Høydose N-acetylcystein i hjertekirurgi

Bakgrunn

Nedsatt nyrefunksjon etter kardiopulmonal bypass er vanlig. 11,4 % (1) til 42 % (2) av pasienter med tidligere normal nyrefunksjon viser en postoperativ økning i serumkreatinin. Mens de fleste av disse pasientene ikke trenger verken kortvarig eller langvarig nyreerstatning, er dødeligheten hos pasienter med akutt nyresvikt betydelig høyere enn de som ikke utvikler nyresvikt1.

Kardiopulmonal bypass aktiverer komponenter i det ikke-spesifikke immunsystemet, noe som fører til generering av forbindelser som inneholder frie oksygenradikaler. En studie av 14 pasienter som gjennomgikk hjertekirurgi fant økte nivåer av serumlipidperoksidasjonsprodukter (tiobarbitursyrereaktive stoffer) innen 15 minutter etter starten av kardiopulmonal bypass, som returnerte til preoperative nivåer neste morgen. Den totale antioksidative kapasiteten i serum ble tilsvarende redusert intraoperativt, og forble redusert 24 timer postoperativt (3). En lignende studie av total plasmaantioksidantstatus viste reduserte nivåer opp til 72 timer postoperativt(4). Det er klart at kardiopulmonal bypass forårsaker oksidativt stress og utarming av antioksidantkapasitet.

N-acetylcystein brukes rutinemessig i behandlingen av overdose av paracetamol. Paracetamol metaboliseres av leveren av cytokrom p450 for å danne en giftig reaktiv oksygenforbindelse. Denne metabolitten avgiftes normalt ved konjugering med hepatisk redusert glutation (GSH). Ved overdose tømmes GSH-lagrene, noe som fører til levercelle-nekrose gjennom oksidativ skade. N-acetylcystein er en sulfydrylgruppedonor, som tillater regenerering av GSH, og dermed øker antioksidantforsvaret i leveren. Behandling av overdose av paracetamol er foreløpig den eneste godkjente indikasjonen for N-acetylcystein. Mulige bivirkninger inkluderer urtikarielt utslett, kvalme og oppkast og en anafylaktoid reaksjon (som involverer hypotensjon, takykardi, bronkospasme og ansiktsødem). Disse reaksjonene forekommer oftest enten under eller på slutten av perioden med infusjonsdosen, og kan være konsentrasjonsrelatert (5).

Oksidativt stress kan produseres eksperimentelt ved bruk av hypertonisk glyserol. Intramuskulær injeksjon av hypertonisk glyserol hos rotter utløste akutt nyresvikt assosiert med en markant reduksjon i nedsatt nyrenivå av glutation (GSH). Forbehandling med N-acetylcystein forhindret i stor grad disse endringene (6). Under reperfusjon etter nyreiskemi hos rotter ble renal blodstrøm redusert sammenlignet med pre-iskemiske verdier. GFR ble også redusert, og plasmaperoksynitritt (en markør for nitrogenoksidsyntese, en komponent av oksidativt stress) ble økt. Forbehandling med N-acetylcystein forhindret delvis disse endringene (7). N-acetylcystein (kombinert med en nitrogenoksiddonor og en endotelinkonverterende enzymhemmer) reduserte også effekten av nyreiskemi/reperfusjonsskade hos hunder, i form av forbedret nyrefunksjon samt reduserte interstitielle pro-inflammatoriske cytokiner og induserbar nitrogenoksidsyntase (8).

Radiokontrast forårsaker ofte nedsatt nyrefunksjon, delvis gjennom oksidativt stress i nyrene. Selv om det ikke er en godkjent indikasjon, har intravenøs N-acetylcystein blitt brukt med suksess for å dempe radiokontrastindusert nefropati, og var mer effektiv enn standard intravenøs væskeprofylakse (relativ risiko 0,28) (9). Selv om det ikke er en godkjent produktindikasjon, brukes N-acetylcystein for tiden på sykehuset vårt til dette formålet.

