Arq Bras Cardiol abc Arquivos Brasileiros de Cardiologia Arq. Bras. Cardiol. 0066-782X 1678-4170 Sociedade Brasileira de Cardiologia - SBC 6bqxPMkXb77LMR9CJ7PWB8G S0066-782X2019001201072 S0066-782X2019005017101 10.5935/abc.20190182 Original Article Influences on the Functional Behavior of Great Arteries during Orthostasis 0000-0003-2947-3066 Elias Jorge Neto 1 3 0000-0002-4225-707X Ferreira Albano 2 Futuro Guilherme 3 Santos Luiz Carlos dos 3 0000-0002-6139-634X Heringer Nevelton Filho 3 Gomes Fernando 3 Mill Jose Geraldo 3 Vitória Apart Hospital Serra ES Brazil Vitória Apart Hospital, Serra, ES - Brazil Universidade Katyavala Bwila Benguela Luanda Angola Universidade Katyavala Bwila Benguela, Luanda - Angola Universidade Federal do Espirito Santo Vitória ES Brazil Universidade Federal do Espirito Santo, Vitória, ES - Brazil Mailing Address: Jorge Elias Neto • Vitoria Apart Hospital - Serviço de Eletrofisiologia - Rodovia BR-101 Norte, Km 2,38, s/n. Postal Code: 29161-900, Boa Vista II, Serra, ES - Brazil E-mail: jeliasneto@gmail.com

Author contributions

Conception and design of the research: Neto JE, Ferreira A; Acquisition of data: Neto JE, Ferreira A, Futuro G, Santos LC, Gomes F, Heringer Filho N; Analysis and interpretation of the data: Neto JE, Ferreira A; Statistical analysis and Obtaining financing: Neto JE; Writing of the manuscript: Neto JE, Mill JG; Critical revision of the manuscript for intellectual content: Neto JE, Ferreira A, Mill JG.

Potential Conflict of Interest

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

 09 09 2019 12 2019 113 6 1072 1081 15 10 2018 17 12 2018 13 02 2019 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:

Arterial compliance reduction has been associated with aging and hypertension in supine position. However, the dynamic effects of orthostatism on aortic distensibility has not been defined.

 Objective:

We sought to determine the orthostatic influence and the interference of age, blood pressure (BP) and heart rate (HR) on the great arteries during gravitational stress.

 Methods:

Ninety-three healthy volunteers (age 42 ± 16 years). Carotid-femoral pulse wave velocity (PWV) assumed as aortic stiffness was assessed in supine position (basal phase), during tilt test (TT) (orthostatic phase) and after return to supine position (recovery phase). Simultaneously with PWV acquisition, measures of BP and HR rate were recorded.

 Results:

PWV during TT increased significantly compared to the basal and recovery phases (11.7 ± 2.5 m/s vs. 10.1 ± 2.3 m/s and 9.5 ± 2.0 m/s). Systolic BP (r = 0.55, r = 0.46 and r = 0.39) and age (r = 0.59, r = 0.63 and r = 0.39) correlated with PWV in all phases. The significance level for all tests was established as α = 0.05.

 Conclusion:

We conclude that there is a permanent increase in PWV during orthostatic position that was returned to basal level at the recovery phase. This dynamic pattern of PWV response, during postural changes, can be explained by an increase in hydrostatic pressure at the level of abdominal aorta which with smaller radius and an increased elastic modulus, propagates the pulse in a faster way. Considering that it could increase central pulse reflection during the orthostatic position, we speculate that this mechanism may play a role in the overall adaptation of humans to gravitational stress.

 Keywords: Switch Arterial Hypertension Aging Standing Position Pulse Wave Analysis Gravitation Introduction

Great arteries are not only seen as mere passive conductors of blood, functioning only in its transportation and distribution, but rather playing a fundamental and complex role in the maintenance of circulatory homeostasis and in the genesis of cardiovascular disease.1-2 The great arteries may be considered a functional organ with several roles, such as endocrine and paracrine activity, in addition to the capacity for muffling the pulsatile blood flow.

