Bradykinin-receptorantagonisme under kardiopulmonal bypass (BRAC)

Sygelighed af kardiopulmonal bypass. Hvert år gennemgår mere end en million patienter på verdensplan hjerteoperationer. Næsten alle hjerteoperationer udføres på uslåelige hjerter understøttet af CPB. Selvom brugen af ​​off-pump koronar bypass-operationer er stigende, begrænser bekymringer vedrørende ufuldstændig revaskularisering og reduceret åbenhed af venøs transplantat brugen af ​​denne teknik til specifikke patienter. CPB aktiverer forskellige humorale kaskader, herunder koagulationskaskaden, KKS, den fibrinolytiske kaskade og forårsager et systemisk inflammatorisk responssyndrom. Aktivering af disse systemer kan føre til hypotension, feber, dissemineret intravaskulær koagulation, diffust vævsødem eller, i ekstreme tilfælde, til multipel organsvigt. Aktivering af KKS bidrager til de hæmodynamiske forstyrrelser, fibrinolyse og inflammatorisk respons observeret hos patienter, der gennemgår CPB. Aprotinin, en ikke-specifik serinproteasehæmmer, der til dels virker ved at reducere bradykiningenerering, nedsætter fibrinolyse, hypotension og det systemiske inflammatoriske respons forbundet med CPB. Aprotinin reducerer blodtab og transfusionsbehov, men dets anvendelse er hovedsageligt begrænset til gen-hjertekirurgi på grund af omkostningerne. Andre faktorer, der kan begrænse den udbredte brug af aprotinin, omfatter en øget risiko for nyreinsufficiens, allergisk reaktion og ikke-specificitet af lægemidlet. Bradykinin medierer de fleste af virkningerne af KKS. Således har bradykininreceptorantagonisme potentialet til at modulere virkningerne af KKS-aktivering under CPB. Formålet med dette forslag er at teste hypotesen om, at endogent bradykinin bidrager til det hæmodynamiske, fibrinolytiske og inflammatoriske respons på CPB, og at bradykininreceptorantagonisme vil reducere hypotension, inflammation og transfusionsbehov. De foreslåede undersøgelser lover at føre til nye terapier for at reducere sygelighed forbundet med CPB.

Kardiopulmonal bypass aktiverer kallikrein-kinin-systemet (KKS). Flere grupper, herunder vores, har rapporteret, at bradykininkoncentrationer stiger under CPB. For eksempel demonstrerede Campbell et al, at bradykinin-niveauer øges 10 til 20 gange i løbet af de første 10 minutter af CPB, vendte tilbage til basale niveauer med 70 minutter af CPB og forblev 1,7 til 5,2 gange forhøjet efter CPB. Plasma og vævskallikrein blev reduceret med henholdsvis 80 og 60 % i løbet af det første minut af CPB. Tilsvarende har vi vist, at bradykinin stiger signifikant under CPB, og at ACE-hæmning og rygning forstærker kininresponset under CPB.

Fibrinolytisk respons på kardiopulmonal bypass. CPB øger t-PA-antigen og aktivitet på en tidsafhængig måde. Det fibrinolytiske respons under CPB er heterogent, med t-PA-niveauer, der varierer så meget som 250 gange. Mekanismen for t-PA-frigivelse under CPB er sandsynligvis multifaktoriel. Som skitseret ovenfor har vi og andre vist, at CPB øger bradykinin, en potent stimulus til t-PA-frigivelse. Derudover kan thrombin eller komplement dannet under CPB stimulere frigivelsen af ​​t-PA fra endotel. Ud over ændringerne i t-PA-koncentrationer under CPB falder PAI-1-aktiviteten på grund af hæmodillusion og stigningen i t-PA-frigivelse, som forbruger aktiv PAI-1. Plasmingenerering øges over 100 gange, mens D-dimergenerering øges 200 gange inden for 5 minutter efter CPB-initiering. For resten af ​​CPB forbliver gennemsnitlige plasmin- og D-dimer-niveauer 20 gange til 30 gange over basislinjeniveauer. Den postoperative periode er præget af et systemisk inflammatorisk respons forårsaget af en kombination af CPB og kirurgi, der producerer en akut-fase respons, der resulterer i øget PAI-1 produktion. PAI-1 niveauer begynder at stige omkring 2 timer efter operationen. Når CPB er overstået, fortsætter PAI-1-niveauerne med at stige og toppe i løbet af de første 12-36 timer postoperativt og vender tilbage til det normale på den anden postoperative dag. Den fibrinolytiske respons på CPB er således karakteriseret ved en initial hyperfibrinolytisk fase, der begynder med en hurtig stigning i t-PA-, plasmin- og D-dimer-koncentrationer efterfulgt af en postoperativ hypofibrinolytisk fase forbundet med en stigning i PAI-1-sekretion og et fald. i t-PA-koncentrationer.

