Arq Bras CardiolArquivos Brasileiros de CardiologiaArq. Bras. Cardiol.0066-782X1678-4170Sociedade Brasileira de CardiologiaZmmDmbHxMSTGfKcDRJJrJDvS0066-782X201400030000500005S0066-782X201400500000410.5935/abc.20140010Artigos OriginaisO Índice de Perfusão da Oximetria de Pulso na Avaliação da
Função Endotelial na AteroscleroseMenezesIgor Alexandre Côrtes de1SantosMárcio Roberto Viana2CunhaCláudio Leinig Pereira da1Universidade Federal do ParanáHospital de ClínicasCuritibaPRBrasilHospital de Clínicas - Universidade Federal do
Paraná, Curitiba, PR - BrasilUniversidade Federal de SergipeDepartamento de FisiologiaSão CristóvãoSEBrasilDepartamento de Fisiologia - Universidade Federal
de Sergipe, São Cristóvão, SE - BrasilCorrespondência: Igor Alexandre Côrtes de Menezes. Rua Jovino do
Rosário, 1790, apto 403, Boa Vista. CEP 82560-435, Curitiba, PR - Brasil. E-mail:
menezes_igor@ig.com.br
Contribuição dos autores
Concepção e desenho da pesquisa: Menezes IAC, Cunha CLP; Obtenção de dados e
Análise estatística: Menezes IAC; Análise e interpretação dos dados, Redação do
manuscrito e Revisão crítica do manuscrito quanto ao conteúdo intelectual: Menezes
IAC, Santos MRV, Cunha CLP.
Potencial Conflito de Interesses
Declaro não haver conflito de interesses pertinentes
Vinculação Acadêmica
Este artigo é parte de dissertação de Mestrado de Igor Alexandre Côrtes de Menezes
pela Universidade Federal do Paraná.
100220140420141023237244180620131509201309102013This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative
Commons Attribution Non-Commercial License which permits unrestricted
non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the
original work is properly cited. Fundamento:
A disfunção endotelial se caracteriza por um fenômeno vascular, com importância
evidente em todos os processos da aterogênese. Interessa, assim, a busca por
métodos de avaliação da disfunção endotelial mais acurados, práticos e menos
dispendiosos, objetivando melhoria na prevenção e tratamento das doenças
ateroscleróticas.
Objetivo:
Verificar o potencial do índice de perfusão derivado da oximetria de pulso (IPP)
como método de avaliação da disfunção endotelial em pacientes portadores de
aterosclerose
Métodos:
Foram selecionados 18 pacientes controles e 24 pacientes portadores de doenças
ateroscleróticas, em tratamento otimizado, selecionados em Unidades Básicas de
Saúde. Foram avaliados os valores do IPP antes a após a aplicação de um estímulo
vasodilatador dependente do endotélio - a hiperemia reativa. Também foram
analisados os valores do IPP especificamente no período que possui a maior
contribuição do óxido nítrico para a vasodilatação (IPP90-120). Os
resultados do IPP foram discutidos, por meio da literatura, estimando o seu
potencial diagnóstico e prognóstico.
Resultados:
A resposta vasodilatadora dependente do endotélio mensurada pelo IPP foi
significantemente menor em indivíduos com aterosclerose em comparação aos
controles a partir de 45 segundos após a hiperemia reativa. Foram observados, do
mesmo modo, valores menores do IPP90-120 em pacientes com aterosclerose
[35% (4% - 53%) vs. 73% (55% - 169%); p < 0,001]. Tais valores
se mantiveram menores tanto em indivíduos masculinos quanto femininos.
Conclusões:
Os resultados do IPP, demonstrados na avaliação de pacientes ateroscleróticos,
associados ao baixo custo da aparelhagem, tornam esse método atraente para futuros
ensaios e possível contribuição na prevenção e tratamento das doenças
ateroscleróticas.
A influência das doenças circulatórias na morbimortalidade do Ocidente é indiscutível.
No Brasil, as doenças derivadas da aterosclerose causam igualmente impacto
significativo, tendo, somente em 2007, gerado 1.157.509 internações e causado 308.466
óbitos1.
Para modificar esse panorama, são prementes melhores formas de avaliação do risco
cardiovascular e intervenções terapêuticas em doenças ateroscleróticas. Um método viável
proposto nos últimos anos para tal é o estudo da função endotelial2-4.
Fortes evidências sugerem que a disfunção endotelial ocorre precocemente no processo
aterogênico, contribuindo para formação, progressão e complicações da placa
aterosclerótica5. Outros estudos demonstraram
que pacientes com fatores de risco cardiovascular, sem aterosclerose diagnosticada,
apresentam disfunção endotelial, indicada pela responsividade endotélio-vascular
diminuída à acetilcolina e bradicinina6. Tomados
em conjunto, esses achados sugerem que a disfunção possa ser um mecanismo que interliga
os fatores de risco cardiovascular e o desenvolvimento da aterosclerose3.
Conhecendo a natureza sistêmica da disfunção endotélio vascular, é possível realizar uma
estimativa em grandes e médias artérias através da avaliação das artérias
periféricas2. Entre as técnicas de avaliação,
ganham destaque as que se utilizam da hiperemia reativa como estímulo vasodilatador, a
exemplo, a dilatação da artéria braquial fluxomediada7 e, mais recentemente, a tonometria de amplitude de pulso digital8. Ambas mostraram expressivos resultados
diagnósticos, terapêuticos e prognósticos em pacientes com fatores de risco ou
aterosclerótica estabelecida2,8.
Alguns fatores, todavia, dificultam a disseminação desses métodos na prática clínica: em
relação ao primeiro método, cita-se a experiência ultrassonográfica após treinamento
longo e pouco disponível. Em relação a ambos, ressalta-se o alto custo dos
equipamentos.
Os modernos oxímetros de pulso dispõem do cálculo do Índice de Perfusão Periférica
(IPP). Esse dado é capaz de mensurar indiretamente a perfusão periférica microvascular.
O IPP já se mostrou adequado no estudo da reatividade vascular arterial, após uma
hiperemia reativa, em pacientes criticamente enfermos9. Contudo, nenhum estudo utilizando esse método na avaliação da função
endotelial de pacientes com aterosclerose foi encontrado na literatura até o
momento.
