The Influences of Perfusion Temperature on Inflammatory and Hematologic Responses during Cardiopulmonary Bypass

Background: Several studies have demonstrated that conventional hypothermic cardiopulmonary bypass (CPB) causes cellular injury, abnormal responses in peripheral vascular beds and increased postoperative bleeding, whereas normothermic CPB provides protection of the hypothermic-induced effects and better cardiac recovery. The present study was prospectively performed to compare the effects of normothermic CPB to those of hypothermic CPB on the inflammatory and hematologic responses during cardiac surgery. Material and Method: Thirty-four adult patients scheduled for elective cardiac surgery were randomly assigned to hypothermic CPB (nasopharyngeal temperature $26～28^{\circ}C,$ n=17) or normothermic CPB (nasopharyngeal $temperature>35.5^{\circ}C,$ n=17) group. In both groups, cold $(4^{\circ}C)$ crystalloid cardioplegia was applied for myocardial protection. Blood samples were drawn from radial artery before (Pre-CPB), 10 minutes after starting (CPB-10) and immediately after ending (CPB-OFF) CPB. Total leukocyte and platelet counts, interleukin-6 (IL-6) level(expressed as percent to the baseline of Pre-CPB), D-dimer level, protein C and protein S activity were measured with the blood samples. The amount of bleeding for postoperative 24 hours and blood transfusion after operation were also assessed. All parameters were compared between the two groups. Result: The total leukocyte counts $(10,032\pm65/mm^3)$ and the increased ratio of IL-6 $(353\pm7.0%)$ at CPB-OFF in the normothermic group were higher than that $(7,254\pm48/mm^3$ and $298\pm7.3%)$ of the hypothermic group(p=0.02 and p=0.03). In the normothermic group, protein C activity $(32\pm3.8%)$ and protein S activity $(35\pm4.1%)$ at CPB-OFF were significantly lower than that $(45\pm4.3%$ and $51\pm3.8%)$ of the hypothermic group (p=0.04 and p=0.009). However, there were no differences in platelet counts and D-dimer concentration. In the normothermic group, the amount of bleeding for postoperative 24 hours $(850\pm23.2$ mL) and requirements for blood transfusion after operation such as packed cell $(1,402\pm20.5$ mL), fresh frozen plasma $(970\pm20.8$ mL) and platelet $(252\pm6.4$ mL) were higher than that $(530\pm21.5$ mL, $696\pm15.7$ mL, $603\pm18.2$ mL and $50\pm0.0$ mL) of the hypothermic group. Conclusion: These results indicate that normothermic CPB with cold crystalloid cardioplegia was associated with higher increase in inflammatory response, hemostatic abnormalities and postoperative bleeding problem than moderate hypothermic CPB.

체외순환시 염증과 혈액학적 반응에 대한 관류온도의 영향

배경: 심혈관 수술 시 일반적으로 사용하는 저체온 체외순환이 세포의 저체온 손상, 말초혈관계의 비정상적 반응 및 수술 후 높은 출혈 경향을 일으키는데 비해 정상체온 체외순환은 이러한 저체온 체외순환의 유해한 효과들을 예방하고 심장의 빠른 회복을 가져다준다고 한다. 저자들의 연구는 염증 및 혈액학적 반응에 대한 저체온 체외순환과 정상체온 체외순환의 영향을 비교하기 위해 전향적으로 실시되었다. 대상 및 방법: 심장수술이 계획된 34명의 성인 환자들을 연구목적에 따라 무작위로 저체온 체외순환군(비인두 온도 26～28$^{\circ}C$, n=17, 저체온군)과 정상체온 체외순환군(비인두 온도&35.5$^{\circ}C$, n=17, 정상체온군)으로 나누었다. 심근보호는 양 군 모두 비혈액성 냉각심정지법을 적용하였다. 환자들로부터 체외순환 시작 전(Pre-CPB), 체외순환 실시 10분(CPB-10), 체외순환 종료 후(CPB-OFF)에 요골동맥으로부터 혈액을 채취하여 총 백혈구 수, 혈소판 수, interleukin-6 (IL-6)농도의 변화율(백분율로 표시), D-dimer 농도, protein C 활성도 및 Protein S 활성도를 측정하였고 수술 후 24시간 출혈량, 혈액제제 사용량도 조사하여 양 군 간에 비교 평가하였다. 결과: Pre-CPB에 비해 CPB-OFF의 경우 정상체온군의 총 백혈구 수(10,032$\pm$65/mm$^3$) 및 IL-6 증가율(353$\pm$7.0%)이 저체온군의 총 백혈구 수(7,254$\pm$$48/mm^3$) 및 IL-6 증가율(298$\pm$7.3%)보다 유의하게 높았다(p=0.02 및 p=0.03). 그러나 정상체온군의 protein C activity (32$\pm$3.8%) 및 protein S activity (35$\pm$4.1%)는 저체온군의 protein C activity (45$\pm$4.3%) 및 Protein S activity (51$\pm$3.8%)보다 유의하게 낮았다(p=0.04 및 p=0.009). 체외 순환 중 혈소판 수와 D-dimer농도의 변화는 양 군 간에 유의한 차이가 없었다. 정상체온군의 수술 후 24시간 출혈량(850$\pm$23.2 mL) 및 수혈을 위한 농축적혈구(1,402$\pm$20.5 mL), 신선냉동혈장(970$\pm$20.8 mL), 농축 혈소판(252$\pm$6.4 rnL) 사용량은 저체온군의 수술 후 24시간 출혈량(530$\pm$21.5 mL) 및 수혈을 위한 농축적혈구(696$\pm$15.7 mL), 신선냉동혈장(603$\pm$18.2 mL), 농축혈소판(50$\pm$0.0 mL) 사용량보다 유의하게 더 높았다(p=0.04 및 p=0.01, p=0.04, p=0.01). 결론: 정상체온 체외순환은 저체온 체외순환에 비해 더 높은 염증반응, 수술 후 더 많은 출혈 및 혈액제제 사용량의 증가를 유발하므로, 저자들은 심장수술시 정상체온 순환법을 일상적으로 사용하기 위해서는 더 많은 연구가 필요할 것으로 생각한다.