Arq Bras Cardiol abc Arquivos Brasileiros de Cardiologia Arq. Bras. Cardiol. 0066-782X 1678-4170 Sociedade Brasileira de Cardiologia - SBC 6dzvkXhW5X3ppQTt3QxxrvK S0066-782X2018001500375 S0066-782X2018005010101 10.5935/abc.20180123 Original Article Right Ventricular Functional Improvement after Pulmonary Rehabilitation Program in Patients with COPD Determined by Speckle Tracking Echocardiography Kanar Batur Gonenc 1 Ozmen Ipek 2 Yildirim Elif Ozari 2 Ozturk Murat 2 Sunbul Murat 1 Marmara University Istanbul Turkey Marmara University, Istanbul - Turquia Marmara University Sureyyapasa Chest Medicine Research and Training Hospital Istanbul Turquia Sureyyapasa Chest Medicine Research and Training Hospital, Istanbul - Turquia Mailing Address: Murat Sunbul. Marmara Universitesi Eðitim ve Araþtýrma Hastanesi, Pendik. 34899, Istanbul - Turkey. E-mail: drmuratsunbul@gmail.com, dresraaydin@yahoo.com

Potential Conflict of Interest

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

Author contributions

Conception and design of the research, acquisition of data, obtaining financing, writing of the manuscript: Kanar BG, Ozmen I, Yildirim EO, Ozturk M, Sunbul M; Analysis and interpretation of the data and statistical analysis: Kanar BG, Sunbul M; Critical revision of the manuscript for intellectual content: Sunbul M.

 06 08 2018 09 2018 111 03 375 381 11 11 2017 11 04 2018 11 04 2018 This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License, which permits unrestricted use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Abstract Background:

Although right ventricular (RV) dysfunction in pulmonary diseases has been associated with increased morbidity, tools for RV dysfunction identification are not well defined.

 Objective:

The aim of this study was to evaluate the magnitude of RV dysfunction by means of speckle tracking echocardiography (STE) in patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and to investigate whether STE could be used as an index of RV improvement after a pulmonary rehabilitation (PR) program.

 Methods:

Forty-six patients with COPD undergoing PR program and 32 age-sex matched healthy subjects were enrolled. RV function was evaluated at admission and after PR program by conventional two-dimensional echocardiography (2DE) and STE. In addition, exercise tolerance of subjects was evaluated using the six-minute walk test (6MWT).

 Results:

COPD patients had worse RV function according to STE and 2DE as well. STE was more sensitive than conventional 2DE in determining RV improvement after PR program - RV global longitudinal strain (LS): 20.4 ± 2.4% vs. 21.9 ± 2.9% p < 0.001 and RV free wall LS: 18.1 ± 3.4% vs. 22.9 ± 3.7%, p < 0.001). RV free wall LS was directly related to distance walked at baseline 6MWT (r = 0.58, p < 0.001) and to the change in the 6MWT distance (6MWTD ∆) (r = 0.41, p = 0.04).

 Conclusions:

We conclude that STE might be as effective as 2DE for evaluation of global and regional RV functions. STE may become an important tool for assessment and follow-up of COPD patients undergoing PR program to determine the relationship between RV function and exercise tolerance.

 Keywords: Ventricular Dysfunction, Right / rehabilitation Pulmonary Disease, Chronic Obstructive / rehabilitation Echocardiography / methods Strain, Speckle Tracking Introduction

The right ventricle plays an important role in the morbidity and mortality of patients with signs and symptoms of cardiopulmonary disease.1 Although transthoracic two-dimensional echocardiography (2DE) provides important information about the right ventricular (RV) anatomy and function, the RV complex geometry and crescent-shaped structure wrapped around the left ventricle (LV) make accurate assessment difficult.2 Moreover, conventional 2DE measures, including velocity and displacement-based analyses, can be affected by translational motion of the heart and respiratory variation. The new echocardiographic method of speckle tracking echocardiography (STE) assesses myocardial deformation on grayscale (B-mode) images and can be used to evaluate both global and regional myocardial strain without being limited by the Doppler beam angle.3,4

Patients with advanced chronic respiratory disease regularly experience distressing symptoms despite optimal pharmacological treatment. Pulmonary rehabilitation (PR) complements conventional medical therapy, and has been clearly demonstrated to reduce dyspnea, increase exercise performance, and improve RV functions.5 Today, is well known that chronic obstructive pulmonary disease (COPD) patients experience substantial mortality and morbidity from RV function impairment.6,7

A number of studies have used conventional 2DE to evaluate the RV in patients with cardiopulmonary diseases, but there is relatively limited information concerning the assessment of RV performance by means of speckle tracking-derived strain.8,9 Therefore, we sought to analyze the use of STE in the assessment of global and regional RV function and impact of PR program on it.

 Methods Study design and participants

Subjects were recruited from Sureyyapasa Chest Medicine and Thoracic Surgery Research and Training Hospital, Istanbul, Turkey. Fifty-seven patients with moderate-to-very severe COPD (Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease, GOLD classes 2-4) were enrolled in the study. Six patients were excluded from the analyses due to the poor quality of their echocardiographic records. In the remaining patients, the apical segment of the RV free wall and the apical septum could not be analyzed in 3 and in 2 patients, respectively.

All patients had a previous diagnosis of symptomatic COPD. The control group included 32 healthy volunteers. Patients with impairment of LV systolic function (ejection fraction < 55%), significant valvular heart disease, cardiomyopathy, history of coronary artery disease, and malignancy were excluded. The investigation complies with the principles outlined in the Declaration of Helsinki. The study was approved by the local Ethics Committee and written informed consent was obtained from all participants.

Adult patients with COPD with medically optimized symptomatic lung disease, admitted to the outpatient PR program, were referred by respiratory physicians after an initial multidisciplinary assessment clinic with a respiratory or rehabilitation physician, cardiology physician, nurse, and physiotherapist. Before starting the PR program, we obtained medical histories and performed physical examination of all patients. Specific measurements recorded at the beginning and end of PR program included 6-minute walk test (6MWT), mMRC (modified Medical Research Council) dyspnea scale, the BODE index - body mass index (BMI), degree of obstruction (FEV1), dyspnea (mMRC scale), exercise capacity. The PR program consisted of 2 sessions each day for 6 days per week for a total of 4 weeks. Each session lasted 30 minutes and included symptom-limited exercise training (walking or cycling).

