Role of Metalloproteinases and Tissue Inhibitors of Metalloproteinases During Cardiopulmonary Bypass in Rats

Abstract

Matrix metalloproteinases (MMPs) and the tissue inhibitors of matrix metalloproteinases (TIMPs) regulate matrix remodeling in the heart. Changes in synthesis and release of MMPs and TIMPs are observed after extracorporeal circulation (ECC). Thus, MMPs and TIMPs are supposed to be involved in ECC-mediated cardiac dysfunction. The aim was to examine the role of MMPs and TIMPs in ECC-mediated cardiac dysfunction. Extracorporeal circulation was instituted in rats for 60 min at a flow rate of 120 ml/kg/min. Three groups (n = 10) were studied: group CAO: 60 min ECC without aortic cross-clamping, group CAC: 60 min ECC including 30 min aortic cross-clamping (crystalloid Inzolen(®) cardioplegia), and group CAB: 60 min ECC including 30 min aortic cross-clamping (blood cardioplegia). Left ventricular (LV) function was measured with conductance catheter. Matrix metalloproteinase-activity was determined by zymography and TIMP activity was determined by reverse zymography. Gene expression of MMPs and TIMPs was determined by real-time polymerase chain reaction. Sixty minutes after weaning from bypass, there was a preserved LV function in the CAO and CAB group and an impaired LV function in the CAC group. We observed an increased myocardial activity and an increased myocardial messenger RNA expression of MMP-2, MMP-9, TIMP-1, and TIMP-4 in all ECC groups, when compared with sham animals. With regard to enzyme activity, there was an imbalance of MMP/TIMP ratio leading to an increased activity of MMP in the CAC group. In terms of gene expression, there was an imbalance of MMP-2/TIMP-4 ratio leading to an increased expression of MMP-2 in the CAC group. MMP-2 contributes to myocardial reperfusion injury in this in vivo model of ECC with cardioplegic arrest.

Metalloproteinases in Cardiac Surgery: A Systematic Review

“…Five trials that met our inclusion criteria were excluded after review of the full manuscript (Table S3 of Supplementary Material). Four trials were excluded because they were animal research [24][25][26][27]. One trial was excluded because it was an in vitro study and the role of CPB was not investigated [28].…”

Ο Προσδιορισμός Των Μεταλλοπρωτεϊνασών Και Των Φυσικών Αναστολέων Τους Κατά Τη Διάρκεια Εγχειρήσεων Αορτοστεφανιαίας Παράκαμψης Με Και Χωρίς Εξωσωματική Κυκλοφορία

“…115 Οι μεταβολές των επιπέδων των MMPs που προκαλούνται μετά από Ε/Κ, έχουν περιγραφεί σε διάφορες εργασίες. 102,112,114,[116][117][118] Οι Joffs C, et al 102 μελέτησαν την ενεργοποίηση και απελευθέρωση των MMP-2, MMP-8, MMP-9 και MMP-13 κατά τη διάρκεια διαφόρων χρονικών στιγμών σε επεμβάσεις CCABG. Από τη μελέτη αυτή προέκυψε ότι τα επίπεδα της ΜΜΡ-8 ανεβαίνουν τέσσερις φορές περισσότερο κατά τη διακοπή της Ε/Κ και επιστρέφουν στο φυσιολογικά τους επίπεδα 30 λεπτά μετά τη διακοπή της Ε/Κ.…”

“…Οι Guenzinger et al 117 σε πειραματικό μοντέλο με επίμυες μελέτησαν τα επίπεδα των MMP-2, MMP-9 και των ΤΙΜΡ-1, ΤΙΜΡ-4 στο πλάσμα και στο μυοκαρδιακό ιστό σε τρεις ομάδες πειραματοζώων. Στην πρώτη(CAO) ήταν μόνο Ε/Κ, στην δεύτερη(CAC) Ε/Κ και ασυστολία με ψυχρή κρυσταλλική καρδιοπληγία και στην τρίτη (CAB) Ε/Κ και ασυστολία με αιματική καρδιοπληγία.…”

“…[123][124][125][126] Στα πλαίσια αυτά λοιπόν της διερεύνησης των οξέων παθολογικών καταστάσεων με τις οποίες σχετίζονται οι MMPs, έγιναν και οι πρώτες μελέτες που αφορούν στις μεταβολές των επιπέδων των MMPs κατά τη διάρκεια των καρδιοχειρουργικών επεμβάσεων με τη χρήση της Ε/Κ. 102,112,114,[116][117][118] Η συσχέτιση της Ε/Κ και της ενεργοποίησης των ΜΜΡs προήλθε από την παρατήρηση αυξημένης αποδομητικής δραστηριότητας στο διάμεσο χώρο, και ειδικότερα στο επίπεδο της βασικής μεμβράνης, κατά την Ε/Κ, η οποία ειχε ως αποτέλεσμα την αλλαγή της γεωμετρίας του ενδοθηλίου και τη διαταραχή του ενδοθηλιακού φραγμού, με τελικό αποτέλεσμα το ιστικό οίδημα και την οργανική δεισλειτουργία. 102,143 Η αύξηση του αριθμού των λευκοτυττάρων και η ενεργοποίηση τους κατά την Ε/Κ είναι γνωστή από παλαιότερες εύρευνες.…”