Interaktion mellem renin-angiotensin-systemet (RAS), KKS og fibrinolytiske system. Der er tegn på, at fibrinolytisk balance er reguleret af RAS og KKS. ACE er strategisk klar til at kontrollere fibrinolytisk balance ved at fremme nedbrydningen af ​​bradykinin og omdannelsen af ​​Ang I til Ang II. Ang II forårsager frigivelsen af ​​PAI-1 og hæmmer således fibrinolyse. Bradykinin stimulerer t-PA-frigivelse gennem sin B2-receptor. ACE-hæmning sænker PAI-1-antigenniveauer og øger endothelial t-PA-frigivelse gennem endogent bradykinin. Derudover øger ACE-hæmning eksogen bradykinin-medieret vasodilatation og t-PA-frigivelse. Forøgelsen af ​​bradykinin-induceret vasodilatation, stigningen i t-PA og faldet i PAI-1 beskrevet med ACE-hæmning hos patienter med iskæmisk hjertesygdom kan bidrage til den primære mekanisme for de antiiskæmiske virkninger forbundet med behandling med kronisk ACE-hæmmer. Vi har vist, at indlagte patienter, der gennemgår koronararterie-bypass-transplantation (CABG), der kræver CPB, ikke kun øgede ACE-hæmning den fibrinolytiske aktivitet ved at mindske PAI-1-antigenet og øge t-PA-aktiviteten, men også øgede kininresponsen. Forøgede PAI-1-koncentrationer i den perioperative periode er forbundet med akut venetransplantat-trombose. ACE-hæmmere har således et potentiale til at reducere risikoen for akut transplantattrombose gennem deres virkninger på Ang II-generering ved at dæmpe PAI-1-responset efter CABG. I modsætning til de gavnlige virkninger af ACE-hæmning på PAI-1, kan forøgelsen af ​​kinin-responset under CPB have skadelige virkninger, herunder øget fibrinolyse med deraf følgende blødning og hypotension. Virkningen af ​​angiotensin II type 1 (AT1) receptorantagonist på det fibrinolytiske respons på CPB er ikke kendt. Indlagte patienter med essentiel hypertension AT1-receptorantagonist reducerer PAI-1-antigen i nogle, men ikke andre undersøgelser. I Specifikt mål 1 vil vi teste hypotesen om, at angiotensin-konverterende enzymhæmmere og AT1-receptorantagonist modulerer det fibrinolytiske og inflammatoriske respons på CPB forskelligt.

