CLINICAL EFFICACY OF PULSATILE PERFUSION IN ELDERLY PATIENTS UNDERGOING CARDIAC SURGERY: hemodynamic energy, vascular reactivity, endothelial integrity and renal function

Obiettivi: La superiorità della perfusione pulsata rispetto a quella non-pulsata per la circolazione extracorporea (CEC) a breve termine rimane controversa. Pazienti anziani sono più sensibili alla qualità della perfusione in CEC e quindi possono meglio beneficiare dei teorici benefici di una perfusione pulsata. Obiettivo del presente studio è stato quello di valutare, in pazienti anziani sottoposti alla sostituzione valvolare aortica (SVA), gli effetti emodinamici, vascolari, endoteliali e renali della perfusione pulsata (PP) o non-pulsata (PN) durante la CEC. Metodi: Quaranta pazienti (età media 80±3 anni, EuroScore 5.9±1.5) con la stenosi valvolare aortica isolata sono stati prospetticamente randomizzatri e soddivisi in due gruppi secondo la tecnica di perfusione (PP o PN) durante l’intervento cardiaco. La perfusione pulsata è stata valutata in termini di l’energy equivalent pressure (EEP) e di surplus hemodynamic energy (SHE). Le curve della pressione e del flusso sono state rilevate e registrate durante la CEC mediante l’utilizzo di flussimetri e trasduttori di pressione esterni. Una valutazione emodinamica con calcolo della portata, delle resistenze vascolari sistemiche (SVRi) e delle resistenze polmonare (PVRi) è stata eseguita durante l’intervento e nelle successive 18 ore. Markers plasmatici della integrità endoteliale (inter-cellular adhesive molecule–1 (ICAM-I), endothelina–1 (ET-1), von Willebrand factor (vWF)), e-NOS eritrocitaria, e markers del danno renale acuto (N-acetyl-β-D-glucosaminidase (NAG), molecola del danno renale–1 (KIM-1) and neutrophil-gelatinase associated lipocalin (NGAL)) sono stati rilevati nel periodo perioperatorio e nelle successive 18 ore. Resulti: Nel gruppo di pazienti con flusso pulsato, EEP valutato in arteria radiale del paziente è stata 7.3% piu alta rispetto alla pressione media (MAP), corrispondente a 5150±2291 ergs/cm3 della SHE. Nel gruppo non-pulsato EEP e MAP sono stati uguali. Non è stata rilevata alcuna differenza nella pressione di perfusione media (55±9 mmHg in gruppo PP vs 60±13 mm Hg in gruppo PN) ed nel flusso medio (4.4±0.5 vs 4.3±0.4). Le resistenze vascolari sistemiche, nel gruppo pulsato, sono state significativamente più basse durante clampaggio aortico fino l’inizio della fase di riscaldamento (ANOVA interazione gruppo-tempo p=0.06). Anche le resistenze vascolari polmonari, nel gruppo pulsato, sono state significativamente più basse dopo la somministrazione di protamina e a 2 ore dopo l’arrivo in terapia intensiva (ANOVA interazione gruppo-tempo p=0.02). Nei pazienti con PP, la marcata riduzione delle resistenze vascolari sistemiche ha richiesto un più alto uso di farmaci vasopressori (p=0.01) nel periodo postoperatorio. I dosaggi di ICAM, vWF, ET-I ed eNOS hanno mostrato marcate differenze prima e dopo la CEC ma alcuna differenza significativa tra i due gruppi. Nessun differenza significativa è stata trovata tra i valori pre- e postoperatori del clearance creatinina nel gruppo pulsato (71 ± 26 vs 61 ± 35 mL/min p=0.95) mentre si è osservata una riduzione significativa nel gruppo non-pulsato (70 ± 28 vs 47 ± 16 mL/min p=0.001). Inoltre il gruppo pulsato ha dimostrato valori più bassi di NGAL alla chiusura dello sterno (p=0.01) e a 2 ore in TIPO (p=0.02) e di NAG urinario postoperatorio a 18 ore in TIPO (p=0.003). I due gruppi sono stati comparabili in termini di livelli dei lattati perioperatori, sanguinamento dai tubi di grenaggio, trasfusioni dei componenti del sangue, tempi di ricovero in terapia intensiva e reparto di degenza e complicanze precoci. Conclusioni: Nei pazienti anziani sottoposti a sostituzione valvolare aortica, il flusso pulsato in CEC ha mostrato una buona perfusione d’organo con migliore preservazione della funzione renale. Tuttavia la vasodilatazione indotta dalla perfusione pulsata ha richiesto un più alto uso di farmaci vasopressori nel periodo postoperatorio.

