Ο ρόλος της ισχαιμικής προετοιμασίας του μυοκαρδίου στην κυτταρική νέκρωση και απόπτωση μετά από ισχαιμία-επαναιμάτωση: πειραματική μελέτη σε επίμυες

Abstract

The heart is an aerobic organ with high needs of energy for its contraction and relaxation. The interruption of blood flow, characterized as "ischemia" and the following reperfusion of the heart, causes considerable damage leading the cardiac cells to apoptotic or necrotic death. The extent of damage is clinically described as “myocardial infarction”. Τhe most common clinical strategies applied in order to mediate heart damage or limit the infarct size, include preconditioning and postconditioning, which comprise brief cycles of ischemia before global ischemia and before reperfusion, respectively. These strategies protect the heart muscle through multiple mechanisms and enhance its recovery after such damage. The present study used 4 groups of wistar rats for analysis including a) the control group, b) the group which underwent 20 minutes of ischemia and subsequent reperfusion for 2 hours c) the group that underwent ischemia and reperfusion with preconditioning and d) the group that underwent ischemia/reperfusion with postconditioning. In the heart muscle specimens hematoxylin-eosin staining and microscopic examination detected necrotic cells. TUNEL examinations detected apoptosis. Moreover, performed tests for immunohistochemical staining so as to identify cells that express Bcl-2 and p53 protein. Results: In control group no necrotic and apoptotic cells neither cells expressing Bcl2 were detected. In group B (ischemia-reperfusion) the percentage of necrotic and apoptotic cells were almost 50% higher compared to group C, which was subjected to preconditioning before global ischemia and to group D, which was subjected to postconditioning after global ischemia. A trend towards necrotic cells was also observed in group D compared to group C, which was not statistically significant. This may be explained from the fact that in this experimental model time of applied postconditioning was 2 minutes, while in most experimental models the normal application time is 30 seconds. Conclusions: In cardiac surgery ischemic myocardial preconditioning and postconditioning protect myocardium from necrosis and programmed cell death (apoptosis). The rationale comprises anti-inflammatory and antioxidant effects and particularly protective signaling pathways activation which all meet on mitochondrial pore. Antiapoptotic protein Bcl2 expression increase by inhibition of mitochondrial pore opening and the subsequent release of cytochrome c. The increase of this protein leads to inhibition of apoptosis that occurs during reperfusion.

H καρδιά αποτελεί ένα υποχρεωτικά αερόβιο όργανο με υψηλές απαιτούμενα, επίπεδα ενέργειας για τη συστολή και την χαλάρωση της. Η διακοπή της ροής του αίματος που χαρακτηρίζεται ως «ισχαιμία» και η ακόλουθη επαναιμάτωση της καρδιάς, δημιουργούν πολύ σημαντικές βλάβες που οδηγούν τα κύτταρα της καρδιάς σε αποπτωτικό ή νεκρωτικό θάνατο. Η έκταση της βλάβης περιγράφεται κλινικά ως «έμφραγμα του μυοκαρδίου». Οι πιο διαδεδομένες στρατηγικές που εφαρμόζονται κλινικά στις καρδιοχειρουργικές επεμβάσεις, για την αναστολή των βλαβών ή τον περιορισμό του μεγέθους του εμφράγματος, περιλαμβάνουν το preconditioning και το postconditioning που αντιστοιχούν σε σύντομους κύκλους ισχαιμίας πριν την καθολική ισχαιμία και πριν την επαναιμάτωση αντίστοιχα. Οι στρατηγικές αυτές έχει δειχθεί ότι προστατεύουν μέσω πολλαπλών μηχανισμών το μυοκάρδιο και βοηθούν στην ανάκτηση της λειτουργικότητας της καρδιάς μετά από τέτοιου είδους βλάβες. Στη παρούσα μελέτη χρησιμοποιήθηκαν 4 ομάδες προς ανάλυση που περιλάμβαναν α) την ομάδα μάρτυρα, β) την ομάδα που υποβλήθηκε σε ισχαιμία για 20 λεπτά και ακόλουθη επαναιμάτωση για 2 ώρες, γ) την ομάδα 3 που υποβλήθηκε σε ισχαιμία και επαναιμάτωση με preconditioning και δ) την ομάδα 4 που υποβλήθηκε σε ισχαιμία επαναιμάτωση και postconditioning. Στα συγκεκριμένα δείγματα διενεργήθηκαν πειράματα χρώσης αιματοξυλίνης-ηωσίνης και έπειτα από μικροσκοπική παθολογο-ανατομική εξέταση ανιχνεύτηκαν νεκρωτικά κύτταρα, επιπλέον, τα πειράματα ΤUNEL οδήγησαν στην ανίχνευση της απόπτωσης. Ταυτόχρονα, πραγματοποιήθηκαν πειράματα ανοσοιστοχημικής χρώσης για τον εντοπισμό κυττάρων που εκφράζουν την Bcl-2 και την p53 πρωτεΐνη. Τέλος, για τα αποτελέσματα που προέκυψαν πραγματοποιήθηκε στατιστική ανάλυση. Αποτελέσματα: Από τη συγκριτική μελέτη των μέσων τιμών των ομάδων προέκυψαν οι εξής στατιστικά σημαντικές διαφορές: Στην ομάδα ελέγχου δεν παρατηρήθηκαν νεκρωτικά και αποπτωτικά κύτταρα και δεν ανιχνεύθηκαν κύτταρα με έκφραση της Bcl2. Στην ομάδα Β (ισχαιμία-επαναιμάτωση) το ποσοστό των νεκρωτικών και αποπτωτικών κυττάρων ήταν σχεδόν μεγαλύτερο κατά 50% σε σύγκριση με την ομάδα Γ, η οποία υποβλήθηκε σε ισχαιμική προετοιμασία πριν την καθολική ισχαιμία (preconditioning), καθώς και με την ομάδα Δ, η οποία υποβλήθηκε σε ισχαιμική προετοιμασία μετά την καθολική ισχαιμία (postconditioning). Επίσης, παρατηρήθηκε μία τάση αύξησης των νεκρωτικών κυττάρων στην ομάδα Δ σε σχέση με την ομάδα Γ, η οποία είναι στατιστικά σημαντική. Η τάση αυτή δικαιολογείται από το γεγονός ότι στο συγκεκριμένο πειραματικό μοντέλο ο χρόνος του postconditioning που εφαρμόστηκε ήταν 2 λεπτά, ενώ για τα περισσότερα πειραματικά μοντέλα ο συνήθης χρόνος εφαρμογής είναι 30 δευτερόλεπτα. Συμπεράσματα: Κατά τη διάρκεια των καρδιοχειρουργικών επεμβάσεων, η ισχαιμική προετοιμασία του μυοκαρδίου preconditioning και postconditioning προστατεύουν το μυοκάρδιο από τη νέκρωση και τον προγραμματισμένο κυτταρικό θάνατο (απόπτωση) με κοινούς μηχανισμούς δράσης. Παράλληλα, αυξάνονται τα επίπεδα έκφρασης της αντιαποπτωτικής πρωτεΐνης Bcl2 μέσω αναστολής του ανοίγματος του μιτοχονδριακού πόρου και της ακόλουθης απελευθέρωση του κυτοχρώματος c. H αύξηση αυτής της πρωτεΐνης οδηγεί σε αναστολή της απόπτωσης που εκδηλώνεται κατά τη διάρκεια της επαναιμάτωσης.