Simultaneous Arterial and Coronary Sinus Cardioplegic Perfusion: an Experimental and Clinical Study

 

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Summary

The existence of inhomogeneous distribution of coronary flow with antegrade or retrograde perfusion alone has led to alternating between these delivery routes to maximize their individual benefits. Concern over myocardial damage prevented the simultaneous application of antegrade and retrograde cardioplegic blood delivery. Based upon the predominance of retrograde drainage via Thebesian veins, and evidence that pressure-controlled intermittent coronary sinus occlusion during antegrade cardioplegic delivery enhances its distribution and protective properties, this study tests (a) the hypothesis that simultaneous aortic and coronary sinus perfusion is safe during aortic clamping, and (b) reports initial clinical application of this combined strategy in 174 patients.

Five minipigs (25-30 kg) underwent 1 hr of aortic clamping with simultaneous aortic (antegrade) and coronary sinus (retrograde) perfusion at 200 ml/min with normal blood (37 °C) before and after 30 minutes of perfusion with either warm (37 °C) or cold (4 °C) blood cardioplegia (BCP). Furthermore, the combined strategy was used in 174 high-risk patients (NYHA class III-IV) at 3 university hospitals to perform myocardial protection during CABG or valve replacement, or a combination of both. Included were 16 patients in cardiogenic shock and 24 undergoing reoperation. In both the clinical and the experimental studies the coronary sinus pressure was always < 40 mmHg in beating or arrested hearts. Experimental: Compared to control values (81.4 ± 0.4 % tissue water content), no right-ventricular (80.8 + 0.8%) or left-ventricular (79.5 ± 0.3 %) edema developed, no lactate was produced (control: -1.0±0.5 mg/100 g/min, empty beating: -0.64±5, and BCP arrest: - 8.6 ±6.6). Left-ventricular contractility recovered completely as post-bypass end-systolic elastance (conductance catheter) and preload recruitable stroke work index returned to 101 + 3 % and 109 ± 9 % of control values. Clinical: Mortality was 3.4 %, 3 of the 6 patients died because of cardiac failure, Eighteen patients (10.3 %) required an intraaortic ballon pump (IABP) postoperatively, whereby in 16 of them (89%) the IABP had been implanted preoperatively for cardiogenic shock. There were 3 (1.7 %) postoperative myocardial infarctions.

These experimental and clinical Findings overcome perceived concerns about myocardial damage from simultaneous arterial and coronary sinus perfusion, and suggest this approach may add to the armamentarium of cardioprotective strategies.

Zusammenfassung

Antegrade und retrograde Gabe der Kardioplegie werden alternierend angewandt, um den Nachteil der inhomogenen Verteilung im Myokard bei alleiniger Gabe zu vermeiden. Die Sorge um Zellschädigung bei gleichzeitiger Anwendung von antegrader und retrograder Kardioplegiegabe hat diese Form der Myokardprotektion bisher nicht in Betracht kommen lassen. Es gibt allerdings bereits Berichte über druckkontrollierten intermittierenden Koronarsinusverschluß bei antegrader Kardioplegiegabe, wobei die Drainage über die Thebesischen Venen erfolgt. Diese Arbeit zeigt die Ergebnisse der experimentellen und klinischen Anwendung von simultaner antegrader und retrograder Perfusion.

An fünf Schweinen (25-30 kg) wurde die Aorta für 60 Minuten am kardiopulmonalen Bypass abgeklemmt. Für 30 Minuten wurde das schlagende Herz durch simultane antegrade (Aorta) und retrograde (Koronarsinus) Gabe von normalem Blut (37 °C) mit einem Fluß von 200 ml/min perfundiert und anschließend das stillgelegte Herz für weitere 30 Minuten durch simultane Gabe von kalter (4 °C) oder warmer (37 °C) Blutkardioplegie Myokardprotektion unterworfen. Weiterhin erfolgte die Anwendung dieser Strategie in 174 Risikopatienten (NYHA Klasse III-IV) in drei universitären Zentren zur Myokardprotektion bei Bypassoperationen, Klappenersatz, oder der Kombination von beidem. Mit in die Studie aufgenommen wurden 16 Patienten im kardiogenen Schock und 24 Rezidiv-Operationen.

Experimentell: Der Druck im Koronarsinus lag bei < 40 mmHg. Es entwickelte sich weder im linken noch im rechten Ventrikel ein Ödem, und es wurde kein Laktat produziert. Ferner kam es zu einer kompletten Erholung der postoperativen linksventrikulären Kontraktilität (endosystolische Elastance gemessen mit dem conductance Katheter und preload recruitable stroke work index).

Klinisch: Der Druck in Koronarsinus überstieg auch hier nie 40 mmHg. Die Mortalität betrug 3,4%, 3 der 6 Todesfälle waren kardial bedingt. 18 Patienten (10,3 %) benötigten postoperativ eine intraaortale Gegenpulsationspumpe (IABP) wobei sich 16 Patienten (89%) präoperativ im kardiogenen Schock befanden und bereits mit IABP zur Operation kamen. In 1,7 % der Patienten kam es perioperativ zur Entwicklung eines Myokardinfarktes.

Die Ergebnisse dieser experimentellen und klinischen Studie zeigen, daß keine myokardiale Schädigung bei gleichzeitiger Gabe von antegrader und retrograder Kardioplegie auftritt. Diese Form der Gabe der Kardioplegie könnte eine Ergänzung der bisherigen Techniken darstellen.