Remote ischemic preconditioning in aortic surgery:Experimental studies with a porcine model

• Main Author: Herajärvi, J. (Johanna)
• Other Authors: Juvonen, T. (Tatu)
• Format: Doctoral Thesis
• Language: English
• Published: Oulun yliopisto 2017
• Subjects: aortic surgery; central nervous system protection; remote ischemic preconditioning; aorttakirurgia; esialtistava iskemia; keskushermoston suojaus
• Online Access: http://urn.fi/urn:isbn:9789526215877; http://nbn-resolving.de/urn:isbn:9789526215877

Abstract During cardiac and aortic surgery, disturbance of the blood supply in the central nervous system occurs when the repair of aortic pathologies is performed or a bloodless operation field is needed in complex cardiac surgery. To enable the suitable operation environment, the technique named hypothermic circulatory arrest (HCA) has been utilized via heart-lung machine. In this method, the core temperature is lowered to the target temperature, after which blood circulation is halted for a certain period of time. A challenge is that the successful usage of HCA, however still involves the risks of postoperative neurological complications and mortality. In cardiac and aortic arch surgery, the brain is at the highest risk for deficits, whereas in the repair of thoracoabdominal aortic aneurysms (TAAAs), spinal cord injury remains the most severe adverse outcome. Adjunctive protective strategies are required to reduce ischemic injury in these settings. In this thesis, Studies I and II focused on the spinal cord and the Study III on the brain. The studies were performed using acute (II, III) or subacute (I) experimental porcine models, primarily aiming to assess the effectiveness of remote ischemic preconditioning (RIPC) in spinal cord protection along with the aim of studying the underlying mechanisms of RIPC in neuroprotection. Studies I and II demonstrated enhanced motor evoked potential (MEP) responses in both hind limbs, indicating spinal cord protection by RIPC. The faster recovery of brain damage marker S100B along with higher cardiac index and lower systemic lactate levels confirmed the cardio- and neuroprotective properties of RIPC in Study III. The protective mechanism of RIPC was associated with increased antioxidant response (II, III). === Tiivistelmä Sydän- ja aorttakirurgiassa, keskushermoston verenkiertoa joudutaan häiritsemään toteutettaessa aortan korjausleikkauksia tai vaikeissa sydänkirurgisissa toimenpiteissä verettömän leikkausalueen saavuttamiseksi. Sydän-keuhkokoneen avulla toteutettava täydellinen verenkierron pysäytys mahdollistaa vaaditut olosuhteet. Tässä menetelmässä ydinlämpötilaa lasketaan ja verenkierron pysäytys toteutaan tavoitellussa kohdelämpötilassa tietyssä aikaikkunassa. Kyseisen menetelmän onnistunut käyttö sisältää kuitenkin riskejä operaatioiden jälkeisiin neurologisiin komplikaatioihin ja kuolleisuuteen. Sydämen ja aortankaaren kirurgiassa aivot ovat suurimmassa vaarassa vaurioille. Rinta- ja vatsa-aortan aneurysmien eli pullistumien korjausleikkauksiin liittyvä selkäydinvaurio on puolestaan yksi vakavimmista ja vaikeimmista seurauksista. Lisäsuojausmenetelmiä tarvitaan vähentämään iskeemistä vauriota näissä asetelmissa. Väitöskirjan osatyöt I ja II keskittyivät selkäytimeen. Osatyö III käsitteli puolestaan aivojen suojausta. Osatyöt toteutettiin akuutteina (II, III) ja subakuutteina (I) kokeellisina porsasmalleina. Tutkimusten tavoitteina oli arvioida esialtistavan perifeerisen raajaiskemian vaikuttavuutta selkäytimen suojauksessa sekä tutkia raajaiskemian taustalla olevia mekanismeja hermokudoksen suojauksessa. Osatöissä I, II havaittiin motoristen herätepotentiaalien parantuneita vasteita molemmissa takajaloissa osoittaen esialtistavan raajaiskemian suojaavan selkäydintä simuloidussa rinta-aortan korjaustoimenpiteessä. Osatyö III keskittyi alhaisessa lämpötilassa toteutettavaan täydelliseen verenkierron pysäytykseen. Tässä tutkimuksessa todetut aivovauriomarkkeri S100B tason nopeampi lasku, korkeampi sydänindeksi ja alhaisemmat laktaattitasot varmistivat raajaiskemian sydän- ja hermokudossuojausvaikutusta. Esialtistavan perifeerisen raajaiskemian suojaava mekanismi voidaan liittää parantuneeseen solujen antioksidanttivasteeseen (II, III).