Wysokie dawki N-acetylocysteiny w kardiochirurgii

Tło

Zaburzenia czynności nerek po wykonaniu krążenia pozaustrojowego są powszechne. Od 11,4% (1) do 42% (2) pacjentów z wcześniej prawidłową czynnością nerek wykazuje pooperacyjny wzrost stężenia kreatyniny w surowicy. Podczas gdy większość tych pacjentów nie wymaga ani krótko-, ani długoterminowej wymiany nerki, śmiertelność pacjentów z ostrą niewydolnością nerek jest znacznie większa niż u tych, u których nie rozwinęła się dysfunkcja nerek1.

Bypass krążeniowo-oddechowy aktywuje elementy nieswoistego układu odpornościowego, co prowadzi do powstawania związków zawierających wolne rodniki tlenowe. Badanie 14 pacjentów poddawanych zabiegom kardiochirurgicznym wykazało zwiększone poziomy produktów peroksydacji lipidów w surowicy (substancje reagujące z kwasem tiobarbiturowym) w ciągu 15 minut od rozpoczęcia krążenia pozaustrojowego, które powróciły do ​​poziomu sprzed operacji następnego ranka. Całkowita zdolność antyoksydacyjna surowicy była odpowiednio zmniejszona śródoperacyjnie i pozostała obniżona 24 godziny po operacji (3). Podobne badanie całkowitego statusu antyoksydacyjnego w osoczu wykazało obniżony poziom do 72 godzin po operacji(4). Oczywiste jest, że krążenie pozaustrojowe powoduje stres oksydacyjny i zmniejszenie zdolności antyoksydacyjnych.

N-acetylocysteina jest rutynowo stosowana w leczeniu przedawkowania paracetamolu. Paracetamol jest metabolizowany w wątrobie przez cytochrom p450, tworząc toksyczny reaktywny związek tlenowy. Ten metabolit jest zwykle detoksykowany przez sprzęganie z wątrobowym zredukowanym glutationem (GSH). W przypadku przedawkowania zapasy GSH ulegają wyczerpaniu, co prowadzi do martwicy komórek wątroby w wyniku uszkodzeń oksydacyjnych. N-acetylocysteina jest donorem grupy sulfhydrylowej, co pozwala na regenerację GSH, wzmacniając w ten sposób obronę antyoksydacyjną wątroby. Leczenie przedawkowania paracetamolu jest obecnie jedynym zatwierdzonym wskazaniem do stosowania N-acetylocysteiny. Możliwe działania niepożądane obejmują wysypkę pokrzywkową, nudności i wymioty oraz reakcję rzekomoanafilaktyczną (z niedociśnieniem, tachykardią, skurczem oskrzeli i obrzękiem twarzy). Reakcje te występują najczęściej w trakcie lub pod koniec okresu infuzji dawki wysycającej i mogą być związane ze stężeniem (5).

Stres oksydacyjny można wytworzyć eksperymentalnie za pomocą hipertonicznego glicerolu. Domięśniowe wstrzyknięcie hipertonicznego glicerolu u szczurów spowodowało ostrą niewydolność nerek związaną z wyraźnym spadkiem poziomu glutationu zredukowanego w nerkach (GSH). Wstępne potraktowanie N-acetylocysteiną w dużej mierze zapobiegło tym zmianom (6). Podczas reperfuzji po niedokrwieniu nerek u szczurów przepływ krwi przez nerki był zmniejszony w porównaniu z wartościami przed niedokrwieniem. Zmniejszył się również GFR, a peroksyazotyn w osoczu (marker syntezy tlenku azotu, składnika stresu oksydacyjnego) wzrósł. Wstępne potraktowanie N-acetylocysteiną częściowo zapobiegło tym zmianom (7). N-acetylocysteina (w połączeniu z donorem tlenku azotu i inhibitorem enzymu konwertującego endotelinę) również zmniejszała efekt uszkodzenia niedokrwienno-reperfuzyjnego nerek u psów, pod względem poprawy czynności nerek, jak również zmniejszenia śródmiąższowych cytokin prozapalnych i indukowalnej syntazy tlenku azotu (8).

Radiokontrast często powoduje dysfunkcję nerek, częściowo poprzez stres oksydacyjny w nerkach. Chociaż nie jest to zatwierdzone wskazanie, dożylna N-acetylocysteina była z powodzeniem stosowana do osłabiania nefropatii wywołanej kontrastem radiowym i była skuteczniejsza niż standardowa profilaktyka płynami dożylnymi (ryzyko względne 0,28) (9). Chociaż nie jest to zatwierdzone wskazanie do stosowania produktu, N-acetylocysteina jest obecnie stosowana w naszym szpitalu w tym celu.