All 6MWTs were performed on a flat surface, enclosed, temperature-controlled corridor using standardized instructions.10,11 Two 6MWTs and echocardiographic examinations were performed at the beginning of the pre-rehabilitation and post-rehabilitation assessments at the end of PR program due to possible learning effect. The best 6MWT was recorded and used for analysis. The 6MWTD∆ (delta) was determined by the difference between pre- and post-rehabilitation of 6MWTs. The effect of the 6MWT after the PR program was evaluated by BODE index and the mMRC score.

 Conventional and speckle-tracking echocardiography

All echocardiographic examinations of patients and healthy controls were performed in accordance with the American Society of Echocardiography guidelines using an ultrasound system (IE33, Philips Medical Systems, Andover, MA, US).12 Estimation of systolic pulmonary artery pressure (sPAB) was based on tricuspid regurgitation peak velocity using the simplified Bernoulli equation: 4x(tricuspid regurgitation peak velocity)2+ right atrial pressure (RAP). Estimation of RAP was done on the basis of the inferior vena cava diameter and collapse index.2 Tricuspid annular plane systolic excursion (TAPSE) is defined as the total excursion of the tricuspid annulus from end-diastole to end-systole, and it is measured typically at the lateral annulus using M-mode Isovolumic relaxation time (IVRT), isovolumic contraction time (IVCT), myocardial performance index (MPI) (calculated as [IVRT + IVCT]/ejection time), and ejection time intervals were measured using either pulsed-wave Doppler (PWD) or Doppler tissue imaging (DTI) at the lateral tricuspid annulus. RV and LV ejection fractions from 2D methods were calculated as (end-diastolic volume - end-systolic volume)/end-diastolic volume.

The general principles that underlie 2D speckle-tracking modalities have been previously described.13,14 2D echocardiographic grayscale apical 4-chamber images and a frame rate of 70 to 80 frames/s were obtained, which seems to be the best compromise between appropriate temporal resolution and acceptable spatial definition of the LV lateral wall and RV free wall. In postprocessing analysis, the region of interest was obtained by tracing the RV endocardial borders at the level of the septum and the free wall in a still frame at end-systole. An automated software program calculated the frame-to-frame displacements of speckle pattern within the region of interest throughout the cardiac cycle. Longitudinal strain (LS) curves were obtained from six RV segments (basal, mid, and apical segments of the RV free wall and septum); the global RV strain curve was based on the average of the six regional strain curves, and longitudinal strain curves of the lateral LV wall were obtained by repeating the same analysis (Fig. 1). The extent of myocardial deformation (defined as global or regional longitudinal strain) was expressed as a percentage of the longitudinal systolic shortening compared with diastolic shortening for each segment of interest. All analyses were repeated twice one day later by the same observer in order to assess intraobserver variability, which was calculated as the average difference between the 10 measurements taken. A second independent observer repeated the analyses for the assessment of interobserver variability, which was calculated as the absolute difference divided by the average of the two observations of all parameters. The intraobserver and interobserver variability were 5% and 7 %, respectively.

Representative two-dimensional right ventricular strain images. Speckle-tracking apical four chamber view showing global and regional right ventricular longitudinal strain. L. Strain: Longitudinal strain.

Statistical analysis

All statistical tests were performed with a commercially available software program (SPSS 16.0 for Windows; SPSS, Inc., Chicago, IL, USA). The variables were investigated using visual (histograms, probability plots) and analytical methods (Kolmogorov-Smirnov/Shapiro-Wilk test) to determine whether or not they are normally distributed. In sample size calculation, 46 COPD patients and 32 healthy subjects in each group would be needed to detect a 2-point difference in DAN scale, with a power of 80% and 1% of significance level. Categorical variables are presented as numbers and percentages and continuous data expressed as mean ± standard deviation. Since all variables were normally distributed, correlation coefficients and their significance were calculated using the Pearson test, and comparisons of quantitative data performed by a paired sample t-test. A p-value of less than 0.05 was set as statistically significant.

 Results

In our study, 46 patients (mean age: 60.8 ± 10.2 years; gender: 28 male, 18 female) with moderate to very severe COPD undergoing PR and 32 healthy subjects (mean age: 58.5 ± 8.9 years; gender: 13 male, 19 female) were enrolled. Baseline characteristics are shown in Table 1. Age and sex distributions were similar between the two groups. According to Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease (GOLD) classification; there were 22 class-II, 18 class-III, and 7 class-IV COPD patients. COPD patients had higher RV basal diameter, right atrial (RA) end-systolic area, sPAP, and MPI, as well as lower tricuspid annular plane systolic excursion (TAPSE) values compared to healthy control subjects in conventional echocardiographic measurements. In addition, there were significant differences in RV global LS and RV free wall LS between the two groups.

Clinical, conventional echocardiographic, and ventricular strain data in patients undergoing pulmonary rehabilitation and in healthy control subjects
Patients undergoing pulmonary rehabilitation (n: 46) Healthy control subjects (n: 32) p value
Age (years) 60.8 ± 10.2 58.5 ± 8.9 0.15
Gender (male,%) 28(61%) 13(41%)
Body mass index (kg/m2) 28.2 ± 8.4 27.9 ± 7.2 0.67
Heart rate (beats/min) 78 ± 12 80 ± 10 0.77
GOLD classes 2/3/4, n 22/18/7
RV end-diastolic basal diameter (mm) 38.1 ± 4.1 27.6 ± 3.5 < 0.001
RV end-diastolic longitudinal diameter (mm) 74.2 ± 9.4 60.4 ± 6.4 < 0.001
RV anterior wall thickness (mm) 4.35 ± 0.21 4.19 ± 0.31 0.82
RA end-systolic area (mm2) 17.2 ± 2.9 12.9 ± 1.8 < 0.001
sPAB (mmHg) 46.7 ± 15.4 24.8 ± 10.5 < 0.001
TAPSE (mm) 16.6 ± 2.6 20.4 ± 3.1 < 0.001
Tissue Doppler MPI 0.58 ± 0.08 0.35 ± 0.05 < 0.001
RV ejection fraction (%) 54.8 ± 4.9 56.3 ± 5.5 0.41
LV ejection fraction (%) 57.7 ± 5.5 59.4 ± 4.4 0.34
RV-TDI s' 12.9 ± 2.93 13.6 ± 3.06 0.38
RV free wall longitudinal strain (%) 18.1 ± 3.4 27.9 ± 3.6 < 0.001
RV global longitudinal strain (%) 20.4 ± 2.4 26.8 ± 3.2 < 0.001

Data are presented as mean ± standard deviation or percentile. Bold values indicate statistical significance p < 0.05. GOLD: global initiative for chronic obstructive lung disease; RV: right ventricle; RA: right atrium; sPAP: systolic pulmonary artery pressure; TAPSE: tricuspid annular plane systolic excursion; TDI s': tissue Doppler imaging systolic excursion; MPI: myocardial performance index; LV: left ventricle.

