Arq Bras CardiolArquivos Brasileiros de CardiologiaArq. Bras. Cardiol.0066-782X1678-4170Sociedade Brasileira de Cardiologiac4rqKchkJBFxKFQTXGSkZssS0066-782X2014002300008S0066-782X20140050401470000810.5935/abc.20140147Original ArticlesHemodynamic Effects of Noninvasive Ventilation in Patients with
Venocapillary Pulmonary HypertensionBentoAndré MoreiraCardosoLuiz FranciscoTarasoutchiFlávioSampaioRoney OrismarKajitaLuiz JunyaLemosPedro AlvesNetoUniversidade de São PauloFaculdade de MedicinaHospital das ClínicasSão PauloSPBrazilInstituto do Coração do Hospital das Clínicas da
Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo, São Paulo, SP -
BrazilMailing Address: André Moreira Bento. Rua Capote Valente, 349, conjunto
125, Pinheiros, Postal Code: 05409-001, São Paulo, SP - Brazil. E-mail:
andrembento@uol.com.br
Potential Conflict of Interest
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.
101020141120141035410417140420141407201422072014This 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.Background:
The hemodynamic effects of noninvasive ventilation with positive pressure in
patients with pulmonary hypertension without left ventricular dysfunction are not
clearly established.
Objectives:
Analyze the impact of increasing airway pressure with continuous positive airway
pressure on hemodynamic parameters and, in particular, on cardiac output in
patients with variable degrees of pulmonary hypertension.
Methods:
The study included 38 patients with pulmonary hypertension caused by mitral
stenosis without left ventricular dysfunction or other significant valvulopathy.
The hemodynamic state of these patients was analyzed in three conditions:
baseline, after continuous positive pressure of 7 cmH2O and, finally,
after pressure of 14 cmH2O.
Results:
The population was composed of predominantly young and female individuals with
significant elevation in pulmonary arterial pressure (mean systolic pressure of 57
mmHg). Of all variables analyzed, only the right atrial pressure changed across
the analyzed moments (from the baseline condition to the pressure of 14
cmH2O there was a change from 8 ± 4 mmHg to 11 ± 3 mmHg,
respectively, p = 0.031). Even though there was no variation in mean cardiac
output, increased values in pulmonary artery pressure were associated with
increased cardiac output. There was no harmful effect or other clinical
instability associated with use application of airway pressure.
Conclusion:
In patients with venocapillary pulmonary hypertension without left ventricular
dysfunction, cardiac output response was directly associated with the degree of
pulmonary hypertension. The application of noninvasive ventilation did not cause
complications directly related to the ventilation systems.
Noninvasive positive pressure ventilation (CPAP) is a mode of ventilation commonly
applied to a large spectrum of clinical situations. Its use has already been described
both in patients in critical conditions such as acute pulmonary congestion, acute
respiratory failure in patients with chronic pulmonary disease and during recovery from
cardiac and non-cardiac surgeries, and in chronic patients with obstructive sleep
apnea.
It is known that, in general, application of airway pressure may benefit the hemodynamic
condition of patients with pulmonary congestion and left ventricular systolic
dysfunction primarily by increasing cardiac output1-3. This effect has been
attributed mainly to an elevation in intrathoracic pressure and consequent reduction in
left ventricular afterload, improving the systolic function of this chamber2,4. The ultimate impact from use of CPAP in the cardiac performance of
patients with previous systolic dysfunction is of a complex nature and reflects the
interaction between the compromised heart and the intrathoracic vasculature. In fact,
this intricate relationship can be even more complex in the presence of venocongestive
pulmonary hypertension.
In contrast, in the presence of pulmonary hypertension, invasive mechanical ventilation
has been associated with unfavorable hemodynamic effects5. Therefore, patients with pulmonary hypertension due to pulmonary
venocapillary congestion may be subject to unpredictable hemodynamic effects during
application of airway pressure.
Still today, the hemodynamic effects of CPAP in patients without left ventricular
dysfunction have not been entirely described. Particularly in patients with pulmonary
hypertension, a subclass of patients often encountered in daily clinical practice, the
impact of CPAP has been poorly characterized. Even though its use is widely accepted as
benefical in patients with sleep apnea and some elevation in pulmonary pressure, its
effects have not yet been completely described in a population with marked pulmonary
hypertension6,7.
The aim of this study, therefore, is to analyse the impact of increasing airway pressure
with CPAP on hemodynamic parameters in patients with variable degrees of pulmonary
hypertension. In particular, the primary aim is to evaluate the effects of CPAP on the
cardiac output of patients with chronic pulmonary hypertension.
MethodsStudied cohort
This study included a total of 38 patients with pulmonary hypertension (resting
systolic pulmonary arterial pressure equal to or higher than 30 mmHg) confirmed by
cardiac catheterization. In order to homogenize the cohort, the analysis included
only patients with pulmonary hypertension caused by mitral stenosis who were selected
to undergo balloon catheter mitral valvuloplasty (BCMV). The selection was conducted
according to medical history, physical examination and echocardiogram with
two-dimensional color Doppler. This last was conducted in all patients up to 3 months
before the invasive evaluation. Patients with left ventricular dysfunction, any
greater than mild valvular heart disease, and left atrial thrombus were excluded. The
consent term was obtained from all patients and the study was approved by the Ethics
Committee of our institution.
Protocol
Patients were evaluated in the catheterization laboratory immediately before BCMV.
Analgesia was only performed with local lidocaine infiltration on the puncture site
and sedative medications were avoided. Hemodynamic parameters were obtained in the
supine position on three moments: 1) at baseline, in ambient air; 2) 5 minutes after
CPAP set at 7 cmH2O; and 3) 5 minutes after CPAP set at 14
cmH2O. Noninvasive ventilation was delivered with a CPAP equipment (Solo
LX Deluxe, Respironics Inc, USA) and oronasal mask (model Comfortfull, Respironics
Inc, USA).