Assim, esse estudo visou avaliar a função endotelial em indivíduos portadores de
aterosclerose e não portadores utilizando o IPP e discutir, por meio da literatura, seu
potencial na estimativa da disfunção endotelial.
Métodos
Todos os participantes do estudo assinaram um termo de consentimento livre e esclarecido
e a investigação foi aprovada pelo Comitê de Ética em Pesquisa da Universidade Federal
do Paraná (registro: 362ext039/2010-11), estando assim consonantes com as normas éticas
internacionais e nacionais de pesquisas com seres humanos.
Os pacientes foram selecionados em Unidades Básicas de Saúde dos municípios de Pinhais,
Colombo e Quatro Barras, situados na Região Metropolitana de Curitiba, Estado do Paraná.
A estimativa prévia de seleção, segundo a literatura, para esse tipo de estudo, era de
14 a 30 pacientes por grupo9-12.
Ao final, foram selecionados para o estudo 18 pacientes controles (sem fatores de risco
cardiovascular conhecidos) e 24 pacientes com fatores de risco cardiovascular e doenças
ateroscleróticas diagnosticadas.
Consideraram-se, nesse estudo, fatores de risco cardiovascular:
1) Tabagismo: hábito de fumar ao menos 1 cigarro ao dia por no mínimo 1 ano.
2) Hipertensão Arterial Sistêmica: PA > 140 X 90 mmHg ou em tratamento
anti-hipertensivo medicamentoso
3) Diabete Melito: 2 glicemias de jejum igual ou acima de 126 mg/dL; ou glicemia ao
acaso acima de 200 mg/dL com sintomas da doença; ou TTGO acima de 200 mg/dL. Ainda foram
considerados os pacientes com glicemias normais, porém em tratamento medicamentoso para
diabete melito
Considerou-se, nesse estudo, doença aterosclerótica estabelecida: angina estável,
infarto agudo do miocárdio prévio, doença aterosclerótica carotídea, aórtica ou
periférica e doença cerebrovascular isquêmica prévia.
Foram excluídos do estudo pacientes com doença renal dialítica, neoplasias, doenças
inflamatórias agudas e crônicas outras que não aterosclerose.
Avaliação Clínica e Laboratorial
Todos os pacientes tiveram uma avaliação clínica abrangente, com ênfase no sistema
cardiovascular. Foram mensurados peso corporal e altura para cálculo do Índice de
Massa Corporal (IMC), além da circunferência abdominal e pressão arterial sistêmica
dos pacientes.
Foram coletadas, na semana do experimento, amostra sanguínea para avaliação de exames
laboratoriais, a saber: glicemia de jejum, colesterol total, HDL, LDL e
triglicerídeos. Para indivíduos tabagistas foi mensurada a carga tabágica.
O Índice de Perfusão Periférica (IPP) e a Avaliação da Função Endotelial
Para análise do IPP, foi utilizado um oxímetro de pulso portátil (oxímetro de dedo
PM100C, New Tech, U.S.A). Todos os testes foram realizados pelo mesmo
investigador.
Desde que inúmeros fatores poderiam afetar a reatividade vascular, os indivíduos da
pesquisa se submeteram a um período de jejum entre 8 e 12 horas antes dos testes e
foram avaliados numa sala silenciosa com temperatura controlada. Foram avisados para
não se exercitarem, não ingerirem substâncias como cafeína, alimentos ricos em
gordura e vitamina C ou fumarem ao menos 4 a 6 horas antes do estudo. Além disso, as
mulheres informaram a fase menstrual, desde que alterações hormonais podem alterar a
reatividade vascular7. As medicações com
efeitos vasoativos (anti-hipertensivos) foram retiradas, quando possível, de 12 a 24
horas antes do estudo, tempo de retirada compatível com achados prévios da
literatura10.
Nessa avaliação os pacientes foram acomodados, sentados, por aproximadamente 30
minutos. O oxímetro de pulso foi colocado no índex da mão direita, que estava
posicionada à altura do coração, e o IPP foi mensurado após estabilização do sinal,
por um período de 3 minutos (valor basal). Posteriormente, o manguito de um
esfigmomanômetro foi insuflado ao redor do braço homolateral, de 30 a 50 mmHg acima
da pressão sistólica, de forma a ocluir o fluxo arterial, por um período de 5
minutos7, 9-12.
A partir da desinsuflação do manguito, desenvolveram se a hiperemia reativa, o
estímulo hemodinâmico para a avaliação endotelial, e assim, o valor do IPP foi
avaliado a cada 15 segundos por um período de 5 minutos para construção de uma curva
de variação do IPP (Δ IPP) em função do tempo. A variação do IPP foi calculada, em
cada tempo aferido, através da seguinte fórmula:
Δ IPP: IPP tempo - IPP basal / IPP basal (x 100)
Posteriormente as curvas tempo-resposta do IPP foram comparadas entre os grupos
estudados.
Na sequência, foi aferida a média de variação do IPP entre 90 e 120 segundos após a
desinsuflação do manguito (Δ IPP90 120). Esse intervalo de tempo foi
escolhido devido a achados recentes que mostram que esse período parece possuir a
maior correlação entre fatores de risco cardiovascular e disfunção endotelial13. Acrescenta-se ainda o fato de esse intervalo
fazer parte do período onde ocorre a maior contribuição do óxido nítrico no efeito
vasodilatador da hiperemia reativa12. Os Δ
IPP90-120 foram comparados entre os grupos.
A frequência cardíaca também foi aferida antes e após a hiperemia reativa de modo a
avaliar uma possível contribuição desse parâmetro sobre a perfusão periférica.
Análise Estatística
Para avaliação da normalidade da amostra foi utilizado o teste de Shapiro-Wilk. Os
valores foram expressos como a média ± desvio padrão para amostras paramétricas,
enquanto para amostras não paramétricas foi utilizada a mediana e amplitude
interquartil. A variável categórica (gênero) foi expressa utilizando proporções.
