FUNDAMENTO: A resposta inflamatória orgânica constitui um mecanismo fisiopatológico presente em todas as cirurgias de revascularização do miocárdio com circulação extracorpórea (CRVM-CEC), e a liberação de mediadores inflamatórios constitui um de seus mecanismos de defesa. OBJETIVO: Avaliar, em estudo prospectivo duplo-cego randomizado e controlado com placebo, os efeitos da trimetazidina (Tmz) sobre a resposta inflamatória, por meio da variação nas interleucinas 6 e 8; TNF-α; complementos C3 e C5, e na proteína C reativa ultrassensível (PCR-us), em dois momentos, pré e pós-operatório. MÉTODOS: Foram estudados 30 pacientes submetidos a CRVM-CEC utilizando cardioplegia hipotérmica intermitente, e com no máximo disfunção ventricular leve, divididos em dois grupos (placebo e Tmz), estratificados por ecocardiografia e recebendo medicação/placebo na dose de 60mg/dia. As amostras foram dosadas no pré-operatório sem medicação, no dia da cirurgia com 12 a 15 dias de medicação/placebo e, seguidamente, 5 min após o desclampeamento aórtico, 12 e 24h, para interleucinas e complementos, e 48h para PCR. RESULTADOS: Não ocorreram diferenças significativas entre os níveis de interleucina 8, Tnf-α, complementos C3 e C5, e PCR-us. No entanto, no grupo tratado, os níveis de interleucina 6 foram significativamente inferiores aos do grupo controle, em todos os momentos analisados. CONCLUSÃO: A trimetazidina mostrou-se eficaz apenas na redução da interleucina 6 nos pacientes submetidos à CRVM.
Instituto de Cardiologia Aloysio de Castro, Rio de Janeiro, RJ; Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ - Brasil
A resposta inflamatória sistêmica presente em toda cirurgia cardiovascular tornou-se mais evidente a partir do desenvolvimento do sistema de Circulação Extracorpórea (CEC) por Jonh Gibbon nos anos 1950, por aumentar a exposição do sangue a um sistema artificial1.
Essa atividade, mediada pela liberação da resposta imunológica e celular, pode ser analisada mediante a ativação do sistema de complementos, trombina, citocinas, neutrófilos, moléculas de adesão (Icam), mastócitos e outros mediadores que se exteriorizam de várias formas2.
A partir da utilização da CEC, a reperfusão " fenômeno fisiopatológico que intensifica a resposta inflamatória e que pode ocorrer nas síndromes coronarianas em geral, em trombólise ou na angioplastia " passou a representar marcadamente as alterações orgânicas inflamatórias relacionadas à cirurgia de revascularização do miocárdio (CRVM) após o desclampeamento da aorta3,4.
A fisiopatologia da reperfusão e sua relação com a resposta inflamatória vêm chamando a atenção de pesquisadores por suas evidentes e importantes repercussões na prática clínico-cardiológica, e têm levado a uma melhor compreensão de eventos relacionados. Em particular, a partir dos chamados radicais hiperóxidos, que se formam nas obstruções ao fluxo coronariano, e que podem causar a injúria após o desclampeamento da aorta na cirurgia cardíaca. Esses radicais hiperóxidos compreendem o ânion superóxido (O-²), radical hidroxila (OH) e peróxido de hidrogênio (H²O²), que podem ser removidos das células por sistemas de enzimas com funções antioxidantes, normalmente presentes na fisiologia miocárdica5,6.
Os radicais hiperóxidos em conjunto com os neutrófilos atuam ativamente na injúria de reperfusão, interagindo em múltiplos sítios e em outros elementos da cascata inflamatória. Durante essa agressão as plaquetas e leucócitos agem por meio de mediadores (C3a, C5a, IL6, IL8, TNF-α, iNOS e radicais hiperóxidos), causando dano direto ao miocárdio7,8.
A trimetazidina, com sua ação anti-isquêmica, reduz os danos metabólicos provocados durante a isquemia por agir numa etapa crítica do metabolismo cardíaco, bloqueando a betaoxidação dos ácidos graxos, mediante a inibição da 3-acetil-CoA tiolase de cadeia longa. Esse efeito anti-isquêmico resulta no aumento da oxidação da glicose, adicional à glicólise, tendo como consequência a redução de prótons, elevação do pH intracelular e da acidose tecidual, recuperação da eficiência cardíaca e melhoria da produção de acetil-CoA. Além desses efeitos, limita o acúmulo de cálcio, a inflamação e a produção de radicais livres hiperóxidos que ocorrem após reperfusão, sem provocar alterações hemodinâmicas6.
Nesta pesquisa foram avaliados efeitos da Tmz na resposta inflamatória desencadeada pela CRVM-CEC, realizada com cardioplegia sanguínea hipotérmica intermitente, com objetivo de analisar os mecanismos de reperfusão miocárdica, a partir da variação dos mediadores plasmáticos IL6, IL8, TNF-α, C3, C5 e da avaliação da proteína C reativa ultra sensível (PCR-us), proteína de fase aguda da resposta inflamatória, bem como a evolução desses mediadores no pós-operatório.