In post-rehabilitation echocardiography and 6MWT assessments, there were significant improvements in RV speckle-tracking measurements (Table 2) and increase in 6MWT. In 2DE measurements, there were differences among sPAP, TAPSE, and MPI. However, sPAP was only statistically significant.

Standard echocardiographic and ventricular strain data in patients before and after pulmonary rehabilitation
Before pulmonary rehabilitation (n:46) 3 months after pulmonary rehabilitation (n:46) p value
RV end-diastolic basal diameter (mm) 38.1 ± 4.1 37.7 ± 4.0 0.23
RV end-diastolic longitudinal diameter (mm) 74.2 ± 9.4 73.5 ± 9.3 0.69
RV anterior wall thickness (mm) 4.35 ± 0.21 4.22 ± 0.26 0.87
RA end-systolic area (mm2) 17.2 ± 2.9 16.9 ± 2.4 0.18
sPAB (mmHg) 46.7 ± 15.4 43.2 ± 16.3 0.03
TAPSE (mm) 16.6 ± 2.6 17.2 ± 3.1 0.09
Tissue Doppler MPI 0.58 ± 0.08 0.55 ± 0.07 0.09
RV ejection fraction (%) 54.8 ± 4.9 55.2 ± 5.0 0.72
LV ejection fraction (%) 57.7 ± 5.5 57.4 ± 5.2 0.57
RV-TDI s' 12.9 ± 2.93 11.8 ± 3.06 0.47
RV free wall longitudinal strain (%) 18.1 ± 3.4 22.9 ± 3.7 < 0.001
RV global longitudinal strain (%) 20.4 ± 2.4 21.9 ± 2.9 < 0.001
Six-minute walk test (m) 326 ± 42.2 355 ± 57.1 < 0.001
mMRC score 1.8 ± 0.8 1.7 ± 0.7 0.14
BODE index 3.0 ± 2.1 2.8 ± 1.9 0.04

Data are presented as mean ± standard deviation. Bold values indicate statistical significance p < 0.05. RV: right ventricle; RA: right atrium; sPAP: systolic pulmonary artery pressure; TAPSE: tricuspid annular plane systolic excursion; MPI: myocardial performance index; LV: left ventricle; TDI s': tissue Doppler imaging systolic excursion; mMRC; modified medical research council, BODE; Body mass index, degree of Obstruction (FEV1), Dyspnea score (mMRC scale), Exercise capacity (six minute walk distance).

RV free wall LS was directly related to distance walked at baseline 6MWT (r = 0.58, p < 0.001) and to 6MWTD∆ (r = 0.41, p = 0.04) (Figura 2). There were improvements of both BODE index and MRC parameters, but only the BODE index was statistically different. There was a statistically significant correlation between RV free wall LS and BODE index (r: 0.52, p < 0.001).

Correlation between right ventricular free wall longitudinal strain and six-minute walk test (6MWT) distance before pulmonary rehabilitation. (r = 0.58, p < 0.001). RV: right ventricular.

Discussion

In our study, we evaluated RV dysfunction in patients with moderate-to-very severe COPD in comparison with healthy subjects and also its improvement after PR program. In determination of both global and regional RV function improvement, STE was shown to be as effective as conventional 2DE. Moreover, RV global longitudinal strain was directly related to exercise tolerance determined by means of 6MWT and BODE index.

Although the current available prognostic models for COPD do not include RV function, it might serve as a surrogate endpoint for determining mortality and morbidity rates in a variety of cardiopulmonary diseases.15,16 On the other hand, RV assessment can be challenging. STE overcomes most of the limitations inherent in conventional 2DE, given that it is independent of cardiac translation, and it is angle- and load-independent, thus allowing accurate quantification of myocardial function.17 STE also demonstrates whether reduced RV performance is due to a global failure or to localized impaired contraction. Moreover, it identifies discrete and localized losses in contractility that are insufficient to affect global systolic function but have potential diagnostic and prognostic implications. The main result of the study by Focardi et al.18 was that free wall and global RV LS had a stronger correlation with the RV ejection fraction (RVEF) calculated by CMR (cardiac magnetic resonance) than conventional echocardiographic indices. Between the two, the highest diagnostic accuracy and the strongest correlation with the RVEF measured by CMR were observed for RV free wall longitudinal strain.18 In our study, RV free wall LS had higher improvement than RV global LS after PR program. Moreover, it had a statistically significant correlation with exercise tolerance indices of the patients, such as 6MWT distance and BODE index. One possible explanation for this is that the thin RV free wall contracts against low pulmonary resistance, thus leading to significantly higher strain improvement after the decline of pulmonary resistance by means of PR program. On the other hand, the septum consists of the same fibers as those forming the LV and must handle loading conditions in the RV, as well as higher LV afterload.16 Nevertheless, this hypothesis must be confirmed by further studies. In addition, we chose to analyze the septum as part of the RV. It cannot be considered simply a part of the LV because its shortening contributes to the ejection phase of the RV, and any impairment in its contractility reduces RV performance.14,19

Because of the paucity of data, no reference limits were established in the latest guidelines for RV global LS. Recent studies involving STE have focused on exploring RV function in patients with cardiopulmonary disease. Hardegree et al.20 showed that RV free wall LS and 6MWT distance were increased after the initiation of medical therapy in patients with pulmonary arterial hypertension (PAH). Motoji et al.21 showed that RV global LS < 19.4% indicates high risk of adverse cardiovascular events in patients with PAH. In addition, Guendouz et al.22 reported that an absolute RV global LS value below 21% in patients with congestive heart failure identifies patients with high risk of adverse cardiac events. However, to the best of our knowledge, there are no published studies using STE to determine RV dysfunction and its improvement after PR program in patients with COPD.

