Acute Normovolemic Hemodilution in Adult Cardiac Surgery: Efficacy, Safety, and Underutilization

Acute Normovolemic Hemodilution in Adult Cardiac Surgery: Efficacy, Safety, and Underutilization

Highlight

  • Acute normovolemic hemodilution (ANH) is significantly associated with reduced transfusion rates of red blood cells and other blood components in adult cardiac surgery.
  • Higher volumes of ANH (≥650 mL) further strengthen its blood conservation effect, lowering transfusion odds by up to 64%.
  • Despite its safety and cost-effectiveness, ANH utilization remains below 20% in the United States cardiac surgical population.
  • ANH contributes to substantial reductions in blood product use and associated acquisition and activity-based costs.

Study Background

Cardiac surgery, notably operations involving cardiopulmonary bypass (CPB), remains the single highest consumer of allogeneic blood components in the United States. Perioperative blood transfusions, although lifesaving, carry well-documented risks including transfusion reactions, immunomodulation, increased infections, and longer hospital stays. Acute normovolemic hemodilution (ANH) is a blood conservation strategy where a patient’s blood is removed and simultaneously replaced with crystalloid or colloid solutions at the beginning of surgery, reducing red cell loss during CPB and surgery. The withdrawn autologous blood is reinfused after bleeding risk decreases. However, despite its theoretical and demonstrated benefits globally, ANH is underutilized in the U.S., with less than 20% adoption particularly in cardiac surgery. Given increasing challenges in blood supply sustainability, vulnerability to shortages, and escalating costs, reassessing ANH’s clinical effectiveness and cost impact is imperative.

Study Design

This retrospective propensity score-matched cohort analysis utilized data from the Society of Thoracic Surgeons (STS) Adult Cardiac Surgery Database (version 4.20.2), encompassing operations from July 2020 to September 2023. The study population included 16,795 adult patients (≥18 years) undergoing coronary artery bypass grafting (CABG), valve surgeries, or combined procedures with CPB. The exposure of interest was documented use and volume of ANH, as captured in the database.

Primary outcome was defined as any intraoperative or postoperative transfusion of blood components (red blood cells [RBCs], platelets, plasma, cryoprecipitate). A secondary analysis stratified the ANH volume effect using a cutoff of 650 mL to assess a dose-response relationship. Additional outcomes included number of transfused units, bleeding-related surgical reexplorations, intensive care unit length of stay, and economic evaluations related to blood product acquisition and procedural activity costs.

Propensity score matching accounted for baseline differences, particularly given that ANH patients had fewer preoperative anemias and higher baseline hematocrit, potentially confounding interpretation.

Key Findings

Among the entire cohort, ANH was applied in 14.7% (2,463 cases), reflecting its relatively modest adoption despite endorsement in guidelines. Patients selected for ANH tended to be less anemic preoperatively; mean hematocrit was 2.5% higher on average compared to controls (95% CI 2.3-2.7, P < 0.001).

After propensity matching, 2,282 patient pairs were analyzed. Transfusion exposure was significantly reduced in the ANH group with 31.2% receiving any blood product versus 36.4% in controls (P < 0.001). Logistic regression revealed that ANH use decreased the odds of transfusion by 27% (OR 0.73; 95% CI 0.60-0.89). The volume-stratified analysis demonstrated dose dependence: ANH volumes ≥650 mL yielded a 47% to 64% reduction in blood component transfusions covering RBCs and non-RBC components.

Quantitatively, cumulative reductions reached 167 fewer units of erythrocytes and 295 fewer platelet units transfused compared to non-ANH counterparts. Importantly, these reductions translated to meaningful savings in blood acquisition and activity-based procedural costs. No significant increase in bleeding reexploration rates or ICU length of stay was observed, supporting the safety of ANH.

Expert Commentary

ANH represents a pragmatic, physiologically sound, and low-cost method for minimizing allogeneic blood exposure during complex cardiac surgeries. The volume-dependent transfusion benefit aligns with the mechanism whereby greater blood withdrawal induces more effective hemodilution and preservation of patient red cell mass when reinfused.

Despite its demonstrated efficacy, barriers to wider ANH implementation remain complex and multifactorial, including practitioner unfamiliarity, workflow integration challenges, perceived logistic burdens, and institutional priorities. The STS database’s real-world evidence contributes to accumulating data that should incentivize clinicians and centers to re-examine their blood management protocols.

