Mechthild Hofmann

Experimental occlusion of two small coronary arteries in the same heart. A new validation method for infarct size manipulation

SummaryA new method for the evaluation of interventions, aimed at manipulation of infarct size is described. This method has 2 advantages over other methods:1.Two small-to-medium sized coronary branches of the same heart are occluded and reperfused in sequence. Thereby a “control-infarct” can be compared with a “test-infarct”, both within the same heart.2.The amount of infarcted tissue in both areas is quantitated by using the p-NBT method. A condition of the method is that the areas of perfusion of both arteries are equal. Infarct size is always expressed as a percentage of the perfusion area of the occluded artery. Validation experiments with simultaneous occlusion and reperfusion of both arteries resulted in infarcts of equal size. Validation experiments with regard to the p-NBT method showed that reperfusion accelerates the washout of dehydrogenases from infarcted tissue which allows early and precise diagnosis of infarcts after relatively short occlusion- and reperfusion periods.ZusammenfassungEs wird eine neue experimentelle Methode beschrieben, die sich besonders für die Prüfung therapeutischer anti-ischämischer Prinzipien am Herzmuskel eignet. Die Hauptvorteile der Methode sind:1.Zwei kleine bis mittelgroße Äste der linken Koronararterie werden am gleichen Herzen nacheinander verschlossen und wieder durchblutet, wobei der Verschluß der 2. Arterie nach Wiederdurchblutung der 1. Arterie erfolgt. Zwischen der Wiederdurchblutung der 1. Arterie und dem Verschluß der 2. Arterie kann die therapeutische Intervention erfolgen. Auf diese Weise entsteht ein „Kontrollinfarkt” und ein „Therapieinfarkt” am gleichen Herzen.2.Die Infarktdiagnose wird morphologisch makrohistochemisch mit der p-NBT-Methode gestellt. Die planimetrierte Infarktgröße wird mit der angiographisch bestimmten Größe des Perfusionsgebietes der verschlossenen Arterie, verglichen und in Prozent derselben ausgedrückt. Kontrollexperimente mit simultanem Verschluß beider Arterien sowie mit sequentiellem Verschluß unter identischen hämodynamischen Bedingungen ergaben gleichgroße infarkte. Sequentieller Verschluß mit niedrigem MVO2 beim Verschluß der 2. Arterie ergab signifikant kleinere Infarkte. Ein weiterer Vorteil der Methode besteht darin, daß trotz morphologischer Infarktdiagnose alle Daten, an einem Arbeitstag vorliegen.

The influence of reperfusion on infarct size after experimental coronary artery occlusion

SummaryReperfusion following various intervals of coronary occlusion has produced conflicting results: increase in infarct size, especially with hemorrhage into the tissue, was reported as well as salvage of ischemic myocardium. To examine the problem and for the validation of our own method for infarct size measurement, which depends to a certain degree on reperfusion, we occluded two coronary arteries of the same heart in each of 12 open-chest dogs. One artery was reperfused, the other not. Comparable conditions for both occlusions were warranted by selection of small-to-medium sized arteries of equal size and by maintaining of constant MVO2.Reperfused and non-reperfused myocardium did not differ with regard to infarct size, neither after a three-hour nor after a six-hour occlusion. Reperfusion always led to hemorrhagic infarction when performed after six-hour occlusion, while nonreperfused infarctions showed no hemorrhage. Hemorrhagic infarcts were not larger as compared to the non-hemorrhagic infarct in the same heart.ZusammenfassungÜber die Wirkung einer Reperfusion nach unterschiedlich langem Koronargefäßverschluß liegen einander widersprechende Ergebnisse vor: Rettung ischämischen Myokards einerseits und Vergrößerung des Infarkts andererseits, besonders im Zusammenhang mit hämorrhagischer Infarzierung. Zur Abklärung dieser Frage und zur Bewertung unserer eigenen Methode der Infarktgrößenbestimmung, die z. T. auf einer Reperfusion beruht, wurden an 12 Hunden 2 Koronargefäße des jeweils selben Herzens okkludiert. Ein Gefäßgebiet wurde reperfundiert, das andere nicht. Durch die Auswahl zweier klein- bis mittelgroßer Arterien mit vergleichbarem Perfusionsgebiet und durch Aufrechterhaltung eines konstanten MVO2 waren die Bedingungen beider Okklusionsperioden vergleichbar.Die Infarktgröße von reperfundiertem und nichtreperfundiertem Myokard war identisch-sowohl nach drei wie nach sechs Stunden Okklusionsdauer. Reperfusion nach sechsstündiger Okklusion war immer mit hämorrhagischer Infarzierung verknüpft, während nichtreperfundierte Infarkte hämorrhagiefrei blieben. Jedoch unterschieden sich hämorrhagische und nichthämorrhagische Infarkte aus einem Herzen nicht in ihrer Ausdehnung.