Para avaliar a significância das diferenças entre os grupos foi utilizado o teste
t de Student para amostras paramétricas, enquanto o teste U de
Mann-Whitney foi utilizado em amostras não paramétricas. Na variável categórica foi
utilizado o teste do Qui-quadrado. O nível de significância utilizado em todas as
análises foi de p < 0,05. Em todos esses procedimentos foi utilizado o programa
estatístico GraphPad Prism versão 3.02.
Resultados
A tabela 1 mostra as principais características
demográficas, laboratoriais e clínicas dos pacientes estudados. Como pode ser observado,
não ocorreram diferenças estatisticamente significativas em relação à idade e pressão
arterial diastólica. Contudo, ocorreram maiores valores de pressão arterial sistólica,
menores frequências cardíacas e maiores parâmetros de obesidade no grupo
aterosclerose.
Características demográficas, metabólicas, hemodinâmicas e valores do Índice
de Perfusão Periférica (IPP) de pacientes controles e com aterosclerose. Os dados
estão expressos em média ± desvio padrão para dados paramétricos e para dados não
paramétricos (IPP basal), em mediana e amplitude interquartil (parênteses)
Controle
Aterosclerose
p
n
18
24
----
Idade (anos)
59 ± 10
61 ± 8
0,48
Gênero (M/F)
8/10
14/10
0,37
IMC
24 ± 3
28 ± 4
0,007
Circunferência abdominal (cm)
87 ± 7
97 ± 12
<0,001
Dislipidemia (%)
0
20/24 *
----
Colesterol Total (mg/dL)
171 ± 27
163 ± 41
0,47
Colesterol LDL (mg/dL)
103 ± 28
84 ± 35
0,07
Colesterol HDL (mg/dL)
49 ± 8
44 ± 11
0,10
Triglicerídeos (mg/dL)
99 ± 39
161 ± 87
0,006
Diabete Melito
0
6/24 *
----
Glicemia jejum (mg/dL)
86 ± 7
101 ± 34
0,08
Hipertensão Arterial
0
20/24 *
----
PAS (mmHg)
112 ± 11
125 ± 18
0,012
PAD (mmHg)
72 ± 09
75 ± 13
0,42
FC antes da insuflação (bpm)
71 ± 8
63 ± 2
<0,001
FC após desinsuflação (bpm)
70 ± 8
62 ± 2
<0,001
Tabagismo
0
9/24
----
Carga tabágica (maços-ano)
0
28
----
IPP basal (%)
2,6 (2,4 - 8,6)
7,2 (3,6 - 9,8)
0,11
IMC: índice de massa corporal; PAS: pressão arterial sistólica; PAD: pressão
arterial diastólica; FC: frequência cardíaca.
Pacientes tratados.
Ocorreu também maior proporção de mulheres no grupo controle em comparação ao grupo
aterosclerose; porém tal proporção não alcançou diferença estatisticamente
significativa. Todas as mulheres que participaram do estudo se encontravam no
climatério.
Em relação aos parâmetros metabólicos, ocorreram maiores valores para os triglicerídeos
e não ocorreram diferenças em relação ao colesterol total. Embora tenham sido observadas
tendências para diferenças para o HDL, LDL e glicemia de jejum, essas não foram
estatisticamente significativas. Todos os pacientes estavam sob terapêutica
hipolipemiante e, quando diabéticos, com terapêutica hipoglicemiante, otimizadas.
Embora os valores basais do IPP demonstrassem uma tendência para a elevação no grupo
aterosclerose, não houve significância estatística entre eles. Ressalta-se ainda que não
houve diferença significativa na frequência cardíaca antes e após o teste com o IPP,
tanto no grupo controle quanto no grupo aterosclerose.
No grupo aterosclerose, 13 pacientes possuíam coronariopatia isquêmica (54%); 7, doença
cerebrovascular (29%); 5, Ateromatose de Aorta (21%); 4, Ateromatose Carotídea (16%); e
1 possuía doença Arterial Periférica de membros inferiores (4%).
Em relação às principais medicações, todos os pacientes com aterosclerose se encontravam
em uso de antiagregantes plaquetários (AAS, clopidogrel) e estatinas, 11 pacientes em
uso de inibidores da enzima conversora de angiotensina, 7 em uso de bloqueadores do
receptor de angiotensina II, 13 pacientes em uso de betabloqueadores, 10 em uso de
bloqueadores de canais de cálcio, 12 em uso de diuréticos, 6 em uso de nitratos.
Estudos com o Índice de Perfusão periférica
A tabela 2 ilustra a variação do Índice de
Perfusão Periférica (Δ IPP) após a desinsuflação do manguito do esfigmomanômetro.
Como pode ser observado, ocorreu evidente diferença no aumento do IPP nos indivíduos
portadores de aterosclerose em comparação aos indivíduos do grupo controle. Tais
diferenças se mostraram estatisticamente significativas a partir de 45 segundos após
a desinsuflação do manguito.
Variação do Índice de Perfusão Periférica (Δ IPP) após a desinsuflação do
manguito, no grupo controle e aterosclerose; os valores estão expressos em
mediana e amplitude interquartil (parênteses); * p < 0,05 vs. controle; ** p
< 0,01 vs. controle; *** p < 0,001 vs. controle
Tempo após desinsuflação (segundos)
Δ IPP (%)
Controle (n = 18)
Aterosclerose (n = 24)
0
0
0
15
04 (-35 -56)
-12 (-42 - 25)
30
37 (5 - 93)
05 (-19 - 42)
45
51 (21 - 120)
14 (-6 - 54) *
60
73 (29 - 158)
25 (6 - 45) *
75
84 (36 - 156)
26 (-8 - 50) **
90
74 (47 - 163)
33 (9 - 59) **
105
105 (47 - 199)
36 (-3 - 54) ***
120
70 (46 - 157)
36 (14 - 49) ***
150
87 (36 - 205)
23 (13 - 54) **
180
67 (29 - 178)
30 (-8 - 61) **
210
81 (51 - 210)
21 (-07 - 43) ***
240
56 (37 - 200)
11 (01 - 51) ***
270
55 (43 - 172)
12 (-13 - 45) ***
300
52 (34 - 140)
11 (-13 - 56) **
As figuras 1 e 2 demonstram, além disso, que os valores médios mensurados no intervalo
90-120 segundos (Δ IPP90 120) também se apresentam menores no grupo
aterosclerose. Essas diferenças estatisticamente significativas também se mantiveram
tanto no gênero masculino quanto no feminino.