The functional behavior of the great arteries in the supine position was assessed noninvasively by measuring the pulse wave velocity (PWV) in several arterial segments.3-5 Epidemiological and longitudinal studies using that methodology have shown the clinical relevance of this approach for predicting morbid cardiovascular events.1,6-7

However, due to methodological limitations, the functional response of the great arteries has not been investigated in the orthostatic position.8

The tilt test has long been used for assessing the influence of gravitational stress on the behavior of hemodynamic parameters.9-10 Although this technique allows adequate reproducibility of the gravitational action upon individuals in active orthostatic position, only from the end of the 1980s that small studies have been carried out with primates, aiming at assessing the influence of postural changes on the behavior of aortic pulse wave and PWV.8,11-13 Studying the function of the great arteries in the orthostatic position by noninvasively measuring carotid-femoral PWV may be important for understanding the vascular mechanisms of adaptation to gravity and their implications on cardiocirculatory homeostasis, development or progression of cardiovascular disease and occurrence of unadaptable postural events.

This study is the first to assess the effects of orthostatic position on the function of the great arteries in humans, by measuring the carotid-femoral PWV in healthy individuals and in individuals with untreated mild-to-moderate arterial hypertension. We tested the hypothesis that orthostatism could lead to increased PWV compared to the supine positions and considering the influence of blood pressure, age and heart rate.

 Methods Patient characteristics

To define the sample size, we used studies that evaluated PWV in supine position.4-7

The study included 93 individuals, 74 males and 19 females whose ages ranged from 18 to 75 years (42 ± 16 years). Twenty-nine (31.1%) individuals had systolic blood pressure levels ≥ 140 and/or diastolic blood pressure levels > 90 mm Hg. These individuals either had undiagnosed arterial hypertension or had voluntarily interrupted the antihypertensive treatment for more than 30 days. Their anthropometric and hemodynamic characteristics are shown in Table 1.

Anthropomorphic and hemodynamic characteristics of the participants
Characteristics Participants (n = 93)
Sex Male (n = 74) Female (n = 19)
Mean ± Standard deviation
Age, years 42 ± 16
Weight, kg 71 ± 12
Height, cm 1,7 ± 0,1
BMI, kg/m2 24,7 ± 3,1
SBP, mmHg 130 ± 18
DBP, mmHg 82 ± 13
MBP, mmHg 99 ± 15
HR, bpm 66 ± 11
PP, mmHg 47 ± 13

BMI: body mass index; SBP: systolic blood pressure; DBP: diastolic blood pressure; MBP: medium blood pressure; PP: pulse pressure; HR: heart rate. The continuous values are expressed as mean ± SD.

The exclusion criteria were as follows: clinical history or evidence of any type of cardiac structural disease; overweight or obesity; diabetes mellitus; smoking; dyslipidemia; peripheral vascular disease; chronic renal failure; clinical data suggestive of dysautonomia; and orthostatic intolerance or previous vasovagal events. Patients with arterial hypertension on antihypertensive treatment and patients on any medication that could interfere with the results of the parameters assessed or that could account for the occurrence of orthostatic hypotension during the tilt test were also excluded from the study.

 Automatic measurement of carotid-femoral PWV

Carotid-femoral PWV index, a measure of aortic stiffness, was assessed with an automatic device (Complior, Colson, France) that measures the time delay between the rapid upstroke of the feet of simultaneously recorded pulse waves in the carotid and femoral arteries by using 2 pressure transducers (TY-306 type; Fukuda Deshi Co., Tokyo, Japan). PWV was calculated as the ratio between the distance and the foot-to-foot time delay and was expressed in meters per second. (6). All PWV measurements in the supine position were taken and assessed by a single observer. Obtainment of PWV during the tilt test required 2 researchers, who were acquainted with the technique in the supine position and were trained for PWV measurement in the orthostatic position.

 Protocol of the tilt test associated with PWV measurement

All individuals were assessed in the morning. They were instructed to fast for 12 hours. Prior to the examination, anthropometric measurements of weight, height, and waist and hip perimeters were taken. Then, the individuals were placed in the supine position on a mechanical table of tilt test.

After a 20-minute rest, during which the individuals were instructed about the dynamic sequence of the protocol, the following baseline measurements were taken: PWV, heart rate (HR), systolic blood pressure (SBP), diastolic blood pressure (DBP), mean blood pressure (MBP) and pulse pressure (PP). After that, the patients were tilted at an angle of 70º. The tilt test lasted 20 minutes. The measurements of parameters monitored during tilt testing were performed at 2-minute intervals and 2 minutes after returning to the supine position. Electrocardiographic monitoring was continuously performed. Blood pressure was noninvasively measured at 2-minute intervals using the Omega 1400 monitor (Invivo Research Laboratories, USA) while PWV measurements were being taken or when the patient reported any symptom or had clinical signs or electrocardiographic abnormalities suggestive of that diagnosis.

