OBJETIVO: Avaliar a efetividade do Balão Intra-Aórtico (BIAo) profilático em cirurgia de revascularização miocárdica (CRM) eletiva, para prevenir o infarto trans ou pós-operatório e para reduzir a mortalidade intra-hospitalar nos pacientes com baixa fração de ejeção ventricular esquerda. MÉTODOS: Em modelo de estudo de coorte, foram analisados 239 pacientes com fração de ejeção do ventrículo esquerdo inferior ou igual a 40%, submetidos à CRM eletiva com circulação extracorpórea (CEC), no período compreendido entre março de 1995 a fevereiro de 2001. RESULTADOS: Destes, 58 pacientes receberam BIAo pré-operatório e os demais foram operados sem assistência circulatória (grupo controle). Os dois grupos de pacientes tinham características semelhantes quanto a fatores associados aos desfechos em questão. Ocorreram 5 (8,6%) óbitos no grupo com BIAo e 21 (11,6%), no grupo controle (diferença não-signifícativa). Ocorreram 2 (3,4%) infartos no grupo com BIAo e 28 (15,5%), no grupo controle BIAo (p < 0,05), risco relativo de 0,22 com intervalo de confiança de 95% de 0,05 a 0,85. CONCLUSÃO: O BIAo, em uso pré-operatório, pode reduzir de forma significativa o risco de infarto agudo do miocárdio (IAM) trans ou pós-operatório, em pacientes com função sistólica diminuída, sem incremento de complicações vasculares. Nesta mesma situação, o BIAo não diminui de forma significativa a mortalidade. Estudos randomizados devem ser conduzidos para se ter conclusões mais precisas.
O uso do balão intra-aórtico no pré-operatório de cirurgia de revascularização miocárdica, associada à disfunção ventricular grave
Instituto de Cardiologia do Rio Grande do Sul / Fundação Universitária de Cardiologia - Porto Alegre, RS
Melhorias na assistência médica, em especial, na área da cardiopatia isquêmica, com aprimoramento do tratamento farmacológico e da cardiologia intervencionista, resultaram em um aumento na proporção de pacientes em alto risco que necessitam de cirurgia de revascularização miocárdica (CRM)1-3. A estenose de tronco de coronária esquerda, a reintervenção coronária cirúrgica, a angina instável e a baixa fração de ejeção de ventrículo esquerdo foram identificadas, em estudos anteriores, como fatores de risco para pior prognóstico pós-operatório4,5. Entretanto, os pacientes com reduzida fração de ejeção ventricular esquerda estão entre aqueles que mais se beneficiam, em longo prazo, do tratamento cirúrgico6.
A significativa mudança no padrão de pacientes, que se submetem à cirurgia de revascularização miocárdica com emprego de circulação extracorpórea, implicou em um sensível aumento no custo do procedimento, bem como, um relativo aumento na mortalidade7-10. Tornou-se necessário instituir medidas para neutralizar fatores de risco, capazes de atingir resultados aceitáveis e a custos razoáveis.
A contrapulsacão, oferecida pelo balão intra-aórtico (BIAo), produz efeitos hemodinâmicos que beneficiam o rendimento cardíaco de forma significativa. Esses efeitos são devidos ao aumento da oferta de oxigênio ao miocárdio e conseqüente melhora da perfusão diastólica, bem como pela redução no consumo de oxigênio, devida à redução na pós-carga ventricular esquerda11. Pacientes com disfunção sistólica de etiologia isquêmica apresentam importante redução na reserva energética miocárdica, sendo beneficiados pelo balão intra-aórtico pela redistribuição do fluxo sanguíneo ao miocárdio isquêmico12. Essa melhora no fluxo coronário, mesmo que por reduzido período de tratamento, pode produzir uma maior reserva energética para o período de isquemia transoperatória, resultando em melhor recuperação hemodinâmica após circulação extracorpórea. Também propicia redução no trabalho cardíaco, oferecendo suporte circulatório contínuo durante e após a cirurgia.
Este trabalho tem como objetivo verificar se o implante do balão intra-aórtico no pré-operatório da cirurgia de revascularização miocárdica eletiva, em pacientes estáveis clinicamente, com má função ventricular esquerda, pode oferecer uma redução na mortalidade e morbidade perioperatória.
Foram incluídos e analisados, de forma prospectiva, através de abertura de protocolo de estudo, 239 pacientes com cardiopatia isquêmica severa, disfunção ventricular esquerda, caracterizada por fração de ejeção de ventrículo esquerdo igual ou inferior a 40% pela ventriculografía radioisotópica de repouso, com hemácias marcadas com tecnécio, indicação de cirurgia de revascularização do miocárdio em caráter eletivo e, consecutivamente, operados no Hospital São Lucas/Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, no período compreendido entre março de 1995 a fevereiro de 2001. Foram excluídos da casuística os pacientes com evento coronário recente (menos de 10 dias), com valvopatia cirúrgica associada, com contra-indicações absolutas para uso de BIAo, com instabilidade hemodinâmica pré-operatória ou com indicação formal de assistência circulatória pelo balão intra-aórtico.