Gráfico tipo “box and whiskers” representando a Variação do Índice de
Perfusão Periférica no intervalo 90-120 segundos (Δ IPP<sub>90-120</sub>) após
a desinsuflação do manguito, no grupo controle e aterosclerose. O gráfico
expressa mediana, amplitude interquartil, valor máximo e mínimo. *** p <
0,001 vs. controle.
Gráfico tipo “box and whiskers” representando a Variação do Índice de
Perfusão Periférica no intervalo 90-120 segundos (Δ IPP<sub>90-120</sub>) após
a desinsuflação do manguito, em homens e mulheres, no grupo controle e
aterosclerose. O gráfico expressa mediana, amplitude interquartil, valor máximo
e mínimo. * p < 0,05 vs. homens (controle), †† p < 0,01 vs. mulheres
(controle).
Discussão
A oximetria de pulso, através de seus dados derivados (saturação oxigênio e curva
pletismográfica), se tornou um método de monitorização clínica consagrado, sendo
indiscutível sua utilidade prática em ambientes de cuidados intensivos, salas de
emergência e cirúrgico-anestésico. O principal achado desse estudo preliminar diz
respeito à possibilidade de uma nova utilidade clínica para a oximetria de pulso através
de um novo dado - a avaliação da função endotelial utilizando o IPP.
A perfusão periférica é um parâmetro fisiológico que se relaciona diretamente ao fluxo
sanguíneo local, cuja regulação envolve artérias de resistência. As artérias de
resistência são os principais vasos sanguíneos na manutenção da pressão arterial
sistêmica14. Uma forma de avaliar a perfusão
periférica e indiretamente a atividade vascular das artérias de resistência, de forma
não invasiva, é a utilização do IPP.
O IPP é derivado do sinal pletismográfico fotoelétrico da oximetria e obtido a partir do
cálculo da taxa de absorção luminosa entre componente pulsátil (sangue arterial
pulsátil) e o componente não pulsátil (sangue venoso, capilar, outros tecidos e ossos).
Alterações na perfusão periférica se acompanham de variações no componente pulsátil e
não no componente não pulsátil, desta maneira variando a taxa (IPP)15.
O estresse de cisalhamento (shear stress) atuante no endotélio,
provavelmente representa o principal estímulo fisiológico para a liberação de fatores
vasoativos e para regulação do tônus vascular. Um aumento no estresse de cisalhamento
pode ser induzido por uma hiperemia reativa - um aumento no fluxo sanguíneo que se segue
a um curto período de isquemia de tecidos distais. O endotélio responde dinamicamente a
este estímulo liberando fatores vasoativos, tendo como principal fator o NO, gerando
assim vasodilatação arterial3. Baseado nesse
princípio é possível avaliar a função endotelial de seres humanos avaliando o grau de
vasodilatação arterial dependente do endotélio. Devido a tal fenômeno foi mensurada a
variação do IPP após uma hiperemia reativa.
Sabe-se que a disfunção endotelial tem papel importante em todas as fases da
aterogênese, mostrando valor prognóstico claro, em estudos com doença bem estabelecida,
com número considerável e grupos heterogêneos de pacientes16. Desse modo, foram avaliados pacientes com aterosclerose de
diversos sítios vasculares, baseados na comum concomitância de sítios envolvidos, na
característica sistêmica da doença2 e por serem
presumivelmente portadores de disfunção endotelial. Nesse estudo, os valores do IPP após
a hiperemia reativa foram capazes de diferenciar, de modo significativo, o grupo de
pacientes normais do grupo de pacientes com aterosclerose, de maneira evidente e inédita
na literatura.
Se considerarmos que a disfunção endotelial é, ao menos parcialmente, uma desordem
reversível com um tratamento adequado dos fatores de risco cardiovascular17 e se considerarmos também que os pacientes
estudados estavam sob terapêutica adequada, é possível hipotetizar que os resultados
apresentados nesse estudo possam ser ainda mais promissores em teste diagnóstico com
pacientes não tratados.
O óxido nítrico (NO) é um radical livre, considerado um dos principais mediadores
vasoativos endoteliais e responsáveis pela manutenção da propriedade vasorrelaxante,
anti inflamatória, antioxidante, antitrombótica e pró fibrinolítica desse tecido. Há
concordância na atual literatura de que a reduzida biodisponibilidade do NO, causada
tanto pela síntese reduzida quanto pelo aumento da degradação oxidativa, seja o
mecanismo de maior relevância no processo multifatorial da disfunção endotelial e na
participação das principais disfunções cardiovasculares18. Nesse estudo, o IPP também foi capaz de diferenciar os grupos de
pacientes no período em que ocorre maior contribuição do NO para os efeitos da hiperemia
reativa. Acrescenta-se que, para o uso clínico, em que a praticidade se torna
necessária, o uso de um dado absoluto é privilegiado em relação ao estudo de curvas. Há
ainda a forte correlação encontrada desse período com os fatores de risco
cardiovascular13. Pelos motivos apontados,
esse estudo sugere, portanto, o uso do valor do Δ IPP90-120 em futuros
estudos clínicos.
Em relação à comparação dos valores basais, resultados previamente descritos
demonstraram não ocorrer diferenças significativas entre pacientes com ou sem fatores de
risco cardiovascular19. Os resultados desse
estudo demonstraram uma tendência de aumento do IPP em pacientes com aterosclerose
estabelecida, o que pode ser explicado por mecanismos compensatórios à isquemia
crônica14. Contudo, não houve significância
estatística nessa amostra e tais achados também poderão ser confirmados
posteriormente.
Na amostra obtida nesse estudo também vale ressaltar que ocorreu maior proporção de
mulheres no grupo controle em relação ao grupo aterosclerose embora de maneira não
significativa estatisticamente. Isso poderia ser explicado pela conhecida tendência de
menor número global de atendimentos, em unidades básicas de saúde, aos indivíduos
masculinos saudáveis (atenção primária)20
prejudicando a homogeneização da amostra em termos de gênero. Apesar desse aspecto,
mesmo quando foram analisados em separado, os valores de IPP se mantiveram
estatisticamente diferentes entre o grupo controle e aterosclerose, em homens e
mulheres.