 Statistical analysis

Anthropometric, biological and hemodynamic characteristics were expressed as mean ± standard deviation (SD). One-way analysis of variance (ANOVA) was used to compare hemodynamic parameters obtained at baseline condition, during the tilt test at 70º (0-2 min, 10 min and 20 min), and in the recovery phase (0-2 min). The correlation between PWV obtained during the protocol and all parameters was determined using Pearson’s correlation coefficient in the entire sample. Then, multiple linear regression was used to assess the influence of the different hemodynamic parameters on the PWV during the tree phase. All assumptions required for regression analysis were verified.

The partial linear correlation coefficients between PWV and age controlled for the blood pressure effect were calculated for each phase of the protocol. Similarly, the influence of age on the correlation of PWV and blood pressure was determined. Then, multivariate analysis of variance (MANOVA) and analysis of covariance (ANCOVA) were performed to assess the independent effects of age and SBP on PWV in the different phases of the protocol. Considering that the 2 major modulating factors of PWV level are age and SBP, the clinical results were assessed after adjustment for these 2 variables. Aiming at assessing the variables that interfere with heart rate behavior in orthostatic position, multiple linear regression was performed. A normality assessment of the data was performed for all variables.

The significance level for all tests was established as α = 0.05. The statistical analyses were performed using the SPSS for Windows software (version 18.0, SPSS Inc., 2010).

 Results Effects of the tilt test at 70 on the hemodynamic characteristics of the participants

Figure 1 shows the dynamic behavior of the hemodynamic variables during the protocol.

Chart showing the dynamic behavior of hemodynamic parameters monitored during the protocol. 151x155 mm (96 x 96 DPI)

Table 2 shows the mean values of the variables studied at baseline, during the tilt test, and in the recovery phase.

Effects of the tilt test at 70º/20 min. (mean in standing position) on the participants’ hemodynamic parameters and PWV
Variable Basal Tilt test (mean in standing position) Recovery
Mean ± SD Mean ± SD Mean ± SD
SBP, mmHg 130 ± 1811 128 ± 15 121 ± 16†††
DBP, mmHg 082 ± 13*** 087 ± 11 077 ± 13†††
MBP, mmHg 099 ± 15*** 103 ± 11 093 ± 14†††
PP, mmHg 047 ± 13*** 042 ± 8 044 ± 11†††
HR, bpm 066 ± 11*** 079 ± 14 068 ± 13†††
PWV, m/s 010 ± 2.3*** 011 ± 2.5 009 ± 2,0†††

p < 0.001 vs. tilt test;

p < 0.001 vs. tilt test.

SBP: systolic blood pressure; DBP: diastolic blood pressure; MBP: medium blood pressure; PP: pulse pressure; HR: heart rate; PWV: pulse wave velocity.

Based on the analysis of these data, the response of the individuals to postural changes was associated with a 6% increase in DBP, which was maintained during the entire phase of orthostatic position. The same was observed for the MBP value in orthostatic position. On the other hand, PP in orthostatic position decreased by 10.6%. An 11.5%-increase in PWV in orthostatic position (PWVp) was observed as compared with the baseline PWV value.

 Association between PWV in the supine position and anthropometric and hemodynamic characteristics of the participants

The results of the linear correlation analysis between carotid-femoral PWV in the supine position and the anthropometric and hemodynamic parameters are shown in Table 3.

Correlation between carotid-femoral pulse wave velocity in the supine position and anthropomorphic and hemodynamic parameters
Parameters Correlation coefficient p value
Age, years 0.593 < 0.001
Weight, kg 0.063 NS
Height, cm –0.125 NS
BMI, Kg/m2 0.194 NS
SBP, mmHg 0.547 < 0.001
DBP, mmHg 0.528 < 0.001
MBP, mmHg 0.560 < 0.001
HR, mmHg 0.063 NS
PP, mmHg 0.216 < 0.05

BMI: body mass index; SBP: systolic blood pressure; DBP: diastolic blood pressure; MBP: medium blood pressure; HR: heart rate; PP: pulse pressure; NS: no significance.

Multiple linear regression showed that age (p < 0.001) and SBP (p < 0.001) were the only independent predictive variables of baseline PWV. These 2 factors accounted for approximately 50% of the variability observed in baseline PWV (r2 = 0.505, p < 0.001).

 Association between mean PWV during the tilt test at 70º and the anthropometric and hemodynamic characteristics of the participants

Analysis of the correlation between PWV measurements taken in the supine position (baseline PWV) and PWV during the tilt test (PWVp) showed a significant influence of baseline PWV on the response obtained in orthostatic position (Figure 2A).

