Antagonismus bradykininového receptoru během kardiopulmonálního bypassu (BRAC)

Morbidita kardiopulmonálního bypassu. Každoročně podstoupí srdeční operaci více než milion pacientů na celém světě. Téměř všechny srdeční operace se provádějí na nebijících srdcích podporovaných CPB. I když používání operací bypassu koronárních tepen bez pumpy narůstá, obavy ohledně neúplné revaskularizace a snížené průchodnosti žilního štěpu omezují použití této techniky na konkrétní pacienty. CPB aktivuje různé humorální kaskády včetně koagulační kaskády, KKS, fibrinolytické kaskády a způsobuje syndrom systémové zánětlivé odpovědi. Aktivace těchto systémů může vést k hypotenzi, horečce, diseminované intravaskulární koagulaci, difuznímu edému tkání nebo v extrémních případech k mnohočetnému selhání orgánů. Aktivace KKS přispívá k hemodynamickým poruchám, fibrinolýze a zánětlivé odpovědi pozorované u pacientů podstupujících CPB. Aprotinin, nespecifický inhibitor serinových proteáz, který částečně působí tak, že snižuje tvorbu bradykininu, snižuje fibrinolýzu, hypotenzi a systémovou zánětlivou odpověď spojenou s CPB. Aprotinin snižuje krevní ztráty a požadavky na transfuzi, jeho použití je však kvůli ceně omezeno hlavně na redokardiální chirurgii. Mezi další faktory, které mohou omezovat rozšířené používání aprotininu, patří zvýšené riziko renální dysfunkce, alergické reakce a nespecifičnost léku. Bradykinin zprostředkovává většinu účinků KKS. Antagonismus bradykininového receptoru má tedy potenciál modulovat účinky aktivace KKS během CPB. Účelem tohoto návrhu je otestovat hypotézu, že endogenní bradykinin přispívá k hemodynamické, fibrinolytické a zánětlivé odpovědi na CPB a že antagonismus bradykininového receptoru sníží hypotenzi, zánět a potřebu transfuze. Navrhované studie slibují, že povedou k novým terapiím ke snížení morbidity spojené s CPB.

Kardiopulmonální bypass aktivuje kalikrein-kininový systém (KKS). Několik skupin, včetně naší, uvedlo, že koncentrace bradykininu se během CPB zvyšují. Například Campbell et al prokázali, že hladiny bradykininu se během prvních 10 minut CPB zvýší 10 až 20krát, po 70 minutách CPB se vrátily k bazálním hladinám a po CPB zůstaly 1,7 až 5,2krát zvýšené. Plazmatický a tkáňový kalikrein byly během první minuty CPB sníženy o 80 a 60 %. Podobně jsme prokázali, že bradykinin se významně zvyšuje během CPB a že inhibice ACE a kouření potencují kininovou odpověď během CPB.

Fibrinolytická odpověď na kardiopulmonální bypass. CPB zvyšuje t-PA antigen a aktivitu časově závislým způsobem. Fibrinolytická odpověď během CPB je heterogenní, s hladinami t-PA se mění až 250krát. Mechanismus uvolňování t-PA během CPB je pravděpodobně multifaktoriální. Jak je uvedeno výše, my a další jsme ukázali, že CPB zvyšuje bradykinin, což je silný stimul pro uvolňování t-PA. Kromě toho může trombin nebo komplement generovaný během CPB stimulovat uvolňování t-PA z endotelu. Kromě změn v koncentracích t-PA během CPB klesá aktivita PAI-1 v důsledku hemodiluce a vzestupu uvolňování t-PA, který spotřebovává aktivní PAI-1. Tvorba plasminu se zvyšuje více než 100krát, zatímco tvorba D-dimeru se zvyšuje 200krát během 5 minut po zahájení CPB. Pro zbytek CPB zůstávají průměrné hladiny plasminu a D-dimeru 20krát až 30krát vyšší než základní hodnoty. Pooperační období je poznamenáno systémovou zánětlivou odpovědí způsobenou kombinací CPB a chirurgického zákroku produkující odpověď akutní fáze, která vede ke zvýšené produkci PAI-1. Hladiny PAI-1 začnou stoupat asi 2 hodiny po operaci. Jakmile CPB skončí, hladiny PAI-1 dále stoupají a dosahují vrcholu během prvních 12-36 hodin po operaci a vrátí se k normálu do druhého pooperačního dne. Fibrinolytická odpověď na CPB je tedy charakterizována počáteční hyperfibrinolytickou fází, která začíná rychlým vzestupem koncentrací t-PA, plasminu a D-dimeru, po které následuje pooperační hypofibrinolytická fáze spojená se vzestupem sekrece PAI-1 a poklesem v koncentracích t-PA.