Esse estudo, entretanto, possui limitações. A primeira delas ocorre pelo desenho
transversal do estudo, limitando essa pesquisa apenas na geração de hipóteses. Também
foi realizada uma única medida para cada paciente, o que restringe as conclusões acerca
da reprodutibilidade intraindividual do método.
A principal limitação delas diz respeito a não correlação com um método validado para a
avaliação da função endotelial. Os métodos mais precisos existentes são os métodos
invasivos - como a resposta vasodilatadora coronariana a acetilcolina e nitroprussiato,
por exemplo3,10. Devido às limitações inerentes à natureza do exame (riscos de
complicações pela invasividade, impossibilidade de repetição frequente, além de
restrição a certos contextos clínicos), foram desenvolvidas técnicas não invasivas - a
exemplo da dilatação da artéria braquial fluxomediada. Utilizando esse método,
resultados recentes sugerem que ocorra uma correlação significativa21.
Em uma avaliação de 83 pacientes normais e com diversos fatores de risco cardiovascular,
foi observado que, após a hiperemia reativa, os dados originados da curva
pletismográfica da oximetria apresentaram comportamento similar aos resultados obtidos
pelos estudos com Doppler de artéria braquial21.
É conceitual que o mesmo sinal pulsátil utilizado no cálculo do IPP também origina a
curva plestismográfica da oximetria de pulso22. A
vantagem do IPP perante a curva pletismográfica estaria na praticidade e rapidez de
cálculo em um ambiente ambulatorial. Além disso, pode ser citado o fato de que nem todos
os aparelhos com curva plestimográfica possuem software e dispositivos adequados para
cálculos de modo acurado e reprodutível, inerentes à exigência científica23. Todavia, outros estudos são necessários para
confirmar tais afirmações.
Dada a importância da disfunção endotelial para o desenvolvimento e progressão das
doenças ateroscleróticas, a busca por métodos de avaliação clinicamente úteis, com boa
acurácia, não invasividade e de fácil manejo há anos vem sendo estimulada2. Os resultados do IPP na avaliação de pacientes
ateroscleróticos aqui demonstrados, associados ao baixo custo da aparelhagem, tornam
esse método atraente para futuros ensaios e possível melhoria na prevenção e tratamento
de tais doenças.
Referências1. Sociedade Brasileira de Cardiologia; Sociedade Brasileira de
Hipertensão; Sociedade Brasileira de Nefrologia. VI Diretrizes brasileiras de
hipertensão. Arq Bras Cardiol. 2010;95(1 supl 1):1-51.Sociedade Brasileira de CardiologiaSociedade Brasileira de HipertensãoSociedade Brasileira de NefrologiaVI Diretrizes brasileiras de hipertensãoArq Bras Cardiol2010951supl 11512. Bonetti PO, Lerman LO, Lerman A. Endothelial dysfunction- a marker of
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oxygen saturation and heart rateAnesth Analg20071056SupplS31S36
Fontes de Financiamento
O presente estudo não teve fontes de financiamento externas
Original ArticlesEvaluation of Endothelial Function on Atherosclerosis using
Perfusion Index from Pulse OximeterMenezesIgor Alexandre Côrtes de1SantosMárcio Roberto Viana2CunhaCláudio Leinig Pereira da1Hospital de Clínicas - Universidade Federal do
Paraná, Curitiba, PR - BrazilDepartamento de Fisiologia - Universidade Federal
de Sergipe, São Cristóvão, SE - BrazilMailing Address: Igor Alexandre Côrtes de Menezes. Rua Jovino do
Rosário, 1790, apto 403, Boa Vista. Postal Code 82560-435, Curitiba, PR - Brazil.
E-mail: menezes_igor@ig.com.br
Author contributions
Conception and design of the research: Menezes IAC, Cunha CLP; Acquisition of data
and Statistical analysis: Menezes IAC; Analysis and interpretation of the data,
Writing of the manuscript and Critical revision of the manuscript for intellectual
content: Menezes IAC, Santos MRV, Cunha CLP.
Potential Conflict of Interest
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.
Study Association
This article is part of the thesis of master submitted by Igor Alexandre Côrtes de
Menezes from Universidade Federal do Paraná.
Background:
Endothelial dysfunction is vascular phenomenon that plays an important role in
atherosclerosis development. With the purpose of improving the prevention and
treatment of atherosclerotic diseases, the searching for accurate, practical and
cheaper methods for evaluating endothelial function have become of interest.
Objectives:
Verify the potential of Peripheral Perfusion Index from pulse oximetry (IPP) as a
method of endothelial dysfunction evaluation in patients with atherosclerotic
diseases.
Methods:
There were recruited 18 control patients and 24 patients with atherosclerotic
diseases under optimized treatment, in basic health units. The values of IPP were
evaluated before and after an endothelial-dependent stimulus, the reactive
hyperemia. The values of IPP were also evaluated in period which the major
contribution of Nitric Oxide (NO) for the vasodilation occurs
(IPP90-120). The results of IPP were discussed using the literature
and estimating their diagnostic and prognostic potential
Results:
The endothelium-dependent vasodilatory response measured by IPP was significantly
lower in patients with atherosclerosis compared to control group, since 45 seconds
after reactive hyperemia. Also, the values of IPP90-120 were
significantly lower in patients with atherosclerosis [35% (4 - 53%) vs 73% (55 -
169%); p<0,001]. Similarly, the IPP values were lower in atherosclerosis group
when it was separated by gender.
Conclusion:
The results of this study, in association with the low cost of pulse oximeter,
suggest a good potential for IPP as an endothelial dysfunction evaluation method.
New studies must be done in order to clarify this potential and possibly
contribute with the prevention and treatment of atherosclerotic diseases.
The impact of circulatory diseases on morbidity/mortality in Western countries is
undeniable. In Brazil, atherosclerotic diseases have a significant impact. In 2007
only, they caused 1,157,509 hospitalizations and 308,466 deaths1.