The effect of PR on RV function in patients with COPD has been explored in 2DE-based studies. Caminiti et al.8 showed that TAPSE ≤ 16 mm was an indicator of decreased 6MWT distance at baseline and 6MWT distance change in COPD patients undergoing PR. According to our study, STE was more sensitive in determining RV dysfunction than 2DE. Tanaka et al.,23 in another 2DE-based study, showed an increase of MPI, and that there was a strong correlation between MPI and the MRC breathlessness score in COPD patients.23 Our data are in agreement with these 2DE studies of RV function in COPD patients undergoing PR program.

Study limitations

Several limitations of our study merit consideration. The main limitation was the small size of the study population. Moreover, RV strain was assessed only in the 4-chamber view of the six segments of the RV; however, the RV longitudinal function measured in the inlet chamber accounts for about 80% of RV function.24 If we had followed up the study population, we could have investigated the impact of PR program on RV function, as well as mortality and morbidity. Finally, we did not compare our results with those of CMR. However, previous studies of LV speckle tracking-derived strain have already validated CMR use. Furthermore, although magnetic resonance imaging is considered the gold standard for determining RV volume and function, it is currently limited by cost and availability and is deemed unsuitable after the implantation of a cardiac pacemaker.25

Conclusion

Our study demonstrated that RV dysfunction improved after PR program in patients with COPD. STE might be as effective as the more established measurements of global RV function (i.e., TAPSE, RVEF, and MPI). RV global and regional strain assessment is a simple and effective tool in the routine clinical assessment of patients with COPD in order to explore the relationship between RV function and exercise tolerance.

Sources of Funding

There were no external funding sources for this study.

Study Association

This study is not associated with any thesis or dissertation work.

Ethics approval and consent to participate

This study was approved by the Ethics Committee of the Marmara University under the protocol number 70737436-050.06.04. All the procedures in this study were in accordance with the 1975 Helsinki Declaration, updated in 2013. Informed consent was obtained from all participants included in the study.

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Focardi M Cameli M Carbone SF Massoni A De Vito R Lisi M Traditional and innovative echocardiographic parameters for the analysis of right ventricular performance in comparison with cardiac magnetic resonance Eur Heart J Cardiovasc Imaging 2015 16 1 47 52 19 Sugiura E, Dohi K, Onishi K, Takamura T, Tsuji A, Ota S, et al. Reversible right ventricular regional non-uniformity quantified by speckle-tracking strain imaging in patients with acute pulmonary thromboembolism. J Am Soc Echocardiogr. 2009;22(12):1353-9. Sugiura E Dohi K Onishi K Takamura T Tsuji A Ota S Reversible right ventricular regional non-uniformity quantified by speckle-tracking strain imaging in patients with acute pulmonary thromboembolism J Am Soc Echocardiogr 2009 22 12 1353 1359 20 Hardegree EL, Sachdev A, Villarraga HR, Frantz RP, McGoon MD, Kushwaha SS, et al. Role of serial quantitative assessment of right ventricular function by strain in pulmonary arterial hypertension. Am J Cardiol. 2013;111(1):143-8. Hardegree EL Sachdev A Villarraga HR Frantz RP McGoon MD Kushwaha SS Role of serial quantitative assessment of right ventricular function by strain in pulmonary arterial hypertension Am J Cardiol 2013 111 1 143 148 21 Motoji Y, Tanaka H, Fukuda Y, Ryo K, Emoto N, Kawai H, et al. Efficacy of right ventricular free-wall longitudinal speckle-tracking strain for predicting long-term outcome in patients with pulmonary hypertension. Circ J. 2013;77(3):756-63. Motoji Y Tanaka H Fukuda Y Ryo K Emoto N Kawai H Efficacy of right ventricular free-wall longitudinal speckle-tracking strain for predicting long-term outcome in patients with pulmonary hypertension Circ J 2013 77 3 756 763 22 Guendouz S, Rappeneau S, Nahum J, Dubois-Randél JL, Gueret P, Monin JL, et al. Prognostic significance and normal values of 2D strain to assess right ventricular systolic function in chronic heart failure. Circ J. 2012;76(1):127-36. Guendouz S Rappeneau S Nahum J Dubois-Randél JL Gueret P Monin JL Prognostic significance and normal values of 2D strain to assess right ventricular systolic function in chronic heart failure Circ J 2012 76 1 127 136 23 Tanaka Y, Hino M, Mizuno K, Gemma A. Evaluation of right ventricular function in patients with COPD. Respir Care. 2013;58(5):816-23. Tanaka Y Hino M Mizuno K Gemma A Evaluation of right ventricular function in patients with COPD Respir Care 2013 58 5 816 823 24 Carlsson M, Ugander M, Heiberg E, Arheden A. The quantitative relationship between longitudinal and radial function in left, right, and total heart pumping in humans. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2007;293(1):H636-44. Carlsson M Ugander M Heiberg E Arheden A The quantitative relationship between longitudinal and radial function in left, right, and total heart pumping in humans Am J Physiol Heart Circ Physiol 2007 293 1 H636 H644 25 Helle-Valle T, Crosby J, Edvardsen T, Lyseggen E, Amundsen BH, Smith HJ, et al. New noninvasive method for assessment of left ventricular rotation. Circulation. 2005;112(20):3149-56. Helle-Valle T Crosby J Edvardsen T Lyseggen E Amundsen BH Smith HJ New noninvasive method for assessment of left ventricular rotation Circulation 2005 112 20 3149 3156 Artigo Original Melhora da Função Ventricular Direita após Programa de Reabilitação Pulmonar em Pacientes com DPOC Avaliada por Ecocardiografia Speckle Tracking Kanar Batur Gonenc 1 Ozmen Ipek 2 Yildirim Elif Ozari 2 Ozturk Murat 2 Sunbul Murat 1 Marmara University, Istanbul - Turquia Sureyyapasa Chest Medicine Research and Training Hospital, Istanbul - Turquia Correspondência: Murat Sunbul. Marmara Universitesi Eðitim ve Araþtýrma Hastanesi, Pendik. 34899, Istanbul - Turquia. E-mail: drmuratsunbul@gmail.com, dresraaydin@yahoo.com

Contribuição dos autores

Concepção e desenho da pesquisa, obtenção de dados, obtenção de financiamento e redação do manuscrito: Kanar BG, Ozmen I, Yildirim EO, Ozturk M, Sunbul M; Análise e interpretação dos dados e análise estatística: Kanar BG, Sunbul M; Revisão crítica do manuscrito quanto ao conteúdo intelectual importante: Sunbul M.

