Cardioplegische oplossing is het middel waarmee het ischemische myocard wordt beschermd tegen celdood. Dit wordt bereikt door het myocardmetabolisme te verminderen door een vermindering van de cardiale belasting en door het gebruik van hypothermie.
Chemisch gezien vermindert de hoge kaliumconcentratie die in de meeste cardioplegische oplossingen aanwezig is, het membraan-rustpotentiaal van hartcellen. De normale rustpotentiaal van ventriculaire myocyten is ongeveer -90 mV. Wanneer extracellulaire cardioplegia het bloed rondom de myocyten verdringt, wordt de membraanspanning minder negatief en depolariseert de cel gemakkelijker. De depolarisatie veroorzaakt contractie, intracellulair calcium wordt door het sarcoplasmatisch reticulum gesekwestreerd via ATP-afhankelijke Ca2+-pompen, en de cel ontspant (diastole). De hoge kaliumconcentratie van de cardioplegia extracellulair verhindert echter repolarisatie. De rustpotentiaal van ventriculair myocard is ongeveer -84 mV bij een extracellulaire K+-concentratie van 5,4 mmol/l. Verhoging van de K+-concentratie tot 16,2 mmol/l verhoogt de rustpotentiaal tot -60 mV, een niveau waarbij spiervezels ongevoelig zijn voor gewone stimuli. Wanneer de rustpotentiaal de -50 mV nadert, worden natriumkanalen geïnactiveerd, hetgeen resulteert in een diastolische stilstand van de hartactiviteit. Membraaninactiveringspoorten, of h Na+ poorten, zijn spanningsafhankelijk. Hoe minder negatief de membraanspanning, hoe meer h-poorten er geneigd zijn te sluiten. Als gedeeltelijke depolarisatie wordt veroorzaakt door een geleidelijk proces zoals het verhogen van het niveau van extracellulair K+, dan hebben de poorten ruim de tijd om te sluiten en daardoor een deel van de Na+ kanalen te inactiveren. Wanneer de cel gedeeltelijk gedepolariseerd is, zijn veel van de Na+ kanalen al geïnactiveerd, en slechts een fractie van deze kanalen is beschikbaar om de inwaartse Na+ stroom te geleiden tijdens fase 0 depolarisatie.
Het gebruik van twee andere kationen, Na+ en Ca2+, kan ook worden gebruikt om het hart te arresteren. Door het verwijderen van extracellulaire Na + uit perfusaat, zal het hart niet kloppen, omdat de actiepotentiaal is afhankelijk van extracellulaire Na + ionen. Echter, de verwijdering van Na + verandert niets aan de rustende membraanpotentiaal van de cel. Evenzo resulteert verwijdering van extracellulair Ca2+ in een verminderde contractiekracht, en uiteindelijk stilstand in diastole. Een voorbeeld van een laag-laag oplossing is histidine-tryptofaan-ketoglutaraat. Omgekeerd verhoogt een verhoging van de extracellulaire Ca2+-concentratie de contractiekracht. Het verhogen van de Ca2+-concentratie tot een voldoende hoog niveau leidt tot hartstilstand in systole. Deze betreurenswaardige onomkeerbare gebeurtenis wordt “stone-heart” of “rigor” genoemd.
Hypothermie is het andere hoofdbestanddeel van de meeste cardioplegische strategieën. Het wordt gebruikt als een ander middel om het myocardmetabolisme tijdens perioden van ischemie verder te verlagen. Met behulp van de Van ’t Hoff-vergelijking kan worden berekend dat het zuurstofverbruik met 50% daalt voor elke verlaging van de temperatuur met 10 °C. Dit Q10 effect in combinatie met een chemische hartstilstand kan het myocardiale zuurstofverbruik (MVO2) met 97% doen dalen.
Koude cardioplegia wordt via de aortawortel in het hart toegediend. De bloedtoevoer naar het hart vindt plaats vanuit de aortawortel via de kransslagaders. Cardioplegia in diastole zorgt ervoor dat het hart de waardevolle energievoorraden (adenosinetrifosfaat) niet opgebruikt. Aan deze oplossing wordt gewoonlijk bloed toegevoegd in variërende hoeveelheden van 0 tot 100%. Bloed fungeert als buffer en levert ook voedingsstoffen aan het hart tijdens ischemie.
Als de ingreep aan de hartvaten (coronaire bypass transplantatie) of in het hart, zoals klepvervanging of correctie van een aangeboren hartafwijking enz. wordt de cross-clamp verwijderd en de isolatie van het hart beëindigd, zodat de normale bloedtoevoer naar het hart wordt hersteld en het hart weer gaat kloppen.
De koude vloeistof (gewoonlijk bij 4 °C) zorgt ervoor dat het hart afkoelt tot een temperatuur van ongeveer 15-20 °C, waardoor het metabolisme van het hart wordt vertraagd en schade aan de hartspier wordt voorkomen. Dit wordt nog versterkt door de cardioplegia-component die rijk is aan kalium.
Wanneer de oplossing in de aortawortel wordt ingebracht (met een aortakruisklem op de distale aorta om de systemische circulatie te beperken), wordt dit antegrade cardioplegie genoemd. Wanneer het in de coronaire sinus wordt ingebracht, wordt dit retrograde cardioplegie genoemd.
Er zijn verschillende cardioplegische oplossingen in de handel; er zijn geen duidelijke voordelen van de ene cardioplegische oplossing boven de andere. Sommige cardioplegia, zoals del Nido of Histidine-Tryptofaan-Ketoglutamaat oplossingen, bieden een voordeel ten opzichte van bloed en andere crystalloïde cardioplegia, omdat zij slechts één toediening vereisen tijdens korte hartoperaties, vergeleken met de meerdere toedieningen die bloed en andere crystalloïden vereisen.