In each of the three conditions, heart rate and rhythm, as well as digital oximetry
were measured continuously with a multiparameter monitor. Right atrial pressure,
pulmonary arterial pressure and pulmonary capillary pressure were measured with a
7-Fr Swan-Ganz catheter (Edwards Laboratories, Santa Ana, USA), inserted via the
right femoral vein. Systemic arterial and left ventricular pressures were measured
with a 5-Fr pigtail catheter inserted via the left femoral artery. All measurements
were performed at the end of expiration and the pressure transducers were zeroed at
the level of the mid-axillary line.
Cardiac output was calculated by thermodilution as a mean of three measurements
obtained after injection of 10 mL of 5% dextrose solution randomly performed during
the respiratory cycle. If one of the measurements differed in more than 10% of the
mean, two other cardiac output measurements were determined and the highest and
lowest values were discarded for calculation of the mean. Samples of arterial and
venous blood gases were collected from the aorta and the pulmonary artery,
respectively. The derived hemodynamic and oxymetric variables were calculated from
standard formulas.
Statistical analysis
Categorical variables were shown in tables with absolute (n) and relative (%)
frequencies, whereas quantitative variables were presented as mean and standard
deviation.
Quantitative variables, measured on each of the three conditions (baseline, CPAP 7
cmH2O and CPAP 14 cmH2O), were presented in tables as means
and standard deviations and were evaluated with analysis of variance with repeated
measurements. When significant, contrasts of maximum likelihood were conducted to
discriminate the differences.
Correlation coefficients were calculated to evaluate the variation in cardiac output
with echocardiographic and hemodynamic parameters.
P values < 0.05 were considered statistically significant.
Sample size was calculated using the software G Power 3.1 with the formula for
calculation of samples of repeated measures. A statistical power of 80%, significance
level of 5%, and an effect (f) size of 0.25 were estipulated. This way, the minimum
number of individuals was defined as 33.
Results
Thirty-eight patients with mitral stenosis and pulmonary hypertension followed as
outpatients were recruited for this research. The population was composed of individuals
predominantly young, females and with significant elevation in pulmonary arterial
pressure, with a mean pulmonary arterial pressure of 57 mmHg. Table 1 presents the clinical and echocardiographic characteristics
of the cohort, whereas Table 2 presents
hemodynamic and blood gases data (Tables 1 and
2).
Demographic and echocardiographic features
Age, years
38.9 ± 11.8
Female gender
33 (87%)
NYHA class II
24 (63%)
NYHA class III or IV
14 (37%)
Chronic atrial fibrillation
4 (10%)
Systemic arterial hypertension
3 (8%)
Mitral valve area, cm2
0.9 ± 0.2
Ejection fraction, %
69 ± 6
Left ventricular end-diastolic diameter, mm
47 ± 4
Left atrial diameter, mm
48 ± 4
Hemodynamic and blood gases data before and after CPAP
Baseline
CPAP 7 cmH2O
CPAP 14 cmH2O
p
Heart rate, beats/min
86 ± 16
85 ± 16
83 ± 16
0.686
Systolic systemic pressure, mmHg
117 ± 15
119 ± 14
120 ± 16
0.710
Diastolic systemic pressure, mmHg
73 ± 10
75 ± 11
76 ± 11
0.542
Systolic pulmonary pressure, mmHg
57 ± 24
58 ± 24
58 ± 24
0.957
Diastolic pulmonary pressure, mmHg
30 ± 14
31 ± 13
32 ± 13
0.883
Pulmonary capillary pressure, mmHg
27 ± 10
27 ± 9
27 ± 9
0.961
Right atrial pressure, mmHg
8 ± 4
9 ± 4
11 ± 3
0.035 *
Cardiac output, l/min
4.6 ± 1.2
4.6 ± 1.1
4.5 ± 1.2
0.877
Cardiac index, l/min/m2
2.7 ± 0.7
2.7 ± 0.6
2.6 ± 0.7
0.838
Indexed systolic volume, ml/beat/m2
32.3 ± 8.1
32.4 ± 8.0
32.1 ± 7.0
0.987
Arterial oxygen saturation, %
95.2 ± 2.9
95.6 ± 2.1
96.0 ± 2.1
0.330
Mixed venous oxygen saturation, %
69.6 ± 7.5
69.6 ± 7.0
69.2 ± 7.2
0.950
Significant variation only in the comparison between baseline and CPAP set at
14 cmH2O.
Variation in cardiac output
Table 2 also shows the stability of the mean
value of the variables that represent left ventricular systolic capacity, cardiac
output, cardiac index and systolic volume. Even though the mean cardiac output values
of the cohort showed no variation across all three conditions, there was a
significant variation among the patients. It was not possible, therefore, to identify
the factors that modulated its variation during different moments of the study. The
interactions between baseline characteristics and the effect of CPAP on the cardiac
output are presented in Table 3. In the
analysis of the use of CPAP set at 7 cmH2O, it was not possible to
identify at baseline variables associated with the variation in cardiac output.
However, in the analysis of the use of CPAP set at 14 cmH2O, the pressures
in the pulmonary system and the oxygen saturation were associated with changes in
cardiac output. The pressures in the pulmonary system were the main determinants of
the changes in cardiac output, with increase in cardiac output in those with
increased levels of pulmonary hypertension (Graphs
1 to 3). The arterial oxygen
saturation of hemoglobin was also associated with changes in cardiac output across
the studied conditions (Graph 4).