Dos pacientes, 88 (36,8%) eram de sexo feminino e 151 (63,2%), masculinos, e suas idades variavam entre 40 e 81 anos, com média de 61 ± 9 anos. A média da fração de ejeção, conforme ventriculografía radioisotópica, era de 31 ± 6%, oscilando entre 18% e 40%.
Embora a reduzida fração de ejeção ventricular esquerda represente indicação de balão intra-aórtico no período pré-operatório da cirurgia de revascularização na Instituição, o implante do dispositivo não pôde ser realizado em todos os pacientes incluídos no estudo, sendo configurados dois grupos:
Grupo controle - Compreendendo 181 pacientes (75,7%) que não implantaram balão intra-aórtico por indisponibilidade ou pela presença de contra-indicação relativa, como doença vascular periférica, enxerto aórtico ou ilíaco-femoral, regurgitação aórtica moderada, taquiarritmias com freqüência ventricular superior a 160 batimentos por minuto e contra-indicação a heparina ou outro anticoagulante intravenoso.
Grupo BIAo - Composto por 58 pacientes (24,2%) que receberam implante de balão intra-aórtico, entre 2 e 24 horas antecedentes ao momento de pinçamento da aorta em cirurgia cardíaca.
As características demográficas dos pacientes estão expressas na
O dispositivo foi mantido no período pós-operatório por até 48 horas, e sua retirada obedeceu a critérios clínicos de estabilidade hemodinâmica.
A revascularização miocárdica cirúrgica foi efetuada mediante esternotomia mediana, circulação extracorpórea hipotérmica (32°C), preservação miocárdica por infusão de cardioplegia cristalóide hipotérmica St. Thomas II (4°C) e implante de enxertos de safena e/ou da artéria torácica interna.
Após a cirurgia, os pacientes receberam cuidados de rotina.
Desfechos primários foram: 1) óbito intra-hospitalar: morte que ocorreu no intra ou pós-operatório imediato, considerado período de internação hospitalar, independente da causa. 2) lnfarto do miocárdio trans ou pós-operatório: infarto que ocorreu, presumivelmente, no período após a indução anestésica e até a alta da Unidade de Tratamento Intensivo, obedecendo aos critérios diagnósticos de surgimento de nova onda Q patológica ou de bloqueio de ramo esquerdo no eletrocardiograma, e creatinofosfoquinase mb (CPKmb) sérica superior a 50 mg/dl ou CPKmb superior a 80 mg/dl, na ausência de nova onda Q ou de bloqueio de ramo esquerdo13.
Os desfechos considerados secundários foram: 1) baixo débito cardíaco, caracterizado por sinais clínicos e/ou laboratoriais de reduzida perfusão tecidual, tais como redução do débito urinário inferior a 400, em 24 horas, aumento do lactato sérico acima de 3 mg/dl, pH arterial inferior a 7T28 com bicarbonato de sódio inferior a 20 mEq/1. 2) uso de vasopressor por período superior a 24 horas, desde admissão na Unidade de Tratamento Intensivo. 3) Ventilação mecânica mediante intubação orotraqueal por tempo superior a 24 horas, desde a admissão na Unidade de Tratamento Intensivo. 4) Insuficiência renal aguda, tendo como critério a elevação, no 2º dia de pós-operatório, da creatinina sérica, em valor superior a 50% do controle pré-operatório. 5) Complicações vasculares, como as atribuíveis ao balão intra-aórtico, que necessitaram de intervenção cirúrgica para restabelecer o fluxo de sangue ou que implicaram em diminuição funcional permanente do membro, utilizado para inserção do cateter-balão.
Este estudo de coorte não determinou implicações éticas ou incremento de risco para os pacientes participantes. O fato de apenas parte dos pacientes, com indicação de balão intra-aórtico por reduzida fração de ejeção ventricular esquerda, ter recebido o tratamento, conforme rotina da instituição onde se realizou o estudo, não decorreu da vontade dos pesquisadores ou dos médicos que realizaram intervenções terapêuticas, mas, sim, da disponibilidade momentânea. O projeto de pesquisa foi analisado pelas comissões de ética em pesquisa das instituições onde se desenvolveu o trabalho, que autorizaram a realização do mesmo.
As informações coletadas foram transcritas em tabelas de contingência, sendo que os dados quantitativos são descritos como média ± erro padrão, enquanto que as variáveis categóricas são apresentadas em freqüência percentual. O processamento de dados foi feito com auxílio do programa SPSS (versão 11.0).
A comparação dos grupos foi realizada pelo teste t de Student, para variáveis quantitativas e pelo teste qui-quadrado, para variáveis categóricas. Nas situações de baixa freqüência, foi utilizado o teste exato de Fisher. Para avaliação da força de associação, foi utilizado o risco relativo, com seu respectivo intervalo de confiança de 95%.
Para ajustar o efeito de importantes fatores de risco na relação entre o uso de balão intra-aórtico e a ocorrência dos desfechos considerados, utilizamos o modelo de regressão de azares proporcionais de Cox.
Foi considerado como nível de significância um alfa de 5%, sendo ainda indicados níveis de significância maiores.