Podnerkowa naprawa tętniaka aorty brzusznej często powoduje uszkodzenie niedokrwienno-reperfuzyjne nerki, wywołując stres oksydacyjny podobny do stresu radioaktywnego. Mieszanka przeciwutleniaczy, w tym N-acetylocysteina, podawana pacjentom poddawanym zabiegom naprawy tętniaka aorty brzusznej podnerkowo, powodowała znacznie lepszy klirens kreatyniny (w porównaniu z grupą kontrolną otrzymującą placebo) 48 godzin po operacji (10).

Chociaż nigdy nie badano wpływu N-acetylocysteiny na czynność nerek po operacji kardiochirurgicznej, badano wpływ okołooperacyjnej N-acetylocysteiny na inne układy. Oksydacyjna odpowiedź wyrzutowa neutrofili od pacjentów poddawanych krążeniu pozaustrojowemu została znacznie osłabiona przez wlew N-acetylocysteiny do obwodu obejściowego (11).

Badanie psów poddawanych krążeniu pozaustrojowemu wykazało, że u tych zwierząt, którym podawano N-acetylocysteinę, praca udarowa, która wymaga wstępnego obciążenia, utrzymywała się na poziomie przed obejściem, podczas gdy spadała u zwierząt kontrolnych. N-acetylocysteina znacznie poprawiła ustępowanie obrzęku mięśnia sercowego i zapobiegła wzrostowi stężenia 8-izoprostanu w osoczu (marker stresu oksydacyjnego) obserwowanemu u zwierząt kontrolnych (12). Podobne wyniki uzyskano w badaniu 40 pacjentów poddawanych operacji kardiochirurgicznej: próbki biopsji lewej komory wykazały mniejszą zawartość 8-izoprostanu i mniej nitrotyrozyny (marker produkcji tlenku azotu; tlenek azotu może działać jako wolny rodnik tlenowy). Nie odnotowano różnic w hemodynamice ani wynikach klinicznych, ale niestety w tym badaniu nie badano wskaźników czynności nerek (13).

Askorbinian jest przeciwutleniaczem, od którego można oczekiwać działania podobnego do N-acetylocysteiny. Uzupełniający askorbinian podano 43 pacjentom przed i przez 5 dni po operacji pomostowania aortalno-wieńcowego. U pacjentów otrzymujących askorbinian częstość występowania pooperacyjnego AF wyniosła 16,3%, w porównaniu z 34,9% w grupie kontrolnej, być może dzięki zmniejszeniu uszkodzeń oksydacyjnych mięśnia sercowego (14).

Zależne od śródbłonka płuc rozszerzenie naczyń jest zwykle upośledzone po wykonaniu krążenia pozaustrojowego, co uważa się za proces związany z reaktywnymi formami tlenu. Rozszerzenie naczyń płucnych wywołane przez acetylocholinę po wykonaniu krążenia pozaustrojowego było lepiej utrzymywane u 12 pacjentów otrzymujących koktajl przeciwutleniaczy (w tym N-acetylocysteiny) w porównaniu z 10 pacjentami z grupy kontrolnej (15).

Istnieją zatem dowody na to, że w układzie odpornościowym, sercowo-naczyniowym i oddechowym N-acetylocysteina może być korzystna dla pacjentów poddawanych zabiegom kardiochirurgicznym.

Kliniczna sepsa lub eksperymentalna ekspozycja na lipopolisacharydy stymulują komórki układu zapalnego do tworzenia wolnych rodników tlenowych. N-acetylocysteina zmniejsza ekspresję genów cytokin i cząsteczek adhezyjnych oraz aktywację NF-kB in vitro. W modelach zwierzęcych posocznicy N-acetylocysteina zmniejsza chemotaksję komórek zapalnych i poprawia przeżywalność (jak omówiono w pozycji 16). U pacjentów cierpiących na stres oksydacyjny z powodu sepsy N-acetylocysteina powoduje zmniejszenie aktywacji NF-kB i zmniejszenie produkcji IL-8 (16).

Hipotezy N-acetylocysteina podawana od momentu indukcji znieczulenia przed operacją kardiochirurgiczną i przez 24 godziny po operacji powoduje zmniejszenie zmiany stężenia kreatyniny w surowicy od poziomu wyjściowego do maksymalnego w ciągu pierwszych 5 dni po operacji.

