ایجاد شرایط مناسب برای جراحی قلب مستلزم دستیابی به میدانی بیحرکت، فاقد خون و در عین حال حفظ پایداری ساختاری و متابولیک میوکارد در طول دوره ایسکمی و پرفیوژن مجدد است. محلول های کاردیوپلژی ابزار بنیادین تحقق این هدف محسوب میشوند. این مقاله مروری به بررسی تاریخی و فرآیند تکامل بیوشیمیایی و فیزیولوژیک کاردیوپلژی از زمان کشفیات سیدنی رینگر در قرن نوزدهم تا ظهور فرمولاسیونهای مدرن خونی میپردازد. در این مسیر، ناکامیهای اولیه دوران ملروز (Melrose) به دلیل غلظتهای نامتعادل یونی و سمیت محلولها، زمینهساز شکلگیری تکنیکهای جایگزین و متعاقباً رنسانس پژوهشهای مبتنی بر الکترولیتها توسط پژوهشگرانی نظیر برتشنایدر (Bretschneider) و هیرس (Hearse) شد. اوج این دگرگونی با نوآوریهای جرالد باکبرگ (Buckberg) و معرفی کاردیوپلژی خونی و تکنیکهای پرفیوژن رتروگراد محقق گردید؛ رویکردی که محافظت میوکارد را از یک «توقف ساده الکترومکانیکال» به یک «استراتژی جامع متابولیک و ضد ایسکمی-پرفیوژن مجدد» ارتقا داد. همراه انجمن علوم پیکری گردش خون ایران باشید تا درک بهتری ازاین موضوع در جراحی قلب داشته باشیم.
کاردیوپلژی و نقش آن در جراحی قلب
توسعه جراحی قلب مدرن با باز کردن حفرات قلبی و انجام اصلاحات پیچیده آناتومیک پیوند ناگسستنی دارد. این امر مستلزم کلمپ آئورت و توقف موقت جریان خون کرونری است. چالش اصلی در این فرایند، به حداقل رساندن مصرف انرژی و جلوگیری از تخلیه ذخایر آدنوزین تریفسفات (ATP) درونسلولی در غیاب اکسیژن است. کاردیوپلژی با القای ایست سریع الکترومکانیکی قلب در فاز دیاستول، مصرف متابولیک اکسیژن میوکارد را تا بیش از ۹۰٪ کاهش میدهد. با این حال، مسیر رسیدن به فرمولاسیونهای پایدار کنونی، فرایندی طولانی همراه با فراز و نشیبهای بیوشیمیایی و بالینی بوده است.
مبانی فیزیولوژیک اولیه و آزمایشهای بنیادین
تاریخچه توقف هدایتشده قلب ریشه در مطالعات پایهای الکتروفیزیولوژی اواخر قرن نوزدهم دارد:
سیدنی رینگر، ۱۸۸۳
رینگر طی آزمایشهای تجربی روی قلب قورباغه نشان داد که حفظ انقباض میوکارد به تعادل کاتیونی وابسته است؛ یون کلسیم عامل کلیدی تقویت پتانسیل انقباضی (Inotropy) بوده، در حالی که یون پتاسیم اثر آنتاگونیستی داشته و افزایش غلظت خارجسلولی آن به مهار تحریکپذیری غشا و در نهایت بروز آسیستول دیاستولی منجر میشود.
هوکر و ویگرز، دهههای ۱۹۲۰ و ۱۹۳۰
پژوهشهای بعدی نشان داد که تزریق پتاسیم کلراید قادر است توقف الکترومکانیکی برگشتپذیر ایجاد کند. این تکنیک ابتدا برای مهار فیبریلاسیون بطنی تجربی در مدلهای حیوانی (سگ) و بازگرداندن ریتم سینوسی متعاقب شستوشوی یونی بهکار گرفته شد؛ رویکردی که نخستین جرقههای استفاده از تغییرات یونی برای کنترل فعالیت قلب را روشن ساخت.
معرفی مفهوم توقف اختیاری قلب و روش ملروز
دنیس ملروز (Denis Melrose)
دنیس ملروز (Denis Melrose) و همکارانش در بیمارستان همرسمیت لندن، مفهوم «توقف اختیاری قلب» (Elective Cardiac Arrest) را با استفاده از محلول پتاسیم سیترات با اسمولاریته و غلظت بسیار بالای پتاسیم (حدود ۱۰۰ تا ۲۰۰ میلیاکیوالان در لیتر) معرفی کردند. هدف این روش ایجاد میدان جراحی آرام و بدون خونریزی بود.
علل شکست تکنیک ملروز
اگرچه این روش در ابتدا با استقبال گسترده مواجه شد، اما بهزودی گزارشهای متعددی از نکروز گسترده میوکارد، نارسایی غیرقابل برگشت قلبی پس از عمل و مرگومیر بالا منتشر گردید. بررسیهای پاتوفیزیولوژیک بعدی نشان داد که:
- دپولاریزاسیون و اضافه بار کلسیم: غلظت بسیار بالای پتاسیم باعث دپولاریزاسیون شدید و طولانیمدت غشا و در نتیجه ورود کنترلنشده یون کلسیم به داخل سلول از طریق کانال سدیم کلسیم و اضافه بار کلسیم (Calcium Overload) میشد.
- هیپراسمولاریته و اثرات سیتوتوکسیک: هیپراسمولاریته و اثرات سیتوتوکسیک مستقیم سیترات، آسیب ساختاری به میوسیتها و اندوتلیوم کرونری وارد میکرد که پدیدهای موسوم به «Stone Heart» یا تتانی ایسکمیک عضله قلب را به دنبال داشت.