Myocardial protection by collateral vessels during experimental coronary ligation: A prospective study in a canine two-infarction model

SummaryPrevious work of this laboratory has shown that collateral flow can be increased over six weeks by a subcritical external constriction of the circumflex artery causing a 50±10% reduction of postocclusive reactive hyperemia. To investigate collateral function in acuté myocardial infarction, the model was used to ligate two distant coronary branches on the ventricle simultaneously in order to compare in 8 dogs infarct size and perfusion area of the ligated vessels in control and collateralized sections. The acute collateral flow measured 7.2±2.5 ml/100 g/min−1 and increased to 17.3±6.7 (p<0.001) over 6 weeks. Separate analysis revealed a predominant increase of collateral flow in the epicardial layers 23.1±7.5 (p<0.01) versus 6.9±2.8 (p<0.01) in the subendocardium. Infarct size in the control area was 52.0±14.7% of the perfusion area, in the collateralized zone 19.0±14.2% (p<0.001). Infarct size expressed as per cent of perfusion area and collateral flow in the area at risk expressed as per cent of flow of normal sections correlated: (r=0.76; p<0.05). Therefore, infarct size after a 6 hour coronary occlusion can be considered a function of the collateral flow over normal perfusion ratio. Localized induction of collaterals in this model caused a significant reduction of infarct size in relation to the perfusion area at risk.

The effect of β-adrenergic blockade on infarct size following experimental coronary occlusion