Correlation between baseline characteristics and effect of CPAP on cardiac
output variation
CPAP 7 cmH2O
CPAP 14 cmH2O
Baseline parameters
Correlation of Pearson
p
Correlation of Pearson
p
Mitral valve area, cm2
-0.257
0.12
-0.250
0.13
Left ventricular ejection fraction, %
0.000
0.99
0.300
0.07
Left ventricular diastolic diameter, mm
0.200
0.22
0.094
0.83
Left atrial diameter, mm
0.074
0.66
-0,073
0.66
Heart rate, beats/min
0.920
0.58
0.304
0.06
Systolic systemic pressure, mmHg
0.019
0.91
0.279
0.09
Diastolic systemic pressure, mmHg
0.027
0.87
0.192
0.25
Systolic pulmonary pressure, mmHg
0.210
0.20
0.516
0.001
Diastolic pulmonary pressure, mmHg
0.209
0.21
0.509
0.001
Pulmonary capillary pressure, mmHg
0.245
0.14
0.528
0.001
Right atrial pressure, mmHg
0.115
0.49
0.088
0.60
Arterial oxygen saturation, %
-0.244
0.14
-0.387
0.02
Mixed venous oxygen saturation, %
-0.276
0.09
-0.310
0.06
Percentage change in cardiac output from baseline to CPAP set at 14 cmH2O
according to baseline systolic pulmonary pressure.
Percentage change in cardiac output from baseline to CPAP set at 14 cmH2O
according to baseline diastolic pulmonary pressure.
Percentage change in cardiac output from baseline to CPAP set at 14 cmH2O
according to baseline pulmonary capillary pressure.
Percentage change in cardiac output from baseline to CPAP set at 14 cmH2O
according to baseline arterial oxygen saturation.
There was no association between the variation in cardiac output and the
nonparametric variables functional class (p = 0.07 for CPAP 7 cmH2O and p
= 0.14 for CPAP 14 cmH2O) and presence of atrial fibrillation (p = 0.77
for CPAP 7cmH2O and p = 0.52 for CPAP 14 cmH2O).
Variation in hemodynamic parameters across the conditions
As for hemodynamic modifications during the different moments of the study, only
right atrial pressure showed variation. From baseline to CPAP 14 cmH2O,
there was an increase from 8 ± 4 mmHg to 11 ± 3 mmHg, respectively (p = 0.031). In
contrast, compared with baseline, the increase with CPAP 7 cmH2O was not
significant (p = 0.993). Despite a trend towards an increase, there was no expressive
variation in values of systemic arterial and pulmonary arterial pressures. Other
clinically relevant parameters, such as heart rate and oxygen saturation, also did
not show modifications along the study.
It is important to highlight that no harmful effect was observed. There was no
occurrence of clinical instability associated with use of CPAP. In addition, all
patients, after a brief explanation about the use of CPAP, tolerated its application
satisfactorily during the study.
Discussion
The main result of this study was the association of the pressures in the pulmonary
system as the main determinants of the variation in cardiac output with CPAP use in a
population of patients with pulmonary hypertension. As expected, the hemodynamic changes
were more evident with application of higher levels of airway pressure. In the analysis
during CPAP set at 7 cmH2O, none of the variables correlated with changes in
cardiac output. Following that, the evaluation during CPAP set at 14 cmH2O
showed the importance of the pulmonary hypertension in cardiac output response. Higher
values of systolic, diastolic and occlusion pulmonary arterial pressures were associated
with increased cardiac output.
The association between higher values of pulmonary artery occlusion pressure (PAOP) and
positive response to use of CPAP has been previously documented by other authors in a
population with a very distinct hemodynamic profile. Baratz et al1, during a study with patients with idiopathic myocardiopathy after
use of CPAP set at 5 cmH2O, identified two groups of patients. The first
group, with PAOP equal to or higher than 12 mmHg, responded with an increase of 17% in
cardiac output. The second group of patients with PAOP below 12 mmHg, presented a
reduction of 8% in cardiac output. Bradley et al3
confirmed this concept, observing that the use of CPAP set at 5 to 10 cmH2O
caused an elevation in cardiac output proportional to the level of pressure offered in
patients with cardiac failure and elevated PAOP. These studies have in common with the
present study the association between higher PAOP values and positive response to use of
CPAP. However, only patients with left ventricular dysfunction were included, which was
a condition excluded in the current study. It is known that the reduction in left
ventricular afterload imposed by CPAP may be particularly advantageous in the presence
of systolic dysfunction. In contrast, in patients with pulmonary hypertension and
respiratory failure, it is known that mechanical ventilation with positive pressure can
impose negative hemodynamic effects. The increase in pulmonary volume and decrease in
functional residual capacity can increase the pulmonary vascular resistance and,
consequently, the right ventricular output impedance, mainly in patients with
pre-existent right ventricular failure5. The
acute effects of noninvasive ventilation in patients with extreme pulmonary hypertension
are not well described. Even though the use of CPAP has been extensively studied in
patients with sleep apnea syndrome, this condition is usually associated with a more
mild pulmonary hypertension than that observed in the current study6,7. In a study
that included 20 patients without cardiac or pulmonary pathologies, only five of these
patients fulfilled the criteria of pulmonary hypertension. In this study, the mean
pulmonary artery pressure of the group was 16.8 mmHg6. In 40 patients with obstructive sleep apnea and pulmonary hypertension
studied by Laks et al8, the pulmonary artery
systolic pressure estimated by ecochardiogram ranged from 20 to 52 mmHg and the mean was
only 29 mmHg8. A study with only nine patients
with respiratory failure due to decompensation of chronic obstructive pulmonary disease
were studied with hemodynamic monitoring during application of noninvasive ventilation
with pressure support and positive end-expiratory pressure (PEEP)9. There was a significant decrease in cardiac output associated
with use of PEEP set at 5 cmH2O. However, even though all patients presented
at least moderate pulmonary hypertension, the mean pulmonary artery pressure was 27
mmHg, which was much below the value found in our study.
