Hochdosiertes N-Acetylcystein in der Herzchirurgie

Hintergrund

Eine Nierenfunktionsstörung nach einem Herz-Lungen-Bypass ist häufig. 11,4 % (1) bis 42 % (2) der Patienten mit zuvor normaler Nierenfunktion zeigen einen postoperativen Anstieg des Serumkreatinins. Während die meisten dieser Patienten weder kurz- noch langfristig einen Nierenersatz benötigen, ist die Sterblichkeit bei Patienten mit akutem Nierenversagen wesentlich höher als bei Patienten ohne Nierenfunktionsstörung1.

Der kardiopulmonale Bypass aktiviert Komponenten des unspezifischen Immunsystems, was zur Bildung von Verbindungen führt, die freie Sauerstoffradikale enthalten. Eine Studie mit 14 Patienten, die sich einer Herzoperation unterziehen mussten, fand innerhalb von 15 Minuten nach Beginn des kardiopulmonalen Bypasses erhöhte Konzentrationen von Serum-Lipidperoxidationsprodukten (Thiobarbitursäure-reaktive Substanzen), die bis zum nächsten Morgen auf die präoperativen Werte zurückkehrten. Die gesamte antioxidative Kapazität des Serums war intraoperativ entsprechend verringert und blieb 24 Stunden postoperativ verringert (3). Eine ähnliche Studie zum Antioxidantienstatus im Gesamtplasma zeigte bis zu 72 Stunden nach der Operation verringerte Spiegel (4). Es ist klar, dass der kardiopulmonale Bypass oxidativen Stress und eine Erschöpfung der antioxidativen Kapazität verursacht.

N-Acetylcystein wird routinemäßig zur Behandlung einer Paracetamol-Überdosierung eingesetzt. Paracetamol wird von der Leber durch Cytochrom p450 metabolisiert, um eine toxische reaktive Sauerstoffverbindung zu bilden. Dieser Metabolit wird normalerweise durch Konjugation mit hepatisch reduziertem Glutathion (GSH) entgiftet. Bei Überdosierung werden die GSH-Speicher erschöpft, was durch oxidative Schädigung zur Nekrose der Leberzellen führt. N-Acetylcystein ist ein Sulfidrylgruppenspender, der die Regeneration von GSH ermöglicht und so die antioxidative Abwehr der Leber verstärkt. Die Behandlung einer Paracetamol-Überdosierung ist derzeit die einzige zugelassene Indikation für N-Acetylcystein. Mögliche Nebenwirkungen umfassen einen urtikariellen Hautausschlag, Übelkeit und Erbrechen sowie eine anaphylaktoide Reaktion (mit Hypotonie, Tachykardie, Bronchospasmus und Gesichtsödem). Diese Reaktionen treten am häufigsten entweder während oder am Ende der Infusionsdauer der Aufsättigungsdosis auf und können konzentrationsabhängig sein (5).

Oxidativer Stress kann experimentell mit hypertonem Glycerin erzeugt werden. Die intramuskuläre Injektion von hypertonem Glycerol bei Ratten führte zu akutem Nierenversagen, verbunden mit einer deutlichen Abnahme der renalen Spiegel von reduziertem Glutathion (GSH). Eine Vorbehandlung mit N-Acetylcystein verhinderte diese Veränderungen weitgehend (6). Während der Reperfusion nach renaler Ischämie bei Ratten war der renale Blutfluss im Vergleich zu präischämischen Werten reduziert. Die GFR war ebenfalls reduziert und das Plasmaperoxynitrit (ein Marker für die Stickoxidsynthese, eine Komponente von oxidativem Stress) war erhöht. Eine Vorbehandlung mit N-Acetylcystein verhinderte teilweise diese Veränderungen (7). N-Acetylcystein (kombiniert mit einem Stickstoffmonoxid-Donor und einem Endothelin-Converting-Enzym-Inhibitor) verringerte auch die Wirkung einer renalen Ischämie/Reperfusionsschädigung bei Hunden im Hinblick auf eine verbesserte Nierenfunktion sowie reduzierte interstitielle entzündungsfördernde Zytokine und induzierbare Stickstoffmonoxid-Synthase (8).

Radiokontrast verursacht häufig Nierenfunktionsstörungen, teilweise durch oxidativen Stress in der Niere. Obwohl dies keine zugelassene Indikation ist, wurde intravenöses N-Acetylcystein erfolgreich zur Abschwächung einer durch Röntgenkontrastmittel induzierten Nephropathie eingesetzt und war wirksamer als die standardmäßige intravenöse Flüssigkeitsprophylaxe (relatives Risiko 0,28) (9). Obwohl es keine zugelassene Produktindikation ist, wird N-Acetylcystein derzeit in unserem Krankenhaus für diesen Zweck verwendet.

