Vergleichende Untersuchung von rechtem und linkem Ventrikel isoliert hämoperfundierter Schafherzen mit Custodiol und BDM-haltiger Kardioplegielösung

Abstract

Ziel der vorliegenden Arbeit ist der Vergleich der Druckerzeugung im rechten und linken Ventrikel an isoliert hämoperfundierten Schafherzen. Die Untersuchungen wurden im Rahmen des BMBF-Projektes "Physiologische Hämoperfusion von isolierten Organen und ihr Einsatz zum Ersatz von Tierversuchen" durchgeführt. Die Durchführung erfolgte an Herzen von Schafen, die in der tierexperimentellen Abteilung der Charité gehalten wurden. Die Tiere entstammten alle einer Zucht und waren von vergleichbarem Alter und gleichem Gewicht, wodurch eine hohe Ergebnisreproduzierbarkeit erlangt wurde. Zur Perfusion der Herzen wurde ein System benutzt, welches einen extrakorporalen Kreislauf darstellt. Bei diesem wurde das verwendete Blut- Perfusionsgemisch über ein Dialysemodul oxygeniert und dialysiert sowie über einen Wärmekreislauf auf eine konstante Temperatur thermostatisiert. Über das Dialysemodul war der Perfusionskreislauf mit einem Dialysekreislauf verbunden. Der hälftige Blutanteil der Perfusionslösung bestand aus autologem Blut, das den Tieren vor der Herzentnahme aus der Halsvene abgenomen wurde. Durch diesen Blutanteil wurde zum einen ein genügender kolloidosmotischer Druck als auch durch das enthaltene Hämoglobin ein ausreichender Sauerstofftransport zum Herzgewebe gewährleistet. Ziel war die Ermittlung von Standard- und Referenzwerten für die Druckerzeugung in beiden Ventrikeln mit besonderer Berücksichtigung der rechtsventrikulären Werte. So konnten mit Hilfe der Perfusionsapparatur unter isolierten Bedingungen die Leistungen der Schafherzen nach unterschiedlichen Zeiten der Kardioplegie miteinander verglichen werden. Es wurden zwei Teilversuche durchgeführt. In jedem Teilversuch wurden 15 Schafherzen untersucht. In beiden Versuchsteilen wurden je drei Herzen für 1,8,12,24 oder 36 Stunden kardioplegiert und danach an die oben charakterisierte Perfusionsapparatur angeschlossen. Beide Teilversuche waren im gesamten Prozedere bis auf die verwendete Kardioplegielösung identisch. So wurde im ersten Teil eine selbst hergestellte modifizierte Krebs-Henseleit-Lösung unter Zusatz von BDM, im zweiten eine gebrauchsfertige Bretschneider-Lösung (Custodiol-Lösung) verwandt. Da sowohl die Herzentnahme und Kardioplegie als auch die anschließende Perfusion im gleichen Gebäude stattfanden, war eine sehr gute Herzkonservierung als weiterer Faktor für eine hohe Versuchsvergleichbarkeit möglich. Zur Charakterisierung der Stabilität des Systems dienten Stoffwechselkenngrößen, sowie Organkenngrößen wie die Herzfrequenz, der Organwiderstand und die koronare Blutflussrate. Alle Herzen wurden für einen Gesamtzeitraum von einer Stunde perfundiert, wobei die erste Hälfte der Erlangung eines steady states nach Anschluss der Herzen diente. In der zweiten Hälfte erfolgten unter konstant gehaltenen Bedingungen die Messungen. Es zeigte sich, dass die Herzen bereits schon nach 15 bis 20 Minuten nach Anschluss mit einer physiologischen Frequenz Druckarbeit leisteten und einen ebenfalls physiologischen Organfluss und Perfusionsdruck mit Werten von 60-120 ml*min¯¹*100g¯¹ und 80-120 mmHg aufwiesen. Die ermittelten Druckwerte nahmen in beiden Ventrikeln mit längerer Kardioplegiezeit bei beiden Plegielösungen in unterschiedlicher Weise ab. So waren im einzelnen Custodiol-Werte für den linksventrikulären enddiastolischen Druck von 74% bei 8 Stunden Kardioplegie, bis 25% bei 36 Stunden im Vergleich zu den Ausgangswerten nach einer Stunde (100%) feststellbar. Bei linksventrikulären enddiastolischen Druckwerten für die BDM-Kardioplegie sind die korrespondierenden Zahlen 64 (8 Stunden) bis 15% (36 Stunden). Umgekehrt ist die Situation für den rechten Ventrikel, wo sich im Vergleich zu den mit Custodiol kardioplegierten Herzen bei den BDM-Versuchen eine geringere prozentuale Abnahme der Druckdifferenzen im Vergleich zum Ausgangswert ergibt. So liegen die Werte für 8 Stunden (rechtsventrikulärer enddiastolischer Druck bei BDM) bei 55% (rechtsventrikulärer enddiastolischer Druck bei Custodiol® bei 29%) und für 24 Stunden bei 43% und 25%. Nach 24 Stunden Kardioplegie nehmen sie mit 30, bzw. 31% ungefähr den gleichen Wert ein. 36 Stundenwerte für den rechten Ventrikel konnten nicht ermittelt werden. Das beschriebene Versuchsmodell eignet sich demnach für Versuche an isolierten hämoperfundierten Schafherzen und kann für weitere Fragestellungen benutzt werden.