Up to where an extensive review of the literature allows us to consider, the evaluation
of the acute hemodynamic effects of noninvasive ventilation in patients with such marked
pulmonary hypertension had not yet been conducted. Although our sample, composed of
patients with severe mitral stenosis, may represent a profile of patients with preserved
left ventricular systolic performance associated with venocapillary pulmonary
hypertension, it is not possible to determine whether other etiologies of pulmonary
hypertension without left ventricular dysfunction would respond similarly to use of
CPAP.
Another important result of this study was that use of CPAP was safe in the conditions
applied in the current study, similarly to what has been described by other authors.
Only right atrial pressure presented a significant variation during application of
airway pressure. In the conditions evaluated in this study, there were no significant
variations in relevant clinical parameters, such as heart rate, systemic arterial
pressure, cardiac output, pulmonary arterial pressure and arterial oxygen saturation.
After the researchers explained the procedures to the patients, including details of
aspects related to noninvasive ventilation, use of CPAP was well tolerated, even at a
pressure of 14 cmH2O. There were no cases in which noninvasive ventilation
had to be removed by request from the patient. It should also be highlighted that there
was no register of complication related directly to the use of pressurized ventilation
systems.
The use of noninvasive ventilation has been shown capable to reduce the need for
intubation, length of stay and ICU mortality in patients with hypoxemic acute
respiratory failure. This is due to its effects on the hemodynamic status and pulmonary
mechanics. With respect to the respiratory system, its application has as main
physiological benefits the decrease in respiratory work, in addition to an improve in
oxygenation. As for the clinical applicability of the current study, considering that
the respiratory benefits of CPAP would be maintained, the small variation in relevant
hemodynamic parameters favors use of CPAP in patients with hypoxemic respiratory failure
and hemodynamic profile similar to that in this study.
Study limitations
The main limitation of the study was the fact that the patients were clinically
stable during the study procedures. Usually, the application of noninvasive
ventilation is indicated in patients with respiratory failure. Therefore, with regard
to the best scientific methodology, the ideal would be to evaluate the hemodynamic
conditions of patients with pulmonary congestion before any treatment and during
noninvasive ventilation. However, this approach was not possible due to a series of
factors. First, it would be risky to keep a patients with pulmonary congestion
without adequate treatment while invasive monitoring is provided. Second, the great
majority of the patients with pulmonary congestion and/or acute pulmonary edema do
not require invasive monitoring as part of the therapy. Monitoring is related to a
number of complications that would increase the risk to the patient and would,
therefore, imply in a questionable ethical judgment. Finally, this strategy would
limit substantially the number of selectable patients, jeopardizing the viability of
the study. It is also worth mentioning that even though the study was not performed
in patients with clinical instability, nothing prevents its value to be extended to
this situation.
Conclusion
In patients with mitral stenosis, venocapillary pulmonary hypertension and without left
ventricular dysfunction, the cardiac output response to use of CPAP was directly
associated with the degree of pulmonary hypertension. The application of CPAP did not
incur in complications directly related to the ventilation systems.
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diseaseThorax1993485523528
Author contributions
Conception and design of the research: Bento AM, Cardoso LF, Tarasoutchi F, Sampaio
RO, Kajita LJ; Acquisition of data: Bento AM, Cardoso LF, Sampaio RO, Kajita LJ;
Analysis and interpretation of the data and Statistical analysis: Bento AM, Cardoso
LF, Lemos Neto PA; Writing of the manuscript: Bento AM, Cardoso LF; Critical revision
of the manuscript for intellectual content: Bento AM, Tarasoutchi F, Sampaio RO,
Lemos Neto PA.
Sources of Funding
There were no external funding sources for this study.
Study Association
This article is part of the thesis of Doctoral submitted by André Moreira Bento, from
Instituto do Coração do Hospital das Clínicas da Universidade de São Paulo.
Efeitos Hemodinâmicos da Ventilação não Invasiva em Pacientes com
Hipertensão Pulmonar VenocapilarBentoAndré MoreiraCardosoLuiz FranciscoTarasoutchiFlávioSampaioRoney OrismarKajitaLuiz JunyaLemosPedro AlvesNetoUniversidade de São PauloFaculdade de MedicinaHospital das ClínicasSão PauloSPBrasilInstituto do Coração do Hospital das Clínicas da
Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo, São Paulo, SP -
BrasilCorrespondência: André Moreira Bento. Rua Capote Valente, 349, conjunto
125, Pinheiros, CEP: 05409-001, São Paulo, SP - Brasil. E-mail:
andrembento@uol.com.br
Potencial conflito de interesse
Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.
Fundamento:
Os efeitos hemodinâmicos da ventilação não invasiva com pressão positiva em
pacientes com hipertensão pulmonar sem disfunção ventricular esquerda não estão
bem estabelecidos.
Objetivos:
Analisar o impacto da pressurização aérea crescente através da pressão positiva
contínua das vias aéreas nos parâmetros hemodinâmicos e, principalmente, no débito
cardíaco de pacientes com graus variáveis de hipertensão pulmonar.
Métodos:
Foram incluídos 38 pacientes com hipertensão pulmonar causada por estenose mitral
sem disfunção ventricular esquerda ou outra valvopatia significativa. O estado
hemodinâmico deses pacientes foi estudado em três condições: basal, após uso de
pressão positiva contínua de 7 cmH2O e , finalmente, após pressão de 14
cmH2O.
Resultados:
A população foi composta por indivíduos predominantemente jovens, do sexo feminino
e com elevação significativa da pressão arterial pulmonar (pressão sistólica média
de 57 mmHg). De todas as variáveis analisadas, apenas a pressão de átrio direito
apresentou variação ao longo dos momentos estudados (da condição basal para a de
pressão de 14 cmH2O houve aumento de 8 ± 4 mmHg para 11 ± 3 mmHg,
respectivamente, p = 0,031). Apesar de não ter havido variação do valor médio do
débito cardíaco, valores mais elevados de pressões na artéria pulmonar estiveram
associados ao aumento do débito cardíaco. Não houve efeito deletério ou qualquer
instabilidade clínica associada ao uso da pressurização das vias aéreas.