Potencial conflito de interesses

Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.

 Resumo Fundamento:

Embora a disfunção do ventrículo direito (VD) nas doenças pulmonares tenha sido associada ao aumento da morbidade, as ferramentas para a identificação da disfunção do VD não estão bem definidas.

 Objetivo:

O objetivo deste estudo foi avaliar a disfunção do VD por ecocardiografia speckle tracking (STE) em pacientes com doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC), e se a STE pode ser usada como indicador de melhora da função ventricular direita após um programa de reabilitação pulmonar (RP).

 Métodos:

Quarenta e seis pacientes com DPOC submetidos ao programa de RP e 32 controles sadios pareados por sexo e idade foram incluídos no estudo. A função do VD foi avaliada na admissão e após o programa de RP por ecocardiografia bidimensional convencional e por STE. Além disso, a tolerância ao exercício foi avaliada pelo teste de caminhada de seis minutos (TC6M).

 Resultados:

Pacientes com DPOC apresentaram pior função do VD segundo STE e ecocardiografia bidimensional convencional. Em comparação ao método convencional, a STE mostrou maior sensibilidade em determinar melhora da função ventricular direita após o programa de RP - strain longitudinal (SL) global do VD: 20,4 ± 2,4% vs. 21,9 ± 2,9% p < 0,001; SL da parede livre do VD: 18,1 ± 3,4% vs. 22,9 ± 3,7%, p < 0,001. O SL da parede livre do VD relacionou-se diretamente com a distância percorrida no TC6M basal (r = 0,58, p < 0,001) e com a variação no TC6M ∆ (TC6M) (r = 0,41, p = 0,04).

 Conclusões:

Concluímos que a STE pode ser tão eficaz como a ecocardiografia bidimensional convencional na avaliação das funções globais e regionais do VD. Ainda, a STE pode se tornar uma importante ferramenta de avaliação e acompanhamento de pacientes com DPOC submetidos à RP para determinar a relação entre função ventricular direita e tolerância ao exercício.

 Palavras-chave: Disfunção Ventricular Direita / reabilitação Doença Pulmonar Obstrutiva Crônica / reabilitação Ecocardiografia / métodos Strain Speckle Tracking Introdução

O ventrículo direito (VD) exerce um importante papel na morbidade e na mortalidade de pacientes com sinais e sintomas de doença cardiopulmonar.1 Apesar de a ecocardiografia transtorácica bidimensional fornecer dados importantes sobre a anatomia e a função do VD, a complexa geometria, e a estrutura em forma de meia lua ao redor do ventrículo esquerdo dificultam sua avaliação.2 Além disso, medidas por ecocardiografia transtorácica bidimensional convencional, incluindo análises de velocidade e de deslocamento, podem ser afetadas por movimento translacional do coração por variação na respiração. O novo método ecocardiográfico baseado na técnica de rastreamento de pontos (STE, do inglês speckle tracking echocardiography) avalia a deformação miocárdica em imagens em escala de cinza (modo-B) e pode ser usado para avaliar tanto a deformação (strain) miocárdica global como regional sem ser limitado pelo ângulo de feixe do método de Doppler.3,4

Pacientes com doença respiratória crônica em estágio avançado apresentam sintomas graves apesar de um tratamento farmacológico adequado. A reabilitação pulmonar (RP) complementa o tratamento médico convencional, e parece atuar na redução da dispneia, aumentar o desempenho no exercício, e melhorar funções do VD.5 Atualmente, sabe-se que a doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC) está associada à alta mortalidade e morbidade por disfunção do VD.6,7

A ecocardiografia transtorácica bidimensional foi usada em vários estudos para avaliação do VD de pacientes com doenças cardiopulmonares. No entanto, há dados relativamente limitados sobre a avaliação da função do VD por técnica de strain obtida por speckle tracking (speckle tracking-derived strain).8,9 Portanto, nosso objetivo foi analisar o uso da STE na avaliação da função global e regional do VD e o impacto do programa de RP sobre a função ventricular direita.

 Métodos Delineamento do estudo e participantes

Os indivíduos foram recrutados do hospital de pesquisa em medicina torácica Sureyyapasa Chest Medicine and Thoracic Surgery Research and Training Hospital, Istambul, Turquia. Foram incluídos 57 pacientes com DPOC moderada a muito grave (estádio II a IV segundo classificação da GOLD - Iniciativa Global para a doença pulmonar obstrutiva crônica, do inglês Global Initiative for Chronic Obstrutive Lung Disease). Seis pacientes foram excluídos das análises pela baixa qualidade dos registros ecocardiográficos. Nos demais pacientes, não foi possível analisar o segmento apical da parede livre do VD em 3 pacientes, e a região apical do septo em 2 pacientes.

Todos os pacientes tinham um diagnóstico prévio de DPOC sintomática. O grupo controle incluiu 32 voluntários sadios. Foram excluídos pacientes com disfunção sistólica do VE (fração de ejeção < 55%), doença valvular cardíaca importante, cardiomiopatia, história de doença arterial coronariana, cardiomiopatia, história de doença arterial coronariana, ou doença maligna. O estudo foi realizado segundo princípios da Declaração de Helsinki. O estudo foi aprovado pelo comitê de ética local e todos os participantes assinaram termo de consentimento.