Bradykinin-receptorantagonisme kan reducere det hypotensive respons på CPB. Lav systemisk vaskulær modstand (SVR) forekommer almindeligvis under og tidligt efter CPB. Det er normalt forbigående og let at behandle. Nogle gange har patienter et mere alvorligt og vedvarende fald i SVR, refereret til postoperativt vasodilatatorisk shock. Risikofaktorer for vasodilatatorisk chok omfatter præoperativ brug af ACE-hæmmere, lav venstre ventrikulær ejektionsfraktion og hjertesvigtsyndrom. Behandling er ofte påkrævet for at opretholde tilstrækkeligt perfusionstryk under CPB og for at etablere en tilfredsstillende hæmodynamik, når den er klar til at adskille patienten fra bypass. Dette indebærer sædvanligvis modvirkning af virkningen af ​​de vasodilatoriske mediatorer ved administration af lægemidler såsom noradrenalin eller phenylephrin. Selvom disse lægemidler sædvanligvis er effektive og sikre, kan de omfordele blodgennemstrømningen på en sådan måde, at de kompromitterer den splanchniske og renale cirkulation. Flere mediatorer menes at være ansvarlige for at producere postoperativt shock, herunder bradykinin. For eksempel er der en omvendt korrelation mellem bradykininkoncentrationer og middelarterietryk under CPB, hvilket tyder på, at bradykinin er en vigtig mediator i faldet i SVR. Vi og andre har vist, at bradykinin inducerer vasodilatation gennem dets B2-receptor. I kontrakten forårsager B1-receptorstimulering ikke vasodilatation. Som skitseret under FORELØBIGE STUDIER har vi vist, at endogent bradykinin bidrager til protaminrelateret hypotension efter CPB, og at bradykininreceptorantagonisme administreret lige før protamin dæmper denne hypotensive reaktion. I Specifikt mål 2 vil vi teste hypotesen om, at bradykininreceptorantagonisme modulerer de hæmodynamiske ændringer observeret under CPB.

Bradykinin-receptorantagonisme kan reducere hyperfibrinolyse og CPB-associeret blodtab. Hæmning af hyperfibrinolyse under CPB reducerer blodtab og blodproduktbehov. På den anden side har modulering af den hypofibrinolytiske fase efter CPB potentialet til at reducere trombotiske komplikationer. Vi og andre har vist, at bradykinin stimulerer t-PA-frigivelse fra menneskelig underarmsvaskulatur og koronarcirkulationen gennem en NO-syntase-uafhængig og cyclooxygenase-uafhængig vej. Som ved vasodilatation medieres bradykinin-stimuleret t-PA-frigivelse via B2-receptoren. Flere grupper har rapporteret, at bradykininkoncentrationer stiger under CPB. Vi demonstrerede en direkte korrelation mellem bradykinin og t-PA koncentrationer under CPB, hvilket tyder på, at bradykinin spiller en vigtig rolle i aktiveringen af ​​det fibrinolytiske respons under CPB. Som skitseret under FORELØBIGE STUDIER har vi vist, at HOE 140 (en B2-receptorantagonist) administreret før CPB sløver stigningen i D-dimer svarende til e-aminocapronsyre. B2-receptorantagonisme har således potentialet til at reducere bradykinin-medieret fibrinolyse under CPB. I Specifikt mål 2 vil vi teste hypotesen om, at bradykininreceptorantagonisme modulerer det fibrinolytiske respons observeret under CPB.