Chart of dispersion between carotid-femoral pulse wave velocity in the standing position (PWVp) and: A – basal carotid-femoral pulse wave velocity (basal PWV), p < 0.01; B – systolic blood pressure (SBP), p < 0.001; C – age, in 93 participants, p < 0.001; D – heart rate (HR) in 93 participants, p < 0.001.

Results of the linear correlation analysis between carotid-femoral PWVp obtained during the tilt test and the anthropometric and hemodynamic parameters of the study participants are shown in Table 4.

Correlation between mean carotid-femoral PWV during the tilt test at 70º/20 min with anthropomorphic and hemodynamic parameters
Parameters Correlation coefficient p value
Age, years 0.638 < 0.001
Weight, kg 0.220 < 0.05
Height, cm –0.020 NS
BMI, kg/m2 0.323 < 0.01
SBPp, mmHg 0.464 < 0.001
DBPp, mmHg 0.363 < 0.001
MBPp, mmHg 0.358 < 0.001
HRp, mmHg –0.366 < 0.001
PPp, mmHg 0.307 < 0.01

BMI: body mass index; SBPp: mean systolic blood pressure during the tilt test; DBPp: mean diastolic blood pressure during the tilt test; MBPp: mean medium blood pressure during the tilt test; HRp: mean heart rate during the tilt test; PPp: mean pulse pressure during the tilt test; NS: no significance.

Once again, multiple linear regression defined age and SBP as the major independent predictive factors of PWV obtained during the tilt test, accounting together for 49% of the variations in PWV during that test (r2 = 0.490).

 Association between PWV during the recovery phase and the anthropometric and hemodynamic characteristics of the participants

The correlation of variables obtained when the individuals returned to the supine position 20 minutes after the tilt test (recovery phase) was assessed. This final phase of the study represents an immediate response (0-2 min) of the hemodynamic parameters and their correlation with PWV during the recovery phase (PWVrec). A significant correlation was observed between PWVrec and most variables assessed in this phase of the protocol. Once again, the variable age had the greatest positive correlation (r = 0.533, p < 0.001) with PWVrec. A positive correlation was also observed between PWVrec and the following parameters: BMI (r = 0.26, p < 0.05); SBP (r = 0.39, p < 0.001); DBP (r = 0.49, p < 0.001); and MBP (r = 0.457, p < 0.001). In the recovery phase, a negative correlation between HR (r = 0.055, NS) and PWVrec was no longer observed. As occurred in the 2 preceding phases, multiple linear regression in the recovery phase showed that SBP (p < 0.001) and age (p < 0.001) were independent predictors of variations in PWVrec. Together, these variables accounted for approximately 40% of the variations in PWVrec.

 Analysis of the effects of distensibility pressure on aortic stiffness in the baseline supine position, orthostatic position and after the tilt test

Variation in the carotid-femoral PWV, as an index of aortic stiffness, was assessed with regard to the SBP values, aiming at comparing the effects of distensibility pressure on the mechanical properties of the great arteries in the population (Figure 2B).

The analysis of SBP in the passive orthostatic position showed that SBP accounted for approximately 21% (r2 = 0.214, p < 0001) of the variations observed in PWV. After adjusting SBP for age, SBP proved to play an even more significant role in the PWVp behavior pattern (r2 = 0.38, p < 0.001).

Finally, in the statistical analysis performed in the recovery phase, SBP continued to play a significant role in the PWVrec variations (r2 = 0.15, p < 0.001). The same was observed for SBP adjusted for age (r2 = 0.23, p < 0.001).

 Analysis of the effect of aging on aortic stiffness in the baseline supine position, orthostatic position and after the tilt test

To assess the effects of aging on arterial stiffness, the correlation curve (Figure 2C) was performed with regard to age. In all phases of the protocol, PWV significantly increased with age (r2 = 0.351, p < 0.001; r2 = 0.4066, p < 0.001; r2 = 0.283, p < 0.001).

 Assessment of the effect of heart rate on PWV measured in the different phases of the protocol

The influence of heart rate behavior on arterial distensibility was assessed. As previously reported, no correlation was observed between HR and PWV assessed in the baseline and recovery phases.

On the other hand, during the tilt test, a negative correlation was observed between PWVp and HR (Figure 2D).

