Επίδραση της ερυθρομυκίνης στην εγκεφαλική προστασία: μελέτη σε οξύ πειραματικό μοντέλο σε χοίρους

Abstract

Decreased DNA Disruption in the Porcine Neocortex withErythromycin Preconditioning during Prolonged HypothermicCirculatory Arrest: Evidence for NeuroprotectionCharilaos-Panagiotis KoutsogiannidisAlthough deep hypothermic circulatory arrest is a known method used in cardiacsurgery, brain damage remains a frequent and devastating complication. Idealconditions maximizing cerebral protection during deep hypothermic circulatory arresthave not been fully investigated. Despite the fact that cardiothoracic surgeons areaware of the deleterious effects of prolonged exposure to cardiopulmonary bypass andhypothermic circulatory arrest on brain function and structure, how to best protect thebrain during the sensitive time of interruption of normal cerebral blood flow, remainscontroversial. Pre-ischemic conditioning has long been recognized as a powerfulmeans to induce tolerance against cerebral ischemia and to reduce neuronal death andfunctional damage after an ischemic injury. In our experimental study erythromycinwas used as pharmacologic preconditioning against cerebral ischemia afterhypothermic circulatory arrest at 18 oC. In regards to recent evidence showing thatpharmacologic preconditioning with a single, clinically acceptable dose oferythromycin induces tolerance against transient global cerebral ischemia in rats, wehypothesized that erythromycin would reduce neurological injury in an acute porcinemodel of hypothermic circulatory arrest at 18 oC.Fourteen piglets underwent 75 minutes of hypothermic circulatory arrest at 18 oCfollowing pretreatment with erythromycin (25mg/kg, iv) (n=8) or vehicle (NormalSaline 0.9%) (n=6), applied 12 hours before arrest. Three served as normal controls.After gradual rewarming to a temperature of 36 oC, treatment animals were sacrificedand brains were perfusion-fixed and cryopreserved. Motor cortex was dissected fromthe left hemisphere and paraffin embedded for histologic staining with hematoxylinand eosin (HE). To assess neuronal damage, HE-stained paraffin sections (10μm)were examined by light microscopic examination at x400 magnification. Layer V ofthe motor cortex was counted. Neuronal injury was recorded when there was evidence of eosinophilic cytoplasm, cytoplasmic vacuolation, cell body shrinkage or nuclearpyknosis. Neuronal injury was scored on a scale of 0-5. Neuronal apoptosis afterhypothermic circulatory arrest was characterized by in situ DNA fragmentation usingterminal deoxyneucleotidyl-transferase-mediated biotin-dUTP nick end-labeling(TUNEL) histochemistry. The number of immunopositive cells in 8 fields werecounted by an investigator blinded to the treatment groups. TUNEL positive cellswere scored on a scale of 0 to 5. Comparison between the two treatment groups ismade with the use of t-test.The motor cortex from piglets pretreated with vehicle undergoing deep hypothermiccirculatory arrest showed diffuse edema. Neurons showed a diffuse loss of Nisslsubstance, shrinkage of the perikaryon, and nuclear pyknosis with a mean neuronalinjury score of 3.74 ± 1.47. Neuronal injury in the motor cortex was significantlylower in animals pretreated with erythromycin (2.53 ± 1.22; p ≤ 0.01). Normalcontrols showed minimal neuronal injury (0.42 ± 0.51).Pre-ischemic conditioning with a single dose of the antibiotic erythromycin reducedneuronal apoptosis in the neocortex of the porcine brain. TUNEL positive cellsindicating DNA fragmentation and neuronal injury were significantly greater in the neocortex of animals treated with 18 oC hypothermic circulatory arrest (2.55 ± 1.17)compared to animals undergoing hypothermic circulatory arrest after erythromycinpreconditioning (1.76 ± 0.91) (P ≤ 0.001).The presented data show that a single dose of erythromycin, applied 12 hours beforedeep hypothermic circulatory arrest reduces apoptosis and improves postischemicoutcome in an acute porcine model.These preliminary findings support that cerebral protection during HCA may besignificantly achieved with erythromycin pharamacological preconditioning in theporcine model. These results suggest that it may be a highly promising candidate forclinical application for neuroprotection during HCA.