SummaryThe effect of Pindolol on myocardial infarct size was studied in 10 open chest dogs. In each animal a sequential occlusion and reperfusion of 2 medium-sized branches of the left coronary artery was performed in the same heart. After occlusion and reperfusion of the control artery the initial dose of Pindolol (0.25 mg/kg body weight) was administered. Thereafter the test artery was occluded, followed by a maintenance dose of Pindolol (0.3 mg/kg body weight).The drug caused a significant decrease in LVP and LV-dp/dt but no change in heart rate. MVO2 also decreased significantly. Regional myocardial blood flow was measured with the tracer microsphere method. Collateral flow in the perfusion area of the control artery was 11.2±5.9% and in the area of the test artery 10.0±4.4% of normal. No change in the endo/epi ratio as a result of treatment was observed.The area of infarction (p-nitroblue tetrazolium-reaction) was divided by the area of perfusion (angiography). Infarct size, expressed as the percentage of the perfusion area. was 48.2±22.2% in the region of the control artery and 43.0±23.9% in the region of the test artery. The difference was statistically not significant.ZusammenfassungAn 10 Hunden wurde die Wirkung von Pindolol auf die Hämodynamik, die regionale Myokardperfusion und die Infarktgröße nach experimentellem Koronarverschluß untersucht. An jedem Herzen wurden hintereinander 2 mittelgroße Äste der linken Koronararterie okkludiert. Nach Ligatur (90 Minuten) und Reperfusion der ersten Arterie (Kontrollarterie) wurde die Inititaldosis Pindolol (0,25 mg/kg Körpergewicht) infundiert. Während der Ligatur (90 Minuten) der zweiten Arterie (Testarterie) wurde eine Erhaltungsdosis Pindolol (0,3 mg/kg Körpergewicht/90 Minuten) infundiert. Der linke Ventrikeldruck, LV-dp/dt max., Aortendruck und Herzfrequenz wurden kontinuierlich gemessen. Der myokardiale Sauerstoffverbrauch wurde vom Computer (Bretschneider-Formel) während des Experimentes berechnet. Die Myokarddurchblutung wurde mit Hilfe der “tracer microsphere”-Technik bestimmt. Das Nekrosegebiet wurde makrohistochemisch (NBT-Färbung) und das Perfusionsgebiet der verschlossenen Arterie wurde angiographisch definiert. Die resultierende Infarktgröße wurde als Quotient aus Nekrose-und Perfusionsgebiet in Prozent ausgedrückt. Pindolol verursachte einen signifikanten Abfall des linken Ventrikeldrucks, und LV-dp/dt, die Herzfrequenz, änderte sich nicht. Der myokardiale Sauerstoffverbrauch nahm signifikant von 7,9±1,4 auf 6,9±1,9 ml/min×100g ab. Der Kollateralfluß betrug im Perfusionsgebiet der Kontrollarterie 11,2±5,9% und in dem der Testarterie 10,0±4,4% der Normaldurchblutung. Die Infarktgröße konnte durch Pindolol nicht beeinflußt werden, sie betrug nach Verschluß der Kontrollarterie 48,2±22,2% und nach Verschluß der Testarterie 43,0±23,9%.

Experimental myocardial infarction in a closed-chest canine model. Observations of temporal and spatial evolution over 24 hours.

SummaryMyocardial infarction was induced in 7 mongrel dogs by transfemoral intraluminal occlusion of the left anterior descending coronary artery. Perfusion area at risk was determined by post-mortem coronarography and infarct size by macrohistological staining with para-nitrophenoltetrazolium. Regional flow was determined by injection of radioactive microspheres 0.2 hours, 12 hours, and 24 hours post occlusion. Infarct size as determined by planimetry of post-mortem angiograms and macrohistological stains at identical magnification revealed 74.5±12.1% infarcted tissue of the perfusion area at risk. The flow of the necrotic tissue was below 13 ml/100 g min without exception, indicating a threshold perfusion for maintenance of myocardial viability. Accordingly, a flow of ≦10 ml/100 g min identified 93% of the entire infarcted myocardium, resulting in 71±20% as compared to the perfusion area at risk. Based on the good agreement of macrohistological and flow data, the evolution of myocardial injury was determined by flow measurements. The results indicated a different progression of the borders of critical flow in the subendocardial and subepicardial layers, whereas in the subendocardium 85% of the tissue at risk was identified by the critical flow at 0.2 hours and 97% at 12 hours, the subepicardial flow changed at a different pace: only 53% showed subcritical perfusion at 0.2 hours, 61% at 12 hours with a final increase of 39% from 12 to 24 hours.

Development of collaterals. Application of external subcritical fixed constrictors in a canine model