Heart rate accounted for approximately 13% of the variation in PWV during the tilt test (r2 = 0.136, p < 0.001), and this influence continued to be observed even after PWV was adjusted for age (r2 = 0.154, p < 0.001). The heart rate decrease in orthostatic position was significantly conditioned to age increase in the participants (r2 = 0.27, p < 0.001).

Finally, the correlation between the HR behavior in orthostatic position and the hemodynamic parameters at baseline was assessed. A negative correlation with baseline PWV measurement was observed (r = -0.30, p < 0.01).

 Discussion

The main new finding of this study was the instant and significant increase in PWV in orthostatic position (Table 3). This pattern of vascular functional behavior was present in all individuals studied regardless of age, resulting in PWV levels in young individuals during the tilt test similar to those of elderly individuals in the supine position.

As observed in this study, although SBP is one of the most important variables accounting for a direct increase in PWV, both at baseline and in orthostatic position (Table 4), no additional increase in SBP was detected during the tilt test compared with its baseline levels (baseline SBP: 130 ± 18 mmHg, SBPp: 128 ± 15 mmHg, NS). Indeed, a decreasing trend was observed in orthostatic position. This finding is in accordance with literature data, which also evidenced lack of a statistically significant increase or even a decreasing trend in SBP in orthostatic position.14

Another important aspect is that although this study did not directly assess vasomotor activity, the fact that it found an increase in MAP (baseline MBP: 99 ± 15, MBPp: 103 ± 11, p < 0.05) means that there was probably an increase in peripheral vascular resistance due to reflex sympathetic activation induced by the fall in pulse pressure while standing. Thus, although a variable PWV may be strongly influenced by the MBP, the increased PWV can be attributed to both secondary circulatory disorders due to gravitational stress and increased peripheral vascular resistance, rather than to the effect of high MBP.

Transmission of pulse wave is known to be primarily dependent on arterial elasticity or stiffness coefficient. However, several other factors should be considered. Some of these factors are related to cardiovascular physiology, while others result from specific pathophysiological conditions.15 Analyzing the correlation between baseline PWV and PWVp, a direct influence of the baseline pattern of arterial compliance was observed on the response of the great arteries to orthostatic position (Figure 2).

Because no significant increase in SBP was observed in orthostatic position, the increase in PWV may have resulted from circulatory dynamics disorders resulting from gravitational force, in association with structural and geometric characteristics of the aorta. This hypothesis is based on the Moens-Korteweg formula and on the knowledge that PWV depends on vascular radius and thickness, as well as on the vascular elastic module.

Measurement of PWV during the tilt test exposes the arterial segments to gravitational stress in a distinguished form, imitating, to a certain extent, what occurs during active orthostatic position.

In fact, the immediate consequence of orthostasis is that gravity favors a progressive increase in blood pressure in the segments below the cardiac level in orthostatic position.8,16-18

The hydrostatic pressure generated by the gravitational force changes the indifferent hydrostatic point, defined as the axial reference in which the venous blood column pressure is not altered by postural reorientation. Such point is located at the right atrial level in supine position and in the infradiaphragmatic aortic territory in orthostatic position. Because of this, an increase in blood flow to the arterial segments with greater elastic module and smaller radius occurs, evidencing the increase in the measured carotid-femoral PWV.11,16 This increase in PWV accounts for the early return of the reflected waves from the peripheral sites to the ascending aorta. This wave, reflected earlier (during the ventricular ejection period), adds to the incident wave generated by left ventricular ejection and influences the contour of the pressure and flow waves.10 In other words, the earlier return of the reflected component, occurring during the systolic component of the pulse wave, leads to an increase in pulse pressure (pulse summation).19-20 This increase, provided by the reflected wave in the initial portion of the arterial pulse wave, may result from a complex, evolutionary, functional, anatomical-humoral adaptation of the vascular system, to maintain an effective cerebral blood flow in response to bipedalism (Figure 3).21

Sketch of the mechanism proposed for pulse wave velocity behavior in a healthy young individual. A – In the supine position, the reflected component occurs during the diastole due to a smaller PWV. B – In orthostatic position, due to the gravitational force, the indifferent hydrostatic point moves to the subdiaphragmatic aorta, which has a smaller radius and a greater elastic module; therefore, PWV increases, leading to an earlier return of the reflected component of the pulse wave, which then occurs with a systolic “pulse summation”. Thus, pulse wave morphology is altered. 321x263 mm (72 x 72 DPI)

The observed increase in PWVp can also be attributed to the emergence of new sites of reflection of the pulse in the peripheral circulation due to a possible increase in peripheral vascular resistance in response to standing.