Pacientes adultos com DPOC e doença pulmonar sintomática controlada, admitidos no programa de RP ambulatorial, foram encaminhados por pneumologistas após uma avaliação clínica multidisciplinar (incluindo pneumologista, cardiologista, enfermeiro e fisioterapeuta) inicial. Antes de iniciar o programa de RP, foi adquirida a história médica dos pacientes e realizado exame físico. Medidas específicas registradas no início e no final do programa de RP incluíram o teste de caminhada de seis minutos (TC6M), escala de dispneia do mMRC (modified Medical Research Council), índice BODE - índice de massa corporal, grau de obstrução (FEV1), dispneia (escala mMRC), capacidade no exercício. O programa de RP consistiu de 2 sessões/dia por 6 dias/semana, durante 4 semanas. Cada sessão teve duração de 30 minutos e incluiu exercício de caminhada ou bicicleta (limitado por sintomas dos participantes).

Todos os TC6Ms foram realizados em superfície plana, em corredor fechado, sob temperatura controlada, seguindo instruções padronizadas.10,11 Dois TC6Ms e os testes ecocardiográficos foram realizados no início da pré-reabilitação e também após a reabilitação ao final do programa de RP devido ao possível efeito aprendizado. O TC6M com melhor desempenho foi registrado e usado para análise. O delta (∆)TC6M foi determinado pela diferença entre os resultados dos testes realizados antes após reabilitação. O efeito do TC6M após o programa de RP foi avaliado pelo índice BODE e o escore mMRC.

 Ecocardiografia convencional e <italic>speckle-tracking</italic>

Todos os exames de ecocardiografia dos pacientes e controles sadios foram realizados de acordo com as diretrizes da Sociedade Americana de Ecocardiografia, utilizando-se um sistema de ultrassom (IE33, Philips Medical Systems, Andover, MA, US).12 A pressão sistólica da artéria pulmonar (PSAP) foi estimada com base na velocidade máxima da regurgitação tricúspide, utilizando-se a equação simplificada de Bernoulli: 4x (velocidade máxima da regurgitação tricúspide)2+pressão atrial direita (PAD). A PAD foi estimada com base no diâmetro da veia cava inferior e no índice de colabamento.2 A excursão sistólica do anel tricúspide (TAPSE) é definida como a excursão total do anel tricúspide do final da diástole ao final da sístole, e é tipicamente medida no anel lateral utilizando o módulo M. O tempo de relaxamento isovolumétrico (TRIV), o tempo de contração isovolumétrica (TCIV), o índice de desempenho miocárdico (IDM) [calculado como TRIV + TCIV]/tempo de ejeção), e intervalos de tempo de ejeção foram medidos por Doppler pulsado ou por Doppler tecidual no anel lateral tricúspide. As frações de ejeção do VD e do VE dos métodos bidimensionais foram calculadas como (volume diastólico final - volume sistólico final)/volume diastólico final.

Os princípios gerais do método bidimensional speckle-tracking foram descritos previamente.13,14 Foram obtidas imagens apicais quatro câmaras em escala de cinza e taxa de quadros de 70-80 quadros/s, o que parecem ser os parâmetros mais apropriados para se obter uma boa resolução temporal e definição espacial do VD lateral e da parede livre do VD. Na análise pós-processamento, a região de interesse foi obtida delimitando-se o endocárdio do VD ao nível do septo e a parede livre em uma imagem estática ao final da sístole. Um programa automático calculou os deslocamentos dos pontos quadro a quadro na região de interesse ao longo do ciclo cardíaco. As curvas do strain longitudinal foram obtidas a partir de seis segmentos do VD - basal, medial e apical da parede livre e do septo. A curva do strain global do VD baseou-se na média das seis curvas regionais do strain, e curvas do strain longitudinal da parede lateral do VD foram obtidas repetindo-se as mesmas análises (Figura 1). A extensão da deformação do miocárdio (strain longitudinal global ou regional) foi expressa como porcentagem do encurtamento longitudinal na sístole em comparação ao encurtamento longitudinal na diástole para cada segmento de interesse. No dia seguinte, todas as análises foram repetidas duas vezes pelo mesmo observador, para avaliar a variabilidade intraobservador, a qual foi calculada como a diferença média entre as 10 medidas realizadas. Um segundo observador independente repetiu as análises para avaliação da variabilidade interobservador, calculada como a média de duas observações de todos os parâmetros. As variabilidades intraobservador e interobservador foram 5% e 7%, respectivamente.

Imagens bidimensionais representativas do strain ventricular direito. Corte apical de quatro câmaras pela técnica speckle tracking mostrando o strain longitudinal global e regional do ventrículo direito. L.Strain: strain longitudinal; L. Strain Rate: taxa de strain longitudinal.

Análise estatística

Todos os testes estatísticos foram realizados utilizando-se um programa disponível comercialmente (SPSS 16.0 for Windows; SPSS, Inc., Chicago, IL, EUA). As variáveis foram investigadas por recursos visuais (histogramas, gráficos de probabilidade) e métodos analíticos (teste de Kolmogorov-Smirnov, teste de Shapiro-Wilk) para verificar se os dados apresentavam distribuição normal. No cálculo amostral, seriam necessários 46 pacientes com DPOC e 32 indivíduos sadios em cada grupo para detectar diferença de dois pontos na escala DAN, com poder de 80% e nível de significância de 1%. As variáveis categóricas são apresentadas em números e porcentagens, e os dados contínuos expressos em média ± desvio padrão. Uma vez que todas as variáveis apresentaram distribuição normal, coeficientes de correlações foram calculados pelo teste de Pearson, e comparações dos dados quantitativos pelo teste t para amostras pareadas. Um valor de p < 0,05 foi considerado estatisticamente significativo.

 Resultados

Em nosso estudo, foram incluídos 46 pacientes (idade média 60,8 ± 10,2 anos; 28 homens) com DPOC leve a muito grave, submetidos à RP, e 32 indivíduos sadios (idade média 58,5 ± 8,9 anos; 13 homens). As características basais são apresentadas na Tabela 1. Distribuições de sexo e idade foram similares entre os dois grupos. Segundo a classificação GOLD, 22 pacientes com DPOC foram classificados como estádio II, 18 como estado III, e 7 como estádio IV. Os pacientes com maior diâmetro do VD, área sistólica final do átrio direito, PSAP, IDM e menor TAPSE basais foram avaliados por ecocardiografia convencional em comparação aos controles sadios. Ainda, observaram-se diferenças significativas no strain longitudinal global do VD e no strain longitudinal da parede livre do VD entre os dois grupos.