Ensaio clínico prospectivo, duplo-cego, randomizado e controlado por placebo, realizado no período de julho 2007 a agosto 2008, no Instituto Estadual de Cardiologia Aloysio de Castro, Rio de Janeiro (Iecac-RJ). O objetivo principal foi examinar mudanças nos valores de marcadores sorológicos da resposta inflamatória em dois grupos submetidos à CRVM-CEC, utilizando cardioplegia hipotérmica e intermitente, sendo um grupo tratado com Tmz e outro grupo com placebo.
Martins e cols.6 analisaram 137 pacientes com indicação de CRVM-CEC por meio de ecocardiograma, sendo selecionados 75 com função ventricular normal ou disfunção leve. Desses, 60pacientes distribuídos nos grupos tratado e placebo concluíram o estudo para exame dos marcadores sorológicos de injúria miocárdica troponina-T e CpK-Mb. Desse primeiro estudo foram selecionados aleatoriamente para a presente pesquisa 15 pacientes de cada grupo, utilizando o programa
As amostras dos 60pacientes foram coletadas em tubos de
No Laboratório Dasa concentraram-se as sorotecas para as medidas de interleucinas (IL6, IL8 e TNF-α), sendo mantidas a -70ºC, coletadas nos intervalos do protocolo da pesquisa: sem droga no pré-operatório, 5 minutos após o desclampeamento aórtico direto do átrio direito, e com 12 e 24 horas no pós-operatório em cateter profundo. As análises foram realizadas pela técnica de citometria de fluxo, equipamento BD modelo FACSCanto II.
No Laboratório Brownstein realizaram-se as medidas do C3 e C5, após armazenamento a 4ºC do soro coletado nos intervalos do protocolo da pesquisa, sendo analisado o C3 por nefelometria, pelo equipamento BN2 (
No Iecac-RJ foram analisadas as amostras para PCR-us, nos seguintes intervalos: sem droga no pré-operatório e com 48 horas que se seguiram ao ato cirúrgico, por nefelometria pelo equipamento AU400 (
A Tmz foi fornecida aos pacientes após mascaramento com randomização na proporção 1:1, permutada em blocos pelo programa
Os pacientes receberam a dose de 60mg de medicação/placebo divididas em três tomadas diárias, iniciadas com no mínimo 12 e máximo 15 dias precedentes ao ato cirúrgico, tendo os 30 pacientes permanecido com a droga por um intervalo de cinco a oito dias que se seguiram ao procedimento cirúrgico, totalizando vinte dias de utilização de medicação/placebo.
Os pacientes foram submetidos a tratamento cirúrgico eletivo por técnica que envolveu esternotomia mediana transesternal, com introdução de cânulas na aorta e única para a cava, nessa sequência. A CEC foi realizada com hipotermia central moderada (32ºC-34ºC), e a proteção miocárdica foi instituída por meio de cardioplegia sanguínea hipotérmica (4ºC) intermitente, infundida na raiz da aorta ou diretamente no seio coronariano. Todos os pacientes receberam anestesia geral balanceada, venoinalatória em circuito fechado, com absorvedor de CO2 (Cal-Sodada) e ventilação mecânica. Como agente inalatório foi utilizado o isofluorane com oxigênio a 50%, misturado com óxido nitroso. Das drogas venosas, foram utilizados os hipnóticos ethomidato e midazolam; como opioide, o fentanil; e como relaxante muscular, o brometo de pancurônio.
O critério de determinação de significância adotado foi o nível de 5%. A análise estatística foi processada pelo
O estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa do Iecac-RJ. Os participantes assinaram o Termo de Consentimento Livre e Esclarecido e foram acompanhados até a alta hospitalar.
A droga e o material de pesquisa foram custeados pelo autor principal. A randomização, o mascaramento e a utilização do
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Na análise dos marcadores inflamatórios, os níveis de IL6 (
A resposta inflamatória está presente em toda cirurgia cardiovascular, sendo mais exuberante quando a CEC é utilizada. Ao longo do tempo, têm sido propostos critérios que identifiquem com precisão a gravidade da resposta inflamatória no transcurso e no pós-operatório de cirurgias cardiovasculares, sendo vários os pontos de coorte dos biomarcadores e as estratégias terapêuticas propostas para reduzir essa resposta nos ensaios clínicos.
Os 30 pacientes estudados com lesões bi e trivasculares com função ventricular normal ou levemente comprometida foram analisados por meio dos mediadores inflamatórios C3, C5, IL6, IL8, TNF-α e pela PCR-us em protocolo prospectivo que teve como objetivo examinar os efeitos da substância Tmz na redução desses marcadores após a reperfusão em CRVM. A droga teve a posologia preconizada de 60mg de substância ativa, e o tempo de utilização até a cirurgia foi de no mínimo 12 dias, sendo instituída de acordo com o mecanismo de biodisponibilidade.
O ecocardiograma transtorácico foi utilizado para selecionar por meio do índice de contração segmentar somente aqueles com função ventricular normal ou com leve comprometimento do ventrículo9.
