Abstract

In pathologies of the ascending aorta or in congenital heart defects, circulation may be temporarily halted during surgical intervention. This is achieved by operating under deep hypothermic circulatory arrest or under hypothermia combined with isolated perfusion techniques. For deep hypothermic circulatory arrest (DHCA), the patient is cooled below 18°C using an extracorporeal heart-lung machine, and circulation and breathing are stopped. The advantage of hypothermia is that it decreases oxygen and glucose consumption and provides the surgeons the time required to repair complex heart defects. However, there is still a relatively high risk of neurological complications that can affect the quality of life of patients and their families.

One of the methods to mitigate ischaemia-reperfusion injury is remote ischaemic preconditioning. In this work, the neuroprotective mechanisms of remote ischaemic preconditioning (RIPC) were studied in acute and surviving chronic animal models. In study I, we used an acute model, and studied the effects of RIPC in cerebral microcirculation using an intravital microscope and samples analysed by transmission electron microscope. In study II, a chronic model was used to evaluate whether the effects of remote ischaemic preconditioning can be seen in the markers of oxidative stress or in redox-regulating enzymes. Study III was conducted to supplement the findings of study II, considering the markers of oxidative stress. Findings in all studies were consistent with one another.

Study I showed the effect of remote ischaemic preconditioning on leukocyte activation and adhesion to cerebrocortical vessels in piglets after prolonged DHCA. Additionally, cellular preservation of endoplasmic reticulum was present in transmission electron microscope analysis of the central nervous system. In studies II and III, the remote ischaemic preconditioning lowered markers of ischaemia-reperfusion-related oxidative stress. In study III the remote ischemic preconditioning lowered oxidative stress already during cardiopulmonary bypass.

Tiivistelmä

Hoidettaessa nousevan aortan sairauksia ja synnynnäisiä sydänvikoja verenkierto voidaan tilapäisesti pysäyttää kirurgisten toimenpiteiden ajaksi. Tämä saavutetaan jäähdyttämällä elimistö verenkierron pysäytyksen ajaksi tai jäähdytettynä isoloitujen perfuusiotekniikoiden avulla. Potilas jäähdytetään alle 18 °C lämpötilaan käyttäen kehonulkoista sydän-keuhkokonetta, minkä jälkeen verenkierto ja hengitys voidaan väliaikaisesti pysäyttää. Elimistön viilentäminen vähentää hapen ja glukoosin kulutusta ja antaa kirurgeille aikaa korjata monimutkaisia sydänsairauksia. Verenkierron pysäytyksestä ja palauttamisesta voi ilmaantua keskushermostoon iskemia-reperfuusiovaurioita, mitkä vaikuttavat potilaiden ja heidän läheistensä elämänlaatuun.

Esialtistava raajaiskemia on yksi tutkituista menetelmistä lieventää iskemia-reperfuusiovauriota. Tässä työssä esialtistavan raajaiskemian hermostoa suojaavia mekanismeja tutkittiin akuutilla ja kroonisilla koe-eläinmalleilla. Tutkimuksessa I tutkimme esialtistavan raajaiskemian vaikutuksia aivojen mikroverenkiertoon kuvaamalla aivojen pintaverisuonia mikroskoopilla, ja hermosoluihin käyttäen läpäisyelektronimikroskooppia. Tutkimuksessa II kroonisella mallilla tutkittiin voiko esialtistavan raajaiskemian vaikutuksia nähdä oksidatiivisen stressin määrässä tai hapetus-pelkistys reaktioita säätelevissä entsyymeissä. Kolmas tutkimus tehtiin toisen tutkimuksen päätelmien täydentämiseksi mitaten oksidatiivista stressiä. Kaikkien osatöiden löydökset olivat keskenään johdonmukaisia.

Ensimmäisessä osatyössä esialtistava raajaiskemia vaikutti leukosyyttiaktivaatioon ja leukosyyttien tarttumiseen aivojen pintaverisuoniin pidennetyn hypotermisen verenkierron seisautuksen jälkeen. Myös hermosolujen sisäisten soluelinten säilyminen näkyi läpäisyelektronimikroskoopilla raajaiskemiaryhmällä.

Tutkimuksissa II ja III esialtistava raajaiskemian todettiin alentavan iskemia-reperfuusion aiheuttamaa oksidatiivista stressiä, jonka todettiin tapahtuvan/alkavan jo sydän-keuhkokoneen käytön aikana tutkimuksen III perusteella.