Despite all of the advances that have been achieved by researchers into the pathophysiology of ischemia and reperfusion (I/R), there is still a great deal to be investigated. Enormous challenges remain in understanding the mechanisms of injury and, clearly, in introducing new treatments. Faced with a patient with acute ischemia of an extremity, the vascular surgeon's greatest concern will always be to achieve successful revascularization, while bearing in mind the risks involved in this procedure in more serious situations. It is very difficult to determine the limit of cell viability, particularly on the basis of clinical examination and this fact is the reason that surgeons tend to favor revascularization in attempts to salvage the ischemic limb.

The first step in managing patients with non-traumatic acute ischemia of a limb is to initiate anticoagulation treatment, generally using heparin. The objective of anticoagulation is to avert thrombus propagation during the interval of time in which the patient is being evaluated, resuscitated and prepared for intervention, whether this be open or endovascular surgery. Although there is significant experimental data indicating that I/R has metabolic, inflammatory and thrombotic components that initiate locally in the ischemic extremity before reperfusion, conventional clinical studies have not employed metabolic techniques or anti-inflammatory treatments before reperfusion. Rather, the majority of clinical studies have employed therapeutic agents that have a single specific action, whether inflammatory, metabolic or procoagulatory, despite the evidence proving that multiple components are involved in I/R.

When the oxygenated blood returns to the tissues during reperfusion, numerous reactive oxygen species (ROS) are generated, in addition to those already triggered by the ischemia. Antioxidant interventions have been extensively investigated with a view to impeding the activity of ROS. Free radical scavengers, including allopurinol, superoxide dismutase, catalase and dimethyl sulfoxide and others, have been investigated and shown to attenuate I/R injuries in several animal experiments. However, there are also negative reports. Melatonin is produced by the pineal gland and there is growing recognition of its importance as an ROS scavenger in several different organs and tissues, including skeletal muscle.

Ischemic preconditioning (IPC) is the phenomenon by which brief episodes of ischemia and reperfusion trigger an adaptation mechanism which then protects tissues from sustained ischemic injuries after reperfusion. Observations reported by Murry et al. (1986)1 led to a substantial increase in enthusiasm about research into IPC – not only for the myocardium, but also in other organs and tissues. Two phases of the IPC protective effect have been described: there is an early protective effect which appears immediately after IPC stimulation, but which disappears within two hours; and there is a later phase of protection which begins around 12 to 24 hours after IPC and lasts from 2 to 3 days.2 The majority of studies in the literature have focused on the early phase of protection. However, it is during the later phase of protection provoked by IPC that the greater part of micro-surgical problems arise.

From a clinical point of view, IPC can be employed for certain types of elective surgery, such as transference of free tissue or composite tissues for allotransplantation, during which ischemia can be controlled by the surgeon. For example, after isolation of the free portion, before sectioning the vascular pedicle, IPC maneuvers can be employed to provide protection against reperfusion injuries. However, the most important question is whether IPC is able to provide good protection for human beings. To date, clinical trials of IPC carried out in the fields of liver, heart and lung surgery have had favorable results.3 Another maneuver currently under investigation is ischemic post-conditioning (Post-C or intermittent reperfusion), which consists of three cycles of alternate non-occlusion/re-occlusion applied to the vascular pedicle, after prolonged ischemia. Zhao et al. (2003)4 have reported that a single maneuver (consisting of three episodes of 30 seconds alternating between non-occlusion and re-occlusion) applied to the anterior descending coronary artery after 60 minutes of sustained ischemia significantly reduced myocardial infarction in dogs. Clinically, Post-C can be used to salvage vascularized or amputated limbs in which ischemia has already taken a place or where the window of opportunity for using IPC has already closed. The maneuver is simple and safe, but it must be applied at the start of reperfusion, since reperfusion injury begins within minutes of the restoration of flow.