Bradykinin-receptorantagonisme kunne reducere det inflammatoriske respons på CPB. Under CPB inducerer eksponering af blod til bioinkompatible overflader af det ekstrakorporale kredsløb, såvel som vævsiskæmi og reperfusion forbundet med proceduren, aktiveringen af ​​flere større humorale veje for inflammation. Bradykinin producerer mange af karakteristikaene ved den inflammatoriske tilstand, såsom ændringer i lokalt blodtryk, ødem og smerte, hvilket resulterer i vasodilatation og øget mikrokarpermeabilitet. Bradykinin aktiverer NF-kB og opregulerer interleukin(IL)-1b og TNFa-stimuleret IL-8-produktion gennem B2-receptoren. Derudover stimulerer bradykinin frigivelsen af ​​IL-6 fra en række forskellige celler. Den voksende viden om kininernes biologiske rolle, især ved inflammation, har fremmet udviklingen af ​​potente og selektive kininreceptorantagonister som potentielle terapeutika. For eksempel viste bradykinin-antagonisten, deltibant (CP-0127) en signifikant forbedring i den 28-dages risikojusterede overlevelse af patienter med gramnegativ sepsis. I en dyremodel af intestinal iskæmi-reperfusionsskade hæmmede B2-receptorantagonisme reperfusionsinducerede stigninger i vaskulær permeabilitet, neutrofilrekruttering og ekspression af B1-receptor-mRNA. Rollen af ​​B2-receptorantagonist i myokardieiskæmi-reperfusionsskade er mere kontroversiel. Kumari et al påviste en beskyttende effekt af HOE 140 under in vivo iskæmi-reperfusionsskade, hvorimod CP-0127 i isolerede kaninhjerteundersøgelser svækkede helbredelse fra akut koronar iskæmi. Disse modstridende resultater kan være resultatet af forskellige anvendte antagonister, forskelle i artsfølsomhed eller forskellige eksperimentelle protokoller. Rollen af ​​B1-receptorantagonist i inflammation er uklar. I modsætning til den konstitutivt udtrykte bradykinin B2-receptor opreguleres bradykinin B1-receptorekspression efter en inflammatorisk fornærmelse eller iskæmi-reperfusionsskade. Det ser ud til, at hver kininreceptorundertype medierer forskellige aspekter af det inflammatoriske respons. Imidlertid kan B1-receptorantagonisme administreret før CPB være skadelig. For eksempel viste Siebeck et al, at B2-receptorblokade dæmper endotoksin-induceret dødelighed hos grise, hvorimod yderligere B1-receptorblokade så ud til at vende disse gavnlige virkninger. Tilsammen kan B2-receptorantagonisme mindske den akutte inflammatoriske respons, mens yderligere B1-receptorblokade kan være skadelig. Disse undersøgelser, og også det faktum, at aprotinin udøver en del af dets gavnlige virkninger gennem en reduktion i bradykinin-koncentrationer, antyder hypotesen om, at farmakologiske strategier til at blokere bradykinin B2-receptoren kan være overlegne i forhold til at reducere bradykinin-koncentrationer til at modulere det inflammatoriske respons på CPB.

RAS, KKS og inflammation. Aktivering af RAS udøver proinflammatoriske virkninger. For eksempel aktiverer Ang II transkriptionsfaktoren nuklear faktor (NF)-kB, som igen regulerer gener involveret i cellulær rekruttering og den inflammatoriske cytokinkaskade. Ang II inducerer syntesen og sekretionen af ​​det inflammatoriske interleukin (IL)-6. Som nævnt ovenfor producerer bradykinin mange af karakteristikaene ved den inflammatoriske tilstand og opregulerer IL-1b og TNFa-stimuleret IL-8 og stimulerer frigivelsen af ​​IL-6. Således stimulerer både Ang II og bradykinin frigivelsen af ​​IL-6. ACE-hæmmerbehandling er forbundet med en reduktion i IL-6-respons på CPB. I et randomiseret, ikke-blindet studie påviste Trevelyan og kollegaer20, at ACE-hæmning producerede et meget signifikant fald på 51 % i frigivelsen af ​​IL-6 hos patienter identificeret som høje producenter af IL-6 af -174 G/C-polymorfien, hvorimod losartan havde en lignende, men mindre markant effekt. Potentielle mekanismer for denne variation i IL-6-respons mellem ACE-hæmmere og angiotensinreceptorblokker kan skyldes deres forskellige virkning på Ang II-dannelse og bradykinin-nedbrydning. Endvidere inhiberes bradykinin-inducerede stigninger i IL-6-protein og totalt mRNA af den selektive B2-receptorantagonist HOE-140, men ikke af en selektiv B1-receptorantagonist. I Specifikt mål 1 vil vi teste hypotesen om, at angiotensin-konverterende enzymhæmmere og angiotensin II type 1 (AT1) receptorantagonist modulerer den fibrinolytiske og inflammatoriske respons på CPB forskelligt.