While this study’s retrospective observational design cannot prove causality and residual confounding may exist, the large sample size, rigorous propensity matching, and consistency of effect across blood product types strengthen external validity. Future prospective randomized trials or pragmatic implementation studies would be valuable to confirm these findings and address operator-level adoption barriers.

Conclusion

In summary, ANH demonstrates a clear, volume-dependent association with reduced perioperative use of both RBC and non-RBC blood components in adult cardiac surgery requiring CPB. It is a safe, cost-effective strategy that can alleviate pressure on blood supplies and reduce transfusion-associated risks. However, its underuse in U.S. cardiac surgery settings reflects a significant opportunity gap in perioperative blood management. Greater awareness, education, and institutional support are needed to optimize blood conservation efforts and improve patient outcomes.

References

Tanaka KA, Stewart KE, Vandyck KB, Burkhart HM, Garwe T, Kertai MD, Butt AL, Mazzeffi MA. Acute Normovolemic Hemodilution in Adult Cardiac Surgery. JAMA Surg. 2025 Sep 3:e253238. doi: 10.1001/jamasurg.2025.3238. Epub ahead of print. PMID: 40900582; PMCID: PMC12409644.

Hemodiluição normovolêmica aguda na cirurgia cardíaca de adultos: eficácia, segurança e subutilização

Hemodiluição normovolêmica aguda na cirurgia cardíaca de adultos: eficácia, segurança e subutilização

Destaque

  • A hemodiluição normovolêmica aguda (HNA) está significativamente associada à redução nas taxas de transfusão de hemácias e outros componentes sanguíneos na cirurgia cardíaca de adultos.
  • Volumes mais altos de HNA (≥650 mL) reforçam ainda mais seu efeito de conservação de sangue, reduzindo as chances de transfusão em até 64%.
  • Apesar de sua segurança e custo-benefício, a utilização da HNA permanece abaixo de 20% na população de cirurgia cardíaca dos Estados Unidos.
  • A HNA contribui para reduções substanciais no uso de produtos sanguíneos e nos custos associados à aquisição e atividade baseada em procedimentos.

Contexto do Estudo

A cirurgia cardíaca, notavelmente operações envolvendo circulação extracorpórea (CEC), continua sendo o maior consumidor de componentes sanguíneos alógenos nos Estados Unidos. As transfusões de sangue perioperatórias, embora salvadoras de vidas, apresentam riscos bem documentados, incluindo reações a transfusões, imunomodulação, infecções aumentadas e estadias hospitalares mais longas. A hemodiluição normovolêmica aguda (HNA) é uma estratégia de conservação de sangue na qual o sangue do paciente é removido e simultaneamente substituído por soluções cristaloides ou coloides no início da cirurgia, reduzindo a perda de hemácias durante a CEC e a cirurgia. O sangue autólogo retirado é reinfundido após a diminuição do risco de sangramento. No entanto, apesar de seus benefícios teóricos e demonstrados globalmente, a HNA é subutilizada nos EUA, com menos de 20% de adoção, especialmente na cirurgia cardíaca. Diante dos desafios crescentes de sustentabilidade do suprimento de sangue, vulnerabilidade a escassez e custos em ascensão, é imperativo reavaliar a eficácia clínica e o impacto de custos da HNA.

Design do Estudo

Esta análise retrospectiva de coorte combinada com pontuação de propensão utilizou dados do Banco de Dados de Cirurgia Cardíaca Adulta da Sociedade de Cirurgiões Torácicos (STS) (versão 4.20.2), abrangendo operações de julho de 2020 a setembro de 2023. A população do estudo incluiu 16.795 pacientes adultos (≥18 anos) submetidos a revascularização miocárdica (CABG), cirurgias valvares ou procedimentos combinados com CEC. A exposição de interesse foi o uso documentado e o volume de HNA, conforme capturado no banco de dados.

O resultado primário foi definido como qualquer transfusão intraoperatória ou pós-operatória de componentes sanguíneos (hemácias [Hb], plaquetas, plasma, crioprecipitado). Uma análise secundária estratificou o efeito do volume de HNA usando um corte de 650 mL para avaliar a relação dose-resposta. Resultados adicionais incluíram número de unidades transfundidas, reexplorações cirúrgicas relacionadas ao sangramento, tempo de permanência na unidade de terapia intensiva (UTI) e avaliações econômicas relacionadas à aquisição de produtos sanguíneos e custos de atividade baseada em procedimentos.