Quanto a diferenças significativas nas características dos pacientes distribuídos nos dois grupos, observou-se que o sexo masculino predominou no grupo controle (69,9%), diferente do grupo tratado (43,1%, p < 0,001). Quanto à fração de ejeção média, foi observado valor superior para o grupo controle, se comparado ao grupo tratado (respectivamente, 32 ± 6% vs 29 ± 6%, p < 0,01). Já o percentual de pacientes com fração de ejeção igual ou inferior a 30 %, foi significativamente inferior no grupo controle que no grupo que implantou balão intra-aórtico (respectivamente, 39,7% vs 63,8%; p < 0,01). Quanto à revascularização incompleta, foi observada em 6,6% dos pacientes do grupo controle, mas não ocorreu em nenhum paciente incluído no grupo tratado com balão intra-aórtico (0,0%; p < 0,05).
Nas demais variáveis, não foram observadas diferenças significativas entre os dois grupos, conforme descrito na
Ocorreram 26 óbitos, correspondendo a uma mortalidade global de 10,9%. No grupo controle foi registrado 21 óbitos (11,7% de mortalidade), enquanto que, no grupo BIAo, ocorreram 5 óbitos (8,6% de mortalidade). A redução percentual de 30% na mortalidade, relativa ao tratamento com balão intra-aórtico, não se mostrou significativa, conforme indica
Infarto agudo do miocárdio ocorreu em 30 pacientes (18,9%). Quando se consideram os grupos avaliados, 28 pacientes (15,5%) do grupo controle sofreram infarto do miocárdio, enquanto que no grupo com BIAo, apenas 2 pacientes (3,4%), uma diferença estatisticamente significativa (p < 0,05). O risco relativo de infarto do miocárdio em cirurgia de revascularização, para os pacientes que implantaram balão intra-aórtico no pré-operatório, foi de 0,22 (intervalo de confiança de 95%, com valor de 0,05 - 0,85).
Para uma maior certeza entre a relação uso de balão intra-aórtico e redução de risco de infarto de miocárdio perioperatório, foi realizada análise multivariada com regressão de Cox, controlando-se as variáveis: idade, sexo, fração de ejeção de ventrículo esquerdo, tempo de circulação extracorpórea superior a 90 minutos e revascularização do miocárdio incompleta, cirurgia de revascularização miocárdica prévia, angina instável e lesão de tronco de coronária esquerda. Conforme
A variável circulação extracorpórea maior que 90 minutos mostrou-se associada ao desfecho infarto do miocárdio trans e pós-operatório, em nossa amostra. As demais variáveis não tiveram relação com este desfecho.
Não foram observadas diferenças significativas na ocorrência dos desfechos secundários, ventilação mecânica prolongada, insuficiência renal aguda, baixo débito cardíaco, uso prolongado de drogas vasopressoras e na ocorrência de complicações vasculares nos dois grupos estudados, conforme expresso na
Os estudos anteriores de identificação de fatores de mau prognóstico operatório em CRM com circulação extracorpórea (CEC) indicaram que são relevantes: lesão de tronco de coronária esquerda, angina instável, CRM prévia e disfunção sistólica do ventrículo esquerdo. A mudança no perfil dos pacientes candidatos à CRM se caracterizou, principalmente, pela maior proporção de indivíduos com disfunção ventricular2. Em nosso estudo, tínhamos como objetivo avaliar se os efeitos hemodinâmicos benéficos do BIAo permaneciam como fator protetor para CRM, quando considerada apenas a função ventricular esquerda reduzida como fator de risco.
Utilizamos a fração de ejeção do ventrículo esquerdo, medida pela ventriculografia radioisotópica de repouso, como critério para definir disfunção ventricular e, portanto, alto risco para os desfechos em questão. Estudos multicêntricos anteriores14 identificaram a falência ventricular esquerda como sendo o principal fator de risco para morte súbita e novos eventos coronários, em pacientes isquêmicos. Na grande maioria dos estudos revisados, o critério da fração de ejeção esteve presente na definição de alto risco operatório. Associado a isso, podemos afirmar que a maioria dos demais critérios mencionados exerce influência, de uma maneira ou de outra, no desempenho contrátil miocárdico. Utilizamos 40% de fração de ejeção como medida de corte para caracterizar alto risco, por ser o valor mais freqüentemente utilizado nos estudos revisados.
Conforme descrito por Antman12, o infarto do miocárdio, trans e pós-operatório, ocorre em 5 a 15% das cirurgias de revascularização miocárdica. Análises de autopsias indicam que a maioria dos enxertos realizados estava patente, de modo que o mecanismo fisiopatológico do infarto perioperatório parece estar relacionado com a desproporção entre oferta e consumo de oxigênio pelo miocárdio, e não com oclusão das pontes de safena. Isto referenda a idéia de que pode haver benefício de BIAo profilático em cirurgia de revascularização miocárdica.
De acordo com nossa revisão da literatura, inicialmente em 1992, com Georgeson e cols.15, e, principalmente, a partir dos trabalhos de Christenson e cols. 16, o uso profilático pré-operatório do balão intra-aórtico foi-se demonstrando como de grande valia para a prevenção de complicações trans e pós-operatórias, em grupos selecionados de pacientes.
Em 1976, Cooper e cols.17, em estudo de série de casos, já relatavam que o uso profilático do balão em cirurgia de revascularização, na presença de lesão de tronco de coronária esquerda, era uma estratégia segura, sem incremento de complicações vasculares. Os resultados cirúrgicos foram adequados e comparáveis àqueles obtidos em cirurgias de menor risco.
Georgeson e cols.15, em pequeno trabalho de revisão, concluiu que há benefício no uso do balão em pré-operatório de cirurgia não-cardíaca, quando os pacientes estão em classificação de risco aumentado (Goldman classe IV).
Em revisão de 27 anos de uso de balão intra-aórtico, realizado pelo
O uso do balão intra-aórtico em pré-operatório começou a se consolidar como método de proteção miocárdica para pacientes de risco aumentado, em cirurgia de revascularização miocárdica, a partir dos estudos de Jan T. Christenson, publicados inicialmente em 1997, produzindo uma seqüência de trabalhos científicos nesta área até recente publicação em 200219.
A série de artigos produzida pela equipe do
Definiram, também, como sendo os principais fatores de risco para complicações pós-operatórias, lesão de tronco de coronária esquerda, cirurgia de urgência, angina instável, reoperação e fração de ejeção diminuída, e que, na presença de dois destes fatores, já haveria indicação de balão intra-aórtico profilático20. Essa série de estudos apontou que o tempo ideal para instalação do equipamento no pré-operatório seria entre 24 e 2 horas antecedentes à cirurgia21. Demonstrou, também, que empregar o balão no pré-operatório diminui a necessidade de suporte hemodinâmico pós-operatório e que a utilização do balão no pós-operatório já é indicativo de mau prognóstico22.
Os resultados da equipe de Christenson foram tão contundentes que, em carta ao editor da revista Anais de Cirurgia Torácica (2001), houve uma discussão a cerca do caráter ético de se realizar novos estudos randomizados com grupo controle, face aos grandes benefícios, já estabelecidos, do balão pré-operatório para grupo selecionado de pacientes23. Entretanto, é importante perceber que grande parte das amostras nos estudos de Chritenson era composta de pacientes instáveis, diferente do que ocorreu em nosso estudo, onde a totalidade dos pacientes apresentava-se estável clinicamente.
Os resultados do nosso estudo apontaram para uma diminuição de mortalidade de 30% nos pacientes tratados com BIAo, comparados com os pacientes do grupo controle. Porém, não houve diferença estatisticamente significativa. Indicaram também para uma importante redução de risco para infarto do miocárdio trans e pós-operatórios, na ordem de 78%, estatisticamente significativa, com risco relativo para infarto de 0,22. Após ajuste dos resultados para as variáveis de interesse, com uso de regressão multivariada de Cox, a redução de risco relativo se manteve de forma importante e com significância estatística.
Apesar de ter havido uma heterogeneidade entre os dois grupos de pacientes, as diferenças na amostra indicavam para uma tendência de pacientes mais graves no grupo com balão intra-aórtico, não havendo, portanto, o viés de confusão nos resultados obtidos.
Para a correta análise de nossos resultados, identificamos variáveis que, em estudos anteriores, estiveram relacionadas com os desfechos em questão, principalmente com infarto trans e pós-operatório, como tempo de circulação extracorpórea aumentado24,25, lesão de tronco de coronária esquerda26-28 e CRM incompleta29, somadas a variáveis já consagradas como fatores da maior risco: idade, angina instável e revascularização miocárdica prévia. Estas variáveis foram controladas na análise multivariada, assim como a gravidade da disfunção ventricular esquerda, expressa pela fração de ejeção do ventrículo esquerdo.
Não houve diferença na distribuição da variável tempo de circulação extracorpórea aumentado (tempo de CEC igual ou superior a 90 min) entre os dois grupos de pacientes. Porém, essa variável esteve associada, de forma significativa, a uma maior freqüência de infarto agudo do miocárdio trans e pós-operatório, em concordância com achados de estudos anteriores.
A variável revascularização miocárdica incompleta esteve distribuída, diferentemente, nos dois grupos de pacientes. Todos os casos de CRM incompleta ocorreram no grupo sem balão. Igualmente, não houve associação desta variável com o desfecho em questão.
As análises das freqüências das variáveis, ventilação mecânica prolongada, insuficiência renal aguda, baixo débito cardíaco e uso prolongado de drogas vasoativas, no grupo tratado com BIAo e no grupo controle, foram estabelecidas como desfechos secundários, por estarem relacionadas, de alguma maneira, com a função ventricular esquerda.
A isquemia de membros inferiores, relacionada com o sítio de inserção, e a plaquetopenia são as complicações mais freqüentemente encontradas com o uso de balão intra-aórtico30. Essas complicações estão relacionadas, principalmente, com o diâmetro do cateter-balão, com o tempo de uso da contrapulsação, com períodos prolongados de hipotensão e com a presença de vasculopatia prévia. Na literatura31, é mencionada uma incidência de complicações vasculares com a utilização de balão intra-aórtico, que pode atingir a ordem de até 20%. Essas complicações podem ser minimizadas se forem utilizados cateteres menores que 9,5F, ao passo que a plaquetopenia está relacionada, diretamente, com o tempo de uso da contrapulsação.
Frente a pacientes com vasculopatia e com indicação de balão intra-aórtico, deve-se avaliar a relação entre o risco e o benefício do método, pois tal situação está fortemente associada a complicações vasculares posteriores.
Em nossa amostra, as complicações vasculares montaram a 2,51%, sem diferença significativa entre os dois grupos de pacientes. Nosso critério para considerar como complicação vascular foi o da necessidade de medida cirúrgica para restabelecimento da perfusão do membro afetado. Não houve casos de necessidade de amputação em nenhum dos grupos de pacientes. Comparando com a literatura, no mesmo estudo de coorte de Merharwal, com 911 pacientes, foi encontrada uma freqüência de 5,9% de complicações vasculares, sendo que, nesse estudo, foram utilizados critérios bastante semelhantes aos nossos.
Frente a esses resultados, algumas perguntas suscitaram nossa atenção: se utilizássemos apenas o critério da fração de ejeção em cirurgia eletiva para definir alto risco, os efeitos protetores do balão permaneceriam? Os resultados obtidos na Europa seriam reprodutíveis em nosso meio?
Como vimos em nosso estudo, houve uma importante redução no risco de infarto trans e pós-operatório, mas não houve redução na mortalidade de forma significativa. Talvez, se os critérios de risco fossem mais rígidos, o efeito protetor do balão dar-se-ia de forma mais marcante, em termos de mortalidade intra-hospitalar. Entretanto, a importante redução no número de infartos obtido, muito provavelmente, deve repercutir, favoravelmente, em termos de mortalidade pós-hospitalar13.
Diante desses resultados, cabe questionar se é possível flexibilizar a indicação do balão intra-aórtico, usando apenas o critério fração de ejeção, quando se pretende prevenir desfechos semelhantes àqueles pesquisados por Christenson. Para tanto, seriam necessários novos estudos randomizados, os quais, conforme abordado anteriormente, necessitariam de importante análise ética.
Os resultados deste estudo de coorte permitem inferir que o emprego do balão intra-aórtico no pré-operatório de cirurgia de revascularização miocárdica eletiva, em pacientes com fração de ejeção inferior ou igual a 40%, pode reduzir, de forma significativa, o risco de infarto agudo do miocárdio trans e pós-operatório, sem incremento de complicações vasculares. Nesta mesma situação, o emprego do balão não modifica, de forma significativa, a mortalidade intra-hospitalar, bem como não reduz, de forma significativa, a necessidade de uso de drogas vasoativas, as freqüências de baixo débito cardíaco, ventilação mecânica prolongada e de insuficiência renal aguda. Deve-se considerar que conclusões feitas a partir de modelos de estudo de coorte são indicativas de uma tendência. Para se estabelecer como rotina o uso de balão intra-aórtico nesta situação é necessária a realização de estudos randomizados.
Marcelo Kern IC/FUC – Unidade de Pesquisa Av. Princesa Isabel, 370 90620-001 – Porto Alegre, RS E-mail:
Recebido em 18/03/04
Aceito em 30/03/05
OBJECTIVE: To evaluate the effectiveness of prophylactic intra-aortic balloon (IAB) in elective myocardial revascularization surgery (MRS), to prevent trans or post-operative infarction and reduce intra-hospital mortality in patients with low left ventricular ejection fraction. METHODS: Using a cohort study model, 239 patients with left ventricular ejection fraction <40%, submitted to elective MRS with extracorporeal circulation (ECC) were evaluated from March 1995 to February 2001. RESULTS: Of these, 58 patients received preoperative IAB and the remainder underwent surgery without circulatory assistance (control group). The two groups of patients had similar characteristics regarding factors associated to the pertaining outcomes. There were five demises (8.6%) in the group with IAB and 21 (11.6%) in the control group (non-significant difference). There were 2 (3.4%) infarctions in the IAB group and 28 (15.5%) in the control group (p< 0.05), relative risk of 0.22 with an interval of confidence of 95% from 0.05 to 0.85 CONCLUSION: The use of pre-operative IAB can significantly reduce the risk of trans or post-operative acute myocardial infarction (AMI) in patients with decreased systolic function, without increasing vascular complications. In this same situation, the IAB does not significantly decrease mortality. Randomized studies are necessary to establish more precise conclusions.
The use of preoperative intra-aortic balloon in myocardial revascularization surgery associated to severe ventricular dysfunction
Instituto de Cardiologia do Rio Grande do Sul / Fundação Universitária de Cardiologia - Porto Alegre, RS - Brazil
Improvements in medical assistance, especially in the ischemic cardiopathy area, with the development of pharmacological treatment and interventionist cardiology, resulted in an increased number of high-risk patients that need myocardial revascularization surgery (MRS)1-3. The stenosis of the left coronary trunk, surgical coronary reintervention, unstable angina and low ejection fraction of the left ventricle have been identified in previous studies, as risk factors for the worst post-operative prognosis4,5. However, patients with decreased left ventricle ejection fraction are among those that can benefit the most, in time, from the surgical treatment6.
The significant change in the type of patient who is submitted to myocardial revascularization surgery with extracorporeal circulation resulted in a considerable increase of the cost of the procedure, as well as in a relative increase of mortality7-10. It became necessary to institute measures to neutralize risk factors capable to attaining acceptable results at reasonable costs.
The intra-aortic balloon (IAB) counterpulsation produces hemodynamic effects that significantly benefit the cardiac outcome. These effects are due to the increase of oxygen flow to the myocardium and consequent improvement of diastolic perfusion, as well as by the reduction in oxygen consumption due to the decreased left ventricular post-load11. Patients with systolic dysfunction of ischemic etiology present an important reduction in the myocardial energetic reserve, and can benefit from the use of the intra-aortic balloon through the redistribution of blood flow to the ischemic myocardium12. This improvement in coronary flow, even for a reduced treatment period, can result in a higher energetic reserve for the transoperative ischemia period, resulting in improved hemodynamic recovery after extracorporeal circulation. It also reduces cardiac load, offering continuing circulatory support during and after surgery.
This study aims at verifying whether the preoperative use of intra-aortic balloon during elective myocardial revascularization surgery in clinically stable patients with poor left ventricular function can result in the reduction of perioperative mortality and morbidity.
We prospectively evaluated 239 patients by means of a study protocol; all patients presented severe ischemic cardiopathy, left ventricular dysfunction, characterized by left ventricular ejection fraction
Although a decreased left ventricular ejection fraction represents an indication for the use of intra-aortic balloon in the pre-operative period of the revascularization surgery at the institution, the device implantation could not be accomplished for all patients included in the study, which resulted in patients being divided in two study groups:
Control group: included 181 patients (75.7%) who did not receive an intra-aortic balloon due to the device unavailability or the presence of a relative contraindication, such as peripheral vascular disease, aortic or iliac-femoral graft, moderate aortic regurgitation, tachyarrhythmia with ventricular frequency over 160 bpm, and contraindication to heparin or other intravenous anticoagulant drug.
IAB group: consisted of 58 patients (24.2%) who received an implant of intra-aortic balloon pump, between 2 and 24 hours before the moment of aortic clamping during cardiac surgery.
The patients’ demographic characteristics are shown in
All patients underwent a percutaneous puncture of the femoral artery, with the insertion of a 10F arterial sheath and positioning of a balloon-catheter by radioscopy. After the implant of the intra-aortic balloon, the patients were anticoagulated with heparin and taken to the Intensive Care Unit (ICU), to await the myocardial revascularization surgery start. The counterpulsation equipment utilized was Datascope, adequately adjusted by the clinical staff of the surgical team.
The device was kept during the post-operative period for up to 48 hs, and its removal followed the clinical criteria of hemodynamic stability.
The surgical myocardial revascularization was carried out through median sternotomy, hypothermic extracorporeal circulation (32ºC), myocardial preservation by infusion of hypothermic crystalloid cardioplegic St Thomas II solution (4ºC) and coronary bypass and/or internal thoracic artery implantation.
After surgery, the patients received routine care.
Primary outcomes were: 1) intra-hospital demise, which happened at the intra or immediate post-operative period, considered the hospital stay period, regardless of its cause; 2) myocardial infarction at the trans or post-operative period: infarction that occurred presumably during the period encompassing from the anesthetic induction to the hospital release from the ICU, following the diagnostic criteria of the occurrence of a new pathological Q wave or the left bundle branch block at the electrocardiogram, and serum creatine phosphokinase mb (CPKmb) > 50 mg/dl or CPKmb > 80 mg/dl in the absence of a new Q wave or left bundle branch block13.
The outcomes considered as secondary ones were: 1) low cardiac output, characterized by clinical or laboratory signs of reduced tissue perfusion, such as decreased urine output < 400 within 24 hs, increase of serum lactate > 3 mg/dl, arterial pH < 7.28 with sodium bicarbonate < 20 mEq/l;. 2) use of vasopressor for a period > 24 hs, from the admission at the ICU; 3) mechanical ventilation by orotracheal intubation for period of time > 24 hs, from the admission at the ICU; 4) acute renal failure, having as criterion the elevation of serum creatine on the 2nd post-operative day to a value > 50% of the pre-operative control; 5) vascular complications, such as the ones attributable to the intra-aortic balloon, which needed surgical intervention in order to re-establish blood flow or that implicated in a permanent functional decrease of the limb, used for the insertion of the balloon-catheter.
This cohort study did not determine ethical implications or risk increase for the patients who participated in it. The fact that only part of the patients who had an indication for intra-aortic balloon due to reduced left ventricular fraction actually received the treatment, according to the routine of the institution where the study was carried out, did not depend on the decision of the researchers or the doctors who performed the therapeutic interventions, but on the moment’s availability. The research project was analyzed by the Review Boards of the institutions where the study was carried out, and they approved the study.
The data collected were transcribed to contingency tables, with the quantitative data being shown as mean±standard deviation (SD), whereas the categorical variables are presented as percentages. Data processing was carried out by the SPSS software (release 11.0).
Group comparison was carried out by Student’s T test, for quantitative variables, and Chi-square test for categorical variables.
For low frequency situations, Fisher exact test was used. To evaluate the power of association, the relative risk was used, with its respective confidence interval of 95%.
In order to adjust the effect of important risk factors in the relation between the use of intra-aortic balloon and the occurrence of considered outcomes, Cox proportional-hazards regression model was utilized.
An alpha of 5% was considered as level of significance, with higher significance levels being indicated.
Regarding the significant differences in the characteristics of the patients distributed between the two groups, we observed a predominance of the male gender in the control group (69.9%), differently from the study group (43.1%, p< 0.001). As for the mean ejection fraction, a higher value was observed for control group, when compared to the study group (32 ± 6% vs 29 ± 6%, p < 0.01, respectively). Regarding the percentage of patients with an ejection fraction
Concerning the remaining variables, there were no significant differences between the two groups, as shown in
There were 26 demises, which correspond to a global mortality of 10.9%. There were 21 demises in the control group (mortality of 11.7%) and 5 in the IAB group (8.6% of mortality). The 30% reduction in mortality related to the treatment with IAB was not significant, as shown in
Acute myocardial infarction (AMI) occurred in 30 patients (18.9%). When the groups are considered, 28 patients (15.5%) from the control group suffered an AMI, whereas only 2 patients from the study group (3.4%) had the same complication, which is a statistically significant difference (p< 0.05). The relative risk of myocardial infarction in a revascularization surgery was 0.22 for patients who received the intra-aortic balloon in the pre-operative period (confidence interval of 95%, with a value ranging from 0.05 to 0.85).
For a higher degree of confidence concerning the relation between the use of intra-aortic balloon and decrease of perioperative infarction risk, a multivariate analysis with Cox regression was carried out, controlling the following variables: age, gender, left ventricle ejection fraction, time of extra-corporeal circulation > 90 min and incomplete myocardial revascularization, previous myocardial revascularization surgery, unstable angina and left coronary trunk lesion. As shown in
The variable extracorporeal circulation > 90 min showed to be associated to trans and post-operative myocardial infarction outcome in our sample. The remaining variables did not correlate to such outcome.
No significant differences were observed regarding the occurrence of secondary outcomes such as prolonged mechanical ventilation, acute renal failure, low cardiac output, prolonged vasopressor drug use, and in the occurrence of vascular complications in the two groups studied, as shown in
Previous studies that identified poor operative prognosis factors in MRS with extracorporeal circulation (ECC) indicated that the following factors are relevant: left coronary trunk lesion, unstable angina, previous MRS and systolic dysfunction of the left ventricle. The profile change in patients who were candidate to MRS was mainly characterized by a larger proportion of individuals with ventricular dysfunction2. In our study, we aimed at evaluating whether the beneficial hemodynamic effects of the IAB persisted as a protective factor for the MRS, when taking into account only the reduced ventricular function as a risk factor.
We used the left ventricle ejection fraction, measured by radioisotopic ventriculography at rest, as a criterion to define ventricular dysfunction, and therefore, high risk for the concerning outcomes. Previous multicentric studies14 identified left ventricular failure as the main risk factor for sudden death and new coronary events in ischemic patients. In most of the reviewed studies, the criterion of ejection fraction was present at the definition of high operative risk. Associated to that, one can affirm that most of the remaining criteria mentioned somehow influence the myocardial contractile performance.
We considered 40% of the ejection fraction as the cut-off level to characterize high risk, as it was the most often used value in the reviewed studies.
As described by Antman12, trans and post-operative myocardial infarctions occur in 5 to 15% of MRS. Autopsy analyses indicate that most of the grafts performed were patent, so the physiopathological mechanism of the perioperative infarction seems to be related to the disproportion between oxygen offer and demand by the myocardium, and not to the occlusion of the bypass grafts. This supports the idea that the prophylactic IAB can be beneficial in MRS.
According to our literature review, starting in 1992 with Georgeson and cols.15 and mainly from the studies by Christenson and cols.16, the pre-operative prophylactic use of the IAB has shown to be important to prevent trans and post-operative complications in selected groups of patients.
In 1976, Cooper and cols.17, in a case series, reported that the prophylactic use of the balloon in revascularization surgery in the presence of left coronary trunk lesion was a safe strategy, with no increment of vascular complications. The surgical results were adequate and comparable to those obtained in lower risk surgeries.
Georgeson and cols.15, in a small review study, concluded that the pre-operative use of the balloon in non-cardiac surgery was benefical, when the patients were classified as having higher risk (Goldman class IV).
In a 27-year review of the use of IAB, carried out at the Massachusetts General Hospital, mortality among patients who received pre-operative IAB at the myocardial revascularization surgery was 13.6%, whereas the mortality of patients who received trans or post-operative IAB was approximately 35%18.
The use of pre-operative IAB started to consolidate as a myocardial protection method for patients with increased risk in MRS as of the studies by Jan T. Christenson, initially published in 1997, producing a sequence of scientific work in this area until the recent publication in 200219.
The series of articles produced by the team at Hospital Columbia de Ia Tour, led by Christenson, was the inspiration for our study. These studies concluded that the pre-operative use of the intra-aortic balloon in high-risk patients decreased the chance of infarction and death, reduced the hospital stay duration and was cost-effective.
They also defined, as the main risk factors for post-operative complications, left coronary trunk lesion, urgent surgery, unstable angina, reoperation and decreased ejection fraction, and that in the presence of two of these factors, the use of prophylactic IAB would be indicated20.
This study series showed the ideal time for pre-operative device implanting was between 24 and 2 hours before the surgery21. It also demonstrated that the use of pre-operative IAB reduced the need for post-operative hemodynamic support and that the post-operative use of the balloon is an indication of poor prognosis22.
The results obtained by Christenson and cols were so remarkable that, in a letter to the Editor of the Annals of Thoracic Surgery Journal (2001) there was a discussion regarding the ethical aspect of conducting further randomized studies with a control group, considering the known great benefits of the pre-operative use of IAB for a selected group of patients23. However, it is noteworthy that a large number of patients from the samples studied by Christenson consisted of unstable patients, differently from our study, where all patients were clinically stable.
The results of our study point to a 30% decrease in mortality among patients treated with IAB, compared to patients from the control group. There was, however, no statistically significant difference. They also showed an important decrease in the risk of trans and post-operative myocardial infarction, of around 78%, which is statistically significant, with a relative risk for infarction of 0.22. After adjusting the results for the variables of interest, with the use of Cox multivariate regression, the reduction of the relative risk remained important and statistically significant.
Although there was heterogeneity between the two groups of patients, the differences in the sample indicated a tendency for more severe patients in the group with IAB, thus excluding the confusion bias in the results obtained.
For the correct analysis of our results, we identified variables, which in previous studies were related to the concerning outcomes, mainly trans and post-operative infarction, such as increased time of extracorporeal circulation24,25, left coronary trunk lesion26-28, and incomplete MRS29, in addition to variables already established as higher risk factors: age, unstable angina, and previous myocardial revascularization. These variables were controlled at the multivariate analysis, as well as the severity of the left ventricular dysfunction, expressed by the left ventricular ejection fraction.
There was no difference in the distribution of the increased extracorporeal circulation time variable (time of ECC
The incomplete myocardial revascularization variable was unevenly distributed between the groups of patients. All incomplete MRS cases occurred in the group without IAB. Likewise, there was no association between this variable with the concerning outcome.
The frequency analysis of the variables: prolonged mechanical ventilation, acute renal failure, low cardiac output and prolonged use of vasoactive drugs in the group treated with IAB and the control group, were established as secondary outcomes, for being somewhat related to the left ventricular function.
The ischemia of lower limbs, related to the insertion site, and thrombocytopenia are the most frequent complications observed with the use of IAB30. These complications are mainly related to the diameter of the balloon-catheter, the time of counterpulsation use, prolonged hypotension periods and the presence of previous vasculopathy. An incidence of up to 20% of vascular complications with the use of IAB is mentioned in the literature31. These complications can be minimized if catheters < 9.5 F are used, while thrombocytopenia is directly related to the time of counterpulsation use.
Regarding patients with vasculopathy and indication of IAB, the relation between the risks and the benefits of method must be assessed, as this situation is strongly associated to posterior vascular complications.
In our sample, vascular complications reached 2.51%, with no significant difference between the two groups of patients. The criterion used for vascular complication was the need for surgical measures to re-establish perfusion in the affected limb. Amputation was not necessary in any of the two groups of patients. Compared with the literature, in the same cohort study by Merharval with 911 patients, a frequency of 5.9% of vascular complications was observed using criteria that were very similar to ours.
Considering such results, some questions called our attention: if we used only the criterion of ejection fraction in elective surgery to define high risk, would the protective effects of the IAB remain? Would the results obtained in Europe be reproducible in our country?
As we observed on our study, there was a significant reduction in trans and post-operative infarction risk, but there was no significant reduction in mortality. Perhaps, if the risk criteria were stricter, the protective effects of the balloon would be more relevant, regarding intra-hospital death. However, the important reduction in the number of infarctions should probably reflect positively on the intra-hospital mortality13.
In face of these results, one must question whether it is possible to be flexible regarding the indication IAB use, using only the ejection fraction criterion, when one intends to prevent outcomes similar to those researched by Christenson. In order to do so, further randomized studies would be necessary, which, as mentioned previously, would need ethical analysis.
The results of this cohort study allow us to conclude that the use of pre-operative IAB in elective MRS in patients with ejection fraction
In this same situation, the use of the IAB does not significantly decrease intra-hospital mortality, as well as the need for vasoactive drugs, low cardiac output frequencies, prolonged mechanical ventilation time and occurrence of acute renal failure. One must consider the fact that conclusions drawn from cohort studies are indicative of a tendency. In order to establish the routine use of intra-aortic balloon in this situation, further randomized studies must be carried out.
Marcelo Kern IC/FUC – Unidade de Pesquisa Av. Princesa Isabel, 370 90620-001 – Porto Alegre, RS - Brazil E-mail:
Received on 03/18/04
Accepted on 03/30/05