SummaryA canine model for a standardized induction of collaterals is presented with a fixed external constrictor that is not designed to induce an occlusion of the coronary artery and at least over the timespan of 6 weeks does not impair perfusion under resting conditions in the myocardium-at-risk. The coronary constriction was standardized by a reduction of the postocclusive reactive hyperemia of 50%. Flow measurements were performed by flowmeter and by radioactive microspheres acutely and after an interval of 6 weeks of constriction. The results showed an increase of the collateral flow from 21.2±11.8 ml/100g/min−1 to 42.8±16.2 ml/100g/min−1 (p<0.05). The regional perfusion exhibited a transmyocardial gradient in favour of the subepicardial layers with 49.3±25 ml/100g/min−1 as compared to 33.1±17.3 ml/100g/min−1 (p<0.05) of the endocardial layers. Reactive hyperemia, as determined by flowmeter, was decreased by 21% after 6 weeks on account of slow progression of the coronary constriction due to intimal reactions, whereas reactive hyperemia, as determined by the microsphere method, increased by 9% due to additional collateral channels.ZusammenfassungEin Hundemodell zur standardisierten Induktion von Kollateralen mit Hilfe eines externen Konstriktors wird vorgestellt, bei welchem eine Okklusion der Koronararterie nicht vorgesehen ist und wenigstens über 6 Wochen die Myokardperfusion in Ruhe nicht eingeschränkt wird. Flußmessungen wurden mit einem elektromagnetischen Flowmeter und mit radioaktiven Mikrosphären im akuten Versuch durchgeführt und nach 6 Wochen wiederholt. Die Ergebnisse zeigten eine Zunahme des Kollateralflusses von 21,2±11,8 ml/100g/min−1 auf 42,8±16,2 ml/100 g/min−1 (p<0.05). Die regionale Durchblutung wies einen transmyokardialen Gradienten auf, welcher die subepikardialen Schichten gegenüber den subendokardialen bevorzugt: 49,3±25 ml/100 g/min−1 gegenüber 33,1±17,3 ml/100 g/min−1 (p<0,05). Die mit dem Flowmeter gemessene reaktive Hyperämie nahm über 6 Wochen um 21% ab, bedingt durch eine Verengung der Stenosen aufgrund von Intimareaktionen im Konstriktorbereich, während die mit Mikrosphären gemessene Durchblutung aufgrund zusätzlicher Kollateralversorgung um 9% zunahm.

Influence of hyaluronidase on infarct size following experimental coronary occlusion of short (90′) or long (24 hrs) duration

SummaryThe effect of hyaluronidase (HY) on myocardial infarct size after experimental coronary artery occlusion was studied in two groups of dogs.Group I received HY as a bolus of 500 IU/kg BW prior to occlusion of a medium-sized marginal or diagonal vessel during 90 minutes. Another 500 IU/kg of HY was infused at constant rate during coronary occlusion. Another artery of the same heart was occluded under comparable conditions without therapy. This artery was reperfused before the first dose of HY.In group II the LAD was occluded in a closed chest preparation after intracoronary injection of 500 IU/kg BW of HY. During the ensuing 24 hours occlusion period the dose of 200 IU/kg HY was repeated seven times in regularly spaced intervals. Neither collateral nor normal flow was altered in both groups by HY and hemodynamic conditions remained constant. Nevertheless in group I therapy led to a reduction of infarct size from 29% (control) to 14% necrosis of the perfusion area after HY, whereas after 24 hours of continuing therapy the size of the infarcted area did not differ from control.Thus HY was able to significantly postpone the transition of ischemia to necrosis but was unable to prevent it. Infarct size following 24 hours of occlusion was not different from a control group.ZusammenfassungDie Beeinflussung der myokardialen Infarktgröße durch Hyaluronidase (HY) nach experimentellem Koronargefäßverschluß wurde an zwei Gruppen von Hunden untersucht.Gruppe I erhielt HY als Bolus von 500 IU/kg KG vor 90minütiger Okklusion eines mittelgroßen Marginal- oder Diagonalastes. Die gleiche Dosis HY wurde mit konstanter Geschwindigkeit während des Koronarverschlusses infundiert. Ein zweites Gefäß desselben Herzens wurde bei vergleichbaren Bedingungen ohne Therapie verschlossen. Diese Arterie wurde vor der ersten Gabe von HY reperfundiert.Gruppe II erhielt intrakoronar 500 IU/kg. Danach wurde die LAD bei geschlossenem Thorac okkludiert. In der folgenden 24stündigen Okklusionsperiode wurde die Dosis von 200 IU/kg HY siebenmal in regelmäßigen Abständen injiziert.In beiden Gruppen wurden durch HY weder der Kollateral- noch der normale Fluß verändert, ebenso blieben hämodynamische Parameter konstant. Trotzdem führte die Therapie in Gruppe I zu einer Verringerung der Infarktgröße von einer Nekrose von 29% des Perfusionsgebietes (Kontrolle) zu 14% nach HY. Nach 24stündiger kontinuierlicher Therapie hingegen unterschied sich die Infarktgröße nicht von einer Kontrolle.HY konnte daher signifikant den Übergang von Ischämie zu Nekrose verzögern, aber nicht verhindern. Die Infarktgröße nach 24stündigem Verschluß war indifferent gegenüber einer Kontrollgruppe.