Esse protocolo teve como objetivo a análise laboratorial comparativa dos marcadores inflamatórios nos momentos considerados de maior significado clínico, ou seja, no pré-operatório sem droga, quando esses marcadores não devem estar alterados, e 5 minutos após o desclampeamento aórtico, que caracteriza o momento da reperfusão do miocárdio pela recirculação dos radicais hiperóxidos para o seio venoso, e consequentemente, à cavidade atrial direita, local da coleta nos intervalos analisados em 12 e 24 horas para os mediadores inflamatórios, e 48 horas para a PCR.
A análise de biomarcadores não possui um padrão predeterminado. Estudos com diversos protocolos analisam marcadores que envolvem a fisiopatologia da resposta inflamatória, a qual carece conduta terapêutica preventiva efetiva. No estado atual, as substâncias analisadas em ensaios não apresentam resultados que mostrem reduzir por completo as complicações inflamatórias na CRVM- CEC10,11.
Na análise descritiva das medicações utilizadas como tratamento padrão, no pré-operatório não foram observadas diferenças entre os grupos. Cabe ressaltar que no pós-operatório não ocorreram complicações clinicas e que os pacientes não necessitaram de suporte com aminas, transfusões ou qualquer outra terapia suplementar.
A análise descritiva das variáveis clínicas e inflamatórias basais não evidenciou alterações significativas entre os grupos. Esse fato chama atenção para estudos que relacionam valores elevados dos marcadores inflamatórios no pré-operatório a complicações pós-operatórias, sugerindo que esses valores devem estar normais antes da cirurgia12,13.
Na análise das variáveis referentes ao tratamento cirúrgico, não foram verificadas diferenças significativas entre os grupos. Ao estender a análise comparando os grupos Tmz e placebo selecionados para este estudo com o grupo Tmz e placebo do estudo de Martins e cols.6, essas variáveis também não apresentaram diferenças significativas.
Dentre as variáveis cirúrgicas analisadas, o tempo de CEC e o tempo de clampeamento da aorta foram semelhantes entre os grupos e também foram inferiores aos descritos na literatura10,14. Bucerius e cols.15 em ensaio clínico reconhecem o tempo de CEC como preditor independente de complicações pós-cirúrgicas. Nissinen e cols.16 estabelecem uma relação de complicações maiores, como morbidade pós-operatória e acidente vascular encefálico, correlacionando-os ao tempo de CEC e de clampeamento aórtico.
Quando analisadas as variações no C3 e C5 no pré-operatório e no desclampeamento da aorta, os valores médios dos grupos atingiram um pico no segundo momento, seguindo-se pela queda nos valores em 12 e 24 horas. Os grupos Tmz e Placebo não diferiram significativamente, apresentando a mesma evolução descrita por Tárnok e cols.17, quando comparam pacientes operados com e sem CEC.
Estudos anteriores demonstraram que a CRVM provoca uma diminuição dos níveis séricos de C3 e C5 com concomitante aumento dos níveis do C3a, C3b e C5a; aumento da histamina e IL8; e perda de neutrófilos, eosinófilos e basófilos no sangue periférico, muito provavelmente pela migração destes para o tecido subendotelial estimulada pela resposta inflamatória 4,18,19.
Chakraborti e cols.7 analisaram o conceito de quea injúria de isquemia e reperfusão desempenha um papel fundamental na mediação da ativação do complemento. O complexo de ataque de membrana (MAC), que se forma no final das vias de ativação do complemento, é observado mais rapidamente quando ocorre a reperfusão. A associação entre neutrófilo, endotélio e complemento, a ação do complemento na aderência e infiltração dos neutrófilos, assim como a relação entre complemento, mitocôndria e isquemia seguida de reperfusão, são tópicos que abordam a relação da reperfusão com a ativação das vias do complemento no estresse oxidativo. Pode-se considerar que a ativação do complemento desempenha um papel fundamental na fase inicial da resposta inflamatória na CRVM-CEC.
Ensaios que examinam a evolução da IL6 e IL8 em CRVM com e sem CEC, mostraram valores significativamente mais baixos quando a CEC não é utilizada. Neste estudo a IL6 apresentou uma redução significativa no grupo Tmz a partir do momento da reperfusão, ou seja, no ponto em que ocorre um grande estresse oxidativo, 5 minutos após o desclampeamento da aorta. A partir dessa coleta, a IL6 atingiu o seu valor máximo em 12 horas, declinando nas 24 seguintes. O TNF-α não foi observado em nenhum momento das coletas, sendo este resultado comparável a outros estudos20,21.
A IL8 não atingiu uma diferença na média que expressasse significância estatística (p=0,94), ou seja, os grupos evoluíram com valores muito próximos.
O miocárdio isquêmico e reperfundido foi observado como uma grande fonte de IL6, IL8 e TNF-α durante CRVM-CEC22. O aumento acentuado nos níveis de IL6 e IL8 aparecem durante e imediatamente após a CEC. Seu pico de concentração ocorre poucas horas após o término da CRVM-CEC com uma diminuição gradual para níveis normais nas 24h seguintes23. A liberação característica da IL6 e IL8 na CEC tem sido demonstrada após cirurgia em hipotermia, bem como em normotermia, não ocorrendo elevações do TNF-α em cirurgia com normotermia, sendo os resultados dos valores do TNF-α na CEC ainda conflitantes20,21,24.
