Bradykininreceptorantagonism under kardiopulmonell bypass (BRAC)

Morbiditet av kardiopulmonell bypass. Varje år genomgår mer än en miljon patienter världen över hjärtkirurgi. Nästan alla hjärtoperationer utförs på oslagande hjärtan som stöds av CPB. Även om användningen av off-pump kranskärlsbypassoperationer ökar, begränsar farhågor angående ofullständig revaskularisering och minskad öppenhet för venöst transplantat användningen av denna teknik till specifika patienter. CPB aktiverar olika humorala kaskader inklusive koagulationskaskaden, KKS, den fibrinolytiska kaskaden och orsakar ett systemiskt inflammatoriskt svarssyndrom. Aktivering av dessa system kan leda till hypotoni, feber, spridd intravaskulär koagulation, diffust vävnadsödem eller, i extrema fall, till multipel organsvikt. Aktivering av KKS bidrar till hemodynamiska störningar, fibrinolys och inflammatoriskt svar som observerats hos patienter som genomgår CPB. Aprotinin, en ospecifik serinproteashämmare, som delvis verkar genom att minska bradykiningenereringen, minskar fibrinolys, hypotoni och det systemiska inflammatoriska svaret associerat med CPB. Aprotinin minskar blodförlust och transfusionsbehov, men dess användning är huvudsakligen begränsad till hjärtkirurgi på grund av kostnaden. Andra faktorer som kan begränsa den utbredda användningen av aprotinin inkluderar en ökad risk för nedsatt njurfunktion, allergisk reaktion och läkemedlets icke-specificitet. Bradykinin förmedlar de flesta effekterna av KKS. Således har bradykininreceptorantagonism potential att modulera effekterna av KKS-aktivering under CPB. Syftet med detta förslag är att testa hypotesen att endogent bradykinin bidrar till det hemodynamiska, fibrinolytiska och inflammatoriska svaret på CPB och att bradykininreceptorantagonism kommer att minska hypotoni, inflammation och transfusionsbehov. De föreslagna studierna lovar att leda till nya terapier för att minska sjuklighet i samband med CPB.

Kardiopulmonell bypass aktiverar kallikrein-kinin-systemet (KKS). Flera grupper, inklusive vår, har rapporterat att bradykininkoncentrationerna ökar under CPB. Till exempel visade Campbell et al att bradykininnivåerna ökar 10 till 20 gånger under de första 10 minuterna av CPB, återgick till basala nivåer med 70 minuter av CPB och förblev 1,7 till 5,2 gånger förhöjda efter CPB. Plasma- och vävnadskallikrein reducerades med 80 respektive 60 % under den första minuten av CPB. På liknande sätt har vi visat att bradykinin ökar signifikant under CPB och att ACE-hämning och rökning potentierar kininsvaret under CPB.

Fibrinolytiskt svar på kardiopulmonell bypass. CPB ökar t-PA-antigen och aktivitet på ett tidsberoende sätt. Det fibrinolytiska svaret under CPB är heterogent, med t-PA-nivåer som varierar så mycket som 250 gånger. Mekanismen för t-PA-frisättning under CPB är sannolikt multifaktoriell. Som beskrivits ovan har vi och andra visat att CPB ökar bradykinin, en potent stimulans för t-PA-frisättning. Dessutom kan trombin eller komplement som genereras under CPB stimulera frisättningen av t-PA från endotelet. Förutom förändringarna i t-PA-koncentrationer under CPB, sjunker PAI-1-aktiviteten på grund av hemodilution och ökningen av t-PA-frisättning som förbrukar aktiv PAI-1. Plasmingenereringen ökar över 100 gånger medan D-dimergenereringen ökar 200 gånger inom 5 minuter efter CPB-initiering. För återstoden av CPB förblir genomsnittliga plasmin- och D-dimernivåer 20-30 gånger högre än baslinjenivåerna. Den postoperativa perioden kännetecknas av ett systemiskt inflammatoriskt svar orsakat av en kombination av CPB och kirurgi som ger ett akut-fassvar som resulterar i ökad PAI-1-produktion. PAI-1-nivåerna börjar stiga cirka 2 timmar efter operationen. När CPB är över fortsätter PAI-1-nivåerna att stiga och toppa under de första 12-36 timmarna postoperativt och återgå till det normala den andra postoperativa dagen. Således kännetecknas det fibrinolytiska svaret på CPB av en initial hyperfibrinolytisk fas som börjar med en snabb ökning av t-PA-, plasmin- och D-dimerkoncentrationer följt av en postoperativ hypofibrinolytisk fas associerad med en ökning av PAI-1-utsöndringen och en minskning i t-PA-koncentrationer.