A phasic response of the central hemodynamics to gravitational stress has been reported in experimental studies with baboons. A later systolic peak resulting from the reflected component of the pulse wave does not occur immediately after taking orthostatic position in these animals. Therefore, the reflected wave appears later in diastole, suggesting a decrease in PWV. Then, the so-called compensatory phase occurs during response to baroreflex.12,22

The role played by wave reflection in the circulatory homeostasis in orthostatic position is reinforced by the observation that nitroglycerin, used sublingually for tilt test sensitization, causes peripheral vasodilation, leading to a delay in the reflected component of the pulse wave and consequent reduction in the proximal systolic pressure, culminating in symptoms of low cerebral blood flow in patients with neuromediated syncope.23-24

In reality, although a decrease in the coefficient of reflection is observed using nitroglycerin, an increase in aortic stiffness is paradoxically observed. This secondary aortic stiffness was attributed to a possible reflex activation of the sympathetic nervous system.25

Analysis of PWV behavior in this series of patients also showed that the increase in PWV was positively correlated with age, showing that, even in the elderly, who have higher baseline PWV levels, an additional increase occurred by taking orthostatic position (r2 = 0.357, p < 0.001 in the supine position and r2 = 0.406, p < 0.001 in orthostatic position). In reality, this additional increase in PWV in the elderly results from the addition of structural findings with the dynamic postural component.

Another intriguing aspect of this study was the discovery of a negative correlation between HR and PWV in orthostatic position (r = -0.36, p < 0.001). Age was the major variable responsible for HR behavior in orthostatic position (r2 = 0.27, p < 0.001).

Aiming at better understanding that finding, the correlation between HR measured during orthostatic stress and baseline PWV was also assessed. A negative correlation between HR and baseline PWV (r = -0.29, p < 0.01) was observed. This result shows a clear association of the baseline pattern of arterial compliance with the level of HR response to orthostatic position.

Initial experimental studies and studies in human beings in the supine position reported a positive correlation between increased HR and increased aortic stiffness.1,7,26-27 However, Wilkinson et al.,14 in a study assessing PWV behavior and the invasive augmentation index in healthy individuals undergoing atrial stimulation, reported no significant alterations in aortic distensibility due to an increase in HR.14

Further to the lack of consensus on the effects of heart rate on PWV, the possible mechanisms contributing to PWV changes with heart rate have yet to be fully elucidated, although many investigators have attributed heart-rate related changes in arterial stiffness to the viscoelasticity of the arterial wall. With high heart rate being an independent prognostic factor of cardiovascular disease and its association with hypertension, the interaction between heart rate and PWV continues to be relevant in assessing cardiovascular risk.28

Although a first analysis of these data point to a potential disagreement with our findings, they should be considered as complementary to each other and analyzed within a dynamic context, because they were obtained in very distinct physiological conditions.

Cross-sectional studies have reported that baseline HR does not differ between young and elderly individuals in the supine position.29-30 However, HR assessment of healthy individuals in the sitting position has shown that HR decreases with age in both sexes. On the other hand, studies using the tilt test to assess cardiovascular adaptation to orthostatic stress have also reported a significantly lower response of HR in elderly individuals.16

The decrease in HR variability due to postural change observed in elderly patients compared with that in young individuals has been attributed to a decrease in the recruitment of the activity of baroreceptors in orthostatic position.16,29-30

Considering the dynamic behavior of aortic compliance due to postural change, a greater decrease in systolic volume (SV) in young individuals could lead to a decrease in pulsatile aortic strain, with a subsequent decrease in baroreceptor stimulation and an increase in HR.31

Maintenance of systolic volume in elderly individuals has been attributed to lower venous compliance in this group, allowing preservation of cardiac filling volume, and, consequently, of systolic volume.11 However, a lower HR associated with age, such as that observed in this study, could also mean an adaptive mechanism of man to bipedalism.

Heart rate is known to affect preload via its effect on diastolic filling time and to modulate the myocardial contractility status, altering the myocardial concentration of Ca2+ and Na+. As a consequence of increase in myocardial contractility, HR also modulates end-systolic volume, systolic volume and ejection fraction.11 Thus, a lower HR could initially allow better cardiac performance in the presence of a stiffer arterial system.