Dentre os aspectos fisiopatológicos analisados nas cirurgias cardiovasculares, relacionam-se os efeitos deletérios da CEC sobre o organismo. Várias revisões de ensaios prospectivos e randomizados e meta-análises de ensaios randomizados comparam os efeitos pro e anti-inflamatório deste procedimento, sendo evidente os menores danos inflamatórios nos procedimentos sem CEC. No entanto, não foi observada redução de grandes desfechos clínicos como mortalidade, acidente vascular encefálico, infarto do miocárdio e necessidade de reintervenção1,11,25-27.
Pintar e Collard21 reforçam os mecanismos de ativação dos complementos C3a e C5a, das interleucinas IL6 e IL8, do TNF-α, dos leucotrienos e das endotoxinas. Relatam também um significativo aumento da endotelina-1, um peptídeo derivado do endotélio que estimula a ativação e o acúmulo de neutrófilos.
A Tmz exerce efeito protetor sobre a célula cardíaca na injúria de isquemia e reperfusão, levando à redução dos marcadores de agressão miocárdica, do estresse oxidativo, e consequentemente, da resposta inflamatória6,28. Neste ensaio clínico, no qual foram evidenciadas diferenças significativas nos níveis da IL6 no grupo tratado com Tmz em relação ao grupo placebo, foi observada uma tendência a valores mais baixos dos complementos C3 e C5 sem redução estatisticamente significativa entre os dois grupos. Isso pode ser justificado pelo número reduzido da amostra e pelo fato da coleta de sangue no terceiro momento do protocolo ter sido feita 12 horas após o desclampeamento da aorta, e os complementos variarem em intervalo de tempo inferior.
A análise dos níveis da PCR-us no pré-operatório e 48 horas do ato cirúrgico mostrou que os grupos Tmz e Placebo não diferiram significativamente (p=0,31), evoluindo de forma semelhante ao longo do tratamento. Os valores basais nos dois grupos encontravam-se dentro da normalidade, e os valores de 48 horas foram superiores a 5mg/L.
Os estudos sobre o valor clínico da PCR foram inicialmente direcionados para o acompanhamento e o controle terapêutico de processos inflamatórios. Seu papel como proteína de fase aguda decorre do fato de estar presente em muitos pontos da via inflamatória. Produzida e liberada pelo hepatócito, postula-se também uma produção pela parede arterial. A formação é estimulada pelas Interleucinas IL1 e IL6, liberadas por macrófagos após a fagocitose do antígeno. Nos últimos dez anos a análise da PCR frente à doença cardiovascular aterosclerótica passou a receber mais atenção, tendendo a se tornar um marcador de risco dessa condição clínica29,30.
Lorenzo e cols.31 analisaram pacientes submetidos a CRVM-CEC em estudo prospectivo, mensurando a PCR como marcador de risco após CRVM-CEC. Os autores investigaram a associação entre valores de PCR no pré-operatório e morte após o procedimento. Foram considerados preditivos os valores acima de 3mg/dL, na ausência de quadros infecciosos ou inflamatórios. Mezzomo e cols.32 concluíram em estudo com pacientes submetidos a CRVM-CEC que níveis de PCR-us superiores a 3 mg/L no pré-operatório representavam um preditor independente de infecção respiratória no pós-operatório. Balciunas e cols.13 relatam em estudo prospectivo que a PCR é um preditor de complicações pós-operatórias quando atinge níveis séricos superiores a 3,3mg/L. No presente ensaio não foram observadas complicações pós-operatórias nos grupos durante o período de seguimento até alta hospitalar (15 dias). Também não foi necessário maior tempo de permanência na UTI nem utilização de aminas vasoativas na presença de valores de PCR superiores aos observados por Serrano e cols.11.
Figueiredo e Martin-Neto33 demonstraram que a Tmz é uma droga útil na resposta inflamatória após angioplastia coronariana (PTCA). Os autores observaram que o tratamento antes do procedimento com droga administrada por via oral durante três dias reduzia significativamente a elevação de marcadores inflamatórios antes e logo após PTCA.
Di Napoli e cols.34 estudaram o impacto da Tmz na PCR em doença isquêmica crônica do coração. Pacientes que receberam a droga por 18 meses mantiveram a concentração plasmática de PCR inalterada em relação ao grupo placebo. Os autores sugeriram que esse efeito antiinflamatório poderia estar relacionado à redução significativa da mortalidade e a readmissões hospitalares observadas após 48 meses de tratamento com a Tmz.
A CRVM-CEC parece ser o melhor modelo para associar inflamação ao efeito da isquemia e reperfusão, quando se procura proteger o coração isolado em assistolia prolongada. Por essa razão, foi avaliado o efeito adicional da Tmz nesse processo como pré-tratamento. Ensaios clínicos experimentais nessa área têm demonstrado que a Tmz exerce efeito anti-isquêmico direto, limitando o acúmulo de cálcio, a acidose, a produção de radicais hiperóxidos e a inflamação, resultando em benefício clínico6,33,34.