Inne drugorzędne wyniki, które będą mierzone, obejmują:

• lepszy klirens kreatyniny w pierwszej dobie pooperacyjnej;
• krótszy pobyt na OIT;
• krótszy pobyt w szpitalu;
• niższy poziom kreatyniny w surowicy w 2. dobie po operacji;
• większa aktywność przeciwutleniająca osocza;
• mniejszy stres oksydacyjny;
• mniejsza aktywacja NF-kB w komórkowych składnikach krwi;
• mniejsza prozapalna odpowiedź cytokin; I
• mniejsza aktywacja szlaku syntazy tlenku azotu.

Projekt badania – przegląd i uzasadnienie

Pacjenci zostaną losowo przydzieleni do otrzymywania N-acetylocysteiny od wprowadzenia do znieczulenia do 24 godzin po operacji lub placebo (5% glukozy).

Stężenie kreatyniny w surowicy jest najczęściej stosowanym klinicznym wskaźnikiem czynności nerek wraz z wydalaniem moczu. Oba będą mierzone przez 48 godzin po operacji – okres, w którym najprawdopodobniej rozwinie się niewydolność nerek. Bardziej czułym wskaźnikiem dysfunkcji nerek jest klirens kreatyniny. Zostanie to zmierzone w ciągu pierwszych 24 godzin po operacji i będzie stanowiło główny punkt końcowy badania. Ponieważ pacjentom na naszym oddziale intensywnej terapii rutynowo podaje się frusemid w celu utrzymania pooperacyjnego wydalania moczu na poziomie >0,5 ml/kg/godz. wymagany frusemid jest również wskaźnikiem czynności nerek. Rzadko podaje się inne leki moczopędne, chociaż w takim przypadku zostanie to również odnotowane.

Skuteczność N-acetylocysteiny w zapobieganiu stresowi oksydacyjnemu zostanie oceniona za pomocą pomiaru całkowitej aktywności przeciwutleniającej w osoczu (test batokuproiny) (17) oraz ilościowego oznaczenia poziomów 8-izoprostanu (18). Wykazano wcześniej, że operacja kardiochirurgiczna i N-acetylocysteina mają wpływ na całkowitą aktywność przeciwutleniającą i 8-izoprostanu.

Jakikolwiek wpływ N-acetylocysteiny na nerki będzie skorelowany z poziomami cytokin prozapalnych w osoczu (IL-1, IL-6 i TNF-alfa), o których wiadomo, że są związane z niewydolnością nerek wywołaną stresem oksydacyjnym (19, 20) . Aktywacja indukowalnej produkcji tlenku azotu jest również związana z niewydolnością nerek (21), a wpływ N-acetylocysteiny na ekspresję mRNA syntazy tlenku azotu w komórkowych składnikach krwi będzie badany metodą PCR w czasie rzeczywistym. Wytwarzanie tlenku azotu będzie oceniane poprzez pomiar stężenia nitrotyrozyny w osoczu. Test nitrotyrozyny jest lepszy od tradycyjnej reakcji Greissa (która mierzy azotany i azotyny pochodne tlenku azotu), ponieważ azotany i azotyny są wydalane przez nerki, a wielu z tych pacjentów będzie miało zmienioną czynność nerek.

Na poziomie molekularnym wiele genów odpowiedzialnych za stymulację stresu oksydacyjnego jest regulowanych przez promotor NF-kB. Komórkowe składniki krwi będą badane pod kątem NF-kB przy użyciu uznanej techniki ELISA (22), uważanej za bardziej czułą niż test przesunięcia ruchliwości elektroforetycznej stosowany do wykazania wpływu N-acetylocysteiny na posocznicę u ludzi (16). NF-kB w komórkowych składnikach krwi będzie również oznaczany przy użyciu PCR w czasie rzeczywistym.

Randomizacja Randomizacja będzie oparta na losowych liczbach generowanych przez komputer. Po uzyskaniu zgody niezależna osoba (farmaceuta prowadzący badania kliniczne) zorganizuje przydział leczenia N-acetylocysteiną lub placebo, który wyda zakodowane worki infuzyjne. Zostanie on dostarczony personelowi anestezjologicznemu opiekującemu się pacjentem na sali operacyjnej oraz pielęgniarce OIOM opiekującej się pacjentem w okresie pooperacyjnym.