Therefore, methods to evaluate cardiovascular risk and therapeutic interventions for
atherosclerotic diseases are urgently required. A recently proposed viable method is
the study of endothelial function2-4.
There is strong evidence suggesting that endothelial dysfunction occurs early during
the atherogenic process, thus contributing to the formation, progression, and
complications of atherosclerotic plaque5.
Other studies have demonstrated that patients with cardiovascular risk factors and
without diagnosed atherosclerosis exhibit endothelial dysfunction that is evident in
the decreased vascular endothelial responsiveness to acetylcholine and
bradykinin6. Taken together, these findings
suggest that the dysfunction may be a mechanism that links cardiovascular risk
factors with the development of atherosclerosis3.
Considering that vascular-endothelial dysfunction is a systemic pathology, it is
possible to estimate large and medium arteries through the evaluation of peripheral
arteries2. Among the techniques used for
this evaluation, we highlight the ones using reactive hyperemia as a vasodilator
stimulus, such as the dilation of the flow-mediated brachial artery7 and, more recently, digital pulse amplitude
tonometry8. Both methods have shown
significant diagnostic, therapeutic, and prognostic results in patients with risk
factors or established atherosclerosis2,8. However, their
application in clinical practice is still difficult because they require expensive
equipment. The former method requires ultrasound experience that can be acquired
through long and little available training.
Newer generation pulse oximeters calculate the peripheral perfusion index (PPI), thus
measuring microvascular peripheral perfusion indirectly. The PPI was used to study
the vascular arterial reactivity following reactive hyperemia in critically ill
patients9. However, till date, no studies
have used this method to evaluate endothelial function in patients with
atherosclerosis.
This study aimed to assess endothelial function in individuals with and without
atherosclerosis using the PPI and discuss its potential to estimate endothelial
dysfunction according to a literature review.
Methods
All participants in this study provided written informed consent, and the research
was approved by the Research Ethics Committee of the Universidade Federal do Paraná
(protocol: 362ext039/2010-11). Therefore, the study protocol was in accordance with
the national and international ethical norms on research with human beings.
The patients were selected from Basic Health Units of the municipalities of Pinhais,
Colombo, and Quatro Barras in the Metropolitan Region of Curitiba, State of Paraná.
The selection estimate for this type of study was 14 to 30 patients per group
according to the literature9-12.
Eighteen control patients without known cardiovascular risk factors and 24 patients
with cardiovascular risk factors and diagnosed atherosclerotic diseases were
enrolled.
In this study, the belowmentioned cardiovascular risk factors were considered.
1) History of smoking at least 1 cigarette/day for a minimum of 1 year
2) Systemic arterial hypertension (AP) of > 140 × 90 mmHg or use of
antihypertensive medication
3) History of diabetes mellitus, indicated by two fasting glucose test results of
≥126 mg/dL or a random glucose test result of ≥ 200 mg/dL with disease symptoms or an
oral glucose tolerance test (OGTT) result of ≥ 200 mg/dL. Patients with normal
glucose levels who were on medication for diabetes mellitus were also considered.
4) Dyslipidemia, indicated by a triglyceride level of >150 mg/dL and/or a total
cholesterol level of >200 mg/dL and/or a low-density lipoprotein (LDL) cholesterol
level of >160 mg/dL and/or a high-density lipoprotein (HDL) cholesterol level of
< 40 mg/dL and/or the use of lipid lowering medication.
5) Obesity, indicated by a body mass index (BMI) of > 30 kg/m2.
In this study, a diagnosis of established atherosclerotic disease was established on
the basis of the presence of stable angina; history of acute myocardial infarction;
presence of carotid, aortic, or peripheral atherosclerotic disease; and history of
previous ischemic cerebrovascular disease.
Patients with renal disease who were undergoing dialysis, those with cancer, those
with acute or chronic inflammatory diseases, and those with diseases other than
atherosclerosis were excluded from the study.
Clinical and Laboratory Evaluation
All patients were subjected to a comprehensive clinical evaluation, with an
emphasis on the cardiovascular system. The body weight and height were determined
to calculate the BMI. Abdominal circumference and systemic AP were also
measured.
During the study week, blood samples were collected for laboratory tests, which
included the measurement of fasting glucose, total cholesterol, HDL and LDL
cholesterol, and triglyceride levels. For smokers, the number of cigarettes smoked
per year was also determined.
PPI and Assessment of Endothelial Function
To determine the PPI, a portable pulse oximeter (Finger Oximeter PM100C, New Tech,
U.S.A) was used. The same researcher performed all tests.
Because numerous factors can affect vascular reactivity, the participants of the
study were made to fast for 8 to 12 hours before the tests and were assessed in a
quiet room with a controlled temperature. They were instructed not to exercise,
consume caffeine or foods rich in fat and vitamin C, or smoke for at least 4 to 6
hours before the study. In addition, women were asked about the status of their
menstrual cycle because hormonal changes can alter vascular reactivity7. Any medication having vasoactive effects
(antihypertensive) was stopped, whenever possible, 12 to 24 hours before the
study, which is in accordance with the literature10.
The patients were made to sit for approximately 30 minutes before evaluation. The
pulse oximeter was placed on the index finger of the right hand, which was
positioned at the height of the heart. the PPI was measured for a period of 3
minutes (basal value) after signal stabilization. Subsequently, a sphygmomanometer
cuff was inflated around the homolateral arm, 30 to 50 mmHg above the systolic
pressure to occlude the arterial flow, for a period of 5 minutes7, 9-12.
Reactive hyperemia occurred on deflation of the cuff; this was the hemodynamic
stimulus for endothelial evaluation. The PPI was determined every 15 seconds for a
period of 5 minutes to create a curve of PPI variation (Δ PPI) as a function of
time. The variation in the PPI was calculated at each assessed time point using
the following formula:
ΔPPI: PPI time − PPI basal/PPI basal (×100)
Subsequently, the time-response curves for the PPI in the groups under study were
compared.
Next, the mean variation in the PPI was determined 90 to 120 seconds after cuff
deflation (ΔPPI90-120). This time interval was chosen because recent
findings showed that the strongest correlation between cardiovascular risk factors
and endothelial dysfunction was observed during this time period13. Moreover, it is included in the time
period during which nitric oxide mostly contributes to the vasodilator effects of
reactive hyperemia12. The
ΔPPI90-120 was compared between groups.