São aqui consideradas duas limitações contempladas neste estudo. A primeira diz respeito ao tamanho da amostra. Apesar de comparável a outros estudos examinados na literatura sobre avaliação dos marcadores inflamatórios antes e após a CRVM-CEC, uma investigação com população maior poderia trazer mais consistência e maior sustentação aos resultados aqui descritos. A segunda diz respeito à avaliação temporal de alguns marcadores como a IL6 e IL8, que podem apresentar pico após a CEC em intervalos inferiores a 12 horas, e dos complementos C3 e C5, que também podem estar elevados após 4 horas da CEC. Em relação ao protocolo utilizado com intervalos de 12 horas, os resultados replicam alguns estudos encontrados na avaliação experimental em animais e em humanos com metodologia semelhantes. Parece também importante considerar a utilização de outras metodologias de proteção miocárdica em estudos futuros, tais como cardioplegia contínua, normotérmica, anterógrada e retrógrada.
Os resultados deste estudo mostraram uma diminuição significativa dos níveis da IL6, evidenciando que a trimetazidina pode ser eficaz na redução da resposta inflamatória quando administrada como pré-tratamento a pacientes submetidos a CRVM-CEC. O mesmo efeito, no entanto, não foi observado em relação aos outros mediadores analisados, IL8, TNF-α, complementos C3 e C5 e PCR-us.
Agradecemos ao farmacêutico Prof. Dr. Alexandre Lourenço Lopes pela confecção do placebo, acompanhamento do processo de mascaramento e randomização do ensaio clínico; ao Prof. Dr. Igor Couto Cruz e Rafael Nunes pela análise das sorotecas e planilhamento dos resultados; e à psicolinguista Profª. Dra. Maria do Carmo Lourenço-Gomes pela revisão textual deste artigo.
Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.
O presente estudo não teve fontes de financiamento externas.
Este artigo é parte da tese de doutorado de Gerez Fernandes Martins, Universidade Federal do Rio de Janeiro.
Gerez Fernandes Martins Rua Humaitá, 231, apto. 101 Humaitá. CEP 22261-000, Rio de Janeiro, RJ - Brasil E-mail:
Artigo recebido em 23/02/12
Revisado em 25/02/12
Aceito em 15/03/12
BACKGROUND: Organic inflammatory response is a pathophysiological mechanism present at every coronary artery bypass grafting with extracorporeal circulation (CABG-ECC), the release of inflammatory mediators being one of its defense mechanisms. OBJECTIVE: To assess, in a prospective double-blind randomized and placebo-controlled study, the effects of trimetazidine (Tmz) on the inflammatory response, by using the variation in interleukins 6 and 8, TNF-α, complements C3 and C5, and highly sensitive C-reactive protein (HS-CRP) levels in the pre- and post-operative periods. METHODS: This study assessed 30 patients undergoing CABG-ECC with intermittent hypothermic cardioplegia, and having, at most, mild ventricular dysfunction. The patients were divided into two groups (placebo and Tmz), stratified by echocardiography, and received drug/placebo at the dose of 60 mg/day. Measurements were taken as follows: in the pre-operative period with no drug; on the day of surgery, corresponding to 12 to 15 days on drug/placebo; five minutes after aortic unclamping; 12 and 24 hours after surgery, for interleukins and complements; and 48 hours after surgery, for HS-CRP. RESULTS: No significant difference between the levels of interleukin 8, TNF-α, C3 and C5, and HS-CRP was observed. However, the interleukin 6 levels were significantly lower in the group treated as compared with those in the control group at all time points assessed. CONCLUSION: Trimetazidine proved to be effective only for reducing interleukin 6 in patients undergoing CABG.
Instituto de Cardiologia Aloysio de Castro, Rio de Janeiro, RJ; Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ - Brazil
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The systemic inflammatory response present at all cardiovascular surgeries has become more evident since the development of the Extracorporeal Circulation (ECC) system by Jonh Gibbon in the 1950's, because it increases the blood exposure to an artificial system1.
That activity, mediated by immune and cell response, can be analyzed by activating the complement system, thrombin, cytokines, neutrophils, adhesion molecules (Icam), mast cells, and other mediators2.
Since the use of ECC, reperfusion " a pathophysiological phenomenon that intensifies the inflammatory response and can occur in coronary syndromes in general, in thrombolysis, and in angioplasty " has begun to represent the organic inflammatory changes related to coronary artery bypass grafting (CABG) after the release of the aortic clamp3,4.
The pathophysiology of reperfusion and its relation with inflammatory response has gained the attention of researchers because of its evident and important repercussions on the clinical cardiological practice, and has led to a better understanding of the events related. In particular, of the superoxide radicals, which are formed in the obstructions to coronary flow and can cause injury after aortic unclamping during heart surgery. Those superoxide radicals comprise the superoxide anion (O²-), hydroxyl radical (OH), and hydrogen peroxide (H²O²), which can be removed from the cells by enzyme systems with antioxidant functions, usually present in myocardial physiology5,6.
The superoxide radicals together with neutrophils act actively in the reperfusion injury, interacting in several sites and with other elements of the inflammatory cascade. During that aggression, platelets and leukocytes act via mediators (C3a, C5a, IL6, IL8, TNF-α, iNOS and superoxide radicals), causing direct damage to the myocardium7,8.