روشهای جایگزین در دهه ۱۹۶۰ و چالشهای آنها
در پی کنار گذاشته شدن روش ملروز در دهه ۱۹۶۰، جراحان به روشهای فاقد کاردیوپلژی شیمیایی روی آوردند:
| شیوه ها | توضیحات |
|---|---|
| ایسکمی موضعی و نورموترمیک همراه با کلمپ متناوب آئورت | با تجمع متابولیتهای اسیدی و تخلیه شدید ذخایر انرژی همراه بود. |
| فیبریلاسیون مداوم الکتریکی | اگرچه میدان جراحی را تا حدی تثبیت میکرد، اما مصرف اکسیژن میوکارد فیبریله بسیار بالا بود و به دلیل افزایش فشار داخل بطنی، شیوع ایسکمی شدید ساباندوکاردیال (Subendocardial Ischemia) را افزایش میداد. |
| پرفیوژن متناوب کرونری | علاوه بر نیاز به کانولاسیون مستقیم استیومهای کرونری، منجر به تروما به عروق، انسداد دید جراح و افزایش خطر آمبولی هوا در بستر کرونری میگردید. |
رنسانس فرمولاسیونهای کریستالوئیدی و تنظیم دقیق یونی
شکستهای پیشین نشان داد که عامل آسیبرسان، اصلِ «ایست با پتاسیم» نبود، بلکه «دوز نامناسب، اسمولاریته کنترلنشده و نبود بافرهای محافظتی» علت آن بهشمار میرفت.
1.مکتب داخلسلولی برتشنایدر (Bretschneider) و هولشر (Hölscher)
هانس یوگن برتشنایدر و برنهارد هولشر در آلمان بر این فرضیه تمرکز کردند که با کاهش شدید سدیم و کلسیم خارجسلولی (محلول تیپ داخلسلولی مانند Custodiol/HTK و استفاده از سیستمهای بافری نظیر هیستیدین، میتوان بدون نیاز به مقادیر سمی پتاسیم، از دپولاریزاسیون آسیبرسان و ادم بافتی جلوگیری کرد.
2.مکتب خارجسلولی و محلول سنت توماس (Hearse, Gay & Ebert)
+ دیوید هیرس (David Hearse)
در بیمارستان سنت توماس لندن، با بازنگری فرمولاسیونهای خارجسلولی، محلول St. Thomas Hospital Solution (No. 1 & 2) را پایهگذاری کرد. او با افزودن منیزیم بهعنوان بلوکهکننده فیزیولوژیک کانالهای کلسیم و تعدیل دقیق غلظت پتاسیم به سطوح امنتر (۱۶ تا ۲۰ میلیمول در لیتر)، پایداری غشای سلولی را ارتقا بخشید.
+ویلیام گی و ادوارد ابرت (Gay & Ebert)
در ایالات متحده نشان دادند که بهینهسازی اسمولاریته، غلظت یون پتاسیم و حفظ pH فیزیولوژیک، ادم میوسیتها و آسیبهای ناشی از ایسکمی-پرفیوژن مجدد (Ischemia-Reperfusion Injury) را به حداقل میرساند.
انقلاب باکبرگ یعنی معرفی کاردیوپلژی خونی
در اواخر دهه ۱۹۷۰، جرالد باکبرگ (Gerald D. Buckberg) با انتشار سلسله مقالاتی بنیادین، استانداردهای محافظت میوکارد را بازتعریف کرد. وی اثبات نمود که خون کامل به دلیل ویژگیهای فیزیولوژیک منحصربهفرد خود، حامل برتر (Vehicle) برای انتقال مواد کاردیوپلژیک در مقایسه با محلولهای صرفاً کریستالوئیدی است.
مزایای کاردیوپلژی خونی (Buckberg Formula)
- انتقال اکسیژن: حضور هموگلوبین امکان اکسیژنرسانی مداوم به میوکارد و سنتز حداقلی ATP را حتی در حالت ارست فراهم میسازد.
- ظرفیت بافری بالا: پروتئینهای پلاسما و باقیماندههای هیستیدین در هموگلوبین، مانع از افت شدید pH ناشی از تجمع لاکتات میشوند.
- فشار انکوتیک فیزیولوژیک: آلبومین موجود در پلاسما مانع از بروز ادم بافتی و متورم شدن سلولهای میوکارد و اندوتلیوم عروق میگردد.
- سیستمهای آنتیاکسیدانی طبیعی: پلاسما و اریتروسیتها حاوی آنزیمهای مهارکننده رادیکالهای آزاد اکسیژن (مانند کاتالاز و سوپراکسید دیسموتاز) هستند که آسیب فاز پرفیوژن مجدد را تعدیل میکنند.
بحث و نتیجهگیری
تکامل تاریخی محلول های کاردیوپلژی بیانگر گذار از یک «توقف صرفاً مکانیکی» به یک «مراقبت هدفمند متابولیک و سلولی» است. درک پاتوفیزیولوژی دپولاریزاسیون غشا، اضافه بار کلسیم، اختلال عملکرد اندوتلیال و استرس اکسیداتیو موجب شد تا خطاهای روش ملروز به پایهای برای توسعه محلولهای پیشرفته امروزی نظیر کاردیوپلژی خونی باکبرگ، Del Nido و Custodiol تبدیل گردند. امروزه کاردیوپلژی دیگر تنها عاملی برای ایجاد فلج موقت عضله قلب نیست، بلکه بستر دارورسانی، حفظ هموستاز یونی، تعدیل پاسخهای التهابی و احیای بیوانرژتیک میوکارد به شمار میرود.
