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ORIGINAL ARTICLE

The cardioplegic action in the myocardial protection: experimental study through freeze fraction replictions

Luis Alberto Dallan; Sérgio Almeida de Oliveira; Lurdes Higuchi; Edgard A Lopes; Antônio Sesso; Geraldo Verginelli; Adib D Jatene

DOI: 10.1590/S0102-76381987000300007

ABSTRACT

Evaluation of myocardial protection by cardioplegic solutions and hipothermia in anoxic hearts. An experimental study. This investigation was performed in a group of 20 dogs submitted to myocardial anoxia by cross-clamping of the ascending aorta for sixty minutes under extracorporeal circulation, followed by reperfusion for 360 minutes. Ultrastructural changes of the myocardium were studied. The animals were divided into 4 groups of 5 dogs each. In the first group (control), myocardial anoxia was induced in normothermia and no cardioplegic solution was administered. In the second group, the body temperature was reduced to 28ºC before the onset of myocardial anoxia, and no cardioplegic solution was used. In the third and fourth groups, in addition to 28ºC systemic hypothermia, coronary infusion of 4ºC cardioplegic solutions were performed immediately and after 30 minutes of clamping of the aorta. The cardioplegic solutions utilized have NaCl, KCl, CaCl2, Lidocaine, Verapamil, NaHCO3, MgSO4 and the infusion vehicle was 5% glucose solution in Group III, and blood in Group IV. Biopsies for freeze-fracture replication were obtained from the anterior wall of the left ventricle, before and after 60 minutes of myocardial anoxia, and 360 minutes after reperfusion. The alterations in sarcolemma and celular organeles due to anoxia or myocardial reperfusion was observed, specially through the diminution and aggregation of intramembranous particles in its P surface. We may conclude that both cardioplegic solutions used, associated to hipothermia, protect efficiently the myocardial cells against anoxia. It was not possible, however, to demonstrate any superiority of the blood solution over an acellular solution. Systemic hypothermia as a single method was not sufficient to offer good protection to the anoxic myocardium. The animals of Group I (control) showed severe compromise of the structure and function of the myocardium.

RESUMO

Foi avaliado, experimentalmente, o grau de proteção miocárdica oferecido por soluções cardioplégicas e hipotermia, à anóxia induzida pela interrupção do fluxo sangüíneo coronário em 20 cães. A isquemia miocárdica foi obtida através do pinçamento da aorta ascendente por 60 minutos, após a instalação de circulação extracorpórea, seguida de reperfusão miocárdica por 360 minutos. Os animais foram divididos em 4 grupos de cães. No primeiro (Grupo I), denominado controle, foi induzida anóxia miocárdica em normotermia e sem administração de solução cardioplégica. No segundo (Grupo II), os animais foram esfriados a 28ºC, antes do início da anóxia miocárdica. Neste grupo, também não foi utilizada a solução cardioplégica. No terceiro e quarto grupos, respectivamente Grupo III e Grupo IV, além da hipotermia sistêmica de 28ºC, foi realizada perfusão coronária de solução cardioplégica a 40ºC. A solução cardioplégica continha NaCl, KCl, CaCl2 lidocaína, verapamil, NaHCO3, MgSO4, sendo o veículo de infusão soro glicosado no Grupo III e sangue autógeno no Grupo IV. Foram estudadas as alterações ultra-estruturais (réplicas de criofraturas) em biópsias de ventrículo esquerdo, dando-se especial ênfase às alterações do sarcolema e membramas mitocondriais, principalmente através da visibilização de aglutinação e rarefação das partículas de proteína presentes nessas estruturas. Conclui-se que os 2 tipos de solução cardioplégica utilizados, juntamente com hipotermia sistêmica, proporcionaram proteção eficaz ao miocárdio isquêmico, sem que pudéssemos, entretanto, demonstrar a superioridade de uma delas. A hipotermia sistêmica isolada (Grupo II) não propiciou boa proteção à célula miocárdica em anóxia. Os animais do Grupo I (controle) apresentaram grande compromentimento na estrutura e função do miocárdio.
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REFERENCES

1. AHMED, S. A.; WILLIAMSON, J. R.; ROBERTS, J. R.; ROBERTS, R.; CLARK, R. E.; SOBEL, B. E. - The association of increased plasma MB CPK activity and irreversible ischemic myocardial injury in the dog. Circulation, 54(2):187-193, 1976. [MedLine]

2. ASHRAF, M. & HALVERSON, C. A. - Structural changes in the freeze-fracture sarcolema of ischemic myocardium. Am. J. Pathol., 88(3):583-594, 1977. [MedLine]

3. BELLOTTI, G. M. V. - Contribuição ao estudo das alterações ultramicroscópicas e metabólicas do coração em parada anóxica, durante o emprego de circulação extracorpórea. São Paulo, 1970. (Tese Doutoramento - Faculdade de Medicina da USP).