The aim of this project is the comparison of pressure generation in the right and left ventricle based on isolated cases of sheep's hearts hemoperfusion. The experiments were made in the scope of the MBF Project "Physiological hemoperfusion of isolated organs and the use for the replacement of animal experiments". The experiments were made with sheep hearts in the animal experiment department of the Charité. The animals all originated from one breed and were of comparable age and of same weight whereby a high degree of result reproducibility was achieved. A system was implemented for the perfusion of the hearts which represents an extracorporal circulation whereby the blood perfusion mixture was oxygenized and dialyzed and thermostated to constant temperature via heat circulation. The perfusion circulation was connected to dialysis circulation via a dialysis module. 50 % of the blood in the perfusion solutions consisted of autologous blood that had been taken from jugular vein of the animals before taking their hearts out. This share of blood guaranteed that the oxygen transport to the heart tissue was given - on the one hand for the colloidosmotic pressure and on the other hand by the haemoglobin contained. The aim was to determine standard and reference values for pressure generation in both ventricles taking particular account of the values in the right ventricles. Hereby it was possible, with the help of the perfusion apparatus, to compare the performance of the sheep hearts after varying times of cardioplegia under isolated conditions. Two partial experiments were carried out. In each part-experiment 15 sheep hearts were examined. In both parts of the experiment three hearts each were cardioplegia- treated and then connected to the perfusion apparatus characterised above. Both part-experiments were identical in overall procedure with the exception of the cardioplegia treatment solutions. In the first part, a self-produced modified cancer Henseleit solution with BDM additive was used, in the second part a ready-made Bretschneider's solution (Custodiol solution). As both the removal of the hearts and the cardioplegia treatment and also the following perfusion took place in the same building, a very good preservation of the heart was possible to enhance the comparability factor of the experiment. Metabolic characteristics and organ characteristics such as heart frequency, organ resistance and coronary flow rate were used to characterise the stability of the system. All the hearts underwent perfusion for a total period of one hour, whereby the first half of the experiment was to achieve a steady state after connecting the hearts. The measurements were made on the second half under unchanging conditions. It was revealed that the hearts performed under pressure already after 15 to 20 minutes after being connected to a physiological frequency and also revealed a physiological organ flow and perfusion pressure with values of 60-120 ml*min -1*100g -1 mmHg. The established pressure values decreased in both ventricles in a different manner with both plegia solutions. the longer the cardioplegia time. Thus the individual Custodiol values for the left ventricular end diastolic pressure was 74% for 8 hours cardioplegia to 25% for 36 hours compared to the initial values after one hour (100 %). In the case of left ventricular end diastolic pressure values for the BDM cardioplegia the corresponding figures were 64% (8 hours) to 15% (36 hours). The situation is vice-versa for the right ventricles, where, in comparison to the cardiopleged hearts with Custodiol in the BDM experiments, a lower percentage decrease of pressure differences resulted in comparison to the initial value. Thus the values for 8 hours (right ventricular end diastolic pressure with BDM) at 55% (right ventricular end diastolic pressure with Custodiol® at 29 %) and for 24 hours at 43% and 25%. After 24 hours of cardioplegia they reveal approximately the same value at 30 % and 31 % respectively. 36-hour values for the right ventricle could not be determined. The experiment model described is therefore suitable for experiments on the isolated hemoperfusion of sheep hearts and can be utilised for further issues.