Veränderung des regionalen Blutflusses und Effekt von Methylprednisolon auf den regionalen Blutfluss im Gehirn nach kardiopulmonalem Bypass und Kreislaufstillstand in tiefer Hypothermie

Abstract

Der Einsatz des kardiopulmonalen Bypasses mit Kreislaufstillstand in tiefer Hypothermie ist bei der Korrektur angeborener Herzfehler ein wichtiges Hilfsmittel geworden. Dieser Einsatz birgt viele Komplikationen, wie z.B. die Entwicklung des akuten Nierenversagens sowie die Beeinträchtigung der neurologischen und psychomotorischen Entwicklung der operierten Kinder. Wir untersuchten die Perfusionsveränderungen in der Niere und in anderen peripheren Organen sowie die Perfusionsveränderung und Zellschädigung im Gehirn nach kardiopulmonalem Bypass (CPB) mit Kreislaufstillstand in tiefer Hypothermie (DHCA) in einem neonatalen Tiermodell. Zusätzlich evaluierten wir den Einfluss von Steroiden (systemisch und intrathekal appliziert) auf die Veränderung des regionalen Blutflusses im Gehirn. Methodik: 24 neugeborene Ferkel (Alter: 5-10 Tage, Gewicht: 2,2 ± 0,5 kg) wurden mittels eines CPB bei 15 °C rektaler Temperatur einem totalen Kreislaufstillstand (DHCA) von 120 Min. ausgesetzt. Nach einer Reperfusionsphase von ca. 50 Min. wurden die Tiere vom CPB entwöhnt und 6 Stunden überwacht. 12 Tiere ohne Intervention dienten als Kontrollgruppe. 7 weiteren Tieren wurde Methylprednisolon (MP) 4 bis 6 Stunden präoperativ injiziert (MPsys-Gruppe). Bei 5 weiteren Tieren erfolgte die MP-Gabe in den intrathekalen Raum (MPintra-Gruppe). Die Messung des regionalen Blutflusses erfolgte mit fluoreszierenden Mikrosphären. Ergebnisse: 1.Kontrollgruppe: Periphere Organe: Alle untersuchten Organe, bis auf Muskelgewebe (p>0,05), zeigten eine signifikante Abnahme der Perfusion (p≤0,05) in tiefer Hypothermie. Die Niere verzeichnete die größte Abnahme (p=0,01) der Gewebeperfusion in tiefer Hypothermie. ZNS: In allen untersuchten Gehirnarealen, bis auf die Medulla oblongata, zeigte sich eine signifikante Abnahme (p<0,05) der Perfusion in tiefer Hypothermie sowie ein signifikanter Anstieg der Perfusion in der Reperfusionsphase. In der morphologischen Auswertung konnte eine deutliche Neuronenzellschädigung sowohl im Hippocampus (74,5% der Neuronen) als auch im Gyrus cinguli (62%) nach DHCA gesehen werden. 2.Steroidgruppen: Die intrathekale MP-Applikation führte zu signifikant höheren Perfusionswerten in allen Gehirnarealen im Vergleich zu den beiden anderen Gruppen. Auch histologisch zeigte sich eine signifikante Verbesserung des Schädigungsmusters nur in der Intrathekalgruppe im Vergleich zu den beiden anderen Gruppen. Schlussfolgerung: Die Niere war am deutlichsten von der Abnahme der Perfusion in tiefer Hypothermie betroffen, auch nach Reperfusion stieg die Perfusion der Niere nicht genügend an. Dies könnte eine mögliche Ursache für das postoperativ häufig aufgetretene Nierenversagen sein. Die klinisch häufig eingesetzte systemische Vorbehandlung mit Methylprednisolon zeigte keinen neuroprotektiven Effekt und sollte kritisch überdacht werden.

Organ injury after deep hypothermic circulatory arrest is still a matter of concern. Altered renal function with necessity of dialysis is still one of the main postoperative morbidities and may influence the prognosis. Pretreatment with steroids during corrective surgery of congenital heart defects is a routine method to the prevention of potential brain injury. We evaluated the effect of deep hypothermia on the regional perfusion and the effect of pretreatment with Methylprednisolone, systemic and intrathecal applies, on the regional cerebral perfusion after deep hypothermic circulatory arrest (DHCA). Method: 24 neonatal piglets (age < 10 days, weight 2,2 ± 0,5 kg) were randomly assigned to three groups: seven animals were pretreated with high-dose (30 mg/kg) methylprednisolone systemically 6 hours before surgery; Five animals were pre-treated with the same dose (30 mg/kg) methylprednisolone intrathecally; Twelve animals without pharmacological treatement served as control group. Full flow CPB (200ml/kg/min) was initiated for homogeneous systemic cooling. DHCA was induced at a temperature of 15 °C for 120 min. After rewarming (50 min) the animals were weaned from CPB. Fluorescent microspheres were used to determine regional perfusion. After the end of the experiment tissue samples were collected from kidney, myocard, spleen, liver, skeletal muscle, frontal lobe, parietal lobe, occipital lobe, cerebellum and brainstem. Results: Peripheral organs: The regional blood flow was significantly decreased in all investigated organs after deep hypothermic perfusion and increased following reperfusion. However, the most significant decrease was found in the kidney (P=0.02). CNS: Significant higher regional cerebral perfusion was registered in the intrathecal group. Conclusion: Hypothermia induced a significant decrease of regional perfusion. Intrathecal steroid treatment could reduce neuronal cell death significant.