Reparasjon av infrarenal abdominal aortaaneurisme forårsaker ofte iskemi/reperfusjonsskade i nyrene, og produserer et lignende oksidativt stress som radiokontrast. En blanding av antioksidanter inkludert N-acetylcystein gitt til pasienter som gjennomgår reparasjon av infrarenal abdominal abdominal aortaaneurisme ga en signifikant bedre kreatininclearance (sammenlignet med placebokontroller) 48 timer postoperativt (10).

Selv om det aldri ble undersøkt for dens effekter på nyrefunksjonen etter hjertekirurgi, har effekten av perioperativt N-acetylcystein på andre systemer blitt studert. Den oksidative utbruddsresponsen til nøytrofiler fra pasienter som gjennomgikk kardiopulmonal bypass ble signifikant svekket ved infusjon av N-acetylcystein i bypasskretsen (11).

En studie av hunder som gjennomgikk kardiopulmonal bypass fant at preload-rekruterbart slagarbeid ble opprettholdt på pre-bypass-nivåer hos de dyrene som fikk N-acetylcystein, mens det falt hos kontrolldyr. N-acetylcystein forbedret oppløsningen av myokardødem betydelig, og forhindret økningen i plasma 8-isoprostan (en markør for oksidativt stress) sett hos kontrolldyr (12). Lignende resultater ble funnet i en studie av 40 pasienter som gjennomgikk hjertekirurgi: biopsiprøver fra venstre ventrikkel viste mindre 8-isoprostan-innhold og mindre nitrotyrosin (en markør for nitrogenoksidproduksjon; nitrogenoksid kan fungere som et oksygenfritt radikal). Det var ingen forskjeller i hemodynamikk eller kliniske utfall notert, men dessverre ble ikke nyrefunksjonsindekser undersøkt i denne studien (13).

Askorbat er en antioksidant som kan forventes å ha en lignende virkning som N-acetylcystein. Supplerende askorbat ble gitt til 43 pasienter før, og i 5 dager etter, koronar bypass-operasjon. Pasienter som fikk askorbat hadde 16,3 % forekomst av postoperativ AF, sammenlignet med 34,9 % hos kontrollpersoner, kanskje ved å redusere oksidativ skade på myokard (14).

Pulmonal endotelavhengig vasodilatasjon er vanligvis svekket etter kardiopulmonal bypass, en prosess som antas å være relatert til reaktive oksygenarter. Pulmonal vasodilatasjon indusert av acetylkolin etter kardiopulmonal bypass ble bedre opprettholdt hos 12 pasienter som fikk en cocktail av antioksidanter (inkludert N-acetylcystein) sammenlignet med 10 kontrollpasienter (15).

Det er således bevis på at N-acetylcystein i immun-, kardiovaskulære- og respirasjonssystemet kan være til nytte for pasienter som gjennomgår hjertekirurgi.

Klinisk sepsis eller eksperimentell eksponering for lipopolysakkarid stimulerer celler i det inflammatoriske systemet til å danne frie oksygenradikaler. N-acetylcystein reduserer cytokin- og adhesjonsmolekylgenekspresjon og NF-kB-aktivering in vitro. I dyremodeller av sepsis reduserer N-acetylcystein inflammatorisk cellekjemotaksi og forbedrer overlevelse (som gjennomgått av ref. 16). Hos pasienter som lider av oksidativt stress på grunn av sepsis, resulterer N-acetylcystein i redusert NF-kB-aktivering og redusert IL-8-produksjon (16).

Hypoteser N-acetylcystein administrert fra tidspunktet for induksjon av anestesi før hjertekirurgi og i 24 timer postoperativt resulterer i redusert endring i serumkreatinin fra baseline til toppnivå innen de første 5 postoperative dagene.