Die Reparatur eines infrarenalen abdominalen Aortenaneurysmas verursacht häufig eine Ischämie/Reperfusionsschädigung der Niere, wodurch ein ähnlicher oxidativer Stress wie bei einem Röntgenkontrast erzeugt wird. Eine Mischung von Antioxidantien einschließlich N-Acetylcystein, die Patienten verabreicht wurde, die sich einer infrarenalen Reparatur eines abdominalen Aortenaneurysmas unterzogen, führte 48 Stunden nach der Operation zu einer signifikant besseren Kreatinin-Clearance (im Vergleich zu Placebo-Kontrollen) (10).

Während seine Auswirkungen auf die Nierenfunktion nach Herzoperationen nie untersucht wurden, wurde die Wirkung von perioperativem N-Acetylcystein auf andere Systeme untersucht. Die oxidative Burst-Reaktion von Neutrophilen von Patienten, die sich einem kardiopulmonalen Bypass unterziehen, wurde durch die Infusion von N-Acetylcystein in den Bypass-Kreislauf signifikant abgeschwächt (11).

Eine Studie an Hunden, die sich einem Herz-Lungen-Bypass unterzogen, ergab, dass die durch Vorbelastung rekrutierbare Schlaganfallarbeit bei den Tieren, denen N-Acetylcystein verabreicht wurde, auf den Werten vor dem Bypass gehalten wurde, während sie bei den Kontrolltieren abfiel. N-Acetylcystein verbesserte signifikant die Auflösung von myokardialen Ödemen und verhinderte den Anstieg von 8-Isoprostan im Plasma (ein Marker für oxidativen Stress), der bei Kontrolltieren beobachtet wurde (12). Ähnliche Ergebnisse wurden in einer Studie mit 40 Patienten gefunden, die sich einer Herzoperation unterziehen mussten: linksventrikuläre Biopsieproben zeigten einen geringeren Gehalt an 8-Isoprostan und weniger Nitrotyrosin (ein Marker für die Produktion von Stickstoffmonoxid; Stickstoffmonoxid kann als freies Sauerstoffradikal wirken). Es wurden keine Unterschiede in der Hämodynamik oder den klinischen Ergebnissen festgestellt, aber leider wurden Indizes der Nierenfunktion in dieser Studie nicht untersucht (13).

Ascorbat ist ein Antioxidans, von dem erwartet werden kann, dass es eine ähnliche Wirkung wie N-Acetylcystein hat. 43 Patienten wurde vor und für 5 Tage nach einer Koronararterien-Bypass-Operation zusätzliches Ascorbat verabreicht. Patienten, die Ascorbat erhielten, hatten eine Inzidenz von 16,3 % für postoperatives Vorhofflimmern, verglichen mit 34,9 % bei Kontrollpersonen, möglicherweise durch Verringerung der oxidativen Schädigung des Myokards (14).

Die pulmonale Endothel-abhängige Vasodilatation ist normalerweise nach einem kardiopulmonalen Bypass beeinträchtigt, ein Prozess, von dem angenommen wird, dass er mit reaktiven Sauerstoffspezies zusammenhängt. Die durch Acetylcholin induzierte pulmonale Vasodilatation nach einem kardiopulmonalen Bypass wurde bei 12 Patienten, denen ein Cocktail aus Antioxidantien (einschließlich N-Acetylcystein) verabreicht wurde, besser aufrechterhalten als bei 10 Kontrollpatienten (15).

Es gibt somit Hinweise darauf, dass N-Acetylcystein im Immunsystem, im kardiovaskulären und respiratorischen System für Patienten, die sich einer Herzoperation unterziehen, von Nutzen sein kann.

Klinische Sepsis oder experimentelle Exposition gegenüber Lipopolysacchariden regen Zellen des Entzündungssystems an, freie Sauerstoffradikale zu bilden. N-Acetylcystein verringert die Genexpression von Zytokinen und Adhäsionsmolekülen sowie die NF-kB-Aktivierung in vitro. In Tiermodellen von Sepsis reduziert N-Acetylcystein die Chemotaxis von Entzündungszellen und verbessert das Überleben (wie in Lit. 16 besprochen). Bei Patienten, die aufgrund einer Sepsis unter oxidativem Stress leiden, führt N-Acetylcystein zu einer verringerten NF-kB-Aktivierung und einer verringerten IL-8-Produktion (16).

Hypothesen N-Acetylcystein, das ab dem Zeitpunkt der Narkoseeinleitung vor der Herzoperation und für 24 Stunden postoperativ verabreicht wird, führt zu einer verringerten Veränderung des Serum-Kreatinins vom Ausgangswert zum Spitzenwert innerhalb der ersten 5 postoperativen Tage.