Interaktion mellan renin-angiotensinsystemet (RAS), KKS och fibrinolytiska systemet. Det finns bevis för att fibrinolytisk balans regleras av RAS och KKS. ACE är strategiskt redo att kontrollera fibrinolytisk balans genom att främja nedbrytningen av bradykinin och omvandlingen av Ang I till Ang II. Ang II orsakar frisättning av PAI-1 och hämmar således fibrinolys. Bradykinin stimulerar frisättning av t-PA genom sin B2-receptor. ACE-hämning minskar PAI-1-antigennivåer och ökar endotelial t-PA-frisättning genom endogent bradykinin. Dessutom förstärker ACE-hämning exogen bradykinin-medierad vasodilatation och t-PA-frisättning. Förstärkningen av bradykinin-inducerad vasodilatation, ökningen av t-PA och minskningen av PAI-1 som beskrivs med ACE-hämning hos patienter med ischemisk hjärtsjukdom kan bidra till den primära mekanismen för de anti-ischemiska effekterna associerade med behandling med kronisk ACE-hämmare. Vi har visat att slutenvårdspatienter som genomgår kranskärlsbypasstransplantation (CABG) som kräver CPB, inte bara ökade ACE-hämningen fibrinolytisk aktivitet genom att minska PAI-1-antigenet och öka t-PA-aktiviteten, utan också ökade kininsvaret. Ökade PAI-1-koncentrationer under den perioperativa perioden är associerade med akut ventransplantattrombos. Således har ACE-hämmare en potential att minska risken för akut transplantattrombos genom deras effekter på Ang II-generering genom att dämpa PAI-1-svaret efter CABG. I motsats till de gynnsamma effekterna av ACE-hämning på PAI-1, kan förstärkningen av kininsvaret under CPB ha skadliga effekter inklusive ökad fibrinolys med åtföljande blödning och hypotoni. Effekten av angiotensin II typ 1 (AT1)-receptorantagonist på det fibrinolytiska svaret på CPB är inte känd. Slutenvårdspatienter med essentiell hypertoni AT1-receptorantagonist minskar PAI-1-antigen i vissa men inte andra studier. I Specifikt syfte 1 kommer vi att testa hypotesen att angiotensinomvandlande enzymhämmare och AT1-receptorantagonist modulerar det fibrinolytiska och inflammatoriska svaret på CPB på olika sätt.

Bradykininreceptorantagonism kan minska det hypotensiva svaret på CPB. Lågt systemiskt vaskulärt motstånd (SVR) förekommer vanligtvis under och tidigt efter CPB. Det är vanligtvis övergående och lätt att behandla. Ibland har patienter ett mer allvarligt och ihållande fall i SVR, hänvisat till postoperativ vasodilatorisk chock. Riskfaktorer för vasodilatorisk chock inkluderar preoperativ användning av ACE-hämmare, låg vänsterkammars ejektionsfraktion och hjärtsviktssyndrom. Behandling krävs ofta för att upprätthålla adekvat perfusionstryck under CPB och för att etablera tillfredsställande hemodynamik när man är redo att separera patienten från bypass. Detta innebär vanligtvis att man motverkar effekten av de vasodilaterande mediatorerna genom administrering av läkemedel som noradrenalin eller fenylefrin. Även om de vanligtvis är effektiva och säkra, kan dessa läkemedel omfördela blodflödet på ett sådant sätt att de äventyrar den splanchniska och renala cirkulationen. Flera mediatorer tros vara ansvariga för att producera postoperativ chock, inklusive bradykinin. Till exempel finns det en omvänd korrelation mellan bradykininkoncentrationer och medelartärtryck under CPB, vilket tyder på att bradykinin är en viktig mediator i minskningen av SVR. Vi och andra har visat att bradykinin inducerar vasodilatation genom dess B2-receptor. I kontraktet orsakar B1-receptorstimulering inte vasodilatation. Som beskrivs under PRELIMINÄRA STUDIER har vi visat att endogent bradykinin bidrar till protaminrelaterad hypotoni efter CPB och att bradykininreceptorantagonism som administreras strax före protamin dämpar detta hypotensiva svar. I Specifikt syfte 2 kommer vi att testa hypotesen att bradykininreceptorantagonism modulerar de hemodynamiska förändringarna som observeras under CPB.

Bradykininreceptorantagonism kan minska hyperfibrinolys och CPB-associerad blodförlust. Inhibering av hyperfibrinolys under CPB minskar blodförlust och blodproduktbehov. Å andra sidan har modulering av den hypofibrinolytiska fasen efter CPB potentialen att minska trombotiska komplikationer. Vi och andra har visat att bradykinin stimulerar t-PA-frisättning från mänskliga underarmskärl och kranskärlscirkulationen genom en NO-syntasoberoende och cyklooxygenasoberoende väg. Precis som vid vasodilatation förmedlas bradykininstimulerad t-PA-frisättning via B2-receptorn. Flera grupper har rapporterat att bradykininkoncentrationerna ökar under CPB. Vi visade en direkt korrelation mellan bradykinin- och t-PA-koncentrationer under CPB, vilket tyder på att bradykinin spelar en viktig roll för att aktivera det fibrinolytiska svaret under CPB. Som beskrivs under PRELIMINÄRA STUDIER har vi visat att HOE 140 (en B2-receptorantagonist) administrerad före CPB dämpar ökningen av D-dimer liknande e-aminokapronsyra. Således har B2-receptorantagonism potential att minska bradykinin-medierad fibrinolys under CPB. I Specifikt mål 2 kommer vi att testa hypotesen att bradykininreceptorantagonism modulerar det fibrinolytiska svaret som observeras under CPB.

