Kardiyopulmoner bypass sırasında oluşan oksidatif stres ve DNA hasarının araştırılması / Investigating the oxidative stress and DNA damage in patients exposed to cardiopulmonary bypass surgery

Abstract

Kardiyopulmoner bypass (CPB), kalbin pompa fonksiyonunun ve akciğerin gaz değişim fonksiyonunun geçici olarak hastanın damar sistemine bağlanan bir pompa oksijenatörle sağlandığı sistemdir. Kardiyopulmoner bypass ile oluşan yan etkiler; kan pıhtılaşma bozuklukları, kırmızı kan hücreleri ve plazma proteinlerinde ekstrakorporeal sistemden geçerken oluşan bozukluklar ve kanın yabancı yüzeylere temasıyla değişik vazoaktif ve biyolojik aktif maddelerin salınımıdır. Bu olaylar immün yanıtın başlamasını tetikler. İmmün yanıtın başlaması ve/veya sürmesinde; katekolaminler, nötrofiller, kompleman sistemi, sitokinler, iskemi reperfüzyon sürecinde açığa çıkan serbest oksijen radikalleri, endotel hasarı ve endotoksin etkilidir. Arıca kanın fizyolojik olmayan ortamlarda sirkülasyonu nedeniyle şekilli kan elemanları, trombositler, pıhtılaşma faktörleri ve ilgili kan proteinleri hasar görür ve oksidatif stres oluşur. Kardiyopulmoner bypass sırasında miyokard belli bir süre içinde perfüze edilememekte, dolayısıyla miyokard global iskemik hasara maruz kalmaktadır. Miyokard'da oluşan bu hasara temelde reperfüzyon sırasında oluşan serbest oksijen radikalleri ve oksidatif stres neden olmaktadır. Serbest radikaller reperfüzyonun ilk dakikaları içinde salgılanmaktadır. Serbest radikallerin, DNA atakları mutasyonlara ve hatta hücre ölümlerine yol açar. Hidrojen peroksit membranlardan kolayca geçebildiğinden DNA'ya ulaşır ve hücre disfonksiyonuna neden olur. DNA hidroksil radikallerinin oluşturduğu hasarlara karşı oldukça hassastır. Serbest radikaller ve oksidatif stres DNA zincirinin kırılmasına hem de bazların hidroksilasyonuna neden olabilir. Bu nedenle DNA kolay zarar görebilen bir moleküldür. Bu çalışmaya çeşitli sebeblerden dolayı kardiyopulmoner bypass cerrahisi ile ameliyat olan toplam 25 hasta dahil edildi. Bu hastalardan kardiyopulmoner bypass öncesinde, pompa (kalp akciğer makinası) giriş esnasında, kros klemp'in konulması sırasında,kros klemp'in çıkarılması sırasında ve kardiyopulmoner bypass sonrasında olmak üzere her hastadan 5 tüp kan alınarak çalışma gurubu oluşturuldu.Daha sonra toplanan kanlardan total oksidatif stres (TOS),total antioksidan kapasite (TAK), oksidatif stres indeksi (OSİ=total Oksidatif Stress (TOS) / total antioksidan kapasite (TAK) şeklinde bölünerek) ve periferal mononükleer lökosit DNA hasarı Commet Assay (single cell gel electrophorezis) yöntemi ile çalışıldı. Bu çalışma sonucu: kardiyopulmoner bypass sırasında, oksidatif stres indeksinin DNA hasarını artırdığını göstermektedir. Anahtar Kelimeler: Kardiyopulmoner bypass, Kalp akciğer makinesi, DNA oksidasyonu, Serbest radikaller, Oksidatif stres, Protein oksidasyonu, Lipit peroksidasyonu Cardiopulmonary bypass is a technique that temporarily takes over the function of the heart and lungs while the surgery is performed on the heart.It involves the diversion of the blood from the heart and lungs through a heart-lung machine and return of oxygenated blood to the aorta. During cardiopulmonary bypass many side effects like coagulation defects, secretion of different vazoactive and biologic active components during the contaction of the blood to foreign surfaces,the defects of the red blood cells and plasma proteins which are damaged in extracorporeal circulation can be seen. These events trigger off the immune response.Catecholamines,neutrophils,complement system,cytokines,free oxygen radicals that occured during ischemia-reperfusion,endothelium damage and endotoxin are influential for the starting and continuation of immune response.In addition,blood circulates in nonphysiological settings. This causes the damage of blood elements,platelets,coagulation factors,blood proteins and then oxidative stress occurs. Myocardium can not be perfused during cardiopulmonary bypass .Consequently, myocardium is exposed to global ischemia. Free oxygen radicals and oxidative stress which occured during reperfusion ,cause myocardium damage. Free radicals have secreted at the first minutes of reperfusion.DNA attacks of free radicals cause mutations and also cell deaths. Hydrogen peroxide can pass through the membranes and attain to DNA and it causes to cell disfunction. DNA is relatively sensitive against damages which are occured by hydroxyl free radicals. Free radicals and oxdative stress can break DNA chain and cause hydroxylation of some of them. Consequently, DNA is a molecule that can be easily damaged. Twenty five sufferers who had cardiopulmonary surgery were enrolled in this study. Before cardiopulmonary surgery ,during connection of the heart-lung machine(pump) , during using of the cross clamp and after the extracting of the cross clamp,5 tubes of blood samples were withdrawn per patient and a working group was obtained. Total oxidative stress (TOS), total antioxidan capacity (TAC). Oxidative stress index (OSI). (OSI=total oxidative stress/total antioxidan capacity) and peripheral mononuclear leucocyte DNA damage were determined by using Commet Assay(single gel electrophorezis). Patients who are exposed to cardiopulmonary bypass are exposed to oxidative stress and DNA damage.All these findings show that oxidative stress increase DNA damage. Keywords: Cardiopulmonary bypass, Heart-lung machine, DNA oxidation, Free radicals, Oxidative stress, Protein Oxidation, Lipid peroxidation.