Andere sekundäre Ergebnisse, die gemessen werden, umfassen:

• bessere Kreatinin-Clearance am ersten postoperativen Tag;
• kürzerer Aufenthalt auf der Intensivstation;
• kürzerer Krankenhausaufenthalt;
• niedrigere Serumkreatininspiegel am Tag 2 nach der Operation;
• größere Antioxidansaktivität im Plasma;
• weniger oxidativer Stress;
• weniger NF-kB-Aktivierung in den zellulären Bestandteilen des Blutes;
• weniger entzündungsfördernde Zytokinreaktion; Und
• weniger Aktivierung des Stickoxid-Synthase-Signalwegs.

Studiendesign – Überblick und Begründung

Die Patienten werden randomisiert, um N-Acetylcystein von der Narkoseeinleitung bis 24 Stunden nach der Operation oder ein Placebo (5 % Glukose) zu erhalten.

Serumkreatinin ist neben der Urinausscheidung der am häufigsten verwendete klinische Indikator für die Nierenfunktion. Beide werden postoperativ 48 Stunden lang gemessen – der Zeitraum, in dem sich am wahrscheinlichsten eine Nierenfunktionsstörung entwickelt. Ein empfindlicherer Indikator für eine Nierenfunktionsstörung ist die Kreatinin-Clearance. Dies wird über die ersten 24 Stunden nach der Operation gemessen und bildet den primären Endpunkt der Studie. Da Patienten auf unserer Intensivstation routinemäßig Frusemid verabreicht wird, um eine postoperative Urinausscheidung von > 0,5 ml/kg/Std Frusemid erforderlich ist auch ein Indikator für die Nierenfunktion. Selten werden andere Diuretika gegeben, aber wenn dies der Fall ist, wird dies ebenfalls vermerkt.

Die Wirksamkeit von N-Acetylcystein bei der Vorbeugung von oxidativem Stress wird anhand einer Messung der antioxidativen Gesamtaktivität im Plasma (der Bathocuproin-Assay) (17) und durch Quantifizierung der 8-Isoprostan-Spiegel (18) bewertet. Es wurde bereits früher gezeigt, dass die gesamte antioxidative Aktivität und 8-Isoprostan durch Herzoperationen und N-Acetylcystein beeinflusst werden.

Jede renale Wirkung von N-Acetylcystein korreliert mit Spiegeln entzündungsfördernder Zytokine (IL-1, IL-6 und TNF-alpha) im Plasma, von denen bekannt ist, dass sie mit durch oxidativen Stress induziertem Nierenversagen assoziiert sind (19, 20). . Die Aktivierung der induzierbaren Stickoxidproduktion ist auch mit Nierenversagen assoziiert (21), und die Wirkung von N-Acetylcystein auf die Stickoxidsynthase-mRNA-Expression in den zellulären Blutbestandteilen wird durch Echtzeit-PCR untersucht. Die Stickoxidproduktion wird durch Messung der Nitrotyrosinkonzentration im Plasma bewertet. Der Nitrotyrosin-Assay ist der traditionellen Greiss-Reaktion (die Nitrat- und Nitritderivate von Stickoxid misst) überlegen, da Nitrat und Nitrit renal ausgeschieden werden und viele dieser Patienten eine veränderte Nierenfunktion haben.

Auf molekularer Ebene werden viele der Gene, die für die Stimulierung von oxidativem Stress verantwortlich sind, durch den Promotor NF-kB reguliert. Die Zellbestandteile des Blutes werden unter Verwendung einer etablierten ELISA-Technik (22) auf NF-kB untersucht, von der angenommen wird, dass sie empfindlicher ist als der elektrophoretische Mobilitäts-Shift-Assay, der zum Nachweis einer Wirkung von N-Acetylcystein bei menschlicher Sepsis verwendet wird (16). NF-kB in den zellulären Bestandteilen des Blutes wird ebenfalls mittels Echtzeit-PCR untersucht.

Randomisierung Die Randomisierung basiert auf computergenerierten Zufallszahlen. Sobald die Zustimmung eingeholt wurde, wird die Zuteilung entweder der Behandlung mit N-Acetylcystein oder Placebo von einer unabhängigen Person (Apotheker für klinische Studien) organisiert, die die codierten Infusionsbeutel ausgibt. Diese wird dem Anästhesiepersonal, das sich um den Patienten im OP kümmert, und der Pflegekraft auf der Intensivstation, die sich postoperativ um den Patienten kümmert, ausgehändigt.