Dados clínicos, resultados da ecocardiografia convencional, e strain ventricular em pacientes submetidos à reabilitação pulmonar e em indivíduos sadios controles
Pacientes submetidos à reabilitação pulmonar (n: 46) Indivíduos sadios controle (n: 32) Valor de p
Idade (anos) 60,8 ± 10,2 58,5 ± 8,9 0,15
Sexo (masculino,%) 28(61%) 13(41%)
Índice de massa corporal (kg/m2) 28,2 ± 8,4 27,9 ± 7,2 0,67
Frequência cardíaca (batimentos/min) 78 ± 12 80 ± 10 0,77
Estádios 2/3/4 classificação GOLD, n 22/18/7
Diâmetro diastólico final basal do VD (mm) 38,1 ± 4,1 27,6 ± 3,5 < 0,001
Diâmetro longitudinal final do VD (mm) 74,2 ± 9,4 60,4 ± 6,4 < 0,001
Espessura da parede anterior do VD (mm) 4,35 ± 0,21 4,19 ± 0,31 0,82
Área sistólica final do AD (mm2) 17,2 ± 2,9 12,9 ± 1,8 < 0,001
PSAP (mmHg) 46,7 ± 15,4 24,8 ± 10,5 < 0,001
TAPSE (mm) 16,6 ± 2,6 20,4 ± 3,1 < 0,001
IDM (Doppler tecidual) 0,58 ± 0,08 0,35 ± 0,05 < 0,001
Fração de ejeção do VD (%) 54,8 ± 4,9 56,3 ± 5,5 0,41
Fração de ejeção do VE (%) 57,7 ± 5,5 59,4 ± 4,4 0,34
Excursão sistólica por DTI-VD 12,9 ± 2,93 13,6 ± 3,06 0,38
Strain longitudinal da parede livre do VD (%) 18,1 ± 3,4 27,9 ± 3,6 < 0,001
Strain longitudinal global do VD (%) 20,4 ± 2,4 26,8 ± 3,2 < 0,001

Dados expressos em média ± desvio padrão ou porcentagens. Valores em negrito indicam significância estatística (p < 0,05). GOLD: Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease; VD: ventrículo direito; AD: átrio direito; PSAP: pressão sistólica da artéria pulmonar; TAPSE: excursão sistólica do anel tricúspide; DTI: Doppler tecidual; IDM: índice do desempenho miocárdico; VE: ventrículo esquerdo.

Nas avaliações ecocardiográficas e do TC6M pós-reabilitação, houve melhora significativa nas medidas do VD pela técnica do speckle trecking (Tabela 2) e aumento no TC6M. Na avaliação por ecocardiografia transtorácica bidimensional, observaram-se diferenças na PSAP, no IDM e na TAPSE; contudo, somente o PSAP mostrou diferença estatisticamente significativa.

Dados da ecocardiografia convencional e de strain ventricular em pacientes antes e após a reabilitação pulmonar
Antes da reabilitação pulmonar (n:46) 3 meses após a reabilitação pulmonar (n:46) Valor de p
Diâmetro diastólico final basal do VD (mm) 38,1 ± 4,1 37,7 ± 4,0 0,23
Diâmetro longitudinal final do VD (mm) 74,2 ± 9,4 73,5 ± 9,3 0,69
Espessura da parede anterior do VD (mm) 4,35 ± 0,21 4,22 ± 0,26 0,87
Área sistólica final do AD (mm2) 17,22,9 16,9 ± 2,4 0,18
PSAP (mmHg) 46,7 ± 15,4 43,2 ± 16,3 0,03
TAPSE (mm) 16,6 ± 2,6 17,2 ± 3,1 0,09
IDM (Doppler tecidual) 0,58 ± 0,08 0,55 ± 0,07 0,09
Fração de ejeção do VD (%) 54,8 ± 4,9 55,2 ± 5,0 0,72
Fração de ejeção do VE (%) 57,7 ± 5,5 57,4 ± 5,2 0,57
Excursão sistólica por DTI-VD 12,9 ± 2,93 11,8 ± 3,06 0,47
Strain longitudinal da parede livre do VD (%) 18,1 ± 3,4 22,9 ± 3,7 < 0,001
Strain longitudinal global do VD (%) 20,4 ± 2,4 21,9 ± 2,9 < 0,001
Teste de caminhada de seis minutos (m) 326 ± 42,2 355 ± 57,1 < 0,001
Escore mMRC 1,8 ± 0,8 1,7 ± 0,7 0,14
Índice BODE 3,0 ± 2,1 2,8 ± 1,9 0,04

Dados expressos em média ± desvio padrão ou porcentagens. Valores em negrito indicam significância estatística (p < 0,05). VD: ventrículo direito; AD: átrio direito; PSAP: pressão sistólica da artéria pulmonar; TAPSE: excursão sistólica do anel tricúspide; DTI: Doppler tecidual; IDM: índice do desempenho miocárdico; VE: ventrículo esquerdo; mMRC: modified medical research council; BODE: índice de massa corporal, grau de obstrução (FEV1), escore de dispneia (escala mMRC), capacidade no exercício (teste de caminhada de seis minutos).

Observou-se relação direta do strain longitudinal da parede livre do VD com a distância percorrida no TC6M (r = 0,58; p < 0,001) e com o ∆ TC6M (r = 0,41; p = 0,04) (Figura 2). Houve melhora no índice BODE e nos parâmetros MRC, com diferença estatisticamente significativa no índice BODE. Houve correlação estatisticamente significativa entre o strain longitudinal da parede livre do VD e o índice BODE (r: 0,52; p < 0,001).

Correlação entre strain longitudinal da parede livre do ventrículo direito e distância percorrida no teste de caminhada de 6 minutos (TC6M) antes da reabilitação pulmonar (r = 0,58, p < 0,001). VD: ventrículo direito.