4. BIGELOW, W. G.; CALLAGHAM, J. C.; HOPPS, J. A. - General hypothermia for experimental intracardiac surgery. Ann. Surg., 132(3):531-538, 1950.

5. BRAILE, D. M.; BILAQUI, A.; ANACLETO, J. C.; ARAÚJO, J. D.; BELLINI, A. J.; GARZON, S. A.; GRECO, O. T.; ARDITO, R. V.; AYOB, J. C.; BAUCIA, J. A.; WICHTENDAHL, R.F.; KURODA, G. Y.; LORGA, A. M. - Proteção miocárdica por cardioplegia. Arq. Bras. Cardiol., 33(Supl. 1):199-210, 1979.

6. BRANTON, D. - Fracture faces of frozen membranes. Proc. Nat. Acad. Sci. (Washington)55:1048-1056, 1966.

7. BREATHNACH, A. S.; GOODMAN, T.; STOLINSKI, G.; GROSS, M. - Freeze fracture replication of cells of stratum of human epidermis. J. Anat. (London)114(1):65-81, 1973.

8. BRETSCHNEIDER, H. J.; HÚBNER, G.; KNOLL, D.; LOHR, B.; NORDBECK, H.; SPIECKERMANN, P. G. - Myocardial resistence and tolerance to ischemia; physiological and biochemical basis. J. Cardiovasc. Surg. (Torino) 16(3): 241-260, 1975.

9. CEDERGREN, E.; THORNELL, L. E.; SJÖSTRÖM, M. - The mitochondrial envelope as studied by freeze-fracturing. J. Ultrastruct. Res., 44: 434-435, 1975.

10. COLEMAN, S. E.; DUGGAN, J.; HACKETT, R. L. - Freezefracture study of changes innuclei isolated from ischemic rat Kidney. Tissue Cell, 6(3):521-534, 1974. [MedLine]

11. COLEMAN, S. E.; DUGGAN, J.; HACKETT, R. L. - Quantitation of particles in the freeze-fractured nuclear membrane after renal ischemia. Virch. Arch. B. Cell Pathol, 28: 101-117.

12. COOLEY, D. A.; BOODWELL, R. D.; BEALL, A. C.; GILL, S. S.; HALLMAN, G. L. - Total cardiac valve replacemente using SCDK-Cutter prosthesis: experience with 250 consecutive patientes. Ann. Surg., 164(3):428-444, 1966. [MedLine]

13. COOLEY, D. A.: REUL, G. J.; WUKASCH, D. C. - Ischemic contracture of the heart: "stone heart". Am. J. Cardiol., 29:575-580, 1972.

14. DALLAN, L. A.; HIGUCHI, M. L.; LOPES, E.; BELLOTTI, G.; ARMELIN, E.; PILEGGI, F.; VERGINELLI, G.; JATENE, A. D.; SESSO, A. - Análise das faces de criofratura e cortes ultrafinos do sarcolema de cardiócitos e plasmalema do endotélio capilar do miocardio infartado do cão. Arq. Bras. Cardiol., 43(Supl. 1):33, 1984. (Resumo). [MedLine]

15. EFFLER, D. B.; KNIGHT Jr., H.F.; GROVES, L. K.; KOLFF, W. J. - Elective cardiac arrest for open-heart surgery. Surg. Gynecol. Obstet., 105(4):407-416, 1957. [MedLine]

16. FOLLETTE, D. M.; MULDER, D. G.; MALONEY Jr., J. V.; BUCKBERG, G. D. - Advantages of blood cardioplegia over continous coronary perfusion or intermittent ischemia: experimental and clinical study. J. Thorac. Cardiovasc. Surg., 76(5);604-619, 1978. [MedLine]

17. FRANE, W. & KARTENBECK, J. - Structure of nuclear membranes isolated from braim cells. Experientia (Basel) 25:396-398, 1969. [MedLine]

18. GAY Jr., W. A. & EBERT, P. A. - Functional, metabolic and morphologic effects of patassium-induced cardioplegia. Surgery, 74(2):284-290, 1973. [MedLine]

19. GIBBON Jr., J. H.; MILLER, B. J.; FINEBERG, C. - An improved mechanical and lung apparatus. Med. Clin. N. Am., 37:1603-1624, 1953.

