Η επίδραση της ηπατικής ισχαιμίας-επαναιμάτωσης στο καρδιακό σύστημα: πειραματική μελέτη των δεικτών και της πιθανής προστατευτικής δράσης της τρεπροστινίλης και της ισχαιμικής προετοιμασίας

Abstract

Hepatic ischemia-reperfusion injury (HIRI) remains a major cause of postoperative liver dysfunction following extensive hepatectomies and liver transplantation. Due to its progressive and dynamic nature, hepatic ischemia-reperfusion can lead to multiple organ failure and worsened outcomes. Therefore, a deeper understanding of the pathophysiological mechanisms underlying hepatocellular injury is essential, along with an evaluation of systemic consequences. Further research is needed to identify protective techniques and pharmacological agents that address both local and systemic post-ischemic effects. Treprostinil, a relatively new synthetic analogue of prostacyclin, shows potential beneficial effects against hepatic ischemia-reperfusion injury. Ischemic preconditioning (IP) is a promising method with protective effects on hepatic ischemia-reperfusion syndrome, although the optimal protocol remains to be established. This study aimed to analyse HIRI biomarkers, their effects on the liver and heart, and the impact of treprostinil and ischemic preconditioning on these processes. Forty male Wistar Albino rats, aged 3 to 4 months, were randomly assigned to four groups of ten. All rats underwent a 3-hour surgical intervention, and were subsequently sacrificed. Hepatic ischemia was induced by clamping the hepatoduodenal ligament for 30 minutes, followed by reperfusion for 120 minutes. Rats received either treprostinil at a dose of 100 ng/kg/min for 24 hours or ischemic preconditioning prior to hepatic ischemia-reperfusion injury. The control group received no protective treatment, and one group underwent a sham operation. Liver and heart tissues were examined for histopathological changes. Serum levels of SGOT, SGPT, CPK, LDH, CRP, troponin I, IL-1β, TNF-α, endothelin-1, and protein carbonylation content were measured. Additionally, liver IL-1β and protein carbonylation levels were assessed. HIRI deteriorated hepatocellular function and exacerbated liver and myocardial damage in the control group (p < 0.001). HIRI triggered overexpression of IL-1β, TNF-α, endothelin-1, and protein carbonyl content, leading to oxidative stress. In rat serum and tissue samples, lower levels of troponin I (186.3 ± 253.7 vs. 3846.9 ± 2441.2 pg/mL, p < 0.001) were significantly correlated with reduced cellular necrosis and improved hepatocellular function (SGOT 616.3 ± 42.9 vs. 946.4 ± 59.1 U/L; SGPT 734.4 ± 226.9 vs. 1210.6 ± 234.4 U/L; LDH 1439.7 ± 339.9 vs. 5896.0 ± 592.2 U/L; p ≤ 0.001) in the treprostinil group compared to the HIRI group. Furthermore, our data showed that treprostinil administration led to better attenuation of oxidative stress and hepatocellular and myocardial damage compared to the ischemic preconditioning group. A statistically significant difference was observed in the levels of TNF-α (6.52 ± 0.72 vs. 8.43 ± 0.89 pg/mL, p < 0.001), IL-1β (89.56 ± 5.00 vs. 118.57 ± 8.72 pg/mL in serum, 128.88 ± 5.05 vs. 165.34 ± 10.68 pg/mL in tissue; both p < 0.001), endothelin-1 (4.48 ± 0.75 vs. 5.82 ± 0.27 pg/mL, p = 0.001) and tissue carbonyl content levels (4.17 ± 0.40 vs. 6.29 ± 0.67 nmol/mg, p < 0.001). However, no significant differences were observed in the levels of CPK and protein carbonyl concentration in serum (p > 0.05). Similar but less pronounced effects were noted in the ischemic preconditioning group. Both treprostinil and ischemic preconditioning demonstrated protective effects in hepatic and cardiac tissues. Treprostinil exhibited slightly superior cardioprotective efficacy, as evidenced by a statistically significant difference in troponin I levels (p < 0.001) and histopathological scoring of myocardial samples, while no differences were observed in the other parameters. This experimental model is well established, providing safe and well-documented results. However, additional clinical studies are necessary to confirm these findings, support the application of the drug in clinical practice, and obtain the required approval from the FDA. Nonetheless, our experimental results were positive: adequate anesthesia and analgesia were successfully achieved, and significant therapeutic effects of treprostinil and IP were observed in the study groups compared to the control group. The findings of our study support the conclusion that hepatic ischemia-reperfusion injury induces oxidative stress and promotes cytokine overexpression, leading to impaired liver function and exacerbated myocardial injury. To our knowledge, this is the first study to evaluate the protective effects of treprostinil and hepatic IP on myocardial damage in the context of HIRI. The protective effects of treprostinil may be attributed to its vasodilatory and anti-inflammatory mechanisms. Accordingly, the attenuation of oxidative stress and reduction of the inflammatory response represent possible hepatoprotective pathways of IP. These results suggest that treprostinil and IP may exert beneficial effects in protecting the liver and heart against damage induced by HIRI. Notably, compared with IP, treprostinil appeared to offer slightly superior cardioprotection. Further large-scale experimental and clinical studies are essential to validate the safety and therapeutic efficacy of treprostinil administration in liver transplantation and liver surgery before its application in clinical practice.