Conclusão:
Em pacientes com hipertensão venocapilar pulmonar sem disfunção ventricular
esquerda, a resposta do débito cardíaco esteve diretamente associada ao grau de
hipertensão pulmonar. A aplicação de ventilação não invasiva não acarretou
complicações relacionadas diretamente aos sistemas de ventilação.
Hipertensão PulmonarInsuficiência CardíacaVentilação Não InvasivaHemodinâmicaIntrodução
A ventilação não invasiva com pressão positiva (CPAP) é um modo de ventilação
habitualmente aplicado a um amplo espectro de situações clínicas. Seu uso já foi
descrito tanto para pacientes em condições críticas, como congestão pulmonar aguda,
insuficiência respiratória aguda no portador de doença pulmonar crônica e na
recuperação de cirurgias cardíacas e não cardíacas, como em pacientes crônicos com
apneia obstrutiva do sono.
Sabe-se que, de modo geral, a pressurização das vias aéreas é capaz de beneficiar a
condição hemodinâmica nos pacientes com congestão pulmonar e disfunção sistólica
ventricular esquerda, basicamente através da elevação do débito cardíaco1-3. Este efeito tem sido atribuído principalmente à elevação da pressão
intratorácica e consequente redução da pós-carga do ventrículo esquerdo, levando a
uma melhora da função sistólica desta câmara2,4. O impacto final do
uso de CPAP na performance cardíaca de pacientes com disfunção sistólica prévia é de
natureza complexa e reflete a interação entre o coração comprometido e a vasculatura
intratorácica. De fato, esta intricada relação pode ser ainda mais complexa quando a
hipertensão pulmonar venocongestiva está presente.
Por outro lado, na presença de hipertensão pulmonar, a ventilação mecânica invasiva
tem sido associada a efeitos hemodinâmicos desfavoráveis5. Desta forma, pacientes com hipertensão pulmonar devida a
congestão venocapilar pulmonar podem estar sujeitos a efeitos hemodinâmicos
imprevisíveis quando expostos à pressurização das vias aéreas.
Ainda hoje, os efeitos hemodinâmicos da CPAP em pacientes sem disfunção ventricular
esquerda não estão totalmente descritos. Particularmente nos portadores de
hipertensão pulmonar, uma subclasse de pacientes habitualmente encontrados na prática
clínica diária, o impacto da CPAP tem sido pouco caracterizado. Ainda que seu uso
seja amplamente aceito como benéfico em pacientes com apneia do sono e alguma
elevação da pressão pulmonar, seus efeitos ainda não foram completamente descritos em
uma população com hipertensão pulmonar acentuada6,7.
O objetivo deste estudo, portanto, é o de analisar o impacto da pressurização aérea
crescente através da CPAP nos parâmetros hemodinâmicos em pacientes com graus
variáveis de hipertensão pulmonar. Em particular, o objetivo primário é o de avaliar
os efeitos da CPAP no débito cardíaco de pacientes com hipertensão pulmonar
crônica.
MétodosPopulação estudada
O presente estudo incluiu o total de 38 pacientes com hipertensão pulmonar
(pressão arterial pulmonar sistólica em repouso igual ou maior que 30 mmHg),
confirmada pelo cateterismo cardíaco. Para homogeneizar a população, apenas
pacientes com hipertensão pulmonar causada por estenose mitral selecionados para a
realização de valvoplastia mitral por cateter-balão (VMCB) foram incluídos. A
seleção foi realizada pela história médica, exame físico e ecocardiograma com
Doppler bidimensional colorido. Este último foi realizado em todos pacientes até 3
meses antes do estudo invasivo. Foram excluídos os pacientes portadores de
disfunção ventricular esquerda, qualquer outra valvopatia mais severa do que leve
e trombo atrial esquerdo. O termo de consentimento foi obtido de todos pacientes e
o estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética da nossa instituição.
Protocolo
Os pacientes foram avaliados no laboratório de hemodinâmica imediatamente antes da
realização da VMCB. A analgesia foi realizada apenas com lidocaína injetada
localmente no local da punção e medicamentos sedativos foram evitados. O estado
hemodinâmico foi registrado em decúbito dorsal em três momentos: 1) condição basal
em ar ambiente; 2) 5 minutos após uso de CPAP de 7 cmH2O; e 3) 5
minutos após uso de CPAP de 14 cmH2O. A ventilação não invasiva foi
realizada com um aparelho de CPAP (Solo LX Deluxe, Respironics Inc, EUA) e de
máscara oronasal (modelo Comfortfull, Respironics Inc, EUA).
Em cada uma das três condições, a frequência e o ritmo cardíacos, assim como a
oximetria digital foram medidos continuadamente por um monitor multiparamétrico. A
pressão atrial direita, a pressão arterial pulmonar e a pressão de capilar
pulmonar foram medidas por um cateter de Swan-Ganz de 7-Fr (Edwards Laboratories,
Santa Ana, EUA), inserido pela veia femoral direita. As pressões arteriais
sistêmicas e do ventrículo esquerdo foram aferidas por um cateter de pigtail de
5-Fr inserido na artéria femoral esquerda. Todas as medições foram realizadas ao
final da expiração e os transdutores de pressão foram referenciados ao nível da
linha hemiaxilar.
O débito cardíaco foi calculado por termodiluição através da média de 3 medidas
obtidas pela injeção de 10 ml de solução de dextrose a 5%, realizadas
aleatoriamente durante o ciclo respiratório. Caso uma das medidas diferisse em
mais do que 10% da média, eram realizadas duas outras medidas do débito cardíaco e
se desprezava os valores maior e menor para o cálculo da média. Amostras de
gasometria arterial e venosa foram coletadas da aorta e da artéria pulmonar,
respectivamente. As variáveis hemodinâmicas e oximétricas derivadas foram
calculadas a partir das fórmulas padronizadas.