20. GOMES, O M.; MORAES, N. L. B.; FIORELLI, A. I.; BRUM, J. M.; RIBEIRO, M. P.; CALONGE, H. C.; ARMELIN, E.; BITTENCOURT, D.; ZERBINI, E. J. - Parada cardíaca anóxica. Três horas de proteção: nova solução cardioplégica. Arq. Bras. Cardiol., 36(1):8-12, 1981.

21. GOMES, O. M.; PEDROSO, F. I.; PEREIRA, S. N.; AYOUB, A. H.; KWANG, W. T.; BITTENCOURT, D.; ZERBINI, E. J. - Mitochondrial anzymatic alterations produced in the myocardium by anoxic cardiac arrest. J. Thorac. Cardiovasc. Surg., 67(4):649-658, 1974. [MedLine]

22. HEARSE, D. J.; STEWART, D. A.; BRAIMBRIDGE, M. V. - Cellular protection during myocardial ischemia: the development and characterization of a procedure for the induction of reversible ischemic arrest. Circulation, 54(2): 193-202, 1976. [MedLine]

23. HIGUCHI, M. L. - Observações em cortes ultrafinos e réplicas de criofratura de territórios miocárdicos de cão submetidos a 1, 3, 6 e 24 horas de isquemia. São Paulo, 1985. (Tese doutoramento - Faculdade de Medicina da USP).

24. HIGUCHI, M. L.; DALLAN, L A.; SILVESTRE, L. L.; LOPES, E. A.; BELLOTTI, G.; ARMELIN, E.; PILEGGI, F.; SESSO, A. - Modificações exibidas pelo sarcolema e endomembranas da fibra cardíaca de cão em tempos sucessivos de autólise através da análise das faces de criofratura e de cortes ultrafinos. Arq. Bras. Cardiol., 43(Supl 1): 38, 1984. (Resumo). [MedLine]

25. HÖELSCHER, B. - Studies by electron microscopy on the effects of magnesium chloride-procaineamide or potassium citrate on the myocardium in induced cardiac arrest. J. Cardiovas. Surg. (Torino) 8(1):163-166, 1967.

26. HUDSON, C. S.; RACH, J. E.; GRAHAM, W. F. - Introduction to sample preparation for freeze-fracture. In: RASH, J. E. & HUDSON, C. S. eds Freeze-fracture: methods, artefacts and interpretations. New York, Raven Press, 1979. p. 1-10.

27. HUFNAGEL, C. A. & CONRAD, P. W. - The direct approach for the correction of aortic insufficiency. JAMA. 178(3):275-279, 1961.

28. JANTENE, A. D. - Hipotermia seletiva do miocardio. Rev. Assoc. Med. Bras., 9(4): 114-116, 1963.

29. JENNINGS, R. B.; BAUM, J. H.; HERDSON, P. B. - Fine structural changes in myocardial ischemic injury. Arch. Pathol., 79(1):135-143, 1965.

30. KARTENBECK, J.; ZENTGRAF, H.; SCHEER, U.; FRANKE, W. W. - The nuclear envelope in freeze-etching. Adv. Anat. Embryol. Cell. Biol., 45:7-53, 1971.

31. KIMELBERG, H. K. - Protein-liposome interactions and their relevance to the structure and function of cell membranes. Moll. Cell. Biochem., 10(3)171 -190, 1976.

32. KIRSCH, U.; RODEWALD, G.; KALMAR, P. - Induced ischemia arrest. J. Thorac. Cardiovasc. Surg., 63(1):121-130, 1972. [MedLine]

33. LEWIS, F. J. & TAUFIC, M. - Closure of atrial septal defects with the aid of hypothermia: experimental accomplishment and the report of one successful case. Surgery, 33(1):52-59, 1953. [MedLine]

34. LILLEHEI, C. W.; De WALL, R. A.; GOTT, V. L.; VARCO, R. L. - The direct vision correction of calcific aortic stenosis by means of a pump-oxigenator and retrograde coronary sinus perfusion. Dis. Chest., 39(2):123-132, 1956.

35. LOPES, E. A. - Aspectos microscópicos e submicroscópicos do infarto do miocardio experimental do cão submetido a revascularização precoce. São Paulo, 1973. (Tese Doutoramento - Faculdade de Medicina da USP).