Το σύνδρομο ηπατικής ισχαιμίας–επαναιμάτωσης παραμένει μία από τις κύριες αιτίες μετεγχειρητικής ηπατικής δυσλειτουργίας μετά από εκτεταμένες ηπατεκτομές και μεταμόσχευση ήπατος. Λόγω της προοδευτικής και δυναμικής φύσης της, η ισχαιμία–επαναιμάτωση μπορεί να οδηγήσει σε πολυοργανική ανεπάρκεια και επιδείνωση της κλινικής πορείας. Η βαθύτερη κατανόηση των παθοφυσιολογικών μηχανισμών της ηπατοκυτταρικής βλάβης, καθώς και η αξιολόγηση των συστηματικών συνεπειών είναι απαραίτητες για βελτίωση της έκβασης και ελάττωση των ποσοστών μετεγχειρητικής θνητότητας. Παράλληλα, απαιτείται έρευνα για την αναγνώριση προστατευτικών τεχνικών και φαρμακολογικών παραγόντων που αντιμετωπίζουν τόσο τις τοπικές όσο και τις συστηματικές επιδράσεις του συνδρόμου ισχαιμίας–επαναιμάτωσης ήπατος. Η τρεπροστινίλη, ένα σχετικά νέο συνθετικό ανάλογο της προστακυκλίνης, φαίνεται να εμφανίζει ευεργετικά αποτελέσματα έναντι της ηπατικής ισχαιμίας–επαναιμάτωσης. Η ισχαιμική προετοιμασία (IP) αποτελεί μια πολλά υποσχόμενη μέθοδο προστασίας έναντι του συνδρόμου ισχαιμίας–επαναιμάτωσης, αν και το βέλτιστο πρωτόκολλο παραμένει αδιευκρίνιστο. Ο σκοπός αυτού του πειραματικού πρωτοκόλλου ήταν η μελέτη των δεικτών και των επιπτώσεων του συνδρόμου ισχαιμίας–επαναιμάτωσης του ήπατος πάνω στο καρδιακό σύστημα, καθώς και της επίδρασης της τρεπροστινίλης και της ισχαιμικής προετοιμασίας πάνω στις διεργασίες αυτές. Σαράντα υγιείς άρρενες επίμυες Wistar albino ηλικίας 3-4 μηνών χωρίστηκαν τυχαία σε τέσσερις ομάδες των δέκα και υποβλήθηκαν σε χειρουργική παρέμβαση διάρκειας 3 ωρών. Η ηπατική ισχαιμία προκλήθηκε με αποκλεισμό της αιματικής ροής στον ηπατοδωδεκαδακτυλικό σύνδεσμο για 30 λεπτά, ακολουθούμενη από επαναιμάτωση για 120 λεπτά. Οι επίμυες έλαβαν είτε τρεπροστινίλη (100 ng/kg/min για 24 ώρες) είτε IP πριν από την πρόκληση της ηπατικής ισχαιμίας–επαναιμάτωσης. Η ομάδα ισχαιμίας–επαναιμάτωσης δεν έλαβε καμία προστατευτική θεραπεία, ενώ η ομάδα ελέγχου υποβλήθηκε σε εικονική επέμβαση. Αξιολογήθηκαν τα επίπεδα SGOT, SGPT, CPK, LDH, CRP, τροπονίνης I, IL-1β, TNF-α, ενδοθηλίνης-1 στον ορό, ενώ αξιολογήθηκαν επίσης ηπατικά επίπεδα IL-1β και καρβονυλιωμένων πρωτεϊνών, καθώς και ιστοπαθολογικές αλλοιώσεις ήπατος και καρδιάς. Η ηπατική ισχαιμία–επαναιμάτωση οδήγησε σε επιδείνωση της ηπατοκυτταρικής λειτουργίας και αύξηση της ηπατικής και μυοκαρδιακής βλάβης στην ομάδα ελέγχου (p < 0.001). Επίσης προκάλεσε υπερέκφραση IL-1β, TNF-α, ενδοθηλίνης-1 και καρβονυλιωμένων πρωτεϊνών, υποδεικνύοντας έντονο οξειδωτικό stress. Στην ομάδα τρεπροστινίλης, τα χαμηλότερα επίπεδα τροπονίνης I (186.3 ± 253.7 έναντι 3846.9 ± 2441.2 pg/mL, p < 0.001) συσχετίστηκαν σημαντικά με ελαττωμένη κυτταρική νέκρωση