Interakce mezi systémem renin-angiotenzin (RAS), KKS a fibrinolytickým systémem. Existují důkazy, že fibrinolytická rovnováha je regulována RAS a KKS. ACE je strategicky připraven k řízení fibrinolytické rovnováhy tím, že podporuje rozklad bradykininu a konverzi Ang I na Ang II. Ang II způsobuje uvolňování PAI-1, čímž inhibuje fibrinolýzu. Bradykinin stimuluje uvolňování t-PA prostřednictvím svého B2 receptoru. Inhibice ACE snižuje hladiny antigenu PAI-1 a zvyšuje uvolňování endoteliálního t-PA prostřednictvím endogenního bradykininu. Inhibice ACE navíc zvyšuje exogenní bradykininem zprostředkovanou vazodilataci a uvolňování t-PA. Augmentace bradykininem indukované vazodilatace, zvýšení t-PA a snížení PAI-1 popsané u ACE inhibice u pacientů s ischemickou chorobou srdeční může přispívat k primárnímu mechanismu antiischemických účinků spojených s chronickou léčbou inhibitory ACE. Prokázali jsme, že u hospitalizovaných pacientů podstupujících koronární arteriální bypass (CABG) vyžadující CPB nejen že inhibice ACE zvýšila fibrinolytickou aktivitu snížením antigenu PAI-1 a zvýšením aktivity t-PA, ale také zvýšila kininovou odpověď. Zvýšené koncentrace PAI-1 v perioperačním období jsou spojeny s akutní trombózou žilního štěpu. Inhibitory ACE tedy mají potenciál snižovat riziko akutní trombózy štěpu prostřednictvím svých účinků na tvorbu Ang II zeslabením odpovědi PAI-1 po CABG. Na rozdíl od prospěšných účinků inhibice ACE na PAI-1 může mít augmentace kininové odpovědi během CPB škodlivé účinky včetně zvýšené fibrinolýzy s následným krvácením a hypotenzí. Účinek antagonisty receptoru angiotenzinu II typu 1 (AT1) na fibrinolytickou odpověď na CPB není znám. Pacienti s esenciální hypertenzí Antagonista receptoru AT1 snižuje antigen PAI-1 v některých, ale ne v jiných studiích. Ve specifickém cíli 1 budeme testovat hypotézu, že inhibitory angiotenzin-konvertujícího enzymu a antagonista AT1 receptoru modulují fibrinolytickou a zánětlivou odpověď na CPB odlišně.