Trimetazidine, with its anti-ischemic action, reduces the metabolic damage caused during ischemia by acting on a critical step of cardiac metabolism, blocking beta-oxidation of fatty acids by inhibiting the long-chain 3-acetyl-CoA thiolase. That anti-ischemic effect increases glucose oxidation, additional to glycolysis, with the consequent reduction in protons, elevation of the intracellular pH and tissue acidosis, recovery of the cardiac efficiency, and improvement in the production of acetyl-CoA. In addition, it limits calcium build-up, inflammation and the production of superoxide free radicals that occur after reperfusion, without causing hemodynamic changes6.
This study assessed the effects of Tmz on the inflammatory response triggered by CABG-ECC, performed with intermittent cold-blood cardioplegia, aiming at analyzing the myocardial reperfusion mechanisms, based on the variation of the plasma levels of IL6, IL8, TNF-α, C3, and C5, and on the assessment of highly sensitive C-reactive protein (HS-CRP), an acute-phase protein of the inflammatory response. In addition, the evolution of those post-operative mediators was also assessed.
This was a prospective, double-blind, randomized and placebo-controlled clinical trial, performed from July 2007 to August 2008 at the Instituto Estadual de Cardiologia Aloysio de Castro, state of Rio de Janeiro (Iecac-RJ). Its major objective was to examine the changes in the serum markers of inflammatory response of patients undergoing CABG-ECC with intermittent cold-blood cardioplegia, divided into two groups, one receiving Tmz and the other, placebo.
Martins et al.6 have assessed 137 patients with echocardiographic indication for CABG-ECC, 75 of whom, with normal ventricular function or mild dysfunction, were selected. Of those, 60 patients, distributed in the treated and placebo groups, completed the tests for the serum markers of myocardial injury (troponin-T and CPK-MB). For the present study, 15 patients of each group were randomly selected, by using the Cytools Excel add-in software, for measuring the following inflammatory markers: IL6, IL8, TNF-α, C3, C5, and HS-CRP.
The samples of the 60 patients were collected in 5-mL Eppendorf tubes, forming four numerically arranged serum sets. Each of the participating centers (Laboratório Dasa - Diagnósticos da América, and Brownstein) received two of those sets simultaneously. The list of the patients selected was electronically sent.
Laboratório Dasa measured interleukins (IL6, IL8, and TNF-α) from the serum sets collected at the time points specified in the research protocol as follows: in the pre-operative period, in the presence of no drug; five minutes after aortic unclamping, directly from the right atrium; and 12 and 24 hours after surgery, from a deep catheter. The serum sets were kept at -70ºC and analyzed by use of flow cytometry (BD FACSCanto IITM flow cytometer).
Laboratório Brownstein measured C3 and C5, after storing at 4ºC the serum sets collected at the time points specified in the research protocol; C3 was analyzed by use of nephelometry (Dade Behring BN2 nephelometer), and C5, by radial immunodiffusion (Olympus AXl).
The HS-CRP tests were performed at Iecac-RJ by using nephelometry (Olympus AU400) at the time points specified in the research protocol: in the pre-operative period, in the presence of no drug; and 48 hours after surgery. Levels over 5mg/L were considered indicative of inflammation.
Trimetazidine was provided to patients after masking with randomization at the 1:1 proportion, permuted in blocks by the Cytools Excel add-in software. The examiners did not know which patients used drug or placebo. The statistical analysis was also conducted in a blind way, and the codes referring to drug/placebo were broken only after that.
The patients received 60 mg/day of drug/placebo divided into three daily doses, initiated 12-15 days prior to surgery. All 30 patients kept the drug for five to eight days after surgery, in a total of 20 days of drug/placebo use.
Patients underwent elective surgery according to a technique involving median sternotomy, and introduction of cannulae into the aorta and of one single cannula into the vena cava, in this sequence. Extracorporeal circulation was performed with moderate central hypothermia (32ºC-34ºC), and myocardial protection was provided by intermittent cold-blood cardioplegia (4ºC), infused in the aortic root or directly in the coronary sinus. All patients underwent balanced general anesthesia, venous-inhaling closed circuit, with CO2 absorber and mechanical ventilation. Isoflurane with 50% oxygen, mixed with nitrous oxide, was used as inhaling agent. Regarding venous drugs, the following were used: as hypnotic agents, etomidate and midazolam; as opioid, fentanyl; and, as muscle relaxant, pancuronium bromide.
The significance level adopted was 5%. The statistical analysis used the 6.04 SAS software (SAS Institute, Inc., Cary, NC) and the following tests: Student
This study was approved by the Committee of Ethics in Research of the Iecac-RJ. Participants provided written informed consent and were followed up until hospital discharge.
The drug and the research material were provided by the major author. Randomization, masking, and software use were coordinated by a certified pharmacist, and donated by Farmacopa Ltda.
The analysis of the inflammatory markers showed that IL6 levels (
The inflammatory response is always present in all cardiovascular surgeries, being more exuberant when ECC is used. Criteria precisely identifying the severity of the inflammatory response during and after cardiovascular surgery have been proposed, and several cutoff points for the biomarkers and therapeutic strategies have been proposed to reduce that response in clinical trials.
