Endothelial Function and Contractility of Human Vena Saphena Magna Prepared for Aortocoronary Bypass Grafting

Summary

The aim of this study was to examine whether contractility and endothelial function of the human saphenous vein prepared for aortocoronary bypass grafting are altered by the surgical technique, e. g. cannulation and gentle distension of the vessel. Two Segments (2 cm Iength each) of native vena saphena magna and 2 Segments (2 cm Iength each) of the same vessel prepared for coronary bypass grafting were taken for further experimentation. After ligation of all side branches the segments were cannulated and arranged in two Systems (with two segments each) in a serial manner (system I: prepared vessel followed by a native segment; system II: native vessel followed by a prepared segment) and perfused with Tyrode's Solution at a constant flow rate of 20 ml/min (P_o2 = 45 mmHg). Pressure gradient was measured continously over each segment as a function of the vessel's radius accordingto the Hagen-Poiseuille equation.

Endothelial and smooth muscle function was checked by perfusion with increasing concentrations of acetylcholine (ACH) to provoke the release of endothelium-derived relaxing factor (EDRF) (ACH; 0.3, 1, 3, 10, 30 μmol/L) after precontraction of the vessels with 1 μmol/L norepinephrine (NE). This showed normal contractility and ACH-induced relaxation in the native vessels but a reduced contractile response and a total lack of ACH-EDRF-induced relaxation in the prepared vessels. Perfusion with 5-hydroxytrytamine (5-HT) (0.25, 0.5, 1, 10 μmol/L for 10 min each concentration) resulted in marked constriction of all vessels with preserved contractility which could be completely prevented by pretreatment with the 5-HT₂-receptor antagonist ketanserine (20 μmol/L). Finally, the P_o2 was increasod to 150 mmHg resulting in a marked extreme contraction of all vessels capable of contraction (prepared > native, if the prepared had a normal contractility).

These results suggest that: a) surgical preparation with cannulation and distension of the vein impairs both smooth muscle and endothelial function, and b) that acute vasoconstrictions aftor reperfusion of the heart may partially be due to 5-HT (which might be released from activated blood platelets in the heart-lung-machine) or elevated P_o2.

Zusammenfassung

Das Ziel der Studie war, zu untersuchen, ob die Funktion von Endothel und glatter Muskulatur von Venengrafts zur BypassChirurgie durch die chirurgische Präparationstechnik mit Kanülierung und mechanischer Dehnung beeinträchtigt wird. Native und chirurgisch präparierte Venen wurden dazu in vitro mit Tyrode bei konstantem Fluß (20 ml/min; P_o2 = 45 mmHg) perfundiert und der Druckgradient als Funktion des Gefäßradius kontinuierlich über jedem Segment registriert. Die Funktion von Endothel und glatter Muskulatur wurde nach Vorkontraktion mit Noradrenalin durch Perfusion mit steigenden Konzentrationen von Acetylcholin (ACH) zur EDRF-Freisetzung sowie durch Perfusion mit 5-Hydroxytryptamin (5-HT) bestimmt. Im Gegensatz zu den nativen Venen zeigten die chirurgisch präparierten Segmente einen Verlust der ACH-induzierten EDRF-Freisetzung und in den meisten Fällen auch einen Verlust der Kontraktilität. Gefäße mit erhaltener Kontraktilität zeigten deutliche Kontraktionen auf 5-HT, die vollständig durch Vorbehandlung mit dem 5-HT₂-Rezeptorantagonisten Ketanserin verhindert werden konnte. Eine P_o2-Erhöhung von initial 45 mmHg auf 150 mmHg führte ebenfalls zu deutlichen Kontraktionen der Gefäße mit erhaltener Kontraktilität.

Diese Ergebnisse zeigen, daß Endothel und glatte Muskulatur von Venengrafts durch die chirurgische Präparationstechnik erheblich alteriert werden, und belegen darüber hinaus, daß akute Vasokonstriktionen unter In-vivo-Reperfusionsper-fusion durch 5-HT oder erhöhten P_o2 mitverursacht sein können.

Key words

Endothelium-derived relaxing factor - Endothelium - Human veins - Aortocoronary bypass