Análise Estatística
As variáveis categóricas foram apresentadas em tabelas contendo frequências
absolutas (n) e relativas (%), e as quantitativas com média e desvio padrão.
As variáveis quantitativas, mensuradas nos três momentos (basal, CPAP 7
cmH2O e CPAP 14 cmH2O), foram apresentadas em tabelas
contendo médias e desvio-padrão e foram avaliadas com análise de variância para
medidas repetidas. Quando significativas, foram realizados contrastes de máxima
verossimilhança para discriminar as diferenças.
Foram calculados coeficientes de correlação para avaliar a variação do débito
cardíaco com parâmetros ecocardiográficos e hemodinâmicos.
Os valores de p < 0,05 foram considerados estatisticamente significativos.
O tamanho da amostra foi calculado através do programa G Power 3.1 utilizando
fórmula para cálculo de amostra de medidas repetidas. Foram estipulados um poder
estatístico de 80%, nível de significância de 5%, tamanho do efeito (f) de 0,25.
Deste modo, o número mínimo de indivíduos foi definido em 33.
Resultados
Trinta e oito pacientes acompanhados ambulatorialmente por estenose mitral e
portadores de hipertensão pulmonar foram recrutados para esta pesquisa. A população
foi composta por indivíduos predominantemente jovens, do sexo feminino e com elevação
significativa da pressão arterial pulmonar, com uma pressão arterial pulmonar
sistólica média de 57 mmHg. A Tabela 1
apresenta as características clínicas e ecocardiográficas, enquanto que a Tabela 2 apresenta os dados hemodinâmicos e
gasométricos da amostra (Tabelas 1 e 2).
Características demográficas e ecocardiográficas
Idade, anos
38,9 ± 11,8
Gênero feminino
33 (87%)
NYHA classe II
24 (63%)
NYHA classe III ou IV
14 (37%)
Fibrilação atrial crônica
4 (10%)
Hipertensão arterial sistêmica
3 (8%)
Área valvar mitral, cm2
0,9 ± 0,2
Fração de ejeção, %
69 ± 6
Diâmetro diastólico final do ventriculo esquerdo, mm
47 ± 4
Diâmetro do átrio esquerdo, mm
48 ± 4
Dados hemodinâmicos e gasométricos antes e após a aplicação de CPAP
Basal
CPAP 7 cmH2O
CPAP 14 cmH2O
p
Frequência cardíaca, batimentos/min
86 ± 16
85 ± 16
83 ± 16
0,686
Pressão sistólica sistêmica, mmHg
117 ± 15
119 ± 14
120 ± 16
0,710
Pressão diastólica sistêmica, mmHg
73 ± 10
75 ± 11
76 ± 11
0,542
Pressão sistólica pulmonar, mmHg
57 ± 24
58 ± 24
58 ± 24
0,957
Pressão diastólica pulmonar, mmHg
30 ± 14
31 ± 13
32 ± 13
0,883
Pressão de capilar pulmonar, mmHg
27 ± 10
27 ± 9
27 ± 9
0,961
Pressão do átrio direito, mmHg
8 ± 4
9 ± 4
11 ± 3
0,035 *
Débito cardíaco, l/min
4,6 ± 1,2
4,6 ± 1,1
4,5 ± 1,2
0,877
Índice cardíaco, l/min/m2
2,7 ± 0,7
2,7 ± 0,6
2,6 ± 0,7
0,838
Volume sistólico indexado, ml/batimento/m2
32,3 ± 8,1
32,4 ± 8,0
32,1 ± 7,0
0,987
Saturação de oxigênio arterial, %
95,2 ± 2,9
95,6 ± 2,1
96,0 ± 2,1
0,330
Saturação de oxigênio venosa mista, %
69,6 ± 7,5
69,6 ± 7,0
69,2 ± 7,2
0,950
Variação significativa apenas na comparação da condição basal para a de CPAP
14 cmH2O.
Variação do débito cardíaco
Nota-se, ainda na Tabela 2, a estabilidade
do valor médio das variáveis que representam a capacidade sistólica do ventrículo
esquerdo, o débito cardíaco, o índice cardíaco e o volume sistólico. Apesar de não
ter havido alteração do valor médio do débito cardíaco da amostra ao longo das
três condições, houve uma variação significativa entre os pacientes. Com isto, foi
possível identificar os fatores que modularam sua variação nos diferentes momentos
do estudo. As interações entre as características basais e o efeito do uso da CPAP
sobre o débito cardíaco estão apresentadas na Tabela 3. Na análise do uso de CPAP na pressão de 7 cmH2O,
não foi possível identificar variáveis da condição basal associadas com a variação
do débito cardíaco. No entanto, na análise do uso de CPAP 14 cmH2O, as
pressões no território pulmonar e a saturação de oxigênio se mostraram associadas
com a variação do débito cardíaco. As pressões no território pulmonar foram as
principais determinantes da variação do débito cardíaco, com aumento do débito
cardíaco naqueles com valores mais elevados de hipertensão pulmonar (Gráficos 1 a 3). A saturação de oxigênio arterial de hemoglobina também esteve
associada com a variação do débito cardíaco ao longo das condições estudadas
(Gráfico 4).
