Entzündungsreaktion und oxidativer Stress in der Herzchirurgie: Min. Invasive vs. konventionelle extrakorporale Zirkulation

Das Gesamtziel des Projekts besteht darin, genaue und einfache Analysemethoden zur Quantifizierung bestimmter Biomarker für oxidativen Stress in biologischen Proben zu entwickeln, die eine einfachere Diagnose, Prognose und Therapiegestaltung bei Patienten ermöglichen, die sich einer Operation am offenen Herzen unterziehen, und einen möglichen Vergleich zwischen verschiedenen Therapien ermöglichen Strategien zur Reduzierung von oxidativem Stress.

Um dieses Ziel zu erreichen, wird das Projekt in spezifische Ziele unterteilt:

• Auswahl spezifischer reaktiver oxidativer Spezies und Entwicklung von Analyseprotokollen für diese Biomarker für oxidativen Stress unter Verwendung hochentwickelter Analysegeräte.
• Quantifizierung spezifischer Biomarker für oxidativen Stress als Indikatoren für oxidativen Stress vor und nach Operationen am offenen Herzen unter Verwendung eines kardiopulmonalen Bypasses.
• Vorhersage des Ausmaßes von oxidativem Stress mit spezifischen Biomarkern für oxidativen Stress bei Patienten, die sich einer kardiopulmonalen Bypass-Operation mit Herzstillstand unterziehen
• Statistische Verarbeitung der gewonnenen Daten und Umsetzung in die klinische Praxis zur Anpassung des extrakorporalen Kreislaufs an einen einzelnen Patienten.
• Vergleich von oxidativem Stress bei Patienten, die sich einer Operation am offenen Herzen unterziehen, wobei zwei verschiedene Arten von kardiopulmonalen Bypass-Techniken zum Einsatz kommen.

Stand der Technik im vorgeschlagenen Forschungsgebiet und Übersicht über die relevante Literatur Aktuelle Studien zum oxidativen Stressstatus haben Biomarker als das Potenzial identifiziert, die medizinische Wissenschaft in Bezug auf Diagnose, Prognose und Therapie zu revolutionieren. Biomarker wurden für verschiedene Krankheiten und Störungen identifiziert, beispielsweise Stoffwechselstörungen, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Herzinfarkte, neurologische Störungen usw. Die spezifischen Biomarker können bei der Diagnose von Stress hilfreich sein, wenn die prognostischen Biomarker zur Untersuchung des Fortschreitens oder Ergebnisses dieser Stress-Krankheits-Kaskade untersucht werden, und können die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer Krankheit vorhersagen. In letzter Zeit haben viele Autoren Rezensionen zu oxidativem Stress und seinen Biomarkern sowie deren quantitativer Bestimmung veröffentlicht. Es gibt auch einige klinische Studien, die jedoch häufig eine Art von Biomarker betreffen. Die Bestimmung dieser Verbindungen aus Serum und Plasma stellt für jede Analysetechnik eine Herausforderung dar und erfordert besondere Vorsichtsmaßnahmen in der präanalytischen Phase. In jüngster Zeit werden verschiedene chromatographische Methoden eingesetzt, um herkömmliche spektrophotometrische Methoden zu ersetzen. Bisher haben sich die Methoden der Hochdruckflüssigkeitschromatographie (HPLC), der Flüssigkeitschromatographie mit Tandem-Massenspektrometrie (LC-MS/MS) und der Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) als spezifisch und empfindlicher für die meisten oxidativen Belastungen (OS) erwiesen ) Biomarker aus biologischem Material, aber es gibt noch keine Methode, die spezifisch, genau, empfindlich und quantitativ genug ist, um Biomarker in biologischen Proben zu messen und in der klinischen Diagnostik eingesetzt werden kann. Da die Identifizierung von Biomarkern zuverlässiger ist, können mehr Korrelationen zu bestimmten Krankheiten oder Störungen hergestellt werden, insbesondere im Bereich der Herz-Kreislauf-Erkrankungen, wo die Literatur rar oder nicht vorhanden ist. In dieser Studie werden robuste und spezifische Analysemethoden für bestimmte OS-Biomarker entwickelt und validiert, um so die Mechanismen und den zeitlichen Verlauf der OS-Biomarkerspiegel nach Herzoperationen zu verstehen.