Considering all that has been presented so far, the following hypothesis was formulated: the return of the reflected component of the pulse wave is fundamental to the immediate adaptation to orthostatic position, as well as to the adequate adaptation of baroreceptors. Based on data from this study, it is not possible to determine whether this increase is not only due to the dynamic circulatory changes secondary to gravity, but also to sympathetic activation in response to decreased stroke volume and pulse pressure. If the above hypothesis is correct, one may consider the role played by our findings in some very common clinical conditions associated with orthostatic position (Figure 4).9,32-34

Hypothesis proposed for the role played by the increase in carotid-femoral pulse wave velocity in the maintenance of circulatory homeostasis in response to orthostatic stress. 309x165 mm (72 x 72 DPI). PP: pulse pressure; PWV: pulse wave velocity; MBP: medium blood pressure; HR: heart rate.

Study limitations

This study has some limitations. Assessment of sympathetic response was not performed during the tilt test through venous measurement of catecholamines or recording of neural sympathetic activity through electroneuromyography.35 However, although the present study did not directly assess vasomotor activity, an increase in mean arterial pressure (supine: 099 ± 15 mmHg vs. orthostasis: 103 ± 11 mmHg, p < 0.01) allowed us to infer that there has been an increase in peripheral vascular resistance due to the reflex sympathetic activation induced by the drop of pulse pressure in orthostasis.

Another limiting factor was the lack of study of the baroreflex response to orthostatic stress caused by the tilt test, which resulted in lack of data referring to its dysfunction and to the specific location of alterations in its reflex arch. Change in HR was the only response observed, with no other baroreflex measurements, particularly those of systolic volume, although they have been shown to be closely related.36

Another possible source of error in PWV measurement lies in determining the arterial segment. Its superficial and noninvasive measurement allows only an estimation of the distance traveled by the pulse wave.

Obtainment of carotid-femoral PWV comprises the analysis of a relatively long arterial segment, which may be extremely tortuous from the three-dimensional point of view. Another factor is that the vessel may be distorted by the direct application of the pressure transducer. This aspect is more evident in deeper vessels.37 These observations become potentially more significant when carotid-femoral PWV measurement is considered during the tilt test. The change from supine decubitus to orthostatic position may increase the difficulty in recording femoral pulse, mainly in obese individuals. In some cases, recording femoral pulse is impossible. In this study, we tried to reduce these sources of error by using observers who were very well-trained in measuring PWV in the supine and orthostatic positions.

Although this study does not allow comparison of the influence of sex on arterial behavior in orthostatic position, the inclusion of female individuals in this study may not have interfered with the response of PWV increase to postural stress. Considering the greater arterial distensibility in young females,38 a relatively smaller increase could occur in PWV due to postural stress caused by the tilt test. However, this hypothesis cannot be statistically confirmed with the data from this study.39

Conclusion

In conclusion, our study of healthy individuals and in individuals with untreated mild-to-moderate arterial hypertension demonstrates a rapid increase in PWV during the tilt test and its return to baseline levels when resuming to supine position. We found strong indications that these results may enable a better comprehension of the response of the great arteries to gravitational stress. These results may also elucidate this behavior in the long run, in the presence of inherent degenerative disorders, such as arterial hypertension and aging, and predetermined genetic markers.

Sources of Funding

There were no external funding sources for this study.

Study Association

This article is part of the thesis of master submitted by Jorge Elias Neto, from Universidade Federal do Espírito Santo.

Ethics approval and consent to participate

This article does not contain any studies with human participants or animals performed by any of the authors.

 Acknowledgements

To Prof. Dr. Roberto Sá Cunha, for the technical assistance.

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Li JK Arterial wall properties in men and women: hemodynamic analysis and clinical implications Adv Exp Med Biol 2018 1065 291 306 Artigo Original Gravidade Influencia o Comportamento Funcional das Grandes Artérias Durante a Ortostase 0000-0003-2947-3066 Elias Jorge Neto 1 3 0000-0002-4225-707X Ferreira Albano 2 Futuro Guilherme 3 Santos Luiz Carlos dos 3 0000-0002-6139-634X Heringer Nevelton Filho 3 Gomes Fernando 3 Mill Jose Geraldo 3 Vitória Apart Hospital, Serra, ES - Brasil Universidade Katyavala Bwila Benguela, Luanda - Angola Universidade Federal do Espirito Santo, Vitória, ES - Brasil Correspondência: Jorge Elias Neto • Vitoria Apart Hospital - Serviço de Eletrofisiologia - Rodovia BR-101 Norte, Km 2,38, s/n. CEP 29161-900, Boa Vista II, Serra, ES - Brasil E-mail: jeliasneto@gmail.com

Contribuição dos autores

Concepção e desenho da pesquisa: Neto JE, Ferreira A; Obtenção de dados: Neto JE, Ferreira A, Futuro G, Santos LC, Gomes F, Heringer Filho N; Análise e interpretação dos dados: Neto JE, Ferreira A; Análise estatística e Obtenção de financiamento: Neto JE; Redação do manuscrito: Neto JE, Mill JG; Revisão crítica do manuscrito quanto ao conteúdo intelectual importante: Neto JE, Ferreira A, Mill JG.