Antagonismus bradykininového receptoru by mohl snížit hypotenzní odpověď na CPB. Nízká systémová vaskulární rezistence (SVR) se běžně vyskytuje během a časně po CPB. Obvykle je přechodná a snadno léčitelná. Občas mají pacienti závažnější a přetrvávající pokles SVR, označovaný jako pooperační vazodilatační šok. Mezi rizikové faktory vazodilatačního šoku patří předoperační použití ACE inhibitorů, nízká ejekční frakce levé komory a syndrom srdečního selhání. Léčba je často nutná k udržení adekvátního perfuzního tlaku během CPB a k nastolení uspokojivé hemodynamiky, když je připraveno oddělit pacienta od bypassu. To obvykle znamená působení proti účinku vazodilatačních mediátorů podáváním léků, jako je norepinefrin nebo fenylefrin. Ačkoli jsou tyto léky obvykle účinné a bezpečné, mohou redistribuovat průtok krve takovým způsobem, že ohrozí splanchnický a renální oběh. Předpokládá se, že za vznik pooperačního šoku je odpovědných několik mediátorů, včetně bradykininu. Například existuje inverzní korelace mezi koncentracemi bradykininu a středním arteriálním tlakem během CPB, což naznačuje, že bradykinin je důležitým mediátorem poklesu SVR. My a další jsme ukázali, že bradykinin indukuje vazodilataci prostřednictvím svého B2 receptoru. Při kontraktu stimulace B1 receptoru nezpůsobuje vazodilataci. Jak je uvedeno v PŘEDBĚŽNÝCH STUDÍCH, prokázali jsme, že endogenní bradykinin přispívá k hypotenzi související s protaminem po CPB a že antagonismus bradykininového receptoru podaný těsně před protaminem tuto hypotenzní odpověď zmírňuje. Ve specifickém cíli 2 budeme testovat hypotézu, že antagonismus bradykininového receptoru moduluje hemodynamické změny pozorované během CPB.

Antagonismus bradykininového receptoru by mohl snížit hyperfibrinolýzu a ztrátu krve spojenou s CPB. Inhibice hyperfibrinolýzy během CPB snižuje krevní ztráty a požadavky na krevní produkty. Na druhé straně modulace hypofibrinolytické fáze po CPB má potenciál snížit trombotické komplikace. My a jiní jsme ukázali, že bradykinin stimuluje uvolňování t-PA z vaskulatury lidského předloktí a koronárního oběhu prostřednictvím dráhy nezávislé na NO syntáze a nezávislé na cyklooxygenáze. Stejně jako u vazodilatace je uvolňování t-PA stimulované bradykininem zprostředkováno prostřednictvím receptoru B2. Několik skupin uvedlo, že koncentrace bradykininu se během CPB zvyšují. Prokázali jsme přímou korelaci mezi koncentracemi bradykininu a t-PA během CPB, což naznačuje, že bradykinin hraje důležitou roli při aktivaci fibrinolytické odpovědi během CPB. Jak je uvedeno v PŘEDBĚŽNÝCH STUDÍCH, ukázali jsme, že HOE 140 (antagonista B2 receptoru) podávaný před CPB tlumí zvýšení D-dimeru podobně jako kyselina e-aminokapronová. Antagonismus B2 receptoru má tedy potenciál snižovat bradykininem zprostředkovanou fibrinolýzu během CPB. Ve specifickém cíli 2 budeme testovat hypotézu, že antagonismus bradykininového receptoru moduluje fibrinolytickou odpověď pozorovanou během CPB.