Correlação entre as características basais e o efeito da CPAP sobre a
variação do débito cardíaco
CPAP 7 cmH2O
CPAP 14 cmH2O
Parâmetros basais
Correlação de Pearson
p
Correlação de Pearson
p
Área valvar mitral, cm2
-0,257
0,12
-0,250
0,13
Fração de ejeção do ventrículo esquerdo, %
0,000
0,99
0,300
0,07
Diâmetro diastólico final do ventrículo esquerdo,
mm
0,200
0,22
0,094
0,83
Diâmetro atrial esquerdo, mm
0,074
0,66
-0,073
0,66
Frequência cardíaca, batimentos/min
0,920
0,58
0,304
0,06
Pressão sistólica sistêmica, mmHg
0,019
0,91
0,278
0,09
Pressão diastólica sistêmica, mmHg
0,027
0,87
0,192
0,25
Pressão sistólica pulmonar, mmHg
0,210
0,20
0,516
0,001
Pressão diastólica pulmonar, mmHg
0,209
0,21
0,509
0,001
Pressão de capilar pulmonar, mmHg
0,245
0,14
0,528
0,001
Pressão de átrio direito, mmHg
0,115
0,49
0,088
0,60
Saturação de oxigênio arterial, %
-0,244
0,14
-0,387
0,02
Saturação de oxigênio venosa mista, %
-0,276
0,09
-0,310
0,06
Variação percentual do débito cardíaco da condição basal para a CPAP 14
cmH2O, de acordo com a pressão pulmonar sistólica basal.
Variação percentual do débito cardíaco da condição basal para a CPAP 14
cmH2O, de acordo com a pressão pulmonar diastólica basal.
Variação percentual do débito cardíaco da condição basal para a CPAP 14
cmH2O, de acordo com a pressão de capilar pulmonar basal.
Variação percentual do débito cardíaco da condição basal para a CPAP 14
cmH2O, de acordo com a saturação arterial de oxigênio basal.
Não houve associação entre a variação do débito cardíaco e variáveis não
paramétricas como classe funcional (p = 0,07 para CPAP 7 cmH2O e p =
0,14 para CPAP 14 cmH2O) e presença de fibrilação atrial (p = 0,77 para
CPAP 7 cmH2O e p = 0,52 para CPAP 14 cmH2O).
Variação dos parâmetros hemodinâmicos ao longo das condições
Em relação às modificações hemodinâmicas durante os diferentes momentos do estudo,
apenas a pressão de átrio direito sofreu variação. Da condição basal para a CPAP
14 cmH2O, houve aumento de 8 ± 4 mmHg para 11 ± 3 mmHg,
respectivamente, (p = 0,031). Por outro lado, em comparação com a condição basal,
a elevação com a CPAP 7 cmH2O não foi significativa (p = 0,993). Embora
tenha havido uma tendência à elevação, não houve variação expressiva dos valores
de pressões arterial sistêmica e pulmonar. Outros parâmetros clinicamente
relevantes, como a frequência cardíaca e a saturação de oxigênio, também não
sofreram modificação no decorrer do estudo.
É importante ressaltar que nenhum efeito deletério foi observado. Não houve nenhum
caso que tenha cursado com instabilidade clínica em decorrência do uso de CPAP.
Além disto, todos os pacientes, após uma breve explicação sobre o uso de CPAP,
toleraram de maneira satisfatória sua aplicação durante o estudo.
Discussão
principal resultado deste estudo foi a associação das pressões no território pulmonar
como as maiores determinantes da resposta da variação do débito cardíaco, quando a
CPAP foi aplicada em uma população de pacientes com hipertensão pulmonar. Como seria
esperado, as alterações hemodinâmicas foram mais evidentes com a aplicação de maior
pressurização das vias aéreas. Na análise da condição CPAP 7 cmH2O,
nenhuma variável se correlacionou à variação do débito cardíaco. A seguir, a
avaliação da condição CPAP 14 cmH2O revelou a importância da hipertensão
pulmonar na resposta do débito cardíaco. Valores mais elevados de pressões arterial
pulmonar sistólica, diastólica e de oclusão estiveram associados ao aumento no débito
cardíaco.
A associação entre valores mais elevados de pressão de oclusão de artéria pulmonar
(POAP) e resposta positiva ao uso de CPAP foi previamente documentada por outros
autores em uma população de perfil hemodinâmico bastante distinto. Baratz e
cols.1, ao estudarem pacientes portadores
de miocardiopatia idiopática submetidos ao uso de CPAP de 5 cmH2O,
identificaram dois grupos de pacientes. O primeiro grupo, com POAP igual ou maior que
12 mmHg, respondeu com aumento de 17% no débito cardíaco. O segundo grupo, composto
por pacientes com POAP abaixo de 12 mmHg, apresentou queda no débito cardíaco de 8%.
Bradley e cols.3 confirmaram este conceito
pela observação de que o uso de CPAP de 5 a 10 cmH2O causou elevação do
débito cardíaco proporcional ao nível de pressão oferecido em pacientes com
insuficiência cardíaca e elevação da POAP. Estes trabalhos têm em comum com o
presente estudo a associação entre valores mais elevados de POAP e resposta positiva
ao uso de CPAP. No entanto, foram incluídos apenas pacientes portadores de disfunção
ventricular esquerda, condição excluída do presente estudo. Sabe-se que a redução da
pós-carga ventricular esquerda imposta pelo CPAP pode ser particularmente vantajosa
na presença de disfunção sistólica. Em contraste, em pacientes com hipertensão
pulmonar e insuficiência respiratória, sabe-se que a ventilação mecânica com pressão
positiva pode ter efeitos hemodinâmicos negativos. O aumento do volume pulmonar e
diminuição da capacidade residual funcional podem aumentar a resistência vascular
pulmonar e, consequentemente, a impedância de saída do ventrículo direito,
principalmente em pacientes com falência pré-existente do ventrículo direito5. Os efeitos agudos da ventilação não invasiva
em pacientes com hipertensão pulmonar extrema não são bem descritos. Embora o uso de
CPAP tenha sido extensivamente estudado em doentes com síndrome de apneia do sono,
esta condição está habitualmente associada a hipertensão pulmonar mais leve do que a
observada no presente estudo6,7. Em um estudo que incluiu 20 pacientes sem
patologias cardíacas ou pulmonares, apenas cinco destes preencheram critérios de
hipertensão pulmonar. Neste estudo, a pressão arterial pulmonar média do grupo foi de
16,8 mmHg6. Nos 40 pacientes portadores de
apneia obstrutiva do sono e hipertensão pulmonar estudados por Laks e cols.8, a pressão sistólica da artéria pulmonar
estimada ao ecocardiograma variou de 20 a 52 mmHg e sua média foi de apenas 29 mmHg.
