Arq Bras Cardiol abc Arquivos Brasileiros de Cardiologia Arq. Bras. Cardiol. 0066-782X 1678-4170 Sociedade Brasileira de Cardiologia - SBC NSPtyxBT59bYnFjYwQBT3cz S0066-782X2019000800240 10.5935/abc.20190163 Short Editorial Continuous Non-Invasive Cardiac Output: Myth or Reality 0000-0002-5959-9359 Rossi João Manoel Neto Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia São Paulo SP Brazil Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia, São Paulo, SP - Brazil Grupo Fleury São Paulo SP Brazil Grupo Fleury, São Paulo, SP - Brazil Mailing Address: João Manoel Rossi Neto, Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia - Av. Dante Pazzanese, 500 - Prédio dos Ambulatórios - Setor de Transplante de Coração. Postal Code 04012-909, São Paulo, SP - Brazil. E-mail: jmrossi@sti.com.br 02 09 2019 08 2019 113 2 240 241 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. Keywords Cardiac Ouput Electric Impedance Pharmacological Interventions Breathing Exercise

Cardiac output (CO) is an important cardiovascular system function parameter. Changes in cardiac function are commonly observed as a response to physical training and pharmacological interventions.1 Unfortunately, the methods for assessing CO are invasive, leading to well-known complications and considered inconvenient in daily practice.2 For this reason, the search for new noninvasive methods that can accurately detect CO at rest, at physical exertion or as a response to a clinical intervention has become desirable in academic and non-academic circles. The ideal method for measuring CO at rest and during exercise should be noninvasive, safe, reproducible and inexpensive.3

The Cardiopulmonary Exercise Testing (CPT) is recommended in the evaluation of cardiorespiratory fitness and exercise tolerance in athletes, the general population and in patients.4 Briefly, CO and systolic volume can be estimated during CPT through measured VO2.5 In 2001, Williams et al.6 were the first ones to integrate CPT with non-invasive measures of CO using rebreathing (RB) of carbon dioxide, but the technique was quickly abandoned due to its difficulty and inaccuracy. Another non-invasive method is thoracic electrical bioimpedance (TEB), first described in 1966 by Kubicek et al.,7 which measures thoracic resistance as a result of changes in blood velocity during the cardiac cycle and uses an algorithm to calculate the CO.

Another promising technique is based on thoracic bioreactance (TB) (NICOMTM, Cheetah Medical Inc., Wilmington, DE), which analyzes the variations in beat-to-beat tension after a high-frequency transthoracic current is applied. This device records the electric current phase in the thorax. The systolic volume is directly proportional to the phase displacement.8 Despite some controversial studies, this technique seemed to be more reliable.8-10 It is worth mentioning that the CO measurement is simple to perform and does not require patient cooperation, both at rest and at the exercise peak. It should be noted that some conditions, such as significant pleural effusion, have a negative impact on the accuracy of this method.11

In a meta-analysis, the percentage errors for CO monitoring devices were 42% for TEB and TB, 40% for RB of carbon dioxide and 62% for the methods of pulse wave analysis.12 The most recent meta-analysis that evaluated adult and pediatric patients in different clinical situations (mostly in the hospital setting), it was demonstrated that TEB accuracy showed high heterogeneity between the studies and that the mean percentage error grouped in all the subgroups was above the acceptable 30%. Therefore, TEB could not replace thermodilution and transthoracic echocardiography for the measurement of absolute CO values.13

Okwose et al.14 showed that the RB of an inert gas and TB methods had acceptable levels of agreement to estimate the CO at higher degrees of metabolic demand during a CPT. However, they concluded they could not be used interchangeably because of the great disparity in results at rest and in low-to-moderate intensity exercises. Unlike this study, Torto et al.15 showed that cardio-impedance could be less ideal for supramaximal exercise intensities.

In this issue, Coll et al.16 evaluated the test-retest reliability of CO and cardiac work during CPT by TB in healthy adults under routine clinical conditions in an uncontrolled environment.

They concluded that, according to the findings, there is an obstacle to the clinical use of TB in healthy individuals whereas outliers are not identified (32% of the initial sample). That is, under routine clinical conditions, almost one-third of the patients showed measurement errors and, according to the authors, these outliers were probably due to an underlying technical reason; thus, further improvements in TB are required, such as regarding the use and the quality of the electrodes. This study contested the results of the study by Jones et al.,11 which had demonstrated that TB could be viable under strict control conditions and in the research environment.

The results of the studies published to date showed that even in situations of in-hospital use and controlled environment (anesthesia, intensive care and even outpatient clinics) in which patients were at rest, noninvasive monitoring of CO showed great variability between the non-invasive methods and frequently showed unacceptable errors in relation to procedures considered as “gold standard”, such as thermodilution. In an uncontrolled exercise scenario, both for the diagnosis of diseases and for the improvement of athlete conditioning, the non-invasive methods for CO monitoring seem to be more of a myth than a reality at present, when compared to the standard methods for calculating the CO.