36. MAUL, G.G.; PRICE, J. W.; LEIBERMAN M. W. - Formation and distribution of nuclear pore complexes in interphase. J. Cell. Biol., 51: 405-418, 1971. [MedLine]

37. MAZZA, L. V.; ANVERSA, P.;MORGUTTI, L.; TOSO, A. - Changes of the myocardial ultrastructure during open heart surgery with extracorporeal circulation. J. Cardiovasc. Surg. (Torino) 17(2): 212-228, 1969.

38. MELROSE, D. G.; DREYER, B.; BENTALL, H. H.; BAKER, J.B. - Elective cardiac arrest. Lancet, 2:21-22, 1955.

39. MURAD, H.; QUEIROZ, A. D.; MATTOS, S. C.; PIEDADE, M. M.; ALBUQUERQUE, P. C.; MURAD, L. H.; PEREIRA, G. C.; BASTOS, E. S.; JAZBIK, A. P. - Proteção miocárdica por caridoplegia sangüínea durante circulação extracorpórea: avaliação ultra-estrutural miocárdica no cão. Arq. Bras. Cardiol., 41(2):231-239, 1983.

40. NELSON, R. L.; FEY, K. H.; FOLLETTE, D. M.; LIVESAY, J. J.; De LANG, E. C.; MALONEY Jr., J. V.; BUCKBERG, G. D. - Intermittent infusion of cardioplegic solution during aortic cross-clamping. Surg. Forum, 27:241-243, 1977.

41. OPIE, L. H. - Metabolism of the heart in health and disease. Part III. Am. Heart J., 77(3):383-410, 1969. [MedLine]

42. RAJU, S.; GIBSON, W. J.; HEATH, B.; LOCKHART, V.; CONN, H. - Experimental evaluation of coronary infusates in dogs. Arch. Surg., 110:1374-1382, 1975. [MedLine]

43. RACH, J. E. & HUDSON, C. S. - Preface. In: RACH, J. E. & HUDSON, C. S. eds. Freeze-fracture: methods, artefacts and interpretations. New York, Raven Press, 1979 p.

44. REIDEMEISTER, J. C.; GEHL, H.; SPIECKERMAN, P. G.; ORELLANO, L. E. - Untersuchung der Kardioplegie durch extracellularem Natrium und Calciumentzung und Novocaingabe im überlevensversuch am hund. Langebecks Arch. Klin. Chir., 313:1043-1049, 1965.

45. ROE, B. B.; HUTCHINSON, J. C.; FISHMAN, N. H.; ULLYOT, D. J.; SMITH, D. L. - Myocardial protection with cold, ischemic potassium induced cardioplegia. J. Thorac. Cardiovasc. Surg., 73(3):366-374, 1977. [MedLine]

46. SESSO, A. & VAL-SELLA, M. V. - Estudos em cortes ultrafinos e em réplicas de criofratura do processo de exocitose em células hipofisárias do bagre e em células endocrinas do pancreas do rato. Bol. Fisiol. Animal (USP) 4:101-121, 1983.

47. SHUMWAY, N. E.; LOWER, R. R.; STOFER, R. C. - Selective hypothermia of the heart in anoxic cardiac arrest. Surg. Gynecol. Obstet., 109:750-754, 1959. [MedLine]

48. SILVA, P. P. - Translational mobility of the membrane intercalated particles of human erythrocyte ghosts: pH-dependent, reversible aggregation. J. Cel. Biol., 53:777-787, 1972.

49. SILVA, P. P. & BRANTON, D. - Membrane splitting in freeze-etching: covalently bound ferritin as a membrane maker. J. Cell. Biol., 45:598-605, 1970. [MedLine]

50. TAKAMOTO, S.; LEVINE, F. H.; LARAIA, P. J.; ADZICK, N. S.; FALLON, J. T.; AUSTEN, W. G.; BUCKLEY, M. J. - Comparison of single-dose and multipl-dose crystalloid and blood potassium cardioplegia during prolonged hypothermic aortc occlusion. J. Thorac. Cardiovasc. Surg., 79(1):19-28, 1980. [MedLine]

51. TILLACK, T. W. & MARCHESI, V. T. - Demonstration of the outer surface of freeze-etched red blood cell membranes. J. Cell. Biol., 45:649-653, 1970. [MedLine]

52. WUNDERLICH, F. - The macronuclear envelope of tetrahymena pyriformis GL in different physiological states. I: quantitative structural data. Exp. Cell. Res., 56:369-374, 1969. [MedLine]

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