Auswirkungen einer prophylaktischen und therapeutischen Gabe der zellfreien Hämoglobinlösung HBOC-200 auf die Ausprägung von "no-reflow" und Infarktarealen nach akuter Koronararterienligatur im Tiermodell

Abstract

Hintergrund: Das Risiko für Patienten mit koronarer Herzkrankheit, im Rahmen eines nicht herzchirurgischen Eingriffs eine perioperative Myokardischämie zu erleiden, wird in unterschiedlichen Studien mit etwa 3% beziffert. Klinisch äußert sich diese Ischämie mit Herzrhythmusstörungen, Angina pectoris bis hin zum manifesten Myokardinfarkt mit hoher Letalität. Neben der heutzutage verbreiteten medikamentösen Prophylaxe mit Beta-Blockern könnte eine Gabe plasmatischer Sauerstoffträger wie zum Beispiel dem HBOC-200 zu einer Reduktion der Auswirkungen dieser Komplikationen führen.

Fragestellung: In der vorliegenden Studie sollte die Hypothese überprüft werden, ob der Reduktion der myokardialen Infarktareale nach koronarer Ischämie und Reperfusion durch die prophylaktische oder therapeutische Applikation der zellfreien Hämoglobinlösung HBOC-200 eine Verbesserung der myokardialen Perfusionsverteilung zugrunde liegt. Auch eine mögliche Reduzierung der Schwere Ischämie-induzierter Herzrhythmusstörungen sollte überprüft werden.

Methodik: Die Untersuchung erfolgte prospektiv, randomisiert und bezogen auf die Auswertung verblindet. Um die Effekte der Ischämie und der Reperfusion unterscheiden zu können, wurden 2 Versuchsarme gebildet. Im ersten Versuchsteil, in den insgesamt 24 Tiere eingeschlossen wurden, erfolgte eine 30-minütige Ischämie, gefolgt von einer 2-minütigen Reperfusion (Gruppe 5-8). Der zweite Versuchsteil umfasste 29 Tiere, und bei gleicher Ischämiedauer wurde die Reperfusion auf 240 Minuten ausgedehnt (Gruppe 1-4). Alle Versuchstiere erhielten eine intravenöse Allgemeinanästhesie und wurden kontrolliert beatmet. Nach Instrumentierung und Thorakotomie erfolgte die randomisierte Zuteilung in die verschiedenen Gruppen sowie die Versuchsarme mit kurzer oder langer Reperfusion. Die 80 Tiere der Gruppen 1 und 5 (Negativ-Kontrolle) erhielten Placebo und keine Koronararterienligatur. Die Tiere der Gruppen 2 und 6 (Positiv-Kontrolle) erhielten Placebo und eine Koronararterienligatur. Die Tiere der Versuchsgruppen 3 und 7 (Therapiegruppe) erhielten 0,4 g/kg HBOC-200 15 Minuten nach der Koronararterienligatur, während die Tiere der Gruppen 4 und 8 (Prophylaxegruppen) 0,4 g/kg HBOC-200 10 Minuten vor der Koronarligatur erhielten. Die Ligatur wurde für 30 Minuten aufrechterhalten, gefolgt von der entsprechenden Reperfusionszeit. Die Größe der “no-reflow“-Areale wurde nach ”in vivo“-Injektion von Thioflavin-S 4% planimetrisch bestimmt. Die Darstellung der ”area at risk“ erfolgte durch die Injektion von Patentblau, während die Größe der Infarktareale durch ”in vitro“-Färbung mit Triphenyl- Tetrazolium-Chlorid (TTC) quantifiziert wurde. Neben einer kontinuierlichen überwachung aller Basisparameter wie Hämodynamik, Blutgase und Elektrolyte erfolgte eine computergestützte Aufzeichnung kardialer Arrhythmien.