Furthermore, the heart rate was measured before and after reactive hyperemia to
investigate a possible contribution of this parameter to peripheral perfusion.
Statistical Analysis
The Shapiro-Wilk test was used to test the normalcy of the sample. Values for
parametric samples are expressed as means ± standard deviations, whereas those for
nonparametric samples are expressed as medians and interquartile ranges. The
categorical variable (gender) is expressed as a percentage.
Student's t-test, the Mann-Whitney U test, and the chi-square test were used to
determine the significance of differences in parametric, nonparametric, and
categorical variables, respectively, between groups. The level of significance in
all analyses was p < 0.05. The statistical program GraphPad Prism version 3.02
was used for all statistical analyses.
Results
Table 1 shows the main demographic,
laboratory, and clinical characteristics of the patients under study. There were no
statistically significant differences in age and diastolic AP. However, the systolic
AP was higher, heart rate was lower, and obesity parameters were higher in the
atherosclerosis group than in the control group.
Demographic, metabolic, and hemodynamic characteristics as well as
peripheral perfusion index (PPI) values for the controls and patients with
atherosclerosis. The parametric data are expressed as means ± standard
deviations, while the nonparametric (basal IPP) data are expressed as medians
and interquartile ranges (parentheses)
Control
Atherosclerosis
P
n
18
24
----
Age (years)
59 ± 10
61 ± 8
0,.48
Gender (M/F)
8/10
14/10
0.37
BMI
24 ± 3
28 ± 4
0.007
Abdominal circumference (cm)
87 ± 7
97 ± 12
< 0.001
Dyslipidemia (%)
0
20/24*
----
Total cholesterol (mg/dL)
171 ± 27
163 ± 41
0.47
LDL cholesterol (mg/dL)
103 ± 28
84 ± 35
0.07
HDL cholesterol (mg/dL)
49 ± 8
44 ± 11
0.10
Triglycerides (mg/dL)
99 ± 39
161 ± 87
0.006
Diabetes mellitus
0
6/24 *
----
Fasting glucose (mg/dL)
86 ± 7
101 ± 34
0.08
Arterial hypertension
0
20/24 *
----
SAP (mmHg)
112 ± 11
125 ± 18
0.012
DAP (mmHg)
72 ± 09
75 ± 13
0.42
HR before inflation (bpm)
71 ± 8
63 ± 2
< 0.001
HR after deflation (bpm)
70 ± 8
62 ± 2
< 0.001
Smoking
0
9/24
----
Qt. of cigarettes smoked (packets-year)
0
28
----
Basal PPI (%)
2.6 (2.4-8.6)
7.2 (3.6-9.8)
0.11
BMI: body mass index; SAP: systolic arterial pressure; DAP: diastolic
arterial pressure; HR: heart rate.
treated patients
The number of women was higher in the control group than in the atherosclerosis
group; however, this difference was not statistically significant. All women who
participated in the study were menopausal.
With regard to metabolic parameters, triglyceride levels were higher in the
atherosclerosis group than in the control group, and there were no differences in
total cholesterol levels. Although we observed trends of differences in HDL and LDL
cholesterol and fasting glucose levels, the differences were not statistically
significant. All patients were on lipid lowering medications, and patients with
diabetes were receiving oral hypoglycemic drugs.
Although the basal PPI values tended to be elevated in the atherosclerosis group, the
difference was not statistically significant. It is worth noting that there was no
statistically significant difference in heart rate before and after the PPI test in
both groups.
In the atherosclerosis group, 13 patients had ischemic coronary disease (54%), 7 had
cerebrovascular disease (29%), 5 had aortic atheroma (21%), 4 had carotid atheroma
(16%), and 1 (4%) had peripheral arterial disease of the lower limbs.
With regard to the primary medications, all patients with atherosclerosis were
consuming anti-platelet aggregation drugs (AAS, clopidogrel) and statins, 11 were
consuming angiotensin converting enzyme inhibitors, 7 were consuming angiotensin II
receptor blockers, 13 were consuming beta blockers, 10 were consuming calcium channel
blockers, 12 were consuming diuretic drugs, and 6 were consuming nitrates.
PPI Studies
Table 2 shows the variations in the PPI
(ΔPPI) after deflation of the sphygmomanometer cuff. There was an evident
difference in the increase in the PPI between the atherosclerosis group and the
control group. These differences become statistically significant 45 seconds after
deflation of the cuff.
Variations in the peripheral perfusion index (ΔPPI) after cuff deflation
in the controls and patients with atherosclerosis. Values are expressed as
medians and interquartile ranges (parentheses) * p < 0.05 vs. control; **
p < 0.01 vs. control; *** p < 0.001 vs. control
Time after deflation (seconds)
ΔPPI (%)
Control (n = 18)
Atherosclerosis (n = 24)
0
0
0
15
04 (-35-56)
-12 (-42-25)
30
37 (5-93)
05 (-19-42)
45
51 (21-120)
14 (-6-54) *
60
73 (29-158)
25 (6-45) *
75
84 (36-156)
26 (-8-50) **
90
74 (47-163)
33 (9-59) **
105
105 (47-199)
36 (-3-54) ***
120
70 (46-157)
36 (14-49) ***
150
87 (36-205)
23 (13-54) **
180
67 (29-178)
30 (-8-61) **
210
81 (51-210)
21 (-07-43) ***
240
56 (37-200)
11 (01-51) ***
270
55 (43-172)
12 (-13-45) ***
300
52 (34-140)
11 (-13-56) **
In addition, Figures 1 and 2 show that the mean values measured in the
90-120-second (ΔPPI90-120) interval were lower in the atherosclerosis
group than in the control group. These statistically significant differences were
observed in both men and women.
