Effect of different formulations of magnesium chloride, used as anaesthetic agents, on the performance of the isolated heart of Octopus vulgaris

Abstract

Il cloruro di magnesio (MgCl2) rappresenta l'anestetico più comunemente utilizzato per i cefalopodi; tuttavia, i suoi effetti fisiologici compresi quelli a livello cardiaco non sono ben caratterizzati. Nel presente studio, utilizzando come modello sperimentale il polpo comune Octopus vulgaris, è stato valutato mediante la tecnica del cuore isolato e perfuso: a) se l'esposizione dell’animale in vivo (immersione) a diverse formulazioni di MgCl2 induce effetti sulla funzione cardiaca in vitro che potrebbero danneggiare il recupero dall'anestesia; b) l’effetto diretto della perfusione con diverse formulazioni di MgCl2 sulla funzione cardiaca. Per gli esperimenti in vivo, sono state utilizzate le seguenti formulazioni con relativi tempi di esposizione: i) MgCl2 3,5% in acqua di mare (MgCl2 sw, 20min); ii) MgCl2 3,5% (1:1, acqua di mare:acqua distillata, 20min); miscela di MgCl2 (1,12%) + etanolo (1%) (Mix, 20min e 45min); ipotermia (4°C, 5-10min). Alle condizioni basali, i cuori prelevati dopo esposizione ai vari trattamenti anestetici, inclusa l’ipotermia, sono stati in grado di lavorare con carichi emodinamici simili a quelli in vivo e di produrre valori fisiologici di gittata sistolica. In condizioni di carico emodinamico (incrementi di precarico), i cuori rimossi da animali esposti in vivo ad MgCl2 sw (20min) o al Mix (20min) hanno mostrato una performance cardiaca (in termini di risposta di Frank-Starling) comparabile a quella di animali anestetizzati mediante ipotermia. Al contrario, sia l'esposizione a MgCl2 (1:1, 20min), che al Mix (45min) ha mostrato un significativo deterioramento della risposta di Frank-Starling in termini di ridotta capacità di rispondere agli incrementi di precarico. Dopo esposizione ad ipotermia, la perfusione dei cuori isolati con concentrazioni crescenti delle diverse formulazioni di MgCl2, ha prodotto un effetto bradicardico dose-dipendente (e in alcuni casi arresto cardiaco) ed una riduzione della gittata cardiaca e del volume sistolico, indicativi di un effetto diretto dei trattamenti anestetici sul cuore. Al contrario, la perfusione con dosi crescenti di solo etanolo non ha causato alcuna variazione della frequenza cardiaca, indicando che l’effetto bradicardico evidenziato con la soluzione Mix è attribuibile al cloruro di magnesio. L'espressione di HSP70 e caspasi-3, e la fosforilazione di JNK e p38MAPK sono stati determinati in omogenati cardiaci, ottenuti da esemplari di O. vulgaris esposti alle diverse formulazioni di cloruro di magnesio o ad ipotermia (4°C). I risultati hanno evidenziato un incremento dell’espressione di HSP70 (ma non della caspasi-3); in particolare, l’espressione di HSP70 è risultata essere inferiore nei cuori prelevati da animali esposti ad ipotermia, rispetto a quelli esposti alle diverse formulazioni di MgCl2. Tra questi ultimi, nessuna differenza quantitativa è stata evidenziata tra le diverse formulazioni, ad eccezione del Mix 45min, effetto dovuto probabilmente al maggior tempo di esposizione. L'aumento della fosforilazione di JNK e p38MAPK, parallelo all'aumentata espressione di HSP70, lascia supporre il coinvolgimento di queste MAPKs nell'espressione di HSP70. Nell'insieme i dati dimostrano che, a condizione che l'esposizione in vivo al 3,5% di MgCl2 in acqua di mare o ad una miscela di MgCl2+etanolo sia limitato a ~ 20min, gli effetti residui sulla funzione cardiaca non influenzano il recupero post-anestesia. Inoltre, l’espressione di HSP70 che può giocare un ruolo citoprotettivo nella risposta allo stress durante l'anestesia, parallela alla mancata espressione della caspasi-3 in tutti i tessuti analizzati, permette di escludere eventi pro-apoptotici da parte di tutti i trattamenti anestetici. Nell’insieme questi risultati possono contribuire alla discussione circa le pratiche anestesiologiche da utilizzare anche in relazione all'applicazione della nuova Direttiva 2010/63 / UE per i cefalopodi.