Protokół szczegółowy Bezpośrednio po indukcji znieczulenia, przed pierwszym nacięciem chirurgicznym zostanie podana N-acetylocysteina w dawce 150 mg/kg dożylnie w 200 ml 5% glukozy w ciągu 15 minut, a następnie ciągły wlew dożylny w dawce 50 mg/kg w 500 ml 5% glukozy w ciągu 4 godzin, następnie 100 mg/kg w 1 litrze 5% glukozy w ciągu 20 godzin (całkowita dawka 300 mg/kg w ciągu 24 godzin). Jest to standardowa dawka N-acetylocysteiny stosowana klinicznie w przypadku przedawkowania paracetamolu (5). Pacjenci przydzieleni losowo do grupy otrzymującej placebo otrzymają równoważną objętość 5% glukozy. Wygląd 5% roztworów glukozy i N-acetylocysteiny jest podobny, a na worku infuzyjnym nie będzie żadnych oznaczeń poza numerem identyfikacyjnym badania.

24-godzinna zbiórka moczu rozpocznie się natychmiast po przybyciu na OIOM, aby umożliwić określenie klirensu kreatyniny. Zostanie to zmierzone w szpitalnym laboratorium patologii klinicznej. Klirens kreatyniny będzie głównym punktem końcowym badania.

Dane kliniczne będą rejestrowane zgodnie z poniższym opisem przez badaczy lub pielęgniarkę badawczą OIOM.

Z linii tętniczej zostaną pobrane cztery 20 ml próbki heparynizowanej krwi do analizy cytokin i analizy molekularnej. Próbki zostaną pobrane bezpośrednio po indukcji znieczulenia, po przybyciu na oddział intensywnej terapii oraz 6 i 24 godziny po operacji. Bezpośrednio po pobraniu krew zostanie odwirowana z małą prędkością w celu oddzielenia osocza od składników komórkowych, z których oba będą przechowywane w porcjach w temperaturze -70 stopni przed analizą partii.

Analiza całkowitej aktywności antyoksydacyjnej osocza oraz stężeń 8-izoprostanu, IL-1, IL-6, TNF-alfa i nitrotyrozyny zostanie przeprowadzona przy użyciu dostępnych na rynku zestawów odczynników ELISA (Oxford Biomedical Research, Oxis Research, BioCore). Komórkowe składniki krwi będą badane pod kątem stężenia NF-kB przy użyciu dostępnego w handlu zestawu ELISA (Oxford Biomedical Research) oraz pod kątem mRNA iNOS i NF-kB przy użyciu maszyny do PCR w czasie rzeczywistym i wstępnie opracowanych przez Applied Biosystems odczynników testowych z 18S jako kontrolę endogenną. Główny badacz ma doświadczenie w stosowaniu tych lub podobnych technik.

Statystyki i obliczenia mocy Korzystając z danych dostępnych z naszej bazy danych kardiochirurgii ponad 2500 pacjentów w ciągu ostatnich 5 lat, spodziewamy się średniego wzrostu stężenia kreatyniny w surowicy od wartości początkowej do wartości szczytowej 50 mikromoli/L w grupie kontrolnej, z odchyleniem standardowym 30 mikromoli/L. Biorąc pod uwagę te zmiany, potrzebnych jest 60 pacjentów, aby mieć 90% moc wykrywania różnicy 30 mikromoli/l między grupą kontrolną a grupą interwencyjną przy współczynniku alfa równym 0,05.

Zbieranie danych Zbieranie danych będzie wykonywane przez głównego badacza, pielęgniarkę badawczą OIOM i personel pielęgniarski OIOM.

Otrzymane zostaną następujące zmienne:

Imię i nazwisko płeć, wiek i numer dokumentacji medycznej Data przyjęcia na OIT Procedura operacyjna i czas przebywania na krążeniu pozaustrojowym Przedoperacyjna ocena funkcji lewej komory Stężenie kreatyniny i mocznika w surowicy przed operacją, bezpośrednio po operacji, a następnie co 24 godziny (mierzone dla celów klinicznych) Dawki podanego frusemidu (lub szybkości wlewu frusemidu) Zastosowanie leków inotropowych Rzut serca mierzony w celach klinicznych w ciągu pierwszych 24 godzin po operacji Wydalanie moczu w każdym okresie 6 godzin przez 24 godziny po operacji Data wypisu z OIOM i szpitala lub zgon

Naruszenia protokołów Wszystkie naruszenia protokołów będą rejestrowane. Następnie zostanie podjęta decyzja, czy charakter takiego naruszenia był taki, że pacjent powinien zostać wykluczony z pierwotnej analizy danych. Taka ocena będzie ślepa na leczenie.