Recently, IPC theory has been extended to arrive at the concept of remote ischemic preconditioning (RIPC), which is a technique that consists of provoking brief alternating periods of ischemia and reperfusion in an organ or tissue and which provides protection against reperfusion injury in distant organs or tissues.5 Encouraging results have also been described after administration of 4/4 minute cycles applied to the thigh, reducing cardioplegic injuries among 81 adults operated on for valve replacement.6However, there is a lack of publications about the role of RIPC with relation to human skeletal muscle.

Nitrite is an inert oxidative metabolite of nitric oxide (NO) that can be found in circulation at micromolar levels. Recently, studies have shown that intravenous administration of nitrates prior to reperfusion has a significant therapeutic protective effect against I/R injuries to the myocardium and to the liver.7 Nitric oxide synthase (eNOS) converts L-arginine to L-citrulline in the vascular endothelium, to generate NO, which is widely recognized as a protective factor for vascular homeostasis.

Recently, Henderson et al. (2010) studied hydrogen sulfide,8 showing that pre-ischemic delivery of hydrogen sulfide limits I/R injuries to skeletal muscle. Research into the benefits of antioxidants for I/R have also resurfaced. Some studies have shown that vitamin E has a protective effect, averting I/R injuries to skeletal muscle.9 Drugs that act on the endothelium and on vascular reactivity have also been studied. For example, cilostazol and pentoxifylline (employed to manage chronic ischemia) and pravastatin and simvastatin (used to reduce cholesterol) have been shown to attenuate I/R injuries to skeletal muscle.

Some authors have also investigated hyperbaric oxygen therapy (HBO) for treatment of I/R injuries. Although the clinical efficacy of HBO has been recognized after small scale clinical trials, the potential mechanism remains uncertain.

Hypothermia is often used to preserve amputated tissues prior to reimplantation. Local hypothermia was shown to be protective when administered during the early phase of reperfusion of skeletal muscle, suggesting a potential clinical strategy for minimizing I/R injuries.10

Promising results have recently been reported with relation to low-level lasers' ability to protect against I/R injuries in skeletal muscle11 and in random cutaneous flaps from rats.12

In an attempt to avoid reperfusing the ischemic limb with normal blood, it has been suggested that a modified solution should be administered via a simplified perfusion system (a hyperosmolar, hyperoncotic and hypocalcemic solution enriched with energy substrate and at low pressure) for 30 minutes before allowing normal blood to flow, with the objective of avoiding the local and systemic complications of I/R injuries. Promising clinical results have been reported after use of this technique,13 but they were not confirmed in a recent multicenter study.14

Despite all of the advances reported in animal experiments investigating treatment of I/R of the extremities, to date applications in humans remain fairly restricted because of the lack of research. Notwithstanding, I/R injuries are of interest to surgeons operating in other specialties involving organ transplantation and transfer of free tissues and so studying the phenomenon could have a significant impact on the overall success rates of these procedures. The interventions described above, such as IPC, Post-C and RIPC could be employed during organ or tissue transplantation procedures. These maneuvers are simple, safe and apparently inoffensive, but randomized multicenter studies are still needed to verify their efficacy.

Apesar dos avanços no estudo da fisiopatologia da isquemia e reperfusão (I/R), ainda há muito a se investigar. Persistem enormes desafios na compreensão dos mecanismos da lesão e, evidentemente, na introdução de novas terapias. Diante de um paciente com isquemia aguda de membro, a preocupação do Cirurgião Vascular será sempre no sentido de propiciar a revascularização, sabendo-se dos riscos deste procedimento em situações mais graves. Estabelecer o limite da viabilidade da célula é muito difícil, principalmente pelo exame clínico; desta circunstância, decorre a tendência do Cirurgião em promover a revascularização para tentar o salvamento do membro isquêmico.