Μειωμένη κατάτμηση του DNA σε χοίρειο νεοφλοιό κατά τηνυποθερμική ολική κυκλοφορική παύση μετά από preconditioning μεΕρυθρομυκίνη: Ενδείξεις για νευροπροστασίαΠαρά το γεγονός ότι η υποθερμική ολική κυκλοφορική παύση είναι μία γνωστήμέθοδος που χρησιμοποιείται σε μία πλειάδα καρδιοχειρουργικών επεμβάσεων, ηεγκεφαλική βλάβη παραμένει συχνή και δύσκολα αντιμετωπίσιμη. Οι ιδανικέςσυνθήκες για την μεγιστοποίηση της εγκεφαλικής προστασίας κατά την διάρκεια τηςυποθερμικής ολικής κυκλοφορικής παύσης δεν έχουν ερευνηθεί πλήρως. Υπάρχειαντιπαράθεση απόψεων πάνω σε βασικά θέματα που την αφορούν, όπως ηφαρμακευτική προετοιμασία - προγύμναση (pharmacological preconditioning) τουεγκεφάλου έναντι της ισχαιμίας. Σκοπός αυτής της πειραματικής μελέτης είναι οέλεγχος της αποτελεσματικότητας της ερυθρομυκίνης, ως pharmacologicalpreconditioning, στην νευρωνική προστασία κατά την διάρκεια υποθερμικής ολικήςκυκλοφορικής παύσης σε χοίρους.Στη μελέτη μας χρησιμοποιήσαμε δεκαεπτά χοίρους βάρους 33.6 κιλών και ηλικίας 114 ημερών, οι οποίοι ήταν νευρολογικά ώριμοι. Τα πειραματόζωα χωρίστηκαν σετρεις ομάδες. Στην ομάδα Ery (n=8), όπου χορηγήθηκε 12 ώρες προ της έναρξης τηςυποθερμικής ολικής κυκλοφορικής παύσης, ερυθρομυκίνη (25mg/kg i.v.) καιακολούθησε παύση στους 18 οC για 75 λεπτά, την ομάδα Veh (n=6), όπουχορηγήθηκε 12 ώρες προ της έναρξης της υποθερμικής ολικής κυκλοφορικής παύσης,vehicle (Normal Saline 0.9%) και ακολούθησε παύση στους 18 οC για 75 λεπτά καιτην ομάδα CTL (Normal Control) που αποτέλεσε την ομάδα ελέγχου με 3φυσιολογικά πειραματόζωα. Η υπό μελέτη περιοχή ήταν ο κινητικός φλοιός. Αρχικάπραγματοποιήθηκε χρώση Αιματοξυλίνης-Ηωσίνης, καταμέτρηση των βιώσιμωννευρώνων με το οπτικό μικροσκόπιο και βαθμονόμηση της βλάβης σε κλίμακα από 0έως 5. Στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκε η terminal deoxyneucleotidyl-transferasemediatedbiotin-dUTP nick end-labeling (TUNEL) ιστοχημεία, για να χαρακτηριστείη νευρωνική απόπτωση. Τα TUNEL θετικά κύτταρα βαθμονομήθηκαν σε κλίμακααπό 0 έως 5.Κατά τη χρώση Αιματοξυλίνης-Ηωσίνης, η νευρωνική βλάβη στον κινητικό φλοιό στην ομάδα Veh χαρακτηρίζονταν από διάχυτο οίδημα και βαθμονομήθηκε με 3.74 ±1.47 ενώ στην ομάδα της ερυθρομυκίνης ήταν στατιστικά σημαντικά μικρότερη (2.53± 1.22, p < 0.01). Στην ομάδα CTL η νευρωνική βλάβη ήταν ελάχιστη (0.42 ± 0.51).Τα TUNEL θετικά κύτταρα, τα οποία υποδεικνύουν κατάτμηση του DNA καινευρωνική βλάβη, ήταν σημαντικά περισσότερα στο νεοφλοιό της ομάδας Veh (2.55± 1.17) σε σύγκριση με την ομάδα Ery (1.76 ± 0.91, p ≤ 0.001).Η παρούσα μελέτη αποδεικνύει για πρώτη φορά ότι μια απλή δόση ερυθρομυκίνης,δώδεκα ώρες πριν την υποθερμική ολική κυκλοφορική παύση στους 18 οC, είναιαποτελεσματική στη σημαντική μείωση της απόπτωσης στο νεοφλοιό του εγκεφάλουχοίρων σε ένα οξύ πειραματικό μοντέλο. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ηφαρμακολογική προγύμναση - προετοιμασία με αυτό το φάρμακο μπορεί ναχρησιμεύσει ως ένα αποτελεσματικό μέσο για την πρόληψη νευρολογικής βλάβης σεεπιλεκτικά ευαίσθητες εγκεφαλικές περιοχές. Καθώς οι νευροπροστατευτικέςστρατηγικές κατά τη διάρκεια της υποθερμικής ολικής κυκλοφορικής παύσηςπαραμένουν θέμα συζήτησης και αντιπαραθέσεων, τα πρώτα στοιχεία δείχνουν ότι ηερυθρομυκίνη έχει σημαντική ικανότητα να επηρεάζει την εγκεφαλική ισχαιμικήανοχή. Τέλος, λαμβάνοντας επιπλέον υπ’ όψιν ότι έχει χρησιμοποιηθεί αποτελεσματικά στην κλινική πράξη με λίγες παρενέργειες, η ερυθρομυκίνη αποτελείένα ιδιαίτερα υποσχόμενο και εξαιρετικά υποψήφιο φάρμακο για κλινική εφαρμογήμε σκοπό την επαγωγή της ανοχής σε συνθήκες υψηλού κινδύνου για εγκεφαλικήισχαιμία, όπως οι καρδιοχειρουργικές επεμβάσεις.