Increased Circulating Levels of Neutrophil Extracellular Traps During Cardiopulmonary Bypass

Abstract

Background: The intensity of inflammatory response triggered by cardiopulmonary bypass (CPB) during cardiac surgery has been associated with adverse outcomes. Neutrophils might contribute to organ injury through the liberation of DNA histone-based structures named “neutrophil extracellular traps” (NETs). Our objective was to assess circulating NETs levels before and after cardiac surgery in low-risk and high-risk patients. Methods: This prospective cohort study included 2 groups of patients undergoing elective cardiac surgery with the use of CPB. The first group consisted of low-risk patients (European System for Cardiac Operative Risk Evaluation II ≤ 1%), and the second group included high-risk patients (European System for Cardiac Operative Risk Evaluation II ≥ 5%). Blood samples were drawn pre-CPB and 3 hours post-CPB separation. Measurements of circulating NETs, interleukin-6, C-reactive protein, myeloperoxidase, citrullinated histone 3, and pentraxin-related protein 3 levels were performed at each time point. Results: Twenty-four patients, 12 high-risk and 12 low-risk patients, were included. Circulating NETs measurements changed from a median of 0.054 before CPB to 0.084 at 3 hours post-CPB separation, with a median increase of 0.037 (P < 0.001) per patient. No difference was noted between the high-risk and low-risk groups. A linear relationship was found between the circulating NETs measurements 3 hours post-CPB and CPB duration (ß = 0.047; confidence interval, 0.012-0.081; P = 0.01 R2 = 0.27). A correlation was found between the change in NETs with citrullinated histone 3 and myeloperoxidase levels, but not between NETs and other inflammatory biomarkers. Conclusions: Circulating NETs measurements increases during cardiac surgery with postsurgical levels proportional to CPB duration. The clinical significance of NETs production during cardiac surgery should be further investigated. Résumé: Contexte: L’intensité de la réponse inflammatoire déclenchée par la circulation extracorporelle en cours de chirurgie cardiaque a été associée à des résultats défavorables. Les neutrophiles pourraient contribuer à des lésions organiques par la libération de structures d’ADN lié à des histones appelées « pièges extracellulaires des neutrophiles » (ou NETs, de l’anglais neutrophil extracellular traps). Nous nous sommes donné pour objectif d’évaluer les taux de ces pièges extracellulaires dans la circulation avant et après la chirurgie cardiaque chez des patients exposés à des risques faibles et à des risques élevés. Méthodologie: Cette étude prospective de cohortes a été menée chez deux groupes de patients subissant une chirurgie cardiaque non urgente au cours de laquelle nous avons eu recours à la circulation extracorporelle. Le premier groupe était composé de patients exposés à un faible risque (EuroSCORE II [European System for Cardiac Operative Risk Evaluation II] ≤ 1 %), et le second, de patients exposés à un risque élevé (EuroSCORE II ≥ 5 %). Des échantillons sanguins étaient prélevés avant la mise sous circulation extracorporelle, puis 3 heures après le sevrage de la circulation extracorporelle. Les taux de NETs circulants, d’interleukine-6, de protéine C réactive, de myéloperoxydase, d’histones 3 citrullinées et de protéines apparentées à la pentraxine 3 ont été mesurés à chaque point d’évaluation. Résultats: Les données obtenues chez vingt-quatre patients, 12 dans le groupe à risque élevé et 12 dans le groupe à faible risque, ont été incluses dans l’analyse. Le taux médian de NETs circulants est passé de 0,054 avant la circulation extracorporelle à 0,084 trois heures après le sevrage, avec une augmentation médiane de 0,037 (p < 0,001) par patient. Aucune différence n’a été notée entre les deux groupes. Une relation linéaire a été observée entre la mesure du taux de NETs circulants 3 heures après le sevrage et la durée de la circulation extracorporelle (ß = 0,047; intervalle de confiance : 0,012-0,081; p = 0,01; R2= 0,27). Une corrélation a été notée entre la variation du taux de NETs comportant des histones 3 citrullinés et du taux de myéloperoxydase, mais pas entre le taux de NETs et ceux des autres biomarqueurs de l’inflammation. Conclusions: Le taux de NETs circulants augmente pendant une chirurgie cardiaque, le taux après la chirurgie étant proportionnel à la durée de la circulation extracorporelle. L’importance clinique de la production de NETs pendant la chirurgie cardiaque doit faire l’objet d’études plus approfondies.