Further studies are needed to determine CO through noninvasive methods at rest and during exercise. Our hope is that in the near future, and with the progress in technological development, the non-invasive monitoring of CO can be used in controlled and uncontrolled environments, in addition to the current perioperative scenario.

Short Editorial related to the article: Test-Retest Reliability of Non-Invasive Cardiac Output Measurement during Exercise in Healthy Volunteers in Daily Clinical Routine

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Rich JD Archer SL Rich S Noninvasive cardiac output measurements in patients with pulmonary hypertension Eur Respir J 2013 42 1 125 133 11 Jones TW, Houghton D, Cassidy S, MacGowan GA, Trenell MI, Jakovljevic DG. Bioreactance is a reliable method for estimating cardiac output at rest and during exercise. Br J Anaesth. 2015;115(3):386-91. Jones TW Houghton D Cassidy S MacGowan GA Trenell MI Jakovljevic DG Bioreactance is a reliable method for estimating cardiac output at rest and during exercise Br J Anaesth 2015 115 3 386 391 12 Joosten A, Desebbe O, Suehiro K, Murphy LS-L, Essiet M, Alexander B, et al. Accuracy and precision of non-invasive cardiac output monitoring devices in perioperative medicine: a systematic review and meta-analysis†. Br J Anaesth. 2017;118(3):298-310. Joosten A Desebbe O Suehiro K Murphy LS-L Essiet M Alexander B Accuracy and precision of non-invasive cardiac output monitoring devices in perioperative medicine: a systematic review and meta-analysis† Br J Anaesth 2017 118 3 298 310 13 Sanders M, Servaas S, Slagt C. Accuracy and precision of non-invasive cardiac output monitoring by electrical cardiometry: a systematic review and meta-analysis. J Clin Monit Comput. 2019 Jun 7 [Epub ahead of print] Sanders M Servaas S Slagt C Accuracy and precision of non-invasive cardiac output monitoring by electrical cardiometry: a systematic review and meta-analysis J Clin Monit Comput 07 06 2019 [Epub ahead of print] 14 Okwose NC, Chowdhury S, Houghton D, Trenell MI, Eggett C, Bates M, et al. Comparison of cardiac output estimates by bioreactance and inert gas rebreathing methods during cardiopulmonary exercise testing. Clin Physiol Funct Imaging. 2018;38(3):483-90. Okwose NC Chowdhury S Houghton D Trenell MI Eggett C Bates M Comparison of cardiac output estimates by bioreactance and inert gas rebreathing methods during cardiopulmonary exercise testing Clin Physiol Funct Imaging 2018 38 3 483 490 15 del Torto A, Skattebo Ø, Hallén J, Capelli C. Cardiac output with modified cardio-impedance against inert gas rebreathing during sub-maximal and maximal cycling exercise in healthy and fit subjects. Eur J Appl Physiol. 2019;119(1):163-70. del Torto A Skattebo Ø Hallén J Capelli C Cardiac output with modified cardio-impedance against inert gas rebreathing during sub-maximal and maximal cycling exercise in healthy and fit subjects Eur J Appl Physiol 2019 119 1 163 170 16 Cool MT. Confiabilidade Teste-Reteste de Medição Não-Invasiva de Débito Cardíaco durante Exercício em Voluntários Saudáveis sob Condições Clínicas de Rotina. Arq Bras Cardiol. 2019; 113(2):231-239. Cool MT Confiabilidade Teste-Reteste de Medição Não-Invasiva de Débito Cardíaco durante Exercício em Voluntários Saudáveis sob Condições Clínicas de Rotina Arq Bras Cardiol 2019 113 2 231 239 Minieditorial Débito Cardíaco Contínuo Não Invasivo: Mito ou Realidade 0000-0002-5959-9359 Rossi João Manoel Neto Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia, São Paulo, SP - Brasil Grupo Fleury, São Paulo, SP - Brasil Correspondência: João Manoel Rossi Neto, Instituto Dante Pazzanese de Cardiologia - Av. Dante Pazzanese, 500 - Prédio dos Ambulatórios - Setor de Transplante de Coração. CEP 04012-909, São Paulo, SP - Brasil. E-mail: jmrossi@sti.com.br Palavras-chave Débito Cardíaco Intervenções Farmacológicas Impedância Elétrica Exercício Respiratório

O débito cardíaco (DC) é um parâmetro importante da função do sistema cardiovascular. Alterações na função cardíaca são comumente encontradas como resposta ao treinamento físico e intervenções farmacológicas.1 Infelizmente os métodos para avaliar o DC são invasivos, levando a complicações bem conhecidas e considerados inconvenientes para a prática do dia a dia.2 Por este motivo, a procura por novos métodos não invasivos que possam detectar com precisão o DC tanto em repouso como no exercício ou como resposta a uma intervenção clínica tornou-se um desejo nos meios acadêmicos e não acadêmicos. O método ideal para medir o DC em repouso e durante o exercício deve ser não invasivo, seguro, reproduzível e barato.3