Der kardiopulmonale Bypass wurde als unabhängiger Faktor für die systemische Entzündungsreaktion identifiziert, der möglicherweise zu hämodynamischer Instabilität, Funktionsstörungen mehrerer Organe und verschiedenen Komplikationen führt, was zu einem längeren Aufenthalt auf der Intensivstation (ICU) und im Krankenhaus führt. Eine der Strategien zur Reduzierung der Entzündungsreaktion war MiECC. Gemäß der Minimal invasive Extra-Corporeal Technologies International Society (MiECTiS) muss ein Kreislauf als MiECC einen geschlossenen Kreislauf umfassen; biologisch inerte Blutkontaktoberflächen; reduziertes Ansaugvolumen; eine Kreiselpumpe; ein Membranoxygenator; ein Wärmetauscher; ein System zur Kardioplegie-Entbindung; eine venöse Blasenfalle/ein Gerät zur Entfernung venöser Luft und ein System zur Verwaltung des Blutverlusts. Es wurden mehrere Studien veröffentlicht, in denen die Entzündungsreaktion bei Patienten gemessen und verglichen wurde, die sich einer Operation am offenen Herzen mit entweder konventionellem kardiopulmonalem Bypass (CCPB) oder MiECC unterzogen. Jüngste Studien, in denen die MiECC-Gruppe mit der konventionellen CPB verglichen wurde, zeigten niedrigere C-reaktives Protein (CRP) sowie niedrigere Interleukin-6- und Interleukin-8-Werte in der MiECC-Gruppe. Eine Studie zur Messung von Markern für oxidativen Stress bei Patienten, die sich einer Koronararterien-Bypass-Operation mit MiECC, CCPB oder ohne Verwendung eines extrakorporalen Kreislaufs (Off-Pump-Koronararterien-Bypass – OPCAB) unterzogen hatten, ergab einen statistisch signifikanten Rückgang der Malondialdehydwerte bei MiECC und OPCAB im Vergleich zu CCPB, das bei 30 in die Studie einbezogenen Patienten vielversprechende Ergebnisse zeigte. Außerdem erreicht der Malondialdehydspiegel einige Stunden nach der Operation seinen Höhepunkt, was den Vergleich der Immunantwort auf MiECC oder CCPB noch interessanter macht. Durch die Erhöhung der Anzahl der Blutproben, eine größere Studienkohorte und neuartige Techniken der Malondialdehyd-Analyse könnten nach Ansicht der Forscher potenzielle prognostische Werte identifiziert werden. In den letzten Jahren wurde Isoprostan als vielversprechender Biomarker der Lipidperoxidation identifiziert. In einer kürzlich durchgeführten Studie an Kindern mit angeborenen Herzfehlern, die sich einer Herzoperation unterzogen, war eine schnelle Clearance von Isoprostanen mit einem besseren klinischen Ergebnis verbunden. Bisher wurden keine Studien zum Vergleich der Ergebnisse von Isoprostanen bei Patienten gefunden, die sich einer CCPB oder MiECC unterzogen. Endocan, ein potenzieller immuninflammatorischer Marker, der eine endotheliale Dysfunktion widerspiegelt, könnte auch als potenzieller prognostischer Marker zur Identifizierung von Patientengruppen verwendet werden, die am meisten von MiECC profitieren würden. Bisher wurden zwei Studien durchgeführt, die die Kinetik von Endocan nach CCPB untersuchten. Der Vergleich unserer Ergebnisse mit anderen Studien und die Einbeziehung von MiECC in die Gleichung könnten sich als hilfreich für zukünftige Studien erweisen, bei denen Endocan als prognostischer Marker verwendet wird.

WICHTIGKEIT DER ERWARTETEN ERGEBNISSE:

Das Forschungsprojekt mit dem Titel „Oxidativer Stress und systemische Entzündungsreaktion nach Herzchirurgie: minimalinvasive extrakorporale Zirkulation vs. konventionelle extrakorporale Zirkulation“ wird effizient zur Verbesserung der Lebensqualität beitragen, da sein Schwerpunkt auf der Erkennung spezifischer OS-Biomarker und dem Verständnis der Mechanismen liegt und Zeitleiste der OS-Biomarkerspiegel nach einer Herzoperation. Nach Kenntnis der Forscher wird dies die erste derart umfassende Studie sein, die mehrere Biomarker in die Vorhersage des Ausmaßes des oxidativen Stresses bei Patienten einbezieht, die sich einer Herz-Lungen-Bypass-Operation unterziehen, und zwei Arten von Herz-Lungen-Bypass-Schaltkreisen vergleicht. Um diese Vorhersage zu treffen, werden OS-Biomarker mithilfe verschiedener chromatographischer Methoden in Verbindung mit Massenspektrometrie quantifiziert, um diese Biomarker selektiv und effizient zu bestimmen. Entwickelte und validierte Analysemethoden werden robust und effizient für den Methodentransfer in eine klinische Umgebung sein. Die gewonnenen Daten werden statistisch aufbereitet und in die klinische Praxis umgesetzt, abgestimmt auf den extrakorporalen Kreislauf des einzelnen Patienten.