Andre sekundære utfall som vil bli målt inkluderer:

• bedre kreatininclearance i løpet av den første postoperative dagen;
• kortere opphold på intensivavdelingen;
• kortere sykehusopphold;
• lavere serumkreatininnivåer på dag 2 etter operasjonen;
• større antioksidantaktivitet i plasma;
• mindre oksidativt stress;
• mindre NF-kB-aktivering i cellekomponentene i blod;
• mindre pro-inflammatorisk cytokinrespons; og
• mindre aktivering av nitrogenoksidsyntaseveien.

Studiedesign - oversikt og begrunnelse

Pasienter vil bli randomisert til å motta N-acetylcystein fra induksjon av anestesi til 24 timer postoperativt, eller placebo (5 % glukose).

Serumkreatinin er den mest brukte kliniske indikatoren på nyrefunksjon sammen med urinproduksjon. Begge vil bli målt i 48 timer postoperativt - den tidsperioden hvor nedsatt nyrefunksjon er mest sannsynlig å utvikle seg. En mer følsom indikator på nyresvikt er kreatininclearance. Dette vil bli målt i løpet av de første 24 timene postoperativt, og vil danne det primære endepunktet for studien. Ettersom pasienter på vår intensivavdeling rutinemessig gis frusemid for å opprettholde en postoperativ urinproduksjon på >0,5 ml/kg/time (når væskevolum, inotropi og vaskulær tonus har blitt manipulert til det som anses å være akseptable områder), må dosen av frusemid nødvendig er også en indikator på nyrefunksjonen. Sjelden gis andre diuretika, men hvor dette er tilfelle vil det også bli notert.

Effekten av N-acetylcystein for å forhindre oksidativt stress vil bli vurdert ved å bruke et mål på total plasma antioksidantaktivitet (batokuproinanalysen) (17) og ved kvantifisering av 8-isoprostannivåene (18). Total antioksidantaktivitet og 8-isoprostan har tidligere vist seg å være påvirket av hjertekirurgi og N-acetylcystein.

Enhver nyreeffekt av N-acetylcystein vil være korrelert med nivåer av plasma pro-inflammatoriske cytokiner (IL-1, IL-6 og TNF-alfa), som er kjent for å være assosiert med oksidativt stress-indusert nyresvikt (19, 20) . Aktivering av induserbar nitrogenoksidproduksjon er også assosiert med nyresvikt (21), og effekten av N-acetylcystein på nitrogenoksidsyntase-mRNA-ekspresjon i cellekomponentene i blod vil bli analysert ved sanntids-PCR. Nitrogenoksidproduksjon vil bli vurdert ved måling av nitrotyrosinkonsentrasjon i plasma. Analysen av nitrotyrosin er overlegen den tradisjonelle Greiss-reaksjonen (som måler nitrat- og nitrittderivater av nitrogenoksid), da nitrat og nitritt gjennomgår nyreutskillelse, og mange av disse pasientene vil ha endret nyrefunksjon.

På et molekylært nivå reguleres mange av genene som er ansvarlige for å stimulere oksidativt stress av promoteren NF-kB. De cellulære komponentene i blod vil bli analysert for NF-kB ved hjelp av en etablert ELISA-teknikk (22) antatt å være mer sensitiv enn den elektroforetiske mobilitetsskiftanalysen som brukes for å demonstrere en effekt av N-acetylcystein i human sepsis (16). NF-kB i cellekomponentene i blod vil også bli analysert ved bruk av sanntids PCR.

Randomisering Randomiseringen vil være basert på tilfeldige tall generert av datamaskin. Når samtykke er innhentet, vil tildelingen av enten behandling med N-acetylcystein eller placebo bli organisert av en uavhengig person (farmasøyt i kliniske studier) som vil dispensere de kodede infusjonsposene. Dette vil bli levert til anestesipersonalet som passer pasienten på teater, og ICU-sykepleieren som tar seg av pasienten postoperativt.