Bradykininreceptorantagonism kan minska det inflammatoriska svaret på CPB. Under CPB inducerar exponering av blod för bioinkompatibla ytor av den extrakorporeala kretsen, såväl som vävnadsischemi och reperfusion i samband med proceduren, aktiveringen av flera stora humorala inflammationsvägar. Bradykinin producerar många av egenskaperna hos det inflammatoriska tillståndet, såsom förändringar i lokalt blodtryck, ödem och smärta, vilket resulterar i vasodilatation och ökad mikrokärlpermeabilitet. Bradykinin aktiverar NF-kB och uppreglerar interleukin(IL)-1b och TNFa-stimulerad IL-8-produktion genom B2-receptorn. Dessutom stimulerar bradykinin frisättningen av IL-6 från en mängd olika celler. Den växande kunskapen om kininernas biologiska roll, i synnerhet vid inflammation, har drivit utvecklingen av potenta och selektiva kininreceptorantagonister som potentiella terapeutiska medel. Till exempel visade bradykininantagonisten, deltibant (CP-0127) en signifikant förbättring av den 28-dagars riskjusterade överlevnaden för patienter med gramnegativ sepsis. I en djurmodell av intestinal ischemi-reperfusionsskada inhiberade B2-receptorantagonism reperfusionsinducerade ökningar av vaskulär permeabilitet, neutrofilrekrytering och uttryck av B1-receptor-mRNA. Rollen av B2-receptorantagonist vid myokardischemi-reperfusionsskada är mer kontroversiell. Kumari et al visade en skyddande effekt av HOE 140 under in vivo ischemi-reperfusionsskada, medan CP-0127 i isolerade kaninhjärtstudier försämrade återhämtningen från akut koronarischemi. Dessa motsägelsefulla resultat kan vara resultatet av olika antagonister som används, skillnader i artkänslighet eller olika experimentella protokoll. Rollen för B1-receptorantagonist vid inflammation är oklar. I motsats till den konstitutivt uttryckta bradykinin B2-receptorn uppregleras bradykinin B1-receptoruttrycket efter en inflammatorisk förolämpning eller ischemi-reperfusionsskada. Det verkar som att varje kininreceptorsubtyp förmedlar olika aspekter av det inflammatoriska svaret. Emellertid kan B1-receptorantagonism administrerad före CPB vara skadligt. Till exempel visade Siebeck et al att B2-receptorblockad dämpar endotoxin-inducerad dödlighet hos grisar, medan ytterligare B1-receptorblockad verkade vända dessa fördelaktiga effekter. Sammantaget kan B2-receptorantagonism minska det akuta inflammatoriska svaret medan ytterligare B1-receptorblockad kan vara skadlig. Dessa studier, och även det faktum att aprotinin utövar en del av sina gynnsamma effekter genom en minskning av bradykininkoncentrationer, antyder hypotesen att farmakologiska strategier för att blockera bradykinin B2-receptorn kan vara överlägsna att reducera bradykininkoncentrationerna för att modulera det inflammatoriska svaret på CPB.

RAS, KKS och inflammation. Aktivering av RAS utövar proinflammatoriska effekter. Till exempel aktiverar Ang II transkriptionsfaktorn nukleär faktor (NF)-kB, som i sin tur reglerar gener involverade i cellulär rekrytering och den inflammatoriska cytokinkaskaden. Ang II inducerar syntesen och utsöndringen av det inflammatoriska interleukinet (IL)-6. Som nämnts ovan producerar bradykinin många av egenskaperna hos det inflammatoriska tillståndet och uppreglerar IL-1b och TNFa-stimulerad IL-8 och stimulerar frisättningen av IL-6. Sålunda stimulerar både Ang II och bradykinin frisättningen av IL-6. Behandling med ACE-hämmare är associerad med en minskning av IL-6-svaret på CPB. I en randomiserad icke-blind studie visade Trevelyan och kollegor20 att ACE-hämning gav en mycket signifikant minskning med 51 % i frisättningen av IL-6 hos patienter som identifierats som höga producenter av IL-6 av -174 G/C polymorfism, medan losartan hade en liknande men mindre markant effekt. Potentiella mekanismer för denna variation i IL-6-svar mellan ACE-hämmare och angiotensinreceptorblockerare kan bero på deras olika effekt på Ang II-bildning och bradykininnedbrytning. Vidare hämmas bradykinin-inducerade ökningar av IL-6-protein och totalt mRNA av den selektiva B2-receptorantagonisten HOE-140 men inte av en selektiv B1-receptorantagonist. I Specifikt syfte 1 kommer vi att testa hypotesen att angiotensinomvandlande enzymhämmare och angiotensin II typ 1 (AT1) receptorantagonist modulerar det fibrinolytiska och inflammatoriska svaret på CPB på olika sätt.