Objective(s): the superiority of pulsatile perfusion over non-pulsatile during short-term cardiopulmonary bypass (CPB) is still controversial. Elderly patients are the most sensible to the perfusion quality and could benefit from pulsatile CPB. The objective of the study was to analyze hemodynamic effects, vascular reactivity, endothelial integrity and renal function in elderly patients undergoing aortic valve replacement (AVR) with either pulsatile (PP) or non-pulsatile (NP) CPB. Methods: forty elderly patients (age 80±3 years old, EuroScore 5.9±1.5) with aortic valve stenosis were prospectively randomized for surgery with either PP or NP perfusion performed by centrifugal pump. Pulsatility was evaluated in terms of energy equivalent pressure (EEP) and surplus hemodynamic energy (SHE). Flow and pressure curves were recorded at 6 time-points during CPB with external flow-meters and collected in computer-based system. Systemic (SVRi), pulmonary (PVRi) vascular resistance, plasma markers of endothelial integrity (inter-cellular adhesive molecule–1 (ICAM-I), endothelin–1 (ET-1), von Willebrand factor (vWF)), erythrocyte e-NOS and urinary acute kidney injury makers (N-acetyl-β-D-glucosaminidase (NAG), kidney injury molecule–1 (KIM-1) and neutrophil gelatinase associated lipocalin (NGAL)) were collected during 24 hours of perioperative period together with pre- and postoperative creatinine clearance assessment. Results: In PP group, EEP calculated in patient’s radial artery was at average 7.3% higher than mean arterial pressure (MAP), which corresponded to an increase of 5150±2291 ergs/cm3 of SHE. In NP group EEP and MAP were equal. Mean perfusion pressure (55±9 mmHg in PP group vs 60±13 mm Hg in NP group) and flow (4.4±0.5 vs 4.3±0.4) showed no difference between the groups. SVRi was significantly lower during cross-clamp period in PP group until rewarming phase and just after removing of cross-clamp (ANOVA Group-time interaction p=0.06). PVRi was significantly lower in PP group after protamine administration and up to 2 hours in ICU (ANOVA Group-time interaction p=0.02). Lower vascular resistance induced by PP required higher perioperative dosages of vasopressor drugs infusion (p=0.01). ICAM, vWF, ET-I and eNOS showed marked variations at early post-CPB period without important difference between the groups. No significant difference between pre- and post-operative creatinine clearance was found in PP group (71 ± 26 vs 61 ± 35 mL/min p=0.951) while statistically significant decrement was observed in NP group (70 ± 28 vs 47 ± 16 mL/min p=0.001). PP group showed lowed mean urinary NAG level at 18 hours postoperatively (p=0.003) and lower NGAL levels at sternum closure (p=0.01) and 2 hours postoperatively (p=0.02). PP and NP patients were comparable in perioperative lactate levels, drainage blood loss, transfusion rates, ICU and hospital stay periods and early complications. Conclusions: In elderly patients undergoing aortic valve surgery, pulsatile flow provided a good organ perfusion with better preserved renal function. However, pulsatile perfusion induced lower systemic and pulmonary vascular resistance results in augmented postoperative vasopressor requirements.