Detaljert protokoll Umiddelbart etter induksjon av anestesi, før det første kirurgiske snittet, vil N-acetylcystein bli administrert i en dose på 150 mg/kg IV i 200 ml 5 % glukose over 15 minutter etterfulgt av kontinuerlig IV-infusjon på 50 mg/kg i 500 mL 5 % glukose over 4 timer, deretter 100 mg/kg i 1 L 5 % glukose over 20 timer (total dose 300 mg/kg i 24 timer). Dette er standarddosen av N-acetylcystein som brukes klinisk ved overdosering av paracetamol (5.) Pasienter randomisert til å motta placebo vil få et ekvivalent volum på 5 % glukose. Utseendet til 5 % glukose- og N-acetylcystein-løsningene er likt, og det vil ikke være noen merking på infusjonsposen annet enn et identifiserende studienummer.

En 24-timers urinsamling vil begynne umiddelbart ved ankomst til intensivavdelingen, for å tillate bestemmelse av kreatininclearance. Dette vil bli målt i sykehusets kliniske patologiske laboratorium. Kreatininclearance vil være det primære endepunktet for studien.

Kliniske data vil bli registrert som beskrevet nedenfor av etterforskerne eller ICU-forskningssykepleieren.

Fire 20 ml prøver av heparinisert blod vil bli tatt fra arterielinjen for cytokin og molekylær analyse. Det vil bli tatt prøver umiddelbart etter induksjon av anestesi, ved ankomst til intensivavdelingen, og 6 og 24 timer postoperativt. Umiddelbart etter innsamling vil blodet sentrifugeres ved lav hastighet for å skille plasmaet fra cellekomponentene, som begge vil bli lagret i alikvoter ved -70 grader før batchanalyse.

Analyse av plasma total antioksidantaktivitet og 8-isoprostan, IL-1, IL-6, TNF-alfa og nitrotyrosinkonsentrasjoner vil bli utført ved bruk av kommersielt tilgjengelige ELISA-reagenssett (Oxford Biomedical Research, Oxis Research, BioCore). De cellulære komponentene i blodet vil bli analysert for NF-kB-konsentrasjon ved hjelp av et kommersielt tilgjengelig ELISA-sett (Oxford Biomedical Research), og for iNOS og NF-kB mRNA ved bruk av en sanntids PCR-maskin og Applied Biosystems forhåndsutviklede assayreagenser med 18S som den endogene kontrollen. Hovedetterforsker har erfaring med disse eller lignende teknikker.

Statistikk og kraftberegning Ved å bruke data tilgjengelig fra vår hjertekirurgidatabase på over 2500 pasienter de siste 5 årene, forventer vi en gjennomsnittlig økning i serumkreatinin fra baseline til en toppverdi på 50 mikromol/L i kontrollgruppen, med et standardavvik på 30 mikromol/L. Gitt disse endringene er det nødvendig med 60 pasienter for å ha 90 % evne til å oppdage en forskjell på 30 mikromol/L mellom kontroll- og intervensjonsgruppen ved en alfa på 0,05.

Datainnsamling Datainnsamlingen vil bli utført av hovedetterforsker, ICU forskningssykepleier og ICU pleiepersonell.

Følgende variabler vil bli oppnådd:

Navn kjønn, alder og journalnummer Dato for innleggelse til intensivavdeling Operativ prosedyre og tidspunkt på kardiopulmonal bypass Preoperativ vurdering av venstre ventrikkelfunksjon Serumkreatinin og urea preoperativt, umiddelbart postoperativt, og hver 24. time deretter (målt for kliniske formål) Doser av administrert frusemid (eller frusemid-infusjonshastighet) Bruk av inotroper Hjertevolumet når det måles for kliniske formål i løpet av de første 24 timene postoperativt Urinproduksjon i hver 6-timers periode i 24 timer postoperativt Dato for utskrivning fra intensivavdeling og sykehus eller død

Protokollbrudd Alle protokollbrudd vil bli registrert. Det vil da avgjøres om karakteren av et slikt brudd hadde vært slik at pasienten skulle utelukkes fra primærdataanalyse. Slik evaluering vil bli blindet for behandling.