A pontuação de propensão ajustou as diferenças basais, especialmente dado que os pacientes da HNA tinham menos anemias pré-operatórias e hematócrito basal mais alto, potencialmente confundindo a interpretação.

Principais Achados

Entre toda a coorte, a HNA foi aplicada em 14,7% (2.463 casos), refletindo sua adoção relativamente modesta, apesar do endosso em diretrizes. Os pacientes selecionados para HNA tendiam a ser menos anêmicos pré-operatoriamente; o hematócrito médio era 2,5% mais alto em média em comparação com os controles (IC 95% 2,3-2,7, P < 0,001).

Após a combinação de pontuação de propensão, 2.282 pares de pacientes foram analisados. A exposição à transfusão foi significativamente reduzida no grupo HNA, com 31,2% recebendo algum produto sanguíneo versus 36,4% nos controles (P < 0,001). A regressão logística revelou que o uso de HNA reduziu as chances de transfusão em 27% (OR 0,73; IC 95% 0,60-0,89). A análise estratificada por volume demonstrou dependência de dose: volumes de HNA ≥650 mL resultaram em uma redução de 47% a 64% nas transfusões de componentes sanguíneos, incluindo Hb e componentes não-Hb.

Quantitativamente, as reduções cumulativas atingiram 167 unidades a menos de eritrócitos e 295 unidades a menos de plaquetas transfundidas em comparação com os contrapartes sem HNA. Importante, essas reduções se traduziram em economias significativas nos custos de aquisição de sangue e atividade baseada em procedimentos. Não houve aumento significativo nas taxas de reexploração por sangramento ou no tempo de permanência na UTI, suportando a segurança da HNA.

Comentário de Especialistas

A HNA representa um método pragmático, fisiologicamente sólido e de baixo custo para minimizar a exposição a sangue alógeno durante cirurgias cardíacas complexas. O benefício de transfusão dependente do volume alinha-se com o mecanismo pelo qual uma retirada maior de sangue induz uma hemodiluição mais eficaz e preservação da massa de hemácias do paciente quando reinfundido.

Apesar de sua eficácia comprovada, as barreiras para uma implementação mais ampla da HNA permanecem complexas e multifatoriais, incluindo falta de familiaridade dos profissionais, desafios de integração de fluxo de trabalho, encargos logísticos percebidos e prioridades institucionais. A evidência do mundo real do banco de dados STS contribui para os dados acumulados que devem incentivar os clínicos e centros a reexaminarem seus protocolos de gestão de sangue.

Embora o design observacional retrospectivo deste estudo não possa provar causalidade e possa existir confundimento residual, o tamanho da amostra grande, a combinação rigorosa de pontuação de propensão e a consistência do efeito entre os tipos de produtos sanguíneos fortalecem a validade externa. Futuros ensaios clínicos randomizados prospectivos ou estudos de implementação práticos seriam valiosos para confirmar esses achados e abordar as barreiras de adoção a nível de operador.

Conclusão

Em resumo, a HNA demonstra uma associação clara, dependente do volume, com a redução no uso perioperatório tanto de Hb quanto de componentes sanguíneos não-Hb na cirurgia cardíaca de adultos que requer CEC. É uma estratégia segura e custo-benefício que pode aliviar a pressão sobre os suprimentos de sangue e reduzir os riscos associados às transfusões. No entanto, seu subuso em cenários de cirurgia cardíaca nos EUA reflete uma lacuna significativa na gestão de sangue perioperatório. Maior conscientização, educação e apoio institucional são necessários para otimizar os esforços de conservação de sangue e melhorar os resultados dos pacientes.

Referências

Tanaka KA, Stewart KE, Vandyck KB, Burkhart HM, Garwe T, Kertai MD, Butt AL, Mazzeffi MA. Hemodiluição normovolêmica aguda na cirurgia cardíaca de adultos. JAMA Surg. 2025 Set 3:e253238. doi: 10.1001/jamasurg.2025.3238. Epub antes da impressão. PMID: 40900582; PMCID: PMC12409644.

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