The 30 patients with two-vessel and three-vessel disease and normal or slightly impaired ventricular function were assessed by analyzing the inflammatory mediators C3, C5, IL6, IL8, and TNF-α, and HS-CRP in a prospective protocol that aimed at assessing the effects of Tmz in reducing those markers after reperfusion in CABG. The Tmz dose recommended was 60mg/day of the active substance, for at least 12 days before surgery, according to the bioavailability mechanism.
Transthoracic echocardiography was used to select only patients with normal or slightly impaired ventricular function by use of a segmentary contraction index9.
The protocol was aimed at the comparative laboratory analysis of the inflammatory markers at the time points considered of greatest clinical significance as follows: the pre-operative period, with no drug, when those markers should not be altered; five minutes after aortic unclamping, characterizing the myocardial reperfusion time point due to recirculation of superoxide radicals to the venous sinus, and, consequently, to the right atrial cavity, which was the collection site for the next time points; 12 and 24 hours after surgery (for the inflammatory mediators), and 48 hours after surgery (for CRP).
The analysis of the biomarkers does not have a predetermined pattern. Studies with several protocols have assessed markers involved in the pathophysiology of the inflammatory response, which still lacks effective preventive management. Currently, the substances assessed on trials have not proved to completely reduce the inflammatory complications in CABG-ECC10,11.
The descriptive analysis of the drugs used as standard treatment showed no difference between the groups in the pre-operative period. It is worth noting that, in the post-operative period, neither clinical complications occurred nor support with amines, transfusions or any other supplementary therapy was required.
The descriptive analysis of the baseline clinical and inflammatory variables showed no significant change between the groups. This draws attention to studies relating high pre-operative levels of inflammatory markers to post-operative complications, suggesting that those levels should be normal prior to surgery12,13.
The analysis of the variables regarding the surgical treatment showed no significant difference between the groups. When extending the analysis to compare the Tmz and placebo groups of this study with those of the study by Martins et al.6, those variables showed no significant difference.
Of the surgical variables analyzed, the ECC time and aortic cross-clamping time were similar between the groups and were also lower than those described in the literature10,14. Bucerius et al.15, in a clinical trial, have recognized the ECC time as an independent predictor of post-operative complications. Nissinen et al.16 have established a list of major complications, such as post-operative morbidity and stroke, correlating them with the ECC and aortic cross-clamping times.
When assessing the variations in C3 and C5 in the pre-operative period and at aortic unclamping, the mean levels in the groups reached a peak at the latter, followed by level drops at 12 and 24 hours. The Tmz and Placebo groups did not significantly differ, showing the same evolution reported by Tárnok et al.17, when comparing patients operated on with and without ECC.
Previous studies have shown that CABG causes the following: a reduction in the serum levels of C3 and C5, with a concomitant increase in the serum levels of C3a, C3b and C5a; an increase in histamine and IL8; and a reduction in the peripheral blood levels of neutrophils, eosinophils and basophils, most likely due to their migration to the subendothelial tissue stimulated by the inflammatory response4,18,19.
Chakraborti et al.7 have assessed the concept that the ischemia and reperfusion injuries play a fundamental role in mediating complement activation. The membrane attack complex (MAC), which is formed at the end of the complement activation pathways, is more rapidly observed when reperfusion occurs. The association between neutrophil, endothelium and complement, the effect of complement on neutrophil adherence and infiltration, and the relationship between complement, mitochondria and ischemia followed by reperfusion are topics approaching the relationship of reperfusion and the activation of complement pathways in oxidative stress. Complement activation is considered to play a fundamental role in the initial phase of the inflammatory response in CABG-ECC.
Trials assessing the evolution of IL6 and IL8 levels in CABG with and without ECC have shown significantly lower levels when ECC is not used. In this study, IL6 levels were significantly reduced in the Tmz group from reperfusion onwards, that is, at the time point where a great oxidative stress occurred, five minutes after aortic unclamping. After that collection, IL6 reached its maximum level in 12 hours, declining in the following 24 hours. TNF-α was not observed at any collection time, similarly to that which was observed in other studies20,21.
The mean IL8 level did not reach a statistically significant difference (p=0.94), that is, IL8 levels in the groups progressed very similarly.
The ischemic and reperfused myocardium proved to be a major source of IL6, IL8 and TNF-α during CABG-ECC22. A marked increase in IL6 and IL8 levels appear during and immediately after ECC. Its peak concentration occurs a few hours after the end of CABG-ECC, with a gradual reduction to normal levels in the following 24 hours23. The characteristic release of IL6 and IL8 in ECC has been demonstrated after hypothermic and normothermic surgery, but no increase in TNF-α levels occur in normothermic surgery, the results of TNF-α levels in ECC being still conflicting20,21,24.
Of the pathophysiological aspects assessed in cardiovascular surgeries, the deleterious effects of ECC on the body stand out. Several reviews of prospective and randomized trials and meta-analyses of randomized trials have compared the pro- and anti-inflammatory effects of that procedure, and have evidenced the smaller inflammatory damages in procedures without ECC. However, no reduction in the major clinical outcomes, such as mortality, stroke, myocardial infarction, and need for reintervention, has been observed1,11,25-27.