Um ensaio com apenas nove pacientes portadores de doença pulmonar obstrutiva crônica
com insuficiência respiratória por descompensação foram estudados através de
monitorização hemodinâmica durante a aplicação de ventilação não invasiva com pressão
suporte e pressão expiratória positiva (PEEP)9. Houve queda significativa do débito cardíaco associada ao uso de PEEP de 5
cmH2O. Entretanto, embora todos pacientes apresentassem hipertensão
pulmonar ao menos moderada, a média da pressão arterial pulmonar foi de 27 mmHg,
valor bastante inferior ao do presente estudo.
Até onde extensa revisão da literatura nos permite considerar, a avaliação dos
efeitos hemodinâmicos agudos da ventilação não invasiva em pacientes com tão
acentuada hipertensão pulmonar ainda não havia sido realizada. Embora nossa amostra,
composta por pacientes portadores de estenose mitral grave, possa representar um
perfil de pacientes com desempenho sistólico ventricular esquerdo preservado
associado à hipertensão venocapilar pulmonar, não se pode determinar se outras
etiologias de hipertensão pulmonar sem disfunção ventricular esquerda teriam a mesma
resposta para o uso da CPAP.
Outro resultado importante deste estudo foi que o uso de CPAP se mostrou seguro nas
condições aplicadas no presente estudo, do mesmo modo como descrito por outros
autores. Apenas a pressão atrial direita apresentou uma variação significativa
durante a pressurização das vias aéreas. Nas condições estudadas, não houve variação
significativa de parâmetros clínicos relevantes, tais como frequência cardíaca,
pressão arterial sistêmica, débito cardíaco, pressão arterial pulmonar e saturação
arterial de oxigênio. Após os pesquisadores explicarem os procedimentos aos
pacientes, incluindo detalhes dos aspectos relacionados à ventilação não invasiva, o
uso de CPAP foi bem tolerado até mesmo na pressão de 14 cmH2O. Não houve
casos nos quais tenha sido necessária a retirada da ventilação não invasiva por
solicitação do paciente. Deve-se ressaltar ainda que não houve registro de qualquer
complicação diretamente relacionada ao uso dos sistemas pressurizados de
ventilação.
O uso da ventilação não invasiva tem se mostrado capaz de diminuir a necessidade de
entubação, o tempo de internação e a mortalidade na UTI em pacientes com
insuficiência respiratória aguda hipoxêmica. Isto decorre de seus efeitos sobre o
status hemodinânico e a mecânica pulmonar. No que se refere ao sistema respiratório,
sua aplicação tem como principais benefícios fisiológicos, além da melhora da
oxigenação, a diminuição do trabalho respiratório. Quanto à aplicabilidade clínica do
presente estudo, se forem levados em consideração que os benefícios respiratórios da
CPAP permaneceriam mantidos, a pequena variação dos parâmetros hemodinâmicos
relevantes favorece o uso da CPAP em pacientes com insuficiência respiratória
hipoxêmica e perfil hemodinâmico semelhante ao estudado.
Limitações do estudo
A principal limitação do estudo se baseia no fato de os pacientes se encontrarem
clinicamente estáveis durante a realização dos procedimentos do estudo.
Habitualmente, a aplicação da ventilação não invasiva está indicada nos pacientes
com insuficiência respiratória. Portanto, no que se refere à melhor metodologia
científica, o ideal seria avaliar as condições hemodinâmicas dos pacientes com
congestão pulmonar antes de qualquer tratamento e durante o uso de ventilação não
invasiva. No entanto, esta abordagem não foi possível por uma série de fatores.
Primeiro, seria arriscado manter um paciente com congestão pulmonar sem tratamento
adequado enquanto se providencia a monitorização invasiva. Segundo, a grande
maioria dos pacientes com congestão pulmonar e/ou edema agudo dos pulmões não
necessita de monitorização invasiva como parte do tratamento. A monitorização está
relacionada a uma série de complicações que traria maior risco ao paciente e,
portanto, implicaria em um julgamento ético questionável. Por fim, esta estratégia
limitaria de modo expressivo o número de pacientes selecionáveis, colocando em
risco a viabilidade do estudo. Ainda vale ressaltar que, embora o estudo não tenha
sido realizado em pacientes com instabilidade clínica, nada impede que seu valor
possa se estender para essa situação.
Conclusão
Em pacientes portadores de estenose mitral, com hipertensão venocapilar pulmonar e
sem disfunção ventricular esquerda, a resposta do débito cardíaco ao uso de CPAP
esteve diretamente associada ao grau de hipertensão pulmonar. A aplicação de CPAP não
acarretou complicações relacionadas diretamente aos sistemas de ventilação.
Contribuição dos autores
Concepção e desenho da pesquisa: Bento AM, Cardoso LF, Tarasoutchi F, Sampaio RO,
Kajita LJ; Obtenção de dados: Bento AM, Cardoso LF, Sampaio RO, Kajita LJ; Análise
e interpretação dos dados e Análise estatística: Bento AM, Cardoso LF, Lemos Neto
PA; Redação do manuscrito: Bento AM, Cardoso LF; Revisão crítica do manuscrito
quanto ao conteúdo intelectual importante: Bento AM, Tarasoutchi F, Sampaio RO,
Lemos Neto PA.
Fontes de financiamento
O presente estudo não teve fontes de financiamento externas.
Vinculação acadêmica
Este artigo é parte de tese de Doutorado de André Moreira Bento pelo Instituto do
Coração do Hospital das Clínicas da Universidade de São Paulo.