Μελέτη και ταυτοποίηση διαφορετικών μεταβολομικών προφίλ σε ζωικά μοντέλα καρδιακής ανακοπής λόγω ασφυξίας ή λόγω κοιλιακής μαρμαρυγής

Abstract

Asphyxial cardiac arrest (CA) differs significantly from primary dysrhythmic CA with regard to the pathogenetic mechanisms. In this work we have used a metabolomics approach to study the dynamic metabolic changes occurring in plasma samples of a swine model following two different causes of CA, namely asphyxia (ACA) and ventricular fibrillation (VFCA). Plasma samples were collected at baseline and every minute during the experimental phases: asphyxial pre-arrest period, CA, cardiopulmonary resuscitation and return of spontaneous circulation. All samples were analyzed by 1H NMR spectroscopy and LC-MS/MS spectrometry. Major alterations were observed in plasma concentrations of metabolites related to tricarboxylic acid (TCA) cycle (succinate, malate), urea cycle (ornithine, citrulline, argininosuccinate) and anaplerotic replenishing of TCA (alanine, aspartate). ACA animals showed significant metabolic disturbances during the asphyxial and CA phases, while for VFCA animals this phenomenon occurred shifted at the resuscitation phase. In addition, starting from the asphyxial phase, ACA animals were stratified in two groups based on their metabolomics profiles that resulted to be correlated with the clinical outcome. Succinate overproduction was observed in animals with the worse outcome, suggesting a potential prognostic role for this metabolite. In summary, asphyxia and VF differ significantly with regard to the metabolic disturbances during the peri-arrest period and resuscitation.

Η καρδιακή ανακοπή (ΚΑ) λόγω ασφυξίας διαφέρει σημαντικά από την ΚΑ λόγω κοιλιακής μαρμαρυγής (ΚΜ) όσον αφορά στους παθογενετικούς μηχανισμούς. Στη μελέτη αυτή διερευνήθηκαν, με χρήση τεχνικών της μεταβολομικής επιστήμης, όλες οι δυναμικές μεταβολικές αλλαγές που επέρχονται σε δείγματα πλάσματος ενός χοίρειου μοντέλου ΚΑ, κατά τη διάρκεια εξέλιξης ΚΑ λόγω ασφυξίας ή ΚΜ. Δείγματα αίματος συλλέχθηκαν κατά τις αρχικές μετρήσεις, καθώς και κάθε λεπτό κατά τη διάρκεια εξέλιξης του πειραματικού μοντέλου ΚΑ: φάση ασφυξίας προ της ανακοπής, φάση ΚΑ, φάση αναζωογόνησης και φάση μετά την ανάκτηση αυτόματης κυκλοφορίας. Όλα τα δείγματα αναλύθηκαν με υψηλής ανάλυσης 1H NMR φασματοσκοπία και LC-MS/MS φασματομετρία. Τα αποτελέσματα της μελέτης έδειξαν σημαντικές διαταραχές σε μεταβολίτες που εμπλέκονται σε κρίσιμα μονοπάτια παραγωγής ενέργειας, όπως του κύκλου κιτρικού οξέος (σουκινικό και μαλεϊκό οξύ), των αναπληρωτικών αντιδράσεών του (αλανίνη, ασπαρτικό οξύ), καθώς και του κύκλου της ουρίας (ορνιθίνη, κιτρουλίνη, αργινινοσουκινικό οξύ). Σε περίπτωση ασφυξίας, σημαντικές μεταβολικές διαταραχές ήταν εμφανείς ήδη από τη φάση ασφυξίας και εμφάνιζαν επιδείνωση κατά την ΚΑ, ενώ στην περίπτωση της ΚΜ παρόμοιο μεταβολικό προφίλ παρατηρήθηκε καθυστερημένα, μόνο μετά την έναρξη της αναζωογόνησης. Επιπλέον, στην ΚΑ λόγω ασφυξίας διαχωρίστηκαν δύο υποομάδες με διαφορετική τελική κλινική έκβαση, ανάλογα με το αρχικό μεταβολικό προφίλ τους στη φάση ασφυξίας. Η υπερπαραγωγή σουκινικού οξέος φάνηκε να σχετίζεται με χειρότερη έκβαση, γεγονός που πιθανώς να υποδεικνύει τον πιθανό προγνωστικό ρόλο του συγκεκριμένου μεταβολίτη. Συμπερασματικά, η ασφυξία και η ΚΜ διαφέρουν σημαντικά όσον αφορά στις μεταβολικές διαταραχές που εμφανίζονται στην περίοδο περί την ανακοπή και κατά την αναζωογόνηση.