O primeiro passo da terapia de pacientes com isquemia aguda não traumática de membro é a instituição de terapia anticoagulante, geralmente com a heparina. O objetivo da anticoagulação é evitar a propagação do trombo durante o período em que o paciente está sendo avaliado, ressuscitado e preparado para a intervenção, seja cirurgia aberta ou endovascular. Apesar dos vários dados experimentais indicando componentes metabólicos, inflamatórios e trombóticos da lesão de I/R, que se inicia localmente no membro isquêmico antes da reperfusão, os estudos clínicos convencionais não têm instituído medidas metabólicas e tratamentos anti-inflamatórios antes da reperfusão. Assim, a maioria dos estudos clínicos tem usado agentes terapêuticos que têm ação específica única, seja inflamatória, metabólica ou pró-coagulante, apesar da evidência comprovada dos múltiplos componentes envolvidos na I/R.

Quando o sangue oxigenado retorna aos tecidos durante a reperfusão, numerosas espécies reativas de oxigênio (ERO) são geradas, além daquelas causadas pela isquemia. Intervenções antioxidantes têm sido extensivamente investigadas, com o objetivo de impedir a ação das ERO. Varredores de radicais livres, incluindo alupurinol, superóxido dismutase, catalase, dimetil sulfóxido e outros, têm sido examinados e mostraram atenuar as lesões de I/R em vários experimentos animais. Entretanto, há também relatos negativos. Melatonina, liberada pela glândula pineal, tem ganhado importância como varredor de ERO em diferentes órgãos e tecidos, incluindo o músculo esquelético.

O pré-condicionamento isquêmico (PCI) é o fenômeno no qual breves episódios de isquemia e reperfusão desencadeiam um mecanismo de adaptação, que protege os tecidos contra a lesão de isquemia sustentada subsequente à reperfusão. Após as observações de Murry et al. (1986)1, o entusiasmo com a investigação sobre o PCI – não só no miocárdio, mas também em outros órgãos e tecidos – aumentou substancialmente. Duas fases da proteção do PCI têm sido descritas: a fase precoce da proteção aparece imediatamente após o estímulo da PCI, mas desaparece dentro de duas horas; a fase tardia da proteção surge ao redor de 12 a 24 horas após o PCI e dura de dois a três dias2. A maioria dos estudos na literatura focaliza a fase precoce da proteção. Entretanto, é na fase tardia que o PCI provê proteção, quando a maior parte dos problemas microcirúrgicos se origina.

Do ponto de vista clínico, o PCI pode ser aplicado para algumas cirurgias eletivas, como transferência de tecido livre ou tecido composto no alotransplante, em que a isquemia pode ser controlada pelo Cirurgião. Por exemplo, após o isolamento de retalho livre, antes de se seccionar o pedículo vascular, manobras de PCI podem ser aplicadas para promover proteção contra a lesão de reperfusão. A questão mais importante, entretanto, é se o PCI é capaz de produzir boa proteção para o ser humano. Até agora, ensaios clínicos de PCI – nos campos das cirurgias hepática, cardíaca e pulmonar – têm demonstrado resultados favoráveis3. Outra manobra em investigação é o pós-condicionamento isquêmico (Pós-C) ou reperfusão intermitente, que consiste de três ciclos alternativos não oclusão/reoclusão aplicadas ao pedículo vascular, após isquemia sustentada. Zhao et al. (2003)4 relataram que uma manobra (que consistia de três epsódios de 30 segundos alternativos de não oclusão e reoclusão) aplicada sobre a artéria coronária descendente anterior, após 60 minutos de isquemia sustentada, reduziu significativamente o infarto do miocárdio de cães. Clinicamente, o Pós-C pode ser usado para o salvamento de membros devascularizados ou amputados, nos quais a isquemia já ocorreu e a janela de oportunidade do PCI já fechou. Esta manobra é simples e segura; no entanto, seria aplicada no início da reperfusão, uma vez que a lesão de reperfusão é iniciada dentro de minutos de refluxo.