και βελτιωμένη ηπατοκυτταρική λειτουργία (SGOT 616.3 ± 42.9 vs. 946.4 ± 59.1 U/L, SGPT 734.4 ± 226.9 vs. 1210.6 ± 234.4 U/L, LDH 1439.7 ± 339.9 vs. 5896.0 ± 592.2 U/L, p ≤ 0.001). Η τρεπροστινίλη επέδειξε μεγαλύτερη ελάττωση του βαθμού του οξειδωτικού stress και της ιστικής βλάβης συγκριτικά με την ομάδα IP. Στατιστικά σημαντικές διαφορές παρατηρήθηκαν στα επίπεδα TNF-α (6.52 ± 0.72 vs. 8.43 ± 0.89 pg/mL, p < 0.001), IL-1β (89.56 ± 5.00 vs. 118.57 ± 8.72 pg/mL στον ορό, 128.88 ± 5.05 vs. 165.34 ± 10.68 pg/mL στον ιστό; p < 0.001) ενδοθηλίνης-1 (4.48 ± 0.75 vs. 5.82 ± 0.27 pg/mL, p = 0.001) και καρβονυλιωμένων πρωτεϊνών στον ιστό (4.17 ± 0.40 vs. 6.29 ± 0.67 nmol/mg, p < 0.001). Δεν παρατηρήθηκαν στατιστικά σημαντικές διαφορές στα επίπεδα CPK και καρβονυλιωμένων πρωτεϊνών ορού (p > 0.05). Παρόμοια, αλλά λιγότερο έντονα αποτελέσματα σημειώθηκαν στην ομάδα IP. Και οι δύο παρεμβάσεις παρουσίασαν ηπατοπροστατευτικά και καρδιοπροστατευτικά αποτελέσματα, με την τρεπροστινίλη να εμφανίζει ελαφρώς υπερέχουσα καρδιοπροστασία (p < 0.001). Το συγκεκριμένο πειραματικό μοντέλο θεωρείται καλά τεκμηριωμένο και ασφαλές. Απαιτούνται περαιτέρω κλινικές μελέτες για την επιβεβαίωση των ευρημάτων, την υποστήριξη της κλινικής εφαρμογής της τρεπροστινίλης και την απόκτηση έγκρισης από τον FDA. Παρ’ όλα αυτά, τα αποτελέσματα της μελέτης ήταν ενθαρρυντικά. Επιτεύχθηκε επαρκής αναισθησία και αναλγησία, ενώ καταγράφηκαν ουσιαστικά θεραπευτικά οφέλη από την τρεπροστινίλη και την IP στις ομάδες μελέτης σε σύγκριση με την ομάδα ισχαιμίας–επαναιμάτωσης. Τα ευρήματα της μελέτης δείχνουν ότι το σύνδρομο ηπατικής ισχαιμίας–επαναιμάτωσης προκαλεί οξειδωτικό stress και υπερέκφραση κυτταροκινών, οδηγώντας σε μειωμένη ηπατική λειτουργία και επιδεινωμένη μυοκαρδιακή βλάβη. Από όσο γνωρίζουμε, αυτή είναι η πρώτη μελέτη που αξιολογεί τις προστατευτικές επιδράσεις της τρεπροστινίλης και της IP στη μυοκαρδιακή βλάβη στο πλαίσιο της HIRI. Τα προστατευτικά αποτελέσματα της τρεπροστινίλης πιθανόν αποδίδονται στους αγγειοδιασταλτικές και αντιφλεγμονώδεις δράσεις της. Παράλληλα, η ελάττωση του οξειδωτικού stress και η καταστολή της φλεγμονώδους αντίδρασης αποτελούν πιθανές οδούς μέσω των οποίων η IP ασκεί τις ηπατοπροστατευτικές της δράσεις. Συνολικά, τόσο η τρεπροστινίλη όσο και η IP εμφανίζουν ευεργετική δράση στην προστασία του ήπατος και της καρδιάς από τις συνέπειες της ηπατικής ισχαιμίας–επαναιμάτωσης, με την τρεπροστινίλη να επιδεικνύει ελαφρώς ανώτερη καρδιοπροστασία. Απαιτούνται περαιτέρω μεγάλης κλίμακας πειραματικές και κλινικές μελέτες για την τεκμηρίωση της ασφάλειας και της θεραπευτικής αποτελεσματικότητας της τρεπροστινίλης πριν από τη χρήση της στην κλινική πράξη.