Pintar and Collard21 have emphasized the activation mechanisms of C3a and C5a, IL6 and IL8, TNF-α, leukotrienes, and endotoxins. They have also reported a significant increase in endothelin-1 levels, a peptide derived from the endothelium that stimulates neutrophil activation and accumulation.
Trimetazidine has a protective effect on the cardiac cell against the ischemia and reperfusion injury, leading to a reduction in the markers of myocardial aggression, of oxidative stress, and, thus, of inflammatory response6,28. In this clinical trial, which evidenced significant differences in the IL6 levels in the Tmz group as compared with those in the placebo group, a tendency towards lower C3 and C5 levels was observed, with no statistically significant reduction in the groups. This can be justified by the reduced size of the sample and the fact that blood collection at the third time point of the protocol was performed 12 hours after aortic unclamping, and that the complements varied at a shorter interval.
The HS-CRP levels in the pre-operative period and 48 hours after surgery did not significantly differ between the Tmz and Placebo groups (p=0.31), evolving similarly throughout the treatment. The baseline levels in both groups were within the normal range, and the 48-hour levels were over 5 mg/L.
Studies on the clinical value of CRP levels were, at first, directed to follow-up and therapeutic control of inflammatory processes. Its role as an acute phase protein is due to its presence in many points of the inflammatory pathway. Produced and released by the liver cell, a production by the arterial wall has been also postulated. Its formation is stimulated by IL1 and IL6, and it is released by macrophages after phagocytosis of the antigen. In the past ten years, the CRP role in the atherosclerotic cardiovascular disease received more attention, CRP tending to become a risk marker of that clinical condition29,30.
In a prospective study, Lorenzo et al.31 have assessed patients undergoing CABG-ECC, measuring CRP as a risk marker after CABG-ECC. Those authors have investigated the association between pre-operative CRP levels and death after surgery. Levels over 3mg/dL have been considered predictive in the absence of infectious or inflammatory findings. Mezzomo et al.32, studying patients who had undergone CABG-ECC, have concluded that pre-operative HS-CRP levels over 3 mg/L were an independent predictor of post-operative respiratory infection. Balciunas et al.13, in a prospective study, have reported that CRP is a predictor of post-operative complications when serum levels over 3.3 mg/L are achieved. In the present study, no post-operative complications were observed in the groups during the follow-up period until hospital discharge (15 days). In addition, neither a longer ICU length of stay nor the use of vasoactive amines was required in the presence of CRP levels over those reported by Serrano et al.11.
Figueiredo and Martin-Neto33 have shown that Tmz is a useful drug to manage the inflammatory response following coronary angioplasty (PTCA). Those authors have reported that the pre-operative treatment with oral Tmz for three days reduced significantly the elevation in inflammatory markers before and right after PTCA.
Di Napoli et al.34 have assessed the impact of Tmz on CRP levels in the chronic ischemic heart disease. Patients who had received that drug for 18 months maintained their plasma CRP levels unaltered as compared with those of the placebo group. Those authors have suggested that such anti-inflammatory effect could relate to the significant reduction in mortality and in hospital readmissions observed after 48 months of treatment with Tmz.
CABG-ECC seems to be the best model to associate inflammation with the effect of ischemia and reperfusion, when attempting to protect the isolated heart during prolonged asystole. Thus, the additional effect of Tmz in that process was assessed as a pre-treatment. Experimental clinical trials in that area have shown that Tmz has a direct anti-ischemic effect, limiting the accumulation of calcium, acidosis, production of superoxide radicals, and inflammation, leading to clinical benefit6,33,34.
This study had some limitations. The first relates to the size of the sample. Although similar to other studies assessing inflammatory markers before and after CABG-ECC, the evaluation of a larger population could provide more consistency and sustainability to the results. The second limitation relates to the temporal evaluation of some markers, such as IL6 and IL8, which can peak after ECC at intervals shorter than 12 hours, and C3 and C5, which can also be elevated four hours after ECC. Regarding the protocol with blood collections at 12-hour intervals, the results replicate those of some experimental studies with animals and humans using similar methodology. It is worth considering, for future studies, the use of other methodologies of myocardial protection, such as anterograde and retrograde continuous, normothermic cardioplegia.
The results of this study showed a significant reduction in IL6 levels, evidencing that Tmz can be effective in reducing the inflammatory response when administered as a pre-treatment for patients undergoing CABG-ECC. The same effect, however, was not observed for the other mediators assessed, such as IL8, TNF-α, C3 and C5, and HS-CRP.
We thank the pharmacist Prof. Alexandre Lourenço Lopes, PhD, for manufacturing the placebo, following up the masking process, and randomizing the clinical trial. We also thank Prof. Igor Couto Cruz, PhD, and Rafael Nunes for analyzing the sera and the results, and the psycholinguist Prof. Maria do Carmo Lourenço-Gomes, PhD, for reviewing this text.
The authors declare no conflict of interest.
The present study had no external financing sources.
This article is part of the doctorate dissertation of Gerez Fernandes Martins, Universidade Federal do Rio de Janeiro.