Recentemente, a teoria do PCI tem sido estendida para um novo conceito de pré-condicionamento isquêmico remoto (PCIR), que é definido por breves períodos alternativos de isquemia e reperfusão num órgão ou tecido, que provê proteção contra lesão de reperfusão em outros órgãos ou tecidos à distância5. Resultados favoráveis foram descritos, também, quando ciclos de 4/4 minutos aplicados na coxa reduziram a lesão de cardioplegia em 81 adultos operados por substituição valvular6. Entretanto, em relação ao músculo esquelético humano, o papel do PCIR carece de publicações a respeito.

Nitrito é um metabólito oxidativo inerte de óxido nítrico(NO), encontrado na circulação em níveis micromolares. Estudos recentes têm mostrado que a administração de nitritos por via endovenosa previamente à reperfusão exerce significante proteção terapêutica contra lesão de I/R no miocárdio e no fígado7. No endotélio vascular, a óxido nítrico sintase (eNOS) converte a L-arginina à L-citrulina, para gerar NO, que é largamente reconhecido como fator protetor para a homeostase vascular.

Recentemente, sulfeto de hidrogênio foi estudado por Henderson et al. (2010)8. Esses autores mostraram que a liberação pré-isquêmica de sulfeto de hidrogênio limita a lesão de I/R em músculo esquelético. Pesquisa com vista aobenefício de antioxidantes sobre lesão de I/R também tem ressurgido. Alguns trabalhos demonstraram que vitamina E tem efeito protetor, evitando lesão de I/R em músculo esquelético9. Drogas que agem sobre o endotélio e a reatividade vascular têm sido estudadas. Assim, o cilostazol e a pentoxifilina, utilizados emisquemiacrônica, alémdeoutras, como a pravastatina e a sinvastatina, usadas na redução do colesterol, têm demonstrado atenuar lesões de I/R de músculo esquelético.

A oxigenioterapia hiperbárica (HBO) foi investigada por alguns autores no tratamento de lesão I/R. Embora a eficácia clínica da HBO tenha sido reconhecida em pequenos ensaios clínicos, o potencial mecanismo ainda é incerto.

A hipotermia comumente é usada para manter tecidos amputados, previamente ao reimplante. Hipotermia local demonstrou ser protetora quando aplicada durante a fase precoce da reperfusão de músculo esquelético, sugerindo uma estratégia clínica potencial para minimizar as lesões de I/R10.

Resultados promissores têm sido relatados recentemente sobre a capacidade do laser de baixa potência em proteger as lesões de I/R de músculo esquelético11 e de retalhos randômicos de pele de ratos12.

Tentando-se evitar a reperfusão do membro isquêmico com o sangue normal, sugeriu-se, por meio de um sistema simplificado de perfusão, administrar solução modificada (hiperosmolar, hiperoncótica, hipocalcêmica, enriquecida de substrato energético e baixa pressão) por 30 minutos e, a seguir, com o fluxo sanguíneo, com o objetivo de evitar as complicações locais e sistêmicas da lesão de I/R. Relataram-se resultados clínicos favoráveis utilizando-se esta técnica13, mas, emestudo multicêntrico recente, estes não se confirmaram14.

Apesar de todos os avanços em experimentos animais descritos objetivando a terapia da I/R de membros, ainda assim a aplicação em humanos é um pouco restrita, uma vez que faltam pesquisas a respeito. Por outro lado, a lesão de I/R é de interesse de outros Cirurgiões envolvidos em transplante de órgãos e transferência de tecido livre, e o seu estudo pode ter impacto significante no sucesso global destes procedimentos. Para atenuar as lesões de I/R, as intervenções descritas como PCI, Pós-C e a PCIR podem ser aplicadas emprocedimentos de transplante de órgãos ou tecidos. Estas manobras são simples, seguras e aparentemente inofensivas, mas carecem ainda de estudos multicêntricos randomizados para verificar a eficácia destas intervenções.