Hypothermia as an adjunctive therapy in Acute Myocardial Infarction and Cardiogenic Shock

Abstract

INTRODUCTION: Reperfusion therapy in patients with an ongoing ST-elevation myocardial infarction (STEMI) is to re-establish coronary flow in the epicardial arteries as soon as possible in order to reduce infarct size and associated complications. Hypothermia has in experimental studies been shown to reduce infarct size. Clinical trials, however, have not been able to show this effect, possibly because a therapeutic temperature was not reached before reperfusion in the majority of the patients allocated to hypothermia treatment. We aimed to evaluate if hypothermia initiated before reperfusion would reduce infarct size. Furthermore, a protocol utilising a combination of an infusion of cold saline and endovascular cooling catheter was evaluated. Finally, the effects of hypothermia in cardiogenic shock were investigated.

MATERIAL and METHODS: For paper I-III, an experimental closed chest porcine model was used. Ischemia was induced by occlusion of the LAD using a PCI-balloon. Different hypothermia protocols using cold saline, endovascular cooling in combination or alone were tested. Infarct size and microvascular obstruction were evaluated using ex-vivo MRI. In paper III, endovascular cooling alone was investigated in a porcine model of cardiogenic shock. In paper IV, the safety and feasibility of the hypothermia protocol utilised in paper I, II was tested in a clinical trial in patients with STEMI.

RESULTS: Paper I: Combination hypothermia (a combination of an infusion of cold saline and endovascular cooling catheter), if initiated before reperfusion reduced infarct size by 39%, and abolished microvascular obstruction compared to normothermia. Furthermore, the hypothermia protocol achieved a reduction in core body temperature to < 35°C in <10 min. However, hypothermia induced at the onset of reperfusion reduced microvascular obstruction by 66%, but did not affect infarct size. In Paper II, combination hypothermia reduced infarct size by 18% and microvascular obstruction was virtually abolished despite prolonged ischemic time compared to normothermia. Furthermore, an infusion of cold saline alone did not reduce infarct size, but reduced microvascular obstruction by 74%. Prolonged post-reperfusion hypothermia did not offer any additional. In Paper III, endovascular hypothermia improved survival (8/8 vs. 3/8, hypothermia vs. control), improved hemodynamic parameters, and reduced acidosis in cardiogenic shock. Paper IV: Combination hypothermia in patients with STEMI was able to safely reach a core body temperature of < 35°C before reperfusion without delaying primary PCI, and resulted in a 38% reduction in infarct size.

CONCLUSIONS: In order for hypothermia treatment to reduce infarct size, it needs to be initiated before reperfusion. The results indicate that it is safe and clinically feasible to induce hypothermia by using a combination of cold saline infusion and endovascular cooling prior to reperfusion in awake STEMI patients without delaying time to reperfusion. Furthermore, hypothermia improves outcome in cardiogenic shock. Larger randomized clinical trials are needed to verify these findings and to assess possible long term clinical benefit for the patients.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Hjärtinfarkt och dess komplikationer är den främsta orsaken till död i västvärlden. Vid en akut hjärtinfarkt stängs blodförsörjningen till en del av hjärtat av pga en blodpropp i ett av hjärtats kranskärl. Den delen av hjärtat som försörjdes av det nu stängda kranskärlet drabbas då av brist på syre och näringsämnen och riskerar att skadas. Skadans storlek på hjärtat beror på hur länge stoppet i kranskärlet varar och hur stor del av hjärtat som det stängda kranskärlet försörjde med blod. Modern hjärtinfarktbehandling syftar till att öppna kranskärlet så fort som möjligt med ballongvidgning (PCI). Ju större skada en hjärtinfarkt orsakar på hjärtat, desto större är också risken att utveckla hjärtsvikt och för död. Ibland är hjärtinfarkten så stor att hjärtat inte orkar pumpa runt blodet i kroppen. Då går kroppen in i ett akut chocktillstånd (kardiogen chock) och ca hälften av alla patienter avlider trots behandling.