Ineffectiveness of methylprednisolone to reduce infarct size in experimental coronary occlusion

SummaryTwo medium-sized branches of the left coronary artery were prepared in each of 10 anesthetized open chest dogs for later occlusion. The first artery was occluded during 90 minutes and reperfused thereafter. This occlusion produced the control infarct. Methylprednisolone (50 mg/kg i.v.) was injected, and the second artery was occluded also for 90 minutes and reperfused thereafter. Both infarcts were made visible by staining left ventricular rings with p-nitrobluetetrazolium. Infarct size was compared with the size of the perfusion area, which we obtained from the postmortem angiogram. Both infarcts were equal in size and comprised 50% of the area of perfusion of the occluded artery. Methylprednisolone in a single high dose given prophylactically did not influence infarct size nor any of the measured parameters.ZusammenfassungAn 10 Hunden wurde die Wirkung von Methylprednisolon auf die Myokarddurchblutung und die resultierende Infarktgröße nach experimentellem Koronarverschluß untersucht. An jedem Herzen wurden hintereinander zwei mittelgroße Äste der linken Koronararterie für 90 min okkludiert und anschließend reperfundiert. Der Verschluß der 1. Arterie erfolgte unter Kontrollbedingungen, es resultierte der Kontrollinfarkt. Vor dem Verschluß der 2. Arterie wurde Methylprednisolon (50 mg/kg Körpergewicht i.v.) injiziert, es resultierte der Testinfarkt. Die hämodynamischen Parameter (LVP, LV-dp/dt, AOP, HR) wurden kontinuierlich registriert, der myokardiale Sauerstoffverbrauch wurde vom Computer mit Hilfe der Bretschneider-Formel kalkuliert. Die myokardiale Durchblutung wurde mit Hilfe der “Tracer microsphere”-Technik bestimmt. Das Gebiet der myokardialen Nekrose wurde mit Hilfe der p-NBT-Färbung definiert, das Perfusionsgebiet wurde mit Hilfe der Post-mortem-Angiographie bestimmt Die Infarktgröße wurde als Quotient aus Nekrose- und Perfusionsgebiet in Prozent ausgedrückt. Die hämodynamischen Bedingungen waren in beiden Verschlußperioden vergleichbar, der Kollateralfluß betrug im Gebiet der Kontrollarterie 13,9±6,2% und im Gebiet der Testarterie 14,5±7,8% der Normaldurchblutung. Die resultierenden Infarktgrößen waren ohne Unterschied, der Kontrollinfarkt betrug 51±22%, der Testinfarkt 48±25%. Durch Methylprednisolon konnte weder der Kollateralfluß noch die resultierende Infarktgröße nach Koronarligatur beeinflußt werden.

Beta-Rezeptorenblockade und Infarktgröße beim experimentellen Myocardinfarkt am Hund

Das Ausmas der Herzmuskelnekrose spielt eine bedeutende Rolle bezuglich der Prognose des akuten Myocardinfarktes. Seit Jahren gibt es experimentelle und klinische Bemuhungen, mit Hilfe pharmakologischer Interventionen die Infarktgrose zu reduzieren. Es war die Absicht unserer Experimente zu untersuchen, inwieweit es moglich ist, durch Blockierung beta-adrenerger Rezeptoren mit Hilfe von Pindolol die Infarktgrose zu beeinflussen.