Antagonismus bradykininového receptoru by mohl snížit zánětlivou odpověď na CPB. Během CPB, vystavení krve bioinkompatibilním povrchům mimotělního okruhu, stejně jako tkáňová ischemie a reperfuze spojené s výkonem, indukují aktivaci několika hlavních humorálních drah zánětu. Bradykinin vyvolává mnoho charakteristik zánětlivého stavu, jako jsou změny lokálního krevního tlaku, edém a bolest, což vede k vazodilataci a zvýšené permeabilitě mikrocév. Bradykinin aktivuje NF-kB a upreguluje produkci interleukinu (IL)-1b a TNFa stimulovanou IL-8 prostřednictvím receptoru B2. Kromě toho bradykinin stimuluje uvolňování IL-6 z různých buněk. Rostoucí znalosti o biologické úloze kininů, zejména při zánětech, podnítily vývoj silného a selektivního antagonisty kininových receptorů jako potenciálních terapeutik. Například antagonista bradykininu deltibant (CP-0127) vykázal významné zlepšení 28denního přežití upraveného na riziko u pacientů s gramnegativní sepsí. Na zvířecím modelu intestinálního ischemicko-reperfuzního poškození antagonismus B2 receptoru inhiboval zvýšení vaskulární permeability vyvolané reperfuzí, nábor neutrofilů a expresi mRNA receptoru B1. Úloha antagonisty B2 receptoru při ischemicko-reperfuzním poškození myokardu je kontroverznější. Kumari et al prokázali ochranný účinek HOE 140 během in vivo ischemicko-reperfuzního poškození, zatímco v izolovaných studiích srdce králíků CP-0127 zhoršoval zotavení z akutní koronární ischemie. Tyto protichůdné výsledky mohou být výsledkem různých použitých antagonistů, rozdílů v citlivosti druhů nebo různých experimentálních protokolů. Úloha antagonisty receptoru B1 při zánětu je nejasná. Na rozdíl od konstitutivně exprimovaného receptoru bradykininu B2 je exprese receptoru bradykininu B1 upregulována po zánětlivém poškození nebo ischemicko-reperfuzním poškození. Zdá se, že každý podtyp kininového receptoru zprostředkovává různé aspekty zánětlivé odpovědi. Antagonismus receptoru B1 podávaný před CPB však může být škodlivý. Například Siebeck et al prokázali, že blokáda B2 receptoru zmírňuje endotoxinem indukovanou mortalitu u prasat, zatímco další blokáda B1 receptoru tyto příznivé účinky zřejmě zvrátila. Celkově vzato, antagonismus receptoru B2 může snížit akutní zánětlivou odpověď, zatímco další blokáda receptoru B1 může být škodlivá. Tyto studie a také skutečnost, že aprotinin uplatňuje část svých prospěšných účinků prostřednictvím snížení koncentrací bradykininu, naznačují hypotézu, že farmakologické strategie k blokování receptoru bradykininu B2 mohou být lepší než snížení koncentrací bradykininu při modulaci zánětlivé odpovědi na CPB.

RAS, KKS a záněty. Aktivace RAS má prozánětlivé účinky. Ang II například aktivuje nukleární faktor transkripčního faktoru (NF)-kB, který zase reguluje geny zapojené do náboru buněk a kaskády zánětlivých cytokinů. Ang II indukuje syntézu a sekreci zánětlivého interleukinu (IL)-6. Jak bylo uvedeno výše, bradykinin produkuje mnoho charakteristik zánětlivého stavu a upreguluje IL-1b a TNFa-stimulovaný IL-8 a stimuluje uvolňování IL-6. Ang II i bradykinin tedy stimulují uvolňování IL-6. Léčba inhibitorem ACE je spojena se snížením odpovědi IL-6 na CPB. V randomizované nezaslepené studii Trevelyan a kolegové20 prokázali, že inhibice ACE způsobila vysoce významné snížení uvolňování IL-6 o 51 % u pacientů identifikovaných jako vysoce producenti IL-6 polymorfismem -174 G/C, zatímco losartan měl podobný, ale méně výrazný účinek. Potenciální mechanismy pro tuto variaci v odpovědi IL-6 mezi inhibitory ACE a blokátorem receptoru angiotensinu mohou být způsobeny jejich rozdílným účinkem na tvorbu Ang II a degradaci bradykininu. Kromě toho bradykininem indukované zvýšení proteinu IL-6 a celkové mRNA je inhibováno selektivním antagonistou receptoru B2 HOE-140, ale ne selektivním antagonistou receptoru B1. Ve specifickém cíli 1 budeme testovat hypotézu, že inhibitory enzymu konvertujícího angiotenzin a antagonista receptoru angiotenzinu II typu 1 (AT1) modulují fibrinolytickou a zánětlivou odpověď na CPB odlišně.