The Effect of L-Carnitine on Myocardial Protection in Cold Cardioplegia Followed by Reperfusion

Summary

We studied the effect of exogenous L-carnitine on myocardial viability and carnitine uptake following ischemia-reporfusion in isolatod rat hcarts. Hoarts were subjected to hypothermic cardioplogia at 26 °C for 80 minutes with and without carnitine 10 mmol/L added to the perfusate and cardioplegic solution [Groups I (n = 9) and II (n = 14), rospectively], Additionally, to study myocardial carnitine uptake, hearts were subjected to global ischemia at 20 °C [Group III (n = 6) and IV (n = 6)] and at 37 °C [Group V {n = 6) and VI (n = 6)] with and without carnitine 10 mmol/L added to the perfusate. All hearts reeeived normothermic reperfusion, and Krebs-Henseleit Solution was used as the porfusate in all groups. Postischemic aortic flow, expressed as the percentage of pre-ischemic flow, morphometric scores of myocardial mitochondria, and the myocardial concentration of adenosine triphosphate at the end of reperfusion wore significantly higher in Group I than in Group II. In hearts treatod with L-carnitino both at 20 °C and 37 °C the myocardial concentrations of carnitine fractions (free, short-acyl, and long-acyl) increased significantly compared to those in hearts without L-carnitine treatment. The myocardial concentration of free carnitine at the end of reperfusion was significantly higher in Group III than at pre-ischemia. These results suggest that exogenous L-carnitine is incorporated into cellular metabolism, even in hypothermic cardioplegia, improving cardiac funetion and preserving the myocardial adenosine triphosphate concentration.

Zusammenfassung

Wir untersuchten in der vorliegenden Arbeit den Einfluß von exogen zugeführten L-Karnitin auf die myokardiale Überlebensfähigkeit und die Karnitinaufnahme an isolierten Rattenherzen in einer Langendorff-Perfusion nach einer Ischämie-, und einer Reperfusionsphase. Es wurden insgesamt 6 Gruppen gebildet: Gruppe I (n = 9): Hypothermie bei 26 °C, Kardioplegie für 80 Minuten, Zusatz von L-Karnitin (10 mmol/L) in die Kardioplegie und das Perfusat. Gruppe II (n = 14): wie Gruppe I, jedoch ohne Zusatz von L-Karnitin. Gruppe III (n = 6): Hypothermie bei 20 °C, globale Ischämie für 2 Stunden, Zusatz von L-Karnitin (10 mmol/L) zum Perfusat. Gruppe IV (n = 6): wie Gruppe III, jedoch ohne Zusatz von L-Karnitin. Gruppe V (n = 6): Normothermie bei 37 °C, globale Ischämie für 20 Minuten, Zusatz von L-Karnitin (10 mmol/Li zum Perfusat. Gruppe VI (n = 6): wie Gruppe V, jedoch ohne Zusatz von L-Karnitin. In allen Gruppen wurde zur normothermen Reperfusion Krebs-Henseleit-Lösung verwendet.

Es zeigte sich, daß in der Gruppe I der postischämische Aortenfluß, ausgedrückt in Prozent vom Ausgangswert, die morphometrischen Scores der myokardialen Mitochondrien und die myokardiale ATP-Konzentration am Ende der Reperfusion signifikant größer waren als in Gruppe IL Die mit L-Karnitin behandelten Herzen zeigten sowohl bei 20 °C (Gruppe III), als auch bei 37 °C (Gruppe V) einen signifikanten Anstieg der myokardialen Konzentrationen der einzelnen Karnitin - Fraktionen, im Gegensatz zu den nicht mit Karnitin behandelten Gruppen IV und VI. Die Konzentration von freiem Karnitin war in der Gruppe III am Ende der Reperfusion signifikant höher, als vor der Ischämie.

Unsere Ergebnisse zeigen, daß exogen zugeführtes L-Karnitin auch mittels hypothermer Kardioplegie in den zellulären Metabolismus aufgenommen wird. Langkettiges Karnitin ist für den Metabolismus des Herzens nicht schädlich, vielmehr verbessert es die Myokardfunktion und schützt die myokardiale ATP-Konzentration.

Key words

Carnitine - Cold cardioplegia - Reperfusion - Isolated working heart