Box and whiskers graph showing variations in the peripheral perfusion
index in the 90–120-second interval (ΔPP<sub>I90–120</sub>) after cuff
deflation in the controls and patients with atherosclerosis. The graph
expresses medians, interquartile ranges, and maximum and minimum values. ***
p < 0.001 vs. control
Box and whiskers graph showing variations in the peripheral perfusion
index in the 90–120-second interval (ΔPP<sub>I90–120</sub>) after cuff
deflation in men and women in the control and atherosclerosis groups. The
graph expresses medians, interquartile ranges, and maximum and minimum
values. * p < 0.05 vs. men (controls), ††p < 0.01 vs. women
(controls).
Discussion
Pulse oximetry, in particular its derived data (oxygen saturation and
plethysmographic curve), has become a leading method for clinical monitoring in
intensive care environments and emergency, surgical, and anesthetic rooms. The main
finding of this preliminary study concerns the possibility of a novel clinical
application for pulse oximetry, i.e., evaluation of endothelial function using the
PPI.
Peripheral perfusion is a physiological parameter that is directly associated with
local blood flow, the regulation of which involves resistance arteries. Resistance
arteries are the primary blood vessels responsible for the maintenance of systemic
AP14. One noninvasive form to evaluate
peripheral perfusion and, indirectly, the vascular activity of resistance arteries is
the use of the PPI.
The PPI is derived from the oximetry photoelectric plethysmographic signal and is
obtained from the difference in light absorbance between the pulsatile component
(pulsatile arterial blood) and the nonpulsatile component (venous and capillary
blood, other tissues, and bones). Changes in peripheral perfusion are accompanied by
variations in the pulsatile component and not the nonpulsatile component; the PPI
variation is thus obtained15.
Shear stress acting on the endothelium probably represents the major physiological
stimulus for the release of vasoactive factors and regulation of vascular tonus. An
increase in shear stress can be induced by reactive hyperemia, which is an increase
in blood flow followed by a short period of ischemia of the distal tissues. The
endothelium dynamically responds to this stimulus by releasing vasoactive factors,
particularly NO, thus leading to arterial vasodilation3. On the basis of this principle, it is possible to evaluate the
endothelial function of human beings by determining the degree of endothelium
dependent arterial vasodilation. The variation in IPP was determined following the
onset of reactive hyperemia.
Endothelial dysfunction plays an important role in all phases of atherogenesis and
has a clear prognostic value in studies with a significant number of heterogeneous
groups of patients with well-established disease16. Therefore, patients with atherosclerosis at various vascular sites
were evaluated on the basis of the common concomitance of involved sites and the
systemic characteristics of the disease2 and
because they had potential endothelial dysfunction. In this study, the PPI after
reactive hyperemia enabled us to clearly distinguish normal patients from those with
atherosclerosis, which is unprecedented in the literature.
Considering that endothelial dysfunction is, at least in part, a disorder that is
reversible when cardiovascular risk factors are appropriately treated17, and considering that the patients under study
were receiving appropriate therapy, we hypothesized that the results of this study
may be even more promising in terms of diagnostic tests for untreated patients.
NO is a free radical that is considered to be one of the main endothelial vasoactive
mediators responsible for the maintenance of the vasorelaxant, anti-inflammatory,
antioxidant, antithrombotic, and profibrinolytic properties of this tissue. There is
agreement in the current literature that the decreased bioavailability of NO, which
is a result of decreased synthesis and increased oxidative degradation, is the most
relevant mechanism underlying the multifactorial process of endothelial dysfunction
and primary cardiovascular dysfunction18. In
this study, the PPI also allowed us to distinguish between patients during the period
when NO contributes the most to the effects of reactive hyperemia. It should be added
that, for practical clinical use, the use of absolute data is preferred over the
study of curves. Moreover, a strong correlation with cardiovascular risk factors was
observed during this period13. Therefore, this
study suggests the use of the ΔPPI90-120 value for future clinical
studies.
With regard to basal values, results previously described in the literature showed
that there were no significant differences between patients with or without
cardiovascular risk factors19. The results of
the present study showed that the PPI tended to be increased in patients with
established atherosclerosis, which may be explained by mechanisms that compensate
chronic ischemia14. However, there was no
statistically significant difference in this sample, and these findings should be
confirmed in future studies.
In this study, the number of women was higher in the control group than in the
atherosclerosis group, although the difference was not statistically significant.
This can be explained by the well-known fact that the number of healthy men is
overall lower than that of healthy women in basic health units (primary care)20, which hinders sample homogenization in terms
of gender. Despite this fact, even when the PPI values were separately analyzed, they
were significantly different between the control group and the atherosclerosis group
for both men and women.
This study had some limitations. First, the study was a cross-sectional study, which
limited the research in terms of the development of a hypothesis. Moreover, a single
measure was obtained per patient, and this limits conclusions about the
intraindividual reproducibility of the method.
The main limitation was the absence of a correlation with a validated method for
evaluating endothelial function. The most precise methods that are currently
available are invasive methods such as those that measure the coronary vasodilator
response to acetylcholine and nitroprussiate3,10. Because of the
limitations resulting from the nature of the test (risk of complications caused by
invasiveness, impossibility of frequent repetition, and limitations to certain
clinical contexts), noninvasive techniques such as flow-mediated brachial artery
dilation have been developed. Recent results suggest a significant correlation if
this method is used21.
In an evaluation of 83 normal patients and patients with various cardiovascular risk
factors, it was observed that after reactive hyperemia, data from the oximetry
plethysmographic curve exhibited a behavior similar to that observed in studies using
brachial artery Doppler21. It is conceptual
that the same pulsatile signal used for the calculation of the PPI also originates
from the pulse oximetry plethysmographic curve22. The advantage of the PPI over the plethysmographic curve is the
practicality and speed of determination in an outpatient environment. In addition,
not all equipment with plethysmographic curves have the appropriate software and
devices that allow for accurate and reproducible calculations according to scientific
requirements23. However, further studies
are required to confirm these affirmations.
In conclusion, given the importance of endothelial dysfunction in the development and
progression of atherosclerotic diseases, the search for clinically useful evaluation
methods that are accurate, noninvasive, and easy to use has been encouraged for
years2. Our results obtained with the PPI
used for the evaluation of atherosclerotic patients, in addition to the low cost of
the equipment, make this method attractive for future trials and for improvement in
the prevention and treatment of these diseases.
Sources of Funding
There were no external funding sources for this study.