72 expression and protects against ischaemiareperfusion-induced lung injury. Br J Surg 1998;85: Goldman G, Welbourn R, Klausner JM, et al. Mast cells and leukotrienes mediate neutrophil sequestration and lung edema after remote ischemia in rodents. Surgery 1992;112: Stallone RJ, Lim RC, Blaisdell FW. Pathogenesis of the pulmonary changes folloving ischemia of the lower extremities. Ann Thorac Surg 1969;7: Tassiopoulos AK, Carlin RE, Pedoto A, et al. Role of nitric oxide and tumor necrosis factor on lung injury caused by ischemia-reperfusion of the lower extremities. J Vasc Surg 1997;26: Groeneveld AB, Raijmakers PG, Rauwerda JA, Hack CE. The inflammatory response to vascular surgery-associated ischaemia and reperfusion in man: Effect on postoperative pulmonary function. Eur J Vasc Endovasc Surg 1997;14: Wachtfogel YT, Kucich U, Hack CE, Niewiarowski S, Colman RW, Edmunds LH. Aprotinin inhibits the contact, neutrophil, and platelet activation systems during simulated extracorporeal perfusion. J Thorac Cardiovasc Surg 1993;106: Welbourn GR, Goldman G, Paterson IS, Valeri CR, Shepro D, Hechtman HB. Neutrophil elastase and oxygen radicals: Synergism in lung injury after hindlimb ischemia. Am J Physiol 1991;260:H Tassiopoulos AK, Hakim TS, Finck CM, et al. Neutrophil sequestration in the lung following acute aortic occlusion starts during ischaemia and can be attenuated by tumour necrosis factor and nitric oxide blockade. Eur J Vasc Endovasc Surg 1998;16: Verstraete M. Clinical application of inhibitors of fibrinolysis. Drugs 1985;29: Kamiya T, Katayama Y, Kashiwagi F, Terashi A. The role of bradykinin in mediating ischemic brain edema in rats. Stroke 1993;24: Wachtfogel YT, Kucich U, Greenplate J, et al. Human neutrophil degranulation during extracorporeal circulation. Blood 1987;69: Mietkiewski E, Lichota E, Legiecka B, Palgan E, Staniszewski L, Pietrzak-Nowacka M. Effects of kinin, kallikrein and its inhibitor on certain indices of cellmediated immunity and humoral immunityin rabbits. Acta Physiol 1980;31: Aoki M, Jonas RA, Nomura F, et al. Effects of aprotinin on acute recovery of cerebral metabolism in piglets after hypothermic circulatory arrest. Ann Thorac Surg 1994;58: fiirin BH, Y l k L, Ortaç R, Coflkun E, fiirin H, Çelebisoy 236

5 N. Aprotinin reduces injury of the spinal cord in transient ischemia. Eur J Cardiothorac Surg 1997;12: Gurevitch J, Barak J, Hochhauser E, Paz Y, Yakirevich V. Aprotinin improves myocardial recovery after ischemia and reperfusion. J Thorac Cardiovasc Surg 1994;108: Birk-Sorensen L, Fuglsang J, Sorensen HB, et al. Aprotinin attenuates platelet accumulation in ischaemia-reperfusioninjured porcine skeletal muscle. Blood Coagul Fibrinolysis 1999;10: Welbourn R, Goldman G, O'Riordain M, et al. Role for tumor necrosis factor as mediator of lung injury following lower torso ischemia. J Appl Physiol 1991;70: Naslund TC, Hollier LH, Money SR, Facundus EC, Skenderis BS. Protecting the ischemic spinal cord during aortic clamping. The influence of anesthetic and hypothermia. Ann Surg 1992;215: Boher H, Bach A, Fleischer F, Lang J. Adverse haemodynamic effects of high dose aprotinin in a paediatric cardiac surgical patient. Anaesthesia 1990;45: Underwood MJ, Cooper GJ. Aprotinin and vein graft occlusion after coronary artery bypass (letter). J Thorac Cardiovasc Surg 1995;109: