Apesar de relativamente recente, nota-se um acúmulo crescente e robusto de evidências experimentais e clínicas que apontam um estado gradativo de ativação imune-inflamatória em pacientes com insuficiência cardíaca (IC). Níveis elevados de diversas citocinas são encontrados na circulação e no músculo cardíaco de indivíduos com IC, correlacionando-se, invariavelmente, com o grau de gravidade da doença e agindo na disfunção endotelial, no estresse oxidativo, na indução de anemia, na apoptose miocitária e na perda gradativa de massa muscular esquelética - no que se convencionou denominar o paradigma inflamatório da IC. Não só o miocárdio, mas diversos tecidos parecem sintetizar tais citocinas e perpetuar esse contínuo estado de inflamação em baixo grau, inclusive leucócitos, monócitos, células musculares esqueléticas e endoteliais - em resposta a estímulos hemodinâmicos, infecciosos, à hipóxia, ao estresse oxidativo e à ativação neuro-humoral, entre outros. Desse modo, forma-se uma rede de moléculas que interagem entre si, estabelecendo, ainda, conexões com outros eixos que efetivamente contribuem para a deterioração clínica dos pacientes - o que se encaixa no modelo fisiopatológico de acometimento multissistêmico que tem sido cada vez mais atribuído à IC. Ainda que a dosagem periférica desses biomarcadores reúna evidências bastante sólidas de poder prognóstico, os resultados dos ensaios terapêuticos que modularam em fase clínica a alça imune-inflamatória foram, até então, pouco encorajadores. Desse modo, acreditamos que é fundamental compreender melhor a ativação inflamatória e sua multifacetada relação com os eixos de descompensação da doença, para que possamos estabelecer novas perspectivas terapêuticas com impacto de relevância em um futuro próximo.
Ativação imune-inflamatória na insuficiência cardíaca
Hospital Universitário Antônio Pedro, Universidade Federal Fluminense - Niterói, RJ - Brasil
Apesar de relativamente recente, nota-se um acúmulo crescente e robusto de evidências experimentais e clínicas que apontam um estado gradativo de ativação imune-inflamatória em pacientes com insuficiência cardíaca (IC). Níveis elevados de diversas citocinas são encontrados na circulação e no músculo cardíaco de indivíduos com IC, correlacionando-se, invariavelmente, com o grau de gravidade da doença e agindo na disfunção endotelial, no estresse oxidativo, na indução de anemia, na apoptose miocitária e na perda gradativa de massa muscular esquelética - no que se convencionou denominar o paradigma inflamatório da IC.
Não só o miocárdio, mas diversos tecidos parecem sintetizar tais citocinas e perpetuar esse contínuo estado de inflamação em baixo grau, inclusive leucócitos, monócitos, células musculares esqueléticas e endoteliais – em resposta a estímulos hemodinâmicos, infecciosos, à hipóxia, ao estresse oxidativo e à ativação neuro-humoral, entre outros. Desse modo, forma-se uma rede de moléculas que interagem entre si, estabelecendo, ainda, conexões com outros eixos que efetivamente contribuem para a deterioração clínica dos pacientes – o que se encaixa no modelo fisiopatológico de acometimento multissistêmico que tem sido cada vez mais atribuído à IC.
Ainda que a dosagem periférica desses biomarcadores reúna evidências bastante sólidas de poder prognóstico, os resultados dos ensaios terapêuticos que modularam em fase clínica a alça imune-inflamatória foram, até então, pouco encorajadores. Desse modo, acreditamos que é fundamental compreender melhor a ativação inflamatória e sua multifacetada relação com os eixos de descompensação da doença, para que possamos estabelecer novas perspectivas terapêuticas com impacto de relevância em um futuro próximo.
A síndrome de insuficiência cardíaca congestiva (IC) tem se tornado um preocupante problema de saúde pública para a maioria dos países, alcançando um altíssimo impacto socioeconômico, que se deve principalmente aos gastos com hospitalizações, medicamentos e intervenções, mas também a custos indiretos relacionados à redução da qualidade de vida e à perda de produtividade1-3.
Estima-se que seja atualmente de dois milhões o número de brasileiros vivendo com IC, e que até um terço das internações hospitalares no Sistema Único de Saúde seja causado pela doença2,3; mais ainda, entre os pacientes com mais de 60 anos, a IC é a principal causa de hospitalização e de mortalidade no Brasil e no resto do mundo ocidental1,3. E o cenário epidemiológico que se desenha parece ser ainda mais desanimador: há bastante comprovação sugerindo que o problema vá se agravar no futuro, na medida em que as taxas de prevalência e mortalidade só aumentam, ano após ano, em contraste direto com o que se tem observado para as diversas outras desordens cardiovasculares2,3.
Todas essas considerações, formuladas como são para uma doença cuja compreensão dos mecanismos fisiopatológicos tem sido recorrentemente revista e reformulada nos últimos anos, só expõem o desafio que é descortinar o caráter multifacetado e a progressão multissistêmica inerentes à IC1,4. O desenvolvimento da IC tal qual entendemos hoje envolve alterações em diversos sistemas homeostáticos, de forma que a síndrome pode ser vista como uma desordem pluriorgânica progressiva que, uma vez originada no coração, estende seu acometimento para muitos outros sítios extracardíacos4,5. Esses processos fisiopatológicos englobam caminhos metabólicos distintos, mas que se interligam e interagem entre si, concorrendo para perpetuar e fazer avançar a falência e remodelagem cardíaca, a caquexia esquelética e a disfunção endotelial que se tornam marcas das formas mais avançadas da doença1,4. Mesmo nas formas mais discretas e ainda incipientes de IC, essas alterações já estão presentes e têm sido recentemente avaliadas como potenciais marcadores de diagnóstico precoce e podem, mais ainda, servir como sinalizadores de risco e prognóstico4.
Nesse sentido, as alterações imunológicas e inflamatórias têm sido reconhecidas e avaliadas com crescente interesse nos últimos anos. Isso se deve principalmente à reprodução das alterações que tais mediadores podem produzir em modelos experimentais, mimetizando fenótipos e padrões clínicos variados da síndrome de IC, notadamente nos processos de subcelulares e celulares associados à remodelagem4,5.
Extrapolando tais evidências experimentais para estudos clínicos, tem se observado que níveis elevados de citocinas, como o TNF-a, a IL1 e a IL6 na circulação e no músculo cardíaco de indivíduos com IC, trazem importante informação prognóstica, de modo que tais substâncias têm sido recorrentemente implicadas nos mecanismos de progressão da doença4-11. Esses estudos têm gerado um acúmulo inexorável de evidências que apontam um estado progressivo e repetitivo de ativação imune-inflamatória associado ao avanço da disfunção ventricular, com intensa liberação e ativação na corrente sangüínea de citocinas, complemento, auto-anticorpos, moléculas de adesão, entre outros4,5.
As citocinas são moléculas que interligam, amplificam e propagam a resposta imune, envolvidas que estão em recrutar células para áreas de inflamação, estimulando sua divisão, proliferação e diferenciação4. Não só células imunológicas, mas também fibroblastos, plaquetas, endotélio, músculo liso vascular e o próprio cardiomiócito, principalmente sob estímulo de hipóxia, estresse mecânico e da endotoxina, são capazes de produzir um amplo e variado espectro desses peptídeos biológicos4-6. A ação das citocinas sobre o sistema cardiovascular está bem assentada em bases experimentais que demonstram promoção de inflamação, disfunção endotelial, coagulação intravascular, desacoplamento do estímulo beta-adrenérgico, geração de radicais livres, perda gradativa de massa muscular e intolerância ao exercício, entre outros efeitos4-6. A
Em paralelo a essas observações, diversos pesquisadores começaram a estudar como seriam ativadas no paciente com IC as citocinas – quais seriam os estímulos que funcionariam como "provocadores" – e quais sítios de produção levariam à elevação de seus níveis na corrente sangüínea4,5,7,8. Todas essas pesquisas passam necessariamente pelo entendimento de que, conhecendo uma vez a origem e os caminhos da produção dessas substâncias, pudéssemos contribuir para frear o avanço da falência multissistêmica que é inerente à IC avançada.
A prova experimental da síntese de TNF-a em miocárdio felino foi inicialmente observada por Torre-Amione e cols.8,9 quando correlacionaram, de forma diretamente proporcional, o grau de distensão da cavidade do ventrículo esquerdo (VE) com a produção local do TNF-a. Logo após, o mesmo grupo e o de Ferrari e cols.10 foram pioneiros em observar, no miócito humano isolado de corações de necropsia, a presença de mRNA e de receptores para a citocina. Com base nessas observações, Torre-Amione e cols.8,9 imaginaram um mecanismo de produção miocárdica do TNF-a como justificativa dos níveis aumentados de citocinas na IC, onde a distensão parietal diastólica associada ao aumento das pressões de enchimento levaria à superexpressão local de TNF-a, e a citocina extravasaria para a circulação, contribuindo para a ativação imune e o estado de inflamação sistêmica, como ilustra a
Hasper e cols.11 propõem que a resposta vasodilatadora ineficaz e a diminuição da atividade enzimática aeróbica, características do envolvimento pluriorgânico da IC, seriam estímulos suficientes para que houvesse uma superexpressão sistêmica, mas notadamente na musculatura esquelética, de citocinas. A hipóxia tissular e geração de radicais livres são potentes estímulos para a síntese das citocinas associada ao NFk-b em células imunocompetentes de todo o organismo4,11; com o avanço da doença, os níveis inexoravelmente elevados de citocinas piorariam ainda mais a disfunção endotelial, a hipóxia tissular e a apoptose esquelética, o que serviria de estímulo para a síntese sistêmica de citocinas e de estresse oxidativo, gerando um ciclo vicioso de perpetuação da doença e de promoção de caquexia que se aproxima fielmente do modelo de progressão multissistêmica da IC12,13. A
Ao observarem a elevação concomitante de TNF-a e de receptor CD14 solúvel (sCD14) no sangue periférico de pacientes com IC avançada, Anker e cols.14 imaginaram um modelo de ativação das citocinas na IC que passaria, necessariamente, pela produção de endotoxina (ETX) derivada de bactérias intestinais. Eles analisaram os níveis periféricos dessas substâncias em 47 pacientes com IC avançada (29 de etiologia isquêmica) e em 17 controles sadios, sem doença estrutural cardíaca ou condição inflamatória aguda/crônica14. Os níveis de sCD14 estavam aumentados nos pacientes com IC, especialmente nos caquéticos, e observou-se uma forte correlação entre os níveis de sCD14 e de TNF-a, sTNF-R1 e sTNF-R2 – sugerindo que a ETX estivesse de algum modo envolvida na ativação imune-inflamatória da IC14.
Assim, Anker e cols.14 propuseram que em pacientes com IC a interação entre receptores CD14 de células imunocompetentes com a ETX liberada por bactérias gram-negativas (BGN), possivelmente do tubo gastrointestinal, causaria a transdução de sinal necessária para a produção de IL6, TNF-a e outras citocinas pró-inflamatórias. Essa interação é, de fato, documentada como a mais potente reação endógena capaz de liberar TNF-a4,14,15. Os mesmos investigadores, visando corroborar a hipótese inicial, demonstraram em seguida que pacientes com IC e edema periférico possuem níveis mais elevados de sCD14, TNFa e de ETX que outros sem edema, e esses apresentam níveis maiores que controles sadios, sem a doença15; mais ainda, após um tratamento diurético de em média 40 dias, ocorreu uma queda importante nos níveis de ETX e uma tendência à queda nos níveis de TNF-a15.
Anker e cols.14 sugerem que seus dados dão suporte à hipótese de que a congestão da parede intestinal (admitida como presente nos pacientes com congestão venosa sistêmica) induziria a uma proliferação das bactérias residentes, com translocação e/ou liberação de ETX na corrente sangüínea.
A microbiota residente no tubo gastrointestinal humano é formada por uma colônia de algo mais de 1016 microorganismos de mais de 400 espécies diferentes, numa relação simbiótica complexa, mas estável, com as células da camada mucosa16. Esse padrão normalmente estável de colonização pode sofrer sensíveis alterações em diversas doenças, como a insuficiência hepática e a IC, em estados de privação alimentar e no paciente crítico em geral17. É consenso, derivado principalmente de estudos clínicos em ambiente de terapia intensiva, que a translocação de bactérias e/ou seus produtos através do intestino represente um papel fundamental em iniciar ou perpetuar a falência clínica não só pela disseminação sistêmica das bactérias, mas fundamentalmente pela produção local no tecido linfóide e na circulação de fatores pró-inflamatórios17,18. Até onde podemos extrapolar essas observações sobre a translocação intestinal em pacientes graves e modelos experimentais de choque para o cenário de IC permanece fonte de inesgotável debate.
Logo, na hipótese de Anker e cols.14, após a translocação ocorreria ativação imune pela ligação da ETX circulante aos receptores CD14, com liberação para a corrente sangüínea de sCD14, que pode ser detectado no plasma15,18,19. Apesar da baixa amostragem utilizada, os estudos de Anker e cols.14 representam, até hoje, o principal embasamento para o que se convencionou chamar desde então de hipótese da produção de citocinas induzida pela endotoxina bacteriana, ou, simplesmente, "hipótese endotoxina-citocina"18. As
Em excelente estudo-piloto, Conraads e cols.20 avaliaram de forma pioneira o potencial terapêutico da descontaminação intestinal seletiva (DIS) sobre a ativação inflamatória na IC avançada: os autores observaram em 10 pacientes em CF III e IV de NYHA submetidos a um regime de DIS com antibióticos não-absorvíveis (polimixina B e tobramicina por 8 semanas) que o tratamento foi capaz de erradicar as BGN intestinais e diminuir de forma significativa os níveis de ETX no sangue e nas fezes, além dos níveis séricos de IL1, IL6 e TNF-a. Com esses resultados, esses autores abrem a perspectiva para que novas tentativas de abordagem das bactérias intestinais comprovem, com maior poder e melhor desenho estatístico, suas impressões iniciais favoráveis. Nosso grupo está conduzindo um estudo randomizado, duplo-cego e controlado por placebo em pacientes com IC avançada – que são aqueles com o mais elevado espectro de atividade inflamatória dentre os com a doença, e pretendemos confirmar se o uso criterioso do despovoamento das enterobactérias produtoras de ETX é de fato capaz de reduzir o grau de atividade inflamatória na IC.
O principal sítio de produção do TNF-a é o macrófago ativado, mas muitos outros tipos celulares, como fibroblastos, neutrófilos, células endoteliais, músculo liso vascular e o próprio cardiomiócito, já foram implicados como fontes, sob estímulo de hipóxia, estresse mecânico e da endotoxina5,6. O TNF-a é liberado como um homotrímero estável; nessa forma, a molécula tem uma meia-vida extremamente curta, de aproximadamente 30 minutos e é mensurada no soro usando tanto ensaios imunorreativos quanto citotóxicos6.
As ações biológicas do TNF-a são mediadas por dois tipos de receptores celulares, de localização disseminada no organismo, assim chamados receptores 1 e 2 (TNF-R1 e TNF-R2)8-10. Dentre eles, o TNF-R1 é o mais importante, porque medeia os principais efeitos celulares, iniciando uma cascata de respostas citotóxicas e apoptóticas6,10. Evidências experimentais sugerem que é através do TNF-R1 que a citocina determina também estímulo direto sobre a proliferação fibroblástica e a síntese de prostaglandina E2 e superóxido-dismutase, além da atividade antiviral e de resistência bacteriana8.
Muitos dos padrões clínicos observados em pacientes com IC são reproduzidos em modelos pré-clínicos pela ação direta do TNF-a4,6. Diversos estudos comprovam uma relação experimental muito estreita entre o TNF-a e a hipertrofia e necrose de músculo cardíaco, além de desarranjo da matriz extra-celular (MEC) e da mobilização intramiócito do cálcio6. O TNF-a ainda induz aumento do catabolismo basal ao estimular,
O NFk-b é um fator de transcrição que regula diversas substâncias pró-inflamatórias e pode ser ativado por múltiplos estímulos, como hipóxia, espécies reativas de O2, endotoxina bacteriana, citocinas, entre outros6,21. O tecido miocárdico de pacientes com IC de diversas etiologias exibe superexpressão dessa molécula e dos genes que ela regula, como o associado à síntese do TNF-a, de NO, de moléculas de adesão leucocitária e de metaloproteinases21. Já foi demonstrado que muitos tipos celulares em cultura, como células endoteliais, macrófagos, leucócitos e cardiomiócitos, respondem a alguns estímulos de citocinas com a síntese de NFk-b em um padrão de retroalimentação positiva que perpetua a própria ativação inflamatória
A IL6 é uma citocina multifuncional que está, graças ao acúmulo de evidências experimentais e clínicas, ligada à progressão da disfunção cardíaca por piora da limitação funcional e reinternações por descompensação da doença13,22. A IL6 promove proliferação e maturação de linfócitos, hipertrofia de cardiomiócitos e estimula a síntese de caspases e de mediadores hepáticos da resposta aguda, como a proteína C reativa (PCR)6,22. A IL6 ainda mostrou ser capaz de,
Em trabalho recente, Plenz e cols.22 observaram em corações de pacientes com IC avançada, no momento de retirada do órgão para transplante, que há expressão de mRNA, de proteína de IL6 e de seu receptor no interior do tecido miocárdico significativamente maior que a encontrada em amostras de biópsia de tecido de VD de indivíduos sem doença estrutural, submetidos a estudo eletrofisiológico22.
Ainda que a produção miocárdica de IL6 possa parecer significativa, sugere-se uma síntese periférica tão ou mais importante. Um estudo prognóstico demonstrou que os níveis periféricos de IL6 não só estão aumentados de forma significativa na artéria e veia femurais de pacientes com IC, como também ocorreria um extravasamento de IL6 pra circulação, representados pela diferença arteriovenosa de IL6 para um mesmo paciente, que é tão maior quanto pior a gravidade da doença, e se correlaciona de modo independente e significativo com pior prognóstico13.
Munger e cols.23 conduziram um estudo prospectivo com 78 pacientes com IC em CF III e IV, e encontraram aumento significativo dos níveis de IL6 nos pacientes com doença mais avançada e pior evolução, independentemente da etiologia23. Lommi e cols.24 observaram que os níveis de IL6 se relacionam diretamente com as pressões de enchimento e inversamente com o débito cardíaco, refletindo, aparentemente, o estado de deterioração hemodinâmica.
Em intrigante estudo, Kell e cols.25 analisaram a concentração plasmática de IL1, IL6, IL10, IL12, TNF-a e sCD14 em 91 pacientes com IC em CF III da NYHA e FE < 40%. Após o seguimento de 22 ± 13 meses, e na análise por regressão multivariada, a IL6 revelou ser o marcador prognóstico de sobrevida com maior poder preditivo independente em um ano. Mais ainda, a combinação do valor de FE e do pico de VO2 amplificou a predição de risco.
Toda espécie de mamífero é capaz de expressar dois genes associados à síntese de IL1 nos monócitos; no ser humano a maioria dos tipos celulares do organismo, sob condições ideais, pode produzir IL16.
O mecanismo pelo qual a IL1 deflagra seus efeitos pró-inflamatórios parece envolver a síntese de prostaglandinas e, talvez, uma ação direta sobre o desacoplamento do beta-receptor6. Thaik e cols.26 observaram, em culturas de cardiomiócitos de rato, que o estímulo com IL1b é capaz de causar hipertrofia por um mecanismo independente do NO, com indução da síntese de genes fetais e desativação de genes que regulam a dinâmica do cálcio intramiocitário. Francis e cols.27 atribuem um efeito inotrópico negativo à IL1, que poderia diminuir a contratilidade miocárdica através de um estímulo direto para a síntese de NO.
O receptor solúvel de IL1 tem sido considerado um marcador mais sensível e fidedigno da ativação da alça da IL1, e se correlaciona mais fortemente com a gravidade de diversas doenças, como a IC ou a sepse, onde os níveis periféricos de IL1 são usualmente baixos, o que os torna de difícil detecção com os ensaios atuais6. Recentemente, a detecção periférica de uma forma solúvel de receptor de membrana da IL1, chamado sT2, tem sido relatada como preditora de eventos em modelos experimentais de IC e IAM28.
A liberação pelo fígado da PCR parece ser, a despeito de todo o arsenal tecnológico recente, um indicador bastante sensível, específico e de rica correlação prognóstica em diferentes graus de estados inflamatórios – e tal decorre da propriedade da PCR de, uma vez liberada na circulação, interferir em praticamente todas as etapas da resposta imune-inflamatória29.
Diversos estímulos parecem estar envolvidos na regulação direta da síntese de PCR pelo hepatócito, mas a IL-6 parece ser o principal deles22,29. Outras citocinas como a IL-1b e o TNF-a também influenciam diretamente a liberação de PCR
Sato e cols.30 observaram em pacientes com IC descompensada – sem evento isquêmico ou infeccioso associados – níveis elevados de PCR (2,6 ± 0,8 mg/dl) com queda significativa destes após resolução dos sintomas relacionados ao quadro agudizado. Outros autores chegaram a conclusões semelhantes em grupos de pacientes com IC descompensada – recentemente, Mueller e cols.31 e Lamblin e cols.32 confirmaram o impacto prognóstico da dosagem de PCR em pacientes com IC descompensada, randomizando em conjunto quase 800 pacientes e confirmando a forte e independente associação entre a dosagem sérica desse marcador e a mortalidade.
Também nosso grupo analisou o valor prognóstico da dosagem sérica de PCR em pacientes com IC descompensada: em 119 pacientes em classe funcional III ou IV da NYHA, após seguimento médio de 1 ano, o melhor ponto de corte determinado para a PCR foi de 3 mg/dl, um valor que se aproxima daquele encontrado por Sato e cols.30, com grupo semelhante de pacientes. Desse modo, a PCR
O ácido úrico sérico está significativamente elevado em pacientes com IC em relação a indivíduos sem a doença, independentemente da função renal ou de tratamento diurético, e se correlaciona diretamente com a limitação funcional e a sobrevida, principalmente em pacientes caquéticos34,35. A hiperuricemia é um marcador bastante fidedigno de ativação das citocinas inflamatórias, de disfunção endotelial e de estresse oxidativo; de fato, a síntese de ácido úrico catalisada pela xantina-oxidase gera também radicais superóxido, hidroxila e peróxido de hidrogênio35.
Além do potencial oxidativo, o ácido úrico poderia exortar diversos efeitos maléficos diretos, como o estímulo à proliferação muscular lisa, à síntese de renina, à diminuição da síntese intramiocárdica de NO e à diminuição da liberação de cálcio pelo retículo sarcoplasmático em cardiomiócitos34.
Anker e cols.34 observaram, em 294 pacientes internados por descompensação da doença, em CF II e III da NYHA, que o melhor valor preditor de mortalidade para o ácido úrico no seguimento de 12 e 18 meses foi de 9,50 mg/dl; níveis de ácido úrico acima desse valor se relacionaram com sobrevida em 12 e 18 meses de 52% e 36%, respectivamente. Por sua vez, o grupo de pacientes com ácido úrico
Independentemente das considerações teóricas que advêm das análises experimentais, parece clara a evidência clínica de que o estresse oxidativo é o elo entre o ácido úrico e as diversas alterações relacionadas à progressão da IC, como a disfunção endotelial, a ativação das citocinas e a apoptose cardiomiocitária34,35. Se de fato a hiperuricemia e o estresse oxidativo que ela desencadeia são atores principais nesse processo ainda é relativamente cedo para sabermos. Um estudo em larga escala com o alopurinol está em desenvolvimento e deve trazer muita elucidação nesse sentido36.
De modo análogo ao que ocorre na cardiomiopatia idiopática, os níveis plasmáticos de TNF-a e IL10 estão elevados de forma apenas discreta na fase indeterminada da cardiopatia chagásica, alcançando níveis crescentes em indivíduos com doença cardíaca manifesta. Apesar do amplo espectro de acometimento miocárdico, também ocorrem alterações na função endotelial, no balanço oxidativo e na homeostasia do sistema imune já em indivíduos assintomáticos, as quais se tornam marcantes em pacientes com disfunção ventricular grave37,38.
Na miocardite aguda pelo
Permanece, entretanto, pouco claro por que apenas uma minoria dos indivíduos com a forma latente de doença irá evoluir ao espectro de acometimento cardíaco – são potenciais fontes de estudo para esclarecimento futuro dessas questões os mecanismos associados às relações de tropismo entre as várias cepas de
Levine e cols.7 foram os primeiros a reportar que os níveis séricos de TNF-a eram bem maiores em pacientes com IC (115 ± 25 U/ml) que em controles sadios (9 ± 3 U/ml, p < 0,001), e que aqueles com níveis maiores de TNF-a eram os mais caquéticos e com estágio mais avançado de doença. Logo em seguida, Torre-Amione e cols.8 estabeleceram que o coração em falência é capaz de produzir a citocina, ao examinarem o órgão retirado de receptores de transplante cardíaco, como explicado anteriormente. Desde então, muitos outros autores confirmaram a correlação significativa e independente entre os níveis periféricos de TNF-a e de seus receptores solúveis com pior prognóstico e mortalidade, no curto e longo prazos, em pacientes com IC avançada42-44.
Rauchhaus e cols.43 seguiram 152 pacientes com IC por pelo menos 12 meses e observaram que o encontro de níveis séricos elevados de TNF-a, sTNF-R1, sTNF-R2, sCD14 e IL6 mostrou ser preditor independente de mau prognóstico, no longo prazo, para todas as classes de IC, desde as formas brandas até as mais graves da doença. Na análise multivariada, a dosagem de sTNF-R1 surgiu como a mais poderosa ferramenta preditora de sobrevida, independentemente de CF da NYHA, pico de VO2, FE ou presença de caquexia. Nesse estudo, os pacientes no maior quartil para sTNF-R1 exibiram um risco de morte por todas as causas que foi doze vezes maior que aqueles no menor quartil do estudo. Em outra análise, os autores observaram que todos os principais resultados, inclusive aqueles sobre a importância destacada do sTNF-R1 como marcador independente de risco, permaneciam válidos mesmo se desconsiderássemos os pacientes caquéticos, e portanto com doença mais avançada, da amostra (28,9% do total)43.
O maior estudo que avaliou o perfil imune-inflamatório em pacientes com IC foi conduzido por Deswal e cols.44 ao utilizarem quase 1.200 pacientes em CF III e IV da NYHA do grupo placebo de um ensaio clínico multicêntrico. Os níveis de TNF-a, de IL6, e de seus respectivos receptores solúveis foram medidos antes da randomização e considerados significativamente maiores nos pacientes com CF IV que naqueles em CF III da NYHA. A análise univariada de Cox mostrou que a dosagem sérica de TNF-a, IL6, sTNF-R1 e sTNF-R2 serve como preditora independente de risco em pacientes com IC; quando considerados em conjunto e associados a outras variáveis, apenas sTNF-R2, CF da NYHA e FE permaneceram como preditores significativos de sobrevida44.
Tentativas recentes de modulação da alça do TNF-a randomizaram mais de 1.500 pacientes com IC e FE < 30%, em CF III (70%) e IV da NYHA, nos Estados Unidos e na Europa. Tomados em conjunto, os estudos ATTACH, RECOVER e RENASSAINCE, conduzidos à mesma época, ainda que por grupos diferentes, perseguiam um mesmo objetivo primário de melhora clínica e na qualidade de vida, e relegaram para avaliação secundária as análises de sobrevida. Infortunadamente, os três grupos de pesquisadores encontraram resultados negativos desapontadores em todas as análises, os quais limitaram perspectivas de novos ensaios terapêuticos com essa proposta45,46. Entretanto, imaginamos que há diversas explicações para o fato.
O benefício de pacientes que seriam mais privilegiados pela terapia anti-TNFa (por exemplo, os pacientes com maior ativação imune, como os com caquexia cardíaca ou descompensação da doença) pode ter-se diluído ao ter-se incorporado pacientes com IC menos severa no recrutamento (uma suspeita reforçada pelo fato de que as análises de subgrupos não foram disponibilizadas pelos autores dos três trabalhos). Também se imagina que doses muito elevadas das drogas, principalmente no caso do infliximab, podem ter determinado níveis séricos proibitivos – uma falha decorrida da abrupta transição de estudos fase I para os estudos supracitados, com elevado número de pacientes, sem ter-se estabelecido um perfil de segurança sólido nos estudos menores. Outra possível contribuição pode decorrer da perda da ação citotóxica do TNF-a sobre vírus e de seus efeitos em amplificar a migração e marginação leucocitária, o que pode ter agravado a lesão miocárdica naqueles pacientes. Entretanto, apesar de imaginarmos uma e outra razão, parece claro que a ativação imune na IC é ampla, disseminada, de modo que o bloqueio de uma via específica não é suficiente para abolir todos os efeitos adversos da complexa cascata – muito pelo contrário, o TNF-a é tão somente um componente de uma rede de moléculas que se estimulam, reprimindo-se, potencializando-se, e qualquer tentativa de modular um só elemento da rede parece ser simplório e, talvez, fadado ao fracasso45,46.
Muitos estudos em seres humanos confirmam a impressão de que a dosagem periférica de citocinas possa sinalizar um novo e potencial indicador de prognóstico em pacientes com IC, de curto, médio e longo prazos, desde formas brandas até mais avançadas da doença, e principalmente nas últimas.
Ainda permanece pouco claro qual a real contribuição das citocinas sobre a fisiopatologia da IC – se são simples marcadores passivos ou se de fato atuam como efetores na progressão da doença. A confirmação do valor prognóstico da ativação imune-inflamatória na IC não pressupõe uma relação causa-efeito definitiva – ainda que muitas evidências experimentais suportem as ações deletérias das citocinas, e do TNF-a principalmente, sobre o sistema cardiovascular.
O caráter progressivo e de crescente prevalência da IC nos sugere, entretanto, que todos os avanços terapêuticos trazidos de diversos estudos clínicos com drogas de modulação neuro-humoral ainda não representam o melhor que podemos propor para nossos pacientes. De fato, as crescentes morbidades e mortalidades da IC no mundo ocidental sugerem que há mecanismos fisiopatológicos importantes relacionados à progressão da doença que permanecem ativos e sofrendo pouca ou nenhuma influência das modalidades terapêuticas recém-incorporadas.
Imaginamos que a ativação imune-inflamatória possa representar essa oportunidade terapêutica; tentar compreendê-la em sua plenitude de intrincada orquestração celular e subcelular é o desafio a que nos propomos, como forma de contribuirmos para reverter o caráter epidemiológico que faz da IC uma doença maligna e extremamente desafiadora, que, se não adotarmos medidas diretas para abatê-la, se tornará, nas próximas décadas, a principal causa de morte do mundo ocidental.
Correspondência: Angelo Michele de Candia Av. Almirante Ari Parreiras, 504/904 24230-322 Niterói, RJ - Brasil E-mail:
Artigo recebido em 05/08/06; revisado recebido em 05/02/07; aceito em 30/03/07.
Despite being relatively recent, a growing and significant accumulation of experimental and clinical evidence has been observed that points to a gradual state of immune-inflammatory activation in patients with heart failure (HF). High levels of several cytokines are found in the circulation and cardiac muscle of individuals with HF, and invariably correlate with the severity of the disease. These cytokines act on endothelial dysfunction, oxidative stress, induction of anemia, myocyte apoptosis, and on the progressive loss of skeletal muscle mass – which is conventionally called the inflammatory paradigm of HF. Not only the myocardium, but also several tissues seem to synthesize these cytokines and perpetuate this continuous inflammatory state at a low degree, including leukocytes, monocytes, skeletal muscle cells and endothelial cells – in response to hemodynamic and infectious stimuli, to hypoxia, to oxidative stress, to neurohumoral activation, and others. Thus, a network of molecules that interact with each other is formed, and connections with other axes that effectively contribute to the clinical deterioration of the patients are also established – which fits into the pathophysiological model of multisystemic involvement that has been increasingly attributed to HF. Although the determination of these biomarkers in peripheral blood provides solid evidence of prognostic power, the results of therapeutic trials that modulated the immune-inflammatory loop in the clinical phase have been, so far, hardly encouraging. Therefore, we believe that a better understanding of the inflammatory activation and its multifaceted relation with the axes of decompensation of the disease is key for new therapeutic perspectives with a relevant impact to be established in the near future.
Immune-inflammatory activation in heart failure
Hospital Universitário Antônio Pedro, Universidade Federal Fluminense - Niterói, RJ - Brazil
Despite being relatively recent, a growing and significant accumulation of experimental and clinical evidence has been observed that points to a gradual state of immune-inflammatory activation in patients with heart failure (HF). High levels of several cytokines are found in the circulation and cardiac muscle of individuals with HF, and invariably correlate with the severity of the disease. These cytokines act on endothelial dysfunction, oxidative stress, induction of anemia, myocyte apoptosis, and on the progressive loss of skeletal muscle mass – which is conventionally called the inflammatory paradigm of HF.
Not only the myocardium, but also several tissues seem to synthesize these cytokines and perpetuate this continuous inflammatory state at a low degree, including leukocytes, monocytes, skeletal muscle cells and endothelial cells – in response to hemodynamic and infectious stimuli, to hypoxia, to oxidative stress, to neurohumoral activation, and others. Thus, a network of molecules that interact with each other is formed, and connections with other axes that effectively contribute to the clinical deterioration of the patients are also established – which fits into the pathophysiological model of multisystemic involvement that has been increasingly attributed to HF.
Although the determination of these biomarkers in peripheral blood provides solid evidence of prognostic power, the results of therapeutic trials that modulated the immune-inflammatory loop in the clinical phase have been, so far, hardly encouraging. Therefore, we believe that a better understanding of the inflammatory activation and its multifaceted relation with the axes of decompensation of the disease is key for new therapeutic perspectives with a relevant impact to be established in the near future.
Congestive heart failure (HF) syndrome has become an alarming public health problem for most countries, achieving a very high socioeconomic impact that results mainly from hospitalization, medication and intervention expenses, as well as from indirect costs related to the reduction in the quality of life and to productivity loss1-3.
Two million Brazilians are currently estimated to live with HF, and up to one third of hospital admissions in the Brazilian public health system are estimated to result from this disease2,3; moreover, among patients older than 60 years of age, HF is the major cause of hospital admissions and mortality in Brazil and in the rest of the Western world1,3. The epidemiological setting seems to be even more discouraging: there is enough evidence suggesting that this problem will worsen in the future, since prevalence and mortality rates only increase year after year, in direct contrast to what has been observed for several other cardiovascular disorders2,3.
All these considerations, that were formulated for a disease whose pathophysiological mechanisms have been recurrently reviewed and reformulated in the past years, only show how challenging it is to bring out the multifaceted character and the multisystemic progression inherent to HF1,4. The development of HF, as we understand it today, involves changes in several homeostatic systems, so that the syndrome may be seen as a progressive multiorgan disorder which, once originated in the heart, spreads and affects many other extracardiac sites4,5. These pathophysiological processes encompass metabolic pathways which, although distinct, are interlinked and interact with each other, thus contributing to perpetuate and promote heart failure and cardiac remodeling, skeletal muscle cachexia, and endothelial dysfunction that characterize the most advanced forms of the disease1,4. Even in the milder and more incipient forms of HF, these changes are already present and have been recently evaluated as potential markers for an early diagnosis and can, moreover, be useful as indicators of risk and prognosis4.
In this sense, immune and inflammatory changes have been recognized and evaluated with increasing interest in the past years. This results mainly from the reproduction of the changes that these mediators can produce in experimental models, mimicking phenotypes and different clinical patterns of the HF syndrome, notably in the subcellular and cellular processes associated with remodeling4,5.
By extrapolating these experimental evidences to clinical studies, high levels of cytokines such as TNF-a, IL1 and IL6 in the circulation and in the cardiac muscle of individuals with HF have been observed to bring important prognostic information, so that these substances have been recurrently implicated in the mechanisms of progression of the disease4-11. These studies have generated an inexorable accumulation of evidence pointing to a progressive and repetitive state of immune-inflammatory activation associated with the progression of ventricular dysfunction, with an intense release and activation of cytokines, complement, autoantibodies, adhesion molecules and other substances in the bloodstream4,5.
Cytokines are molecules that interlink, amplify and propagate the immune response, and are involved in recruiting cells to areas of inflammation, stimulating cell division, proliferation and differentiation4. Not only immune cells, but also fibroblasts, platelets, endothelium, vascular smooth muscle, and cardiomyocytes themselves, especially under stimulus of hypoxia, mechanical stress and endotoxins, are able to produce a broad and varied spectrum of these biological peptides4-6. The action of cytokines on the cardiovascular system is well supported by experimental bases that demonstrate a promotion of inflammation, endothelial dysfunction, intravascular coagulation, uncoupling of beta-adrenergic stimuli, generation of free radicals, progressive muscle mass wasting and exercise intolerance, among other effects4-6. The main actions observed for cytokines in myocardial cell cultures and in experimental models of heart failure are shown in
In parallel with these observations, several researchers have started to study how cytokines would be activated in patients with HF – what would be the stimuli working as "provokers" – and what production sites would lead to the elevation of their circulating levels4,5,8. All these studies are necessarily based on the understanding that, once the origin and pathways of production of these substances were known, we could contribute to halt the progression of the multisystemic failure that is inherent to advanced HF.
Experimental evidence of TNF-a synthesis in feline myocardium was initially observed by Torre-Amione et al8,9 when they correlated, in a directly proportional manner, the degree of distension of the left ventricular (LV) cavity with the local TNF-a production. Shortly afterwards, the same researchers and Ferrari et al10 were pioneers in observing the presence of mRNA and cytokine receptors in human myocytes isolated from necropsy hearts. Based on these observations, Torre-Amione et al8,9 considered a mechanism of myocardial production of TNF-a to justify the elevated levels of cytokines in HF, where the diastolic wall distention associated with increased filling pressures would lead to a local overexpression of TNF-a, and cytokines would spillover to the circulation, thus contributing to the immune activation and systemic inflammatory status, as shown in
Hasper et al11 hypothesized that the inefficient vasodilator response and the reduced aerobic enzyme activity characteristic of the multiorgan involvement of HF would be sufficient stimuli to cause a systemic cytokine overexpression, notably in skeletal muscles. Tissue hypoxia and free radical generation are potent stimuli for the synthesis of NFk-b-associated cytokines in immunocompetent cells of the whole body4,11; with the progression of the disease, the inexorably elevated levels of cytokines would worsen the endothelial dysfunction, tissue hypoxia, and skeletal muscle apoptosis even more, and this would serve as a stimulus for the systemic synthesis of cytokines and oxidative stress, thus creating a vicious cycle of perpetuation of the disease and promotion of cachexia that is faithfully close to the model of multisystemic progression of HF12,13. These relations are shown in
When Anker et al14 observed a concomitant TNF-a and soluble CD14 receptor (sCD14) elevation in the peripheral blood of patients with advanced HF, they conceived a model of cytokine activation in HF that would necessarily involve the production of endotoxins derived from intestinal bacteria. They analyzed the peripheral levels of these substances in 47 patients with advanced HF (29 of ischemic etiology) and in 17 healthy controls without structural heart disease or acute/chronic inflammatory conditions14. The levels of sCD14 were increased in patients with HF, especially in cachectic ones, and a strong correlation between the levels of sCD14 and of TNF-a, sTNF-R1 and sTNF-R2 was observed – thus suggesting that endotoxins (ETX) were somehow involved in the immune-inflammatory activation of HF14.
Thus, Anker et al14 hypothesized that, in patients with HF, the interaction between CD14 receptors of immunocompetent cells and ETX released by gram-negative bacteria (GNB), possibly from the gastrointestinal tract, would result in the signal transduction required for the production of IL6, TNF-a, and other proinflammatory cytokines. This interaction is actually documented as the most potent endogenous reaction capable of releasing TNF-a4,14,15. With the purpose of corroborating the initial hypothesis, these investigators later demonstrated that patients with HF and peripheral edema have higher levels of sCD14, TNFa and ETX than those without edema, and the latter present higher levels than healthy controls without the disease15. Moreover, after a mean 40-day treatment with diuretics, a significant decrease in ETX levels and a tendency of decrease in TNF-a levels were observed15.
Anker et al14 suggest that their results support the hypothesis that the congestion of the intestinal wall (deemed present in patients with systemic venous congestion) would induce a proliferation of indigenous bacteria, with translocation and/or ETX release in the bloodstream.
The indigenous microflora of the human gastrointestinal tract comprises a colony of more than 1016 microorganisms of more than 400 different species in a complex, yet stable, symbiotic relationship with the cells from the mucosal layer16. This usually stable pattern of colonization may undergo significant changes in several diseases, such as liver failure and HF, in food deprivation states and in the critically ill patient in general17. There is a consensus, resulting mainly from clinical studies conducted in intensive care settings, that translocation of bacteria and/or their products through the intestine plays a key role in starting or sustaining the clinical failure not only via the systemic dissemination of bacteria, but also fundamentally via the local production of proinflammatory factors in the lymphoid tissue and in the bloodstream17,18. How far we can extrapolate these observations on intestinal translocation in severely ill patients and experimental shock models to the context of HF remains a source of endless debate.
Thus, in Anker et al’s hypothesis14, after translocation there would be immune activation via binding of circulating ETX to CD14 receptors, with release of sCD14 into the bloodstream, which can be detected in plasma15,18,19. Despite the small sample used, Anker et al’s studies14 represent, to date, the main basis for what has been conventionally called the hypothesis of bacterial-endotoxin-induced cytokine production, or simply "endotoxin-cytokine hypothesis"18. The cellular and subcellular mechanisms of this hypothesis are shown in
In an excellent pilot study, Conraads et al20 were pioneers in evaluating the therapeutic potential of selective intestinal decontamination (SID) on inflammatory activation in advanced HF. The authors studied 10 patients with NYHA FC III and IV undergoing a SID regimen with nonabsorbable antibiotics (polymyxin B and tobramycin for eight weeks) and observed that the treatment was able to eradicate intestinal GNB and to significantly reduce blood and fecal levels of ETX, as well as serum levels of IL1, IL6 and TNF-a. With these results, these authors open the possibility for further studies on the intestinal bacteria approach to prove, with a higher power and better statistical design, their initial favorable impressions. Our team is conducting a randomized, double-blind, placebo-controlled study in patients with advanced HF – who are those with the highest level of inflammatory activity among those with the disease, and we intend to confirm whether the judicious eradication of ETX-producing enterobacteria is actually able to reduce the degree of inflammatory activity in HF.
The main TNF-a production site is the activated macrophage, but many other cell types, such as fibroblasts, neutrophils, endothelial cells, vascular smooth muscle, and cardiomyocytes themselves have also already been implicated as sources under stimuli of hypoxia, mechanical stress and endotoxins5,6. TNF-a is released as a stable homotrimer; under this form, the molecule has an extremely short half-life of approximately 30 minutes, and is measured in the serum by using both immunoreactive and cytotoxic assays6.
The biological actions of TNF-a are mediated by two types of cell receptors located all over the body, known as receptors 1 and 2 (TNF-R1 and TNF-R2)8-10. Among them, TNF-R1 is the most important because it mediates the main cell effects, initiating a cascade of cytotoxic and apoptotic responses6,10. Experimental evidence suggests that it is via TNF-R1 that cytokines also determine a direct stimulus on fibroblast proliferation and synthesis of prostaglandin E2 and superoxide dismutase, in addition to antiviral activity and bacterial resistance8.
Many of the clinical patterns observed in patients with HF are reproduced in pre-clinical models by the direct action of TNF-a4,6. Several studies corroborate a very close experimental relationship between TNF-a and cardiac muscle hypertrophy and necrosis, in addition to extracellular membrane (ECM) disarrangement and intramyocytic calcium mobilization6.
TNF-a also induces increased baseline catabolism by stimulating apoptosis, both in vivo and in vitro, by activating the caspases pathway – which could contribute to a very particular aspect of the HF syndrome, the one that has been conventionally named cardiac cachexia12. TNF-a also induces myocyte necrosis via a cytotoxic mechanism related to the complement pathway, to the induction of NO synthase, and to the increased local production of free radicals6,12.
NFk-b is a transcription factor that regulates several proinflammatory substances and may be activated by multiple stimuli such as hypoxia, reactive O2 species, bacterial endotoxins, cytokines and others6,21. The myocardial tissue of patients with HF of different etiologies exhibits overexpression of this molecule and of the genes that it regulates, such as that associated with the synthesis of TNF-a, NO, leukocyte-adhesion molecules, and metalloproteinases21. It has already been demonstrated that many cell types such as endothelial cells, macrophages, leukocytes, and cardiomyocytes in culture synthesize NFk-b in response to some cytokine stimuli in a positive feedback pattern that sustains the inflammatory activation per se21.
IL-6 is a multifunctional cytokine which, thanks to the accumulation of experimental and clinical evidence, is linked to the progression of cardiac dysfunction because of the worsening of functional limitation and rehospitalizations due to decompensated disease13,22. IL-6 promotes lymphocyte proliferation and maturation, cardiomyocyte hypertrophy, and stimulates the synthesis of caspases and of hepatic mediators of the acute response, such as CRP6,22. IL-6 also proved to be able to induce in vitro muscle proteolysis, thus leading to wasting and weight loss13.
In a recent study, Plenz et al22 observed hearts of patients with advanced HF at the moment of organ explantation for transplantation and found a mRNA, IL-6 and IL-6 receptor expression inside the myocardial tissue significantly greater than that found in RV biopsy specimens of individuals with no structural disease undergoing electrophysiological study22.
Although myocardial production of IL-6 may seem significant, an equally or even more significant peripheral synthesis is suggested. A prognostic study showed that peripheral IL-6 levels are not only significantly increased in femoral artery and veins of patients with HF, but also an IL-6 spillover to the circulation would occur, represented by the arteriovenous difference of IL-6 for one determined patient, that increases with the severity of the disease, and is independently and significantly correlated with a worse prognosis13.
Munger et al23 conducted a retrospective study with 78 patients with FC III and IV HF and found a significant increase in IL-6 levels in patients with more advanced disease and worse progression, regardless of the etiology23. Lommi et al24 observed that IL-6 levels are directly related to filling pressures, and inversely related to cardiac output, thus apparently reflecting a hemodynamic deterioration.
In an intriguing study, Kell et al25 analyzed plasma concentrations of IL-1, IL-6, IL-10, IL-12, TNF-a, and s-CD-14 in 91 patients with NYHA FC III HF, and EF < 40%. After a 22 ± 13-month follow-up, and using the multivariate regression analysis, IL-6 proved to be the prognostic marker of survival with the greatest independent predictive power in one year. Moreover, the combination of EF and VO2 values increased the risk prediction.
All mammalian species are able to express two genes associated with IL-1 synthesis in monocytes; in humans, most of the body cell types can produce IL-1 under optimal conditions6.
The mechanism through which IL-1 triggers its proinflammatory effects seems to involve prostaglandin synthesis and, perhaps, a direct action on beta-receptor uncoupling6. Thaik et al26 studied rat cardiomyocyte cultures and observed that the IL-1b stimulus is able to cause hypertrophy via a NO-independent mechanism, with induction of fetal gene synthesis and downregulation of genes that regulate intramyocytic calcium dynamics. Francis et al27 attributed a negative inotropic effect to IL-1 that could depress myocardial contractility by directly stimulating NO synthesis.
IL-1 soluble receptors have been considered the most sensitive and reliable markers of activation of the IL-1 loop, and are more strongly correlated with the severity of several diseases such as HF or sepsis, where peripheral levels of IL-1 are usually low, which makes them difficult to be detected through the currently available assays6. Recently, peripheral detection of a soluble form of IL-1 membrane receptor called sT2 has been reported as predictive of events in experimental models of HF and MI28.
Despite all the recent technological armamentarium, liver release of CRP seems to be a pretty sensitive, specific indicator with a high prognostic correlation in different degrees of inflammatory states – and this results from the CRP property of interfering with practically all stages of the immunoinflammatory response, once released in the circulation29.
Several stimuli seem to be involved in the direct regulation of the hepatic synthesis of CRP, however IL-6 seems to be the major one22,29. Other cytokines such as IL-1b and TNF-a also influence directly the in vitro release of CRP, albeit to a lower extent29.
Sato et al30 observed high CRP levels (2.6 ± 0.8 mg/dl) in patients with decompensated HF free of associated ischemic or infectious events; these levels were significantly reduced after resolution of the symptoms related to the acute manifestations. Other authors reached similar conclusions in groups of patients with decompensated HF – recently, Mueller et al31 and Lamblin et al32 confirmed the prognostic impact of CRP determination in patients with decompensated HF by randomizing a group of almost 800 patients and confirming a strong and independent association between serum levels of CRP and mortality.
Our team also analyzed the prognostic value of serum levels of CRP in patients with decompensated HF: after a mean one-year follow-up of 119 patients with NYHA functional class III or IV, the best cut-off point determined for CRP was 3 mg/dl, a value close to that found by Sato et al30 in a similar group of patients. Thus, CRP
In fact, when CRP is elevated in patients with decompensated HF, it seems to be a low-cost, easily available independent predictor of survival; what still remains unclear is whether CRP is elevated as a mere passive marker of the process, or whether it actually works as a direct effector in the inflammatory component associated with both the instability of atherosclerosis and the endothelial dysfunction that characterizes the progression of HF32,33.
Serum uric acid is significantly elevated in patients with HF in relation to individuals without the disease, regardless of renal function or diuretic treatment, and is directly correlated with the functional limitation and survival, mainly in cachectic patients34,35. Hyperuricemia is a quite reliable marker of inflammatory cytokine activation, of endothelial dysfunction, and of oxidative stress; in fact, uric acid synthesis catalyzed by xanthine-oxidase also generates superoxide radicals, hydroxyl, and hydrogen peroxide35.
In addition to the oxidative potential, uric acid could also induce several direct harmful effects, such as the stimulation of smooth muscle proliferation, renin synthesis, reduction of intramyocardial NO synthesis, and reduction of calcium release by the sarcoplasmic reticulum in cardiomyocytes34.
Anker et al34 studied 294 patients hospitalized for decompensated NYHA FC II and III HF, and observed that the best value predictive of mortality for uric acid was 9.50 mg/dl at 12 and 18 months of follow-up; uric acid levels above this value were related to a survival of 52% and 36% at 12 and 18 months, respectively.
The group of patients with uric acid
Regardless of the theoretical considerations that emerge from experimental analyses, there seems to be clear clinical evidence that the oxidative stress is the link between uric acid and the different alterations related to the progression of HF, such as endothelial dysfunction, cytokine activation, and cardiomyocyte apoptosis34,35. It is still relatively early to know whether hyperuricemia and the oxidative stress that it triggers are actually key actors in this process. A large study with allopurinol is being conducted and shall bring many explanations in this sense36.
Similarly to what is seen in idiopathic cardiomyopathy, plasma levels of TNF-a and IL-10 are only mildly elevated in the indeterminate phase of Chagas heart disease, and increasing levels are found in individuals with overt heart disease. Despite the broad spectrum of myocardial involvement, alterations in the endothelial function, in the oxidative balance, and in the homeostasis of the immune system are already present in asymptomatic individuals, and become marked in patients with severe ventricular dysfunction37,38.
In acute myocarditis caused by
However, the reason why only a minority of individuals with the latent form of the disease will progress to the spectrum of cardiac involvement still remains unclear; the mechanisms associated with the relations of tropism between the various strains of
Levine et al7 were the first ones to report that serum levels of TNF-a were much higher in patients with HF (115 ± 25 U/ml) than in healthy controls (9 ± 3 U/ml, p < 0.001), and that individuals with higher levels of TNF-a were the most cachectic and those with the most advanced stage of the disease. Soon afterwards, Torre-Amione et al8 examined hearts explanted from cardiac transplantation recipients and established that the failing heart is able to produce cytokines, as previously explained. Ever since, many other authors confirmed the significant and independent correlation between peripheral levels of TNF-a and its soluble receptors with a worse prognosis and mortality both in the short and in the long term in patients with advanced HF42-44.
Rauchhaus et al43 followed 152 patients with HF for at least 12 months and observed that high serum levels of TNF-a, sTNF-R1, sTNF-R2, sCD14 and IL-6 proved to be independent predictors of a poor prognosis in the long term for all functional classes of HF, from the milder to the most severe forms of the disease. In the multivariate analysis, the determination of sTNF-R1 levels proved to be the most powerful tool predictive of survival, regardless of the NYHA FC, peak VO2, EF or presence of cachexia. In this study, patients in the highest quartile for sTNF-R1 had a risk of all-cause mortality that was 12-fold higher than those in the lowest quartile of the study. In another analysis, the authors observed that all main results, including those on the particular importance of sTNF-R1 as an independent risk marker, remained valid even if cachectic patients, therefore with a more advanced disease, were excluded from the sample (28.9% of the total)43.
The largest study to assess the immune-inflammatory profile in patients with HF was conducted by Deswal et al44, who studied almost 1200 patients with NYHA FC III and IV from the placebo group of a multicenter clinical trial. The levels of TNF-a, IL-6, and their respective soluble receptors were determined prior to randomization and were considered significantly higher in patients with NYHA FC IV than in those with FC III. Cox univariate analysis showed that serum levels of TNF-a, IL6, sTNF-R1 and sTNF-R2 can be used as independent risk predictors in patients with HF; when considered together and associated with other variables, only sTNF-R2, NYHA FC and EF remained as significant predictors of survival44.
Recent attempts to modulate the TNF-a loop randomized more than 1500 patients with NYHA FC III (70%) and IV HF and EF < 30% in the United States and Europe. All together, the ATTACH, RECOVER and RENASSAINCE studies conducted at the same time, albeit by different groups, had the same primary objective of clinical and quality of life improvement, and left survival analyses to a secondary assessment. Unfortunately, the three groups of researchers found disappointing negative results in all analyses, thus limiting perspectives of further therapeutic trials with this objective45,46. However, we hypothesize that there are several explanations for this fact.
The benefit of patients who could have profited more from the anti-TNFa therapy (for instance, patients with a higher immune activation, like those with cardiac cachexia or disease decompensation) may have been diluted when patients with less severe HF were included in the recruitment (a hypothesis corroborated by the fact that subgroup analyses were not provided by the authors of the three trials). Very high doses of the drugs, especially in the case of infliximab, are also supposed to have determined prohibitive serum levels – a limitation resulting from the sudden transition of phase I studies to the studies mentioned above, with a high number of patients, without establishing a solid safety profile in the smaller studies. Another possible explanation may be the loss of TNFa cytotoxic action on viruses and of its effects in amplifying leukocyte migration and margination, which may have worsened the myocardial lesion in those patients. However, although we hypothesize these two reasons, it seems clear that the immune activation in HF is broad and widespread, so that blocking a specific pathway is not enough to abolish all the adverse effects of the complex cascade – quite the contrary, TNFa in merely a component of a network of molecules that stimulate each other, repress each other, potentiate each other, and any attempt to modulate one single element of this network seems simplistic and, perhaps, doomed to failure45,46.
Many studies in humans have confirmed the hypothesis that peripheral levels of cytokines may be a new and potential indicator of prognosis in patients with HF in the short, mid, and long term, from milder to more severe forms of the disease, especially in the latter.
The real contribution of cytokines on the pathophysiology of HF still remains unclear – whether they are mere passive markers or whether they actually work as effectors in the progression of the disease. The confirmation of the prognostic value of the immune-inflammatory activation in HF does not assume a definitive cause-effect relationship – although many experimental evidences support the harmful effects of cytokines, especially of TNF-a, on the cardiovascular system.
The progressive character of HF and its growing prevalence suggest, however, that all therapeutic advances provided by several clinical trials on neurohumoral modulation drugs do not yet represent the gold standard we can offer to our patients. In fact, the growing morbidity and mortality rates of HF in the Western world suggest that there are important pathophysiological mechanisms related to the progression of the disease that remain active and are under little or no influence of the recently incorporated therapeutic modalities.
We suppose that the immune-inflammatory activation may represent this therapeutic opportunity; trying to understand it in its completeness of an intricate cellular and subcellular orchestration is the challenge we intend to face, as a means of contributing to reverse the epidemiological character that makes HF a malignant and extremely defying disease which will become the major cause of death in the Western world in the coming decades, if we do not take direct measures to halt it.
Mailing address: Angelo Michele de Candia Av. Almirante Ari Parreiras, 504/904 24230-322 Niterói, RJ - Brazil E-mail:
Manuscript received August 05, 2006; revised manuscript received February 05, 2007; accepted March 30, 2007.