O teste de exercício cardiopulmonar (TCP) é recomendado na avaliação da aptidão cardiorrespiratória e da tolerância ao exercício em atletas, população geral e pacientes.4 Resumidamente, o DC e volume sistólico podem ser estimados durante o TCP pelo VO2 medido.5 Em 2001, Williams et al.,6 foram os primeiros a integrar o TCP com medidas não invasivas de DC usando respiração repetida (RR) de dióxido de carbono, mas a técnica foi rapidamente abandonada devido à sua dificuldade e imprecisão. Outro método não invasivo é a bioimpedância elétrica torácica (BET), descrita pela primeira vez em 1966 por Kubicek et al.,7 que mede a resistência torácica como resultado de mudanças na velocidade do sangue durante o ciclo cardíaco e usa um algoritmo para calcular o DC.

Outra técnica mais promissora baseia-se na biorreatância torácica (BT) (dispositivo NICOM; Cheetah Medical Inc., Wilmington, DE), que analisa as variações da tensão batimento a batimento após a aplicação de uma corrente de alta frequência transtorácica. Este dispositivo registra a fase da corrente elétrica no peito. O volume sistólico é diretamente proporcional ao deslocamento de fase.8 Apesar de alguns estudos controversos, essa técnica parecia ser mais confiável.8-10 Vale ressaltar que a medida do DC é simples de executar e não requer cooperação do paciente, tanto em repouso quanto no pico do exercício. Deve-se notar que condições, como derrame pleural significativo, impactam negativamente na acurácia deste método.11

Em uma metanálise, os erros percentuais para os dispositivos de monitoramento de DC foram de 42% para BET e BT, 40% para RR de dióxido de carbono e 62% para métodos de análise de onda de pulso.12 Na metanálise mais recente avaliando pacientes adultos e pediátricos em várias situações clínicas (a maioria em ambiente hospitalar) mostrou que a acurácia da BET apresentou alta heterogeneidade entre os estudos e que o erro percentual médio agrupado em todos os subgrupos estava acima dos 30% aceitáveis. Portanto, a BET não poderia substituir a termodiluição e a ecocardiografia transtorácica para a medição de valores absolutos de DC.13

Okwose et al.,14 mostraram que os métodos de RR de gás inerte e BT tiveram níveis aceitáveis de concordância para estimar o DC em graus mais altos de demanda metabólica durante um TCP. No entanto, eles concluíram que não poderiam ser usados de forma intercambiável devido à grande disparidade nos resultados de repouso e nos exercícios de baixa a moderada intensidade. Ao contrário deste estudo, Torto et al.,15 mostraram que a cardio-impedância poderia ser menos ideal para intensidades supra máximas de exercício.

Nesta edição, Coll et al.,16 avaliaram a confiabilidade teste-reteste do DC e trabalho cardíaco durante TCP, pela BT em adultos saudáveis sob condições clínicas de rotina em ambiente não controlado. Eles concluíram que pelos achados, existe o impedimento do uso clínico da BT em indivíduos saudáveis enquanto os erros de medição (outliers) não forem identificados (32% da amostra inicial). Ou seja, em condições clínicas de rotina quase um terço dos pacientes apresentaram erros de medição, e segundo os autores, estes outliers foram devidos provavelmente por uma causa técnica subjacente, sendo necessário melhorias adicionais na BT como, por exemplo, em relação à aplicação e à qualidade dos eletrodos. Este estudo contestou os resultados do estudo de Jones et al.,11 que havia demonstrado que a BT poderia ser viável em condições de controle rigoroso e em ambiente de pesquisa.

Os resultados dos estudos publicados até o momento, mostraram que mesmo em situações de uso hospitalar e de ambiente controlado (anestesia, terapia intensiva e mesmo ambulatorial) em que os pacientes estavam em repouso, a monitorização não invasiva do DC encontrou grande variabilidade entre os métodos não invasivos e muitas vezes apresentaram erros inaceitáveis em relação aos procedimentos considerados padrão ouro, como a termodiluição. Em um cenário de exercícios e não controlado, tanto para o diagnóstico de doenças como para aprimoramento do condicionamento de atletas, os métodos não invasivos para monitoramento do DC parecem ser mais um mito do que realidade nos dias atuais quando comparados aos métodos padrões para o cálculo do DC.

É preciso continuar a busca para determinação do DC por métodos não invasivos no repouso e no exercício. Nossa esperança é que em um futuro próximo e com o progresso no desenvolvimento tecnológico, o monitoramento do DC não invasivo possa ser usado em ambientes controlados e não controlados, além do cenário perioperatório atual.

Minieditorial referente ao artigo: Confiabilidade Teste-Reteste de Medição Não-Invasiva de Débito Cardíaco durante Exercício em Voluntários Saudáveis sob Condições Clínicas de Rotina