Många känner till att människor som drunknat i iskallt vatten kan återupplivas igen. Kylan ifrån vattnet har skyddat kroppen och hjärnan mot den syrebrist som uppkommer vid drunkning. Idag används kontrollerad kylbehandling för att skydda hjärnan hos patienter som överlevt hjärtstopp. De patienterna kyls då ned till 33°C under 24h tid för att skydda hjärnan mot den syrebrist som uppkom då hjärtat stannade. Flera experimentella djurstudier har visat att även skadan på hjärtat i samband med hjärtinfarkt kan minska om man kyler ner hjärtat och/eller hela kroppen. Två kliniska studier på patienter med akut hjärtinfarkt där man kylde ner kroppen med en slang i ett blodkärl via ljumsken har utförts. I de studierna kunde man dock inte se någon minskad hjärtskada vid kylbehandlingen. Vid ytterligare analys fann man dock att de patienter som hann kylas ned till <35°C innan kranskärlet öppnades hade effekt av kylbehandlingen. Ett stort problem i studierna var dock att det tog lång tid att kyla ned patienterna och att fördröja behandling med ballongvidgning skulle också öka skadan på hjärtat.



Övergripande syften med denna avhandling var att studera om kylbehandling skyddar hjärtat vid akut hjärtinfarkt och dess effekter vid kardiogen chock.



I arbete I testade vi i en djurmodell om det var viktigt att påbörja kylbehandling före eller efter att det stängda kranskärlet öppnats. Dessutom prövade vi att kombinera två olika kylbehandlingsmetoder för att kunna kyla kroppen snabbare. Vi fann att kylbehandling som påbörjas efter att kärlet öppnats inte hade någon effekt på skadan på hjärtat. Kylbehandling innan kärlet öppnats minskade dock skadan på hjärtat med 39 % mätt med MR-kamera. Vi fann också att kombinationen av ett snabbt dropp av kall vätska tillsammans med kylbehandling via slang i kärl i ljumsken var ett mycket snabbt sätt att få ned kroppstemperaturen.



I arbete II studerade vi om kylbehandling kunde minska den skada som uppkommer på hjärtat man öppnar upp blodkärlet (reperfusionsskada). Vi fann att skadan på hjärtat minskade med 18% mätt med MR-kamera. Vi fann även att kylbehandling med kall koksalt i sig inte minskade skadan på hjärtat. Dessutom såg vi att det räckte med att kylbehandla under kort tid efter att kärlet öppnats.



I arbete III studerade vi effekterna av kylbehandling vid kardiogen chock. Vi fann att kylbehandling förbättrade överlevnaden vid kardiogen chock. Vi kunde även se att kylbehandlingen hade positiva effekter på blodtryck, hjärtats pumpkraft och minskade kroppens behov av syrgas.



I arbete IV som var en klinisk studie testade vi om de positiva effekter på hjärtat som vi sett i arbete I och II även kunde minska skadan på hjärtat hos patienter med akut hjärtinfarkt. Dessutom testades säkerheten och effektiviteten på att kombinera två kylbehandlingar. Tio patienter med akut hjärtinfarkt som skulle genomgå akut ballongvidgning fick kylbehandling som tillägg till standardbehandling. De patienterna jämfördes i studien med tio patienter som fick standardbehandling. Vi såg att kylbehandlingen inte gav några komplikationer och lyckades på ett effektivt sätt snabbt få ned kroppstemperaturen trots att patienterna var vakna under hela behandlingen. Vi fann även att skadan på hjärtat minskade med 38 % till följd av kylbehandlingen.



Sammanfattningsvis visar avhandlingen när kylbehandling måste initieras för att få effekt, att kombinationen av två olika kylmetoder ger en snabb sänkning av kroppstemperaturen samt att det på ett säkert och effektivt sätt går att applicera detta på patienter med minskad skada på hjärtat som följd. Vi visar dessutom att kylbehandling kan ha positiva effekter vid kardiogen chock. Den minskning av hjärtskadan som vi såg kan om resultaten bekräftas i en större studie ge stora möjligheter att minska följdverkningarna vid denna svåra sjukdom.

• author: Götberg, Matthias
• supervisor: David Erlinge; Göran Olivecrona
• opponent: Professor Pernow, John, Institutionen för Medicin, Karolinska Institutet, Solna
• organization: Cardiology; Signal Processing Group-lup-obsolete (research group)
• publishing date: 2010
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Cardiac and Cardiovascular Systems
• keywords: AMI, Cardiogenic Shock, CMR, Hypothermia
• in: Lund University Faculty of Medicine Doctoral Dissertation Series
• volume: 2010:84
• pages: 84 pages
• defense location: Segerfalkssalen, Wallenbergs Neurocentrum BMC, Lunds Universitet
• defense date: 2010-10-01 09:00:00
• ISSN: 1652-8220
• ISBN: 978-91-86671-00-6
• language: English
• LU publication?: yes
• id: 03546832-69a6-46d3-a6be-43f1217f3396 (old id 1668510)
• date added to LUP: 2016-04-01 13:34:29
• date last changed: 2019-05-22 03:16:33