Discussão

Em nosso estudo, avaliamos a disfunção do VD em pacientes com DPOC moderada a muito grave em comparação a indivíduos sadios, bem como sua melhora após programa de RP. Mostramos que, para determinar uma melhora da função (tanto global como regional) do VD, a STE mostrou-se tão efetiva como a ecocardiografia bidimensional convencional. Além disso, observou-se relação direta do strain longitudinal global com a tolerância ao exercício determinada pelo TC6M e o índice BODE.

Apesar de os modelos prognósticos de DPOC atualmente disponíveis não incluírem função do VD, essa pode ser utilizada como desfecho substituto na determinação das taxas de mortalidade e de morbidade em várias doenças cardiopulmonares.15,16 Por outro lado, a avaliação do VD pode ser desafiador. A STE supera a maioria das limitações inerentes à ecocardiografia bidimensional convencional, uma vez que independe da translação cardíaca, e é independente de ângulo e da carga, o que permite uma quantificação precisa da função miocárdica. A STE também mostra se o desempenho reduzido do VD deve-se à disfunção global ou à disfunção da contração local.17 Ainda, a técnica identifica perdas sutis e localizadas na contratilidade, que não chegam a afetar a função sistólica global, mas tem implicações diagnósticas e prognósticas potenciais. O principal resultado do estudo de Focardi et al.,18 foi a maior correlação entre o strain longitudinal (global e da parede livre) do VD com a fração de ejeção do VD calculada por ressonância magnética cardíaca em comparação a índices ecocardiográficos convencionais. Entre os dois parâmetros, a maior acurácia diagnóstica e a maior correlação com a fração de ejeção medida por ressonância cardíaca magnética foram observadas para o strain longitudinal da parede livre do VD. Em nosso estudo, o strain longitudinal da parede livre do VD mostrou maior melhora que o strain longitudinal global do VD após o programa de RP, além de correlação estatisticamente significativa com índices de tolerância ao exercício dos pacientes, tais como distância percorrida no TC6M e índice de BODE. Esse resultado pode ser explicado pelo fato de a fina parede livre do VD contrair-se contra a baixa resistência pulmonar, levando à melhora significativa do strain após o declínio da resistência pulmonar alcançado pelo programa de RP. Por outro lado, o septo é constituído das mesmas fibras que formam o VE e suporta condições de sobrecarga no VD e de pós-carga do VE. No entanto, essa hipótese deve ser confirmada por outros estudos. Nós analisamos o septo como parte do VD; ele não pode ser considerado uma parte do VE, uma vez que seu encurtamento contribui para a fase de ejeção do VD, e qualquer disfunção em sua contratilidade reduz o desempenho do VD.14,19

Devido à escassez dos dados, não foram estabelecidos limites de referência para o strain longitudinal do VD nas diretrizes mais recentes. Estudos recentes envolvendo STE tiveram como foco investigar a função do VD em pacientes com doença cardiopulmonar. Hardegree et al.,20 mostraram que o strain longitudinal da parede livre do VD e a distância percorrida no TC6M aumentaram após o início da terapia medicamentosa em pacientes com hipertensão arterial pulmonar (HAP). Motoji et al.,21 mostraram que o strain longitudinal do VD < 19.4% indica alto riso de eventos cardiovasculares adversos em pacientes com HAP. Ainda, Guendouz et al.,22 relataram que um valor de strain longitudinal absoluto inferior a 21% em pacientes com insuficiência cardíaca congestiva detecta pacientes com alto risco de eventos cardíacos adversos. Contudo, em nosso conhecimento, não existem estudos publicados utilizando STE para determinar disfunção do VD e sua melhora após um programa de RP em pacientes com DPOC.

O efeito do programa de RP sobre a função do VD em pacientes com DPOC foi explorado em estudos com ecocardiografia bidimensional. Caminiti et al.,8 mostraram que TAPSE ≤ 16 mm foi um indicador de uma menor distância percorrida no TC6M no basal, e na mudança na distância percorrida no teste em pacientes com DPOC submetidos à RP. De acordo com nossos resultados, a STE foi mais sensível na determinação de disfunção ventricular direita em comparação à ecocardiografia bidimensional. Em outro estudo baseado na ecocardiografia bidimensional, Tanaka et al.,23 mostraram um aumento no IDM, bem como uma forte correlação entre o IDM e o escore de falta de ar do MRC em pacientes com DPOC. Nossos dados estão de acordo com esses estudos que analisaram a função ventricular direita de pacientes com DPOC por ecocardiografia bidimensional.

Limitações do estudo

Algumas limitações de nosso estudo merecem ser consideradas. A principal delas foi o pequeno tamanho da nossa amostra. Outra limitação foi o fato de que o strain do VD foi avaliado apenas no corte de quatro câmaras dos seis segmentos do VD; no entanto, a função longitudinal do VD medida na câmara de entrada é responsável por 80% da função do VD.24 Se tivéssemos acompanhado a população desse estudo, poderíamos ter investigado o impacto do programa de RP na função do VD, bem como na mortalidade e na morbidade. Finalmente, não comparamos nossos resultados com os obtidos por ressonância magnética cardíaca. No entanto, estudos prévios de strain do VE obtido por STE validaram o uso da ressonância magnética cardíaca. Ainda, apesar de a ressonância magnética ser considerada padrão outro na avaliação do volume e da função do VD, o método tem como limitações seu custo e sua disponibilidade, além de ser considerado inviável de ser realizado após implante de marca-passo cardíaco.25

Conclusão

Nosso estudo demonstrou que a função ventricular direita melhorou após o programa de RP em pacientes com DPOC. A STE parece ser tão efetiva como os parâmetros já bem estabelecidos da função do VD (i.e., TAPSE, fração de ejeção do VD, e IDM). A avaliação do strain global e regional do VD é uma ferramenta simples e efetiva na avaliação clínica de rotina de pacientes com DPOC para investigar a relação entre função do VD e tolerância ao exercício.

Fontes de financiamento

O presente estudo não teve fontes de financiamento externas.

Vinculação acadêmica

Não há vinculação deste estudo a programas de pós-graduação.

Aprovação ética e consentimento informado

Este estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética da Marmara University sob o número de protocolo 70737436-050.06.04. Todos os procedimentos envolvidos nesse estudo estão de acordo com a Declaração de Helsinki de 1975, atualizada em 2013. O consentimento informado foi obtido de todos os participantes incluídos no estudo.