Ausführliches Protokoll Unmittelbar nach Einleitung der Anästhesie, vor dem ersten chirurgischen Einschnitt, wird N-Acetylcystein in einer Dosis von 150 mg/kg i.v. in 200 ml 5 % Glucose über 15 Minuten verabreicht, gefolgt von einer kontinuierlichen i.v.-Infusion von 50 mg/kg in 500 ml 5 % Glucose über 4 Stunden, dann 100 mg/kg in 1 l 5 % Glucose über 20 Stunden (Gesamtdosis 300 mg/kg in 24 Stunden). Dies ist die Standarddosis von N-Acetylcystein, die klinisch bei einer Paracetamol-Überdosierung verwendet wird (5.). Patienten, die randomisiert Placebo erhalten, erhalten ein äquivalentes Volumen von 5 % Glucose. Das Aussehen der 5 %igen Glukose- und N-Acetylcystein-Lösungen ist ähnlich, und auf dem Infusionsbeutel befindet sich außer einer identifizierenden Studiennummer keine andere Markierung.

Unmittelbar nach der Ankunft auf der Intensivstation wird mit einer 24-Stunden-Urinsammlung begonnen, um die Bestimmung der Kreatinin-Clearance zu ermöglichen. Dies wird im klinisch-pathologischen Labor des Krankenhauses gemessen. Die Kreatinin-Clearance wird der primäre Endpunkt der Studie sein.

Klinische Daten werden wie unten beschrieben von den Prüfärzten oder der Forschungskrankenschwester der Intensivstation aufgezeichnet.

Vier 20-ml-Proben heparinisierten Bluts werden aus der arteriellen Leitung zur Zytokin- und Molekularanalyse entnommen. Proben werden unmittelbar nach Einleitung der Anästhesie, bei Ankunft auf der Intensivstation sowie 6 und 24 Stunden postoperativ entnommen. Unmittelbar nach der Entnahme wird das Blut bei niedriger Geschwindigkeit zentrifugiert, um das Plasma von den Zellbestandteilen zu trennen, die beide vor der Chargenanalyse in Aliquots bei -70 Grad gelagert werden.

Die Analyse der antioxidativen Gesamtaktivität und der Konzentrationen von 8-Isoprostan, IL-1, IL-6, TNF-alpha und Nitrotyrosin im Plasma wird unter Verwendung von im Handel erhältlichen ELISA-Reagenzkits (Oxford Biomedical Research, Oxis Research, BioCore) durchgeführt. Die zellulären Blutbestandteile werden mit einem kommerziell erhältlichen ELISA-Kit (Oxford Biomedical Research) auf die NF-kB-Konzentration und mit einem Echtzeit-PCR-Gerät und vorentwickelten Assay-Reagenzien von Applied Biosystems mit 18S auf iNOS- und NF-kB-mRNAs untersucht als endogene Kontrolle. Der Studienleiter hat Erfahrung mit diesen oder ähnlichen Techniken.

Statistik und Power-Berechnung Unter Verwendung von Daten, die aus unserer Datenbank für Herzchirurgie von über 2500 Patienten in den letzten 5 Jahren verfügbar sind, erwarten wir einen mittleren Anstieg des Serum-Kreatinins vom Ausgangswert bis zu einem Spitzenwert von 50 Mikromol/l in der Kontrollgruppe mit einer Standardabweichung von 30 Mikromol/l. Angesichts dieser Änderungen sind 60 Patienten erforderlich, um eine 90-prozentige Trennschärfe zu haben, um einen Unterschied von 30 Mikromol/l zwischen der Kontroll- und der Interventionsgruppe bei einem Alpha von 0,05 zu erkennen.

Datenerhebung Die Datenerhebung erfolgt durch den leitenden Prüfarzt, die Forschungskrankenschwester der Intensivstation und das Pflegepersonal der Intensivstation.

Die folgenden Variablen werden erhalten:

Name Geschlecht, Alter und Nummer der Krankenakte Datum der Aufnahme auf die Intensivstation Operatives Verfahren und Zeit des kardiopulmonalen Bypasses Präoperative Beurteilung der linksventrikulären Funktion Serumkreatinin und -harnstoff präoperativ, unmittelbar postoperativ und danach alle 24 Stunden (gemessen für klinische Zwecke) Dosen von verabreichtes Frusemid (oder Rate der Frusemid-Infusion) Verwendung von Inotropika Herzzeitvolumen, wann immer für klinische Zwecke in den ersten 24 Stunden nach der Operation gemessen Urinausscheidung in jedem 6-Stunden-Zeitraum für die 24 Stunden nach der Operation

Protokollverletzungen Alle Protokollverletzungen werden aufgezeichnet. Es wird dann entschieden, ob die Art eines solchen Verstoßes derart war, dass der Patient von der Primärdatenanalyse ausgeschlossen werden sollte. Eine solche Bewertung erfolgt behandlungsblind.