Ergebnisse: Die Demographie und die Basisparameter unterschieden sich nicht zwischen den Gruppen. In Folge der Applikation von HBOC-200 stieg der systemische Blutdruck temporär an, während die Herzfrequenz vorübergehend abnahm. Das Rate-Pressure Product als Ausdruck des myokardialen Sauerstoffverbrauches blieb stabil. In dem Versuchsabschnitt mit 2-minütiger Reperfusion ist eine Bestimmung des Infarktareals mit TTC nicht möglich. Das ”no-reflow“-Areal zeigte keine signifikanten Unterschiede. Das Infarktareal im TTC-Nachweis nach 240-minütiger Reperfusion, bezogen auf die ”area at risk“, wurde sowohl durch die prophylaktische (25±13%, p=0,026) als auch die therapeutische Applikation (22±20%, p=0,009) von HBOC-200 im Vergleich zur Positiv-Kontrolle (48±17%) reduziert. Die ”area at risk“ zeigte in allen Gruppen eine vergleichbare Größe. Trotzdem waren die ”no-reflow“-Areale, deren Größe in Abhängigkeit der Reperfusionszeit deutlich zunahm, nicht unterschiedlich zwischen den Gruppen, die einer Koronararterienligatur unterzogen wurden. Die Auswertung der Herzrhythmusstörungen zeigte keine signifikanten Differenzen zwischen den Gruppen.

Schlussfolgerungen: Die Größe des Infarktareals nach kardialer Ischämie und Reperfusion wurde sowohl durch die prophylaktische als auch durch die therapeutische Applikation von 0,4 g/kg HBOC-200 signifikant verringert. Die in diesem Modell zu untersuchende Hypothese einer Reduktion der ”no- reflow“-Areale durch HBOC-200 als Mechanismus dieses Effektes konnte nicht bestätigt werden. Weitere Untersuchungen müssen klären, ob die Infarktreduktion ein Effekt der Erhöhung des regionalen Sauerstoffangebots und der erleichterten Sauerstoffabgabe durch HBOC ist oder ob andere Wirkmechanismen zusätzlich eine Rolle spielen. Weitergehende Experimente mit dem Ziel eines perioperativen prophylaktischen oder therapeutischen Einsatzes von bovinen Hämoglobinlösungen bei kardialen Risikopatienten erscheinen damit notwendig und sinnvoll.

The purpose of this study was to test if HBOC-200, a hemoglobin-based oxygen-carrying solution, reduces infarct size (or Inf) during acute myocardial ischemia and reperfusion by the method of aggravating the effect of the microvascular reperfusion injury (“no-reflow”-phenomenon, NR). To test the impact of HBOC-200 on infarct size and NR, ischemia was produced in New Zealand white rabbits by coronary artery occlusion for 30 minutes, followed by either 240 min of reperfusion (Groups 1-4) or 2 min of reperfusion (G 5-8). Animals were randomized to receive either placebo (saline 0,9%) i.v. without I–R (sham groups 1 (n=5) and 5 (n=6)), placebo i.v. with I–R (control groups 2 (n=8) and 6 (n=6)), HBOC-200 0.4 g kg–1 i.v. during Ischemia (therapy groups 3 (n=8) and 7 (n=6)) or HBOC-200 0.4 g kg–1 i.v. prior to I–R (prophylaxis groups 4 (n=8) and 8 (n=6)). Measurements included assessment of the area at risk (AAR ) and infarct size using triphenyl tetrazolium chloride (TTC) stain, NR as a marker for the regional myocardial blood flow (RMBF) was assessed by i.v. infusion of Thioflavin-S and cardiac arrhythmias were counted and analyzed using a score according to the Lambeth Convention. Hearts were divided into layers from base to apex and photographed for digital image analysis of AAR, Inf and NR. The size of Inf after 2 min of reperfusion cannot be measured with TTC, the “no-reflow”-area showed no statistical significant difference. Infarct size within the area at risk after 240 min of reperfusion was 48 (SD 17)% (control), 25 (13)% (prophylaxis, P=0.026 vs. control) and 22 (20)% (therapy, P=0.009 vs. control). The area at risk was similar in all groups, and also the size of the NR-area showed no statistical significant difference between the groups that were subjected to coronary occlusion. The severity of cardiac arrhythmias during ischemia showed no difference between the groups. This study demonstrates that the prophylactic and for the first time the therapeutic application of the cell-free hemoglobin solution HBOC-200 aggravates cardiac I–R injury. Our hypothesis that this results from a reduction of the “no-reflow”-phenomenon as the mechanism of the positive effect of HBOC in I-R could not be proven.