Potencial conflito de interesses

Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.

 Resumo Fundamento:

A redução da complacência arterial tem sido associada ao envelhecimento e à hipertensão na postura supina. Entretanto, os efeitos dinâmicos do ortostatismo na distensibilidade aórtica não foram definidos.

 Objetivo:

Determinar a influência ortostática e a interferência da idade, pressão arterial (PA) e frequência cardíaca (FC) sobre as grandes artérias durante o estresse gravitacional.

 Métodos:

Noventa e três voluntários saudáveis (idade de 42 ± 16 anos). A velocidade da onda de pulso carotídeo-femoral (VOP), assumida como rigidez aórtica, foi avaliada na posição supina (fase basal) durante o teste de inclinação (TT) (fase ortostática) e após o retorno à posição supina (fase de recuperação). Simultaneamente à aquisição da PWV, registrou-se as medidas de PA e FC.

 Resultados:

A VOP durante o TT aumentou significativamente em comparação com as fases basal e de recuperação (11,7 ± 2,5 m/s vs. 10,1 ± 2,3 m/se 9,5 ± 2,0 m/s). PA sistólica (r = 0,55, r = 0,46 e r = 0,39) e idade (r = 0,59, r = 0,63 e r = 0,39) correlacionaram-se com a VOP em todas as fases. O nível de significância para todos os testes foi estabelecido como = 0,05.

 Conclusão:

Observou-se um aumento permanente da VOP durante a postura ortostática, que retornou ao nível basal na fase de recuperação. Esse padrão dinâmico de resposta da VOP, durante as alterações posturais, pode ser explicado pelo aumento da pressão hidrostática no nível da aorta abdominal que, com raio menor e aumento do módulo de elasticidade, propaga o pulso de maneira mais rápida. Considerando-se que poderia aumentar a reflexão do pulso central durante a posição ortostática, podemos especular que esse mecanismo pode desempenhar um papel na adaptação global do humano ao estresse gravitacional.

 Palavras-chave: Grandes Artérias Hipertensão Envelhecimento Posição Ortostática Análise de Onda de Pulso Gravitação Introdução

As grandes artérias não são vistas apenas como meros condutores passivos de sangue, funcionando apenas no seu transporte e distribuição, mas desempenhando um papel fundamental e complexo na manutenção da homeostase circulatória e na gênese das doenças cardiovasculares.1-2 As grandes artérias podem ser consideradas um órgão funcional com diversas funções, como atividade endócrina e parácrina, além da capacidade de abafar o fluxo sanguíneo pulsátil.

O comportamento funcional das grandes artérias em decúbito dorsal foi avaliado de forma não invasiva, medindo-se a velocidade da onda de pulso (VOP) em vários segmentos arteriais.3-5 Estudos epidemiológicos e longitudinais feitos com essa metodologia mostraram a relevância clínica dessa abordagem para a predição de eventos cardiovasculares mórbidos.1,6-7

No entanto, devido a limitações metodológicas, a resposta funcional das grandes artérias não foi investigada na posição ortostática.8

Há muito tempo, o teste de inclinação tem sido utilizado para avaliar a influência do estresse gravitacional no comportamento dos parâmetros hemodinâmicos.9-10 Embora essa técnica permita uma reprodutibilidade adequada da ação gravitacional sobre os indivíduos em posição ortostática ativa, somente a partir do final da década de 1980 é que foram realizados estudos com primatas, com o objetivo de avaliar a influência das alterações posturais sobre o comportamento da onda de pulso aórtica e da VOP.8,11-13 O estudo da função das grandes artérias na posição ortostática pela medida não invasiva da VOP carotídeo-femoral pode ser importante para a compreensão dos mecanismos vasculares de adaptação à gravidade e suas implicações na homeostase cardiocirculatória, no desenvolvimento ou progressão de doenças cardiovasculares e ocorrência de eventos posturais não adaptáveis.

O presente estudo é o primeiro a avaliar os efeitos da posição ortostática sobre a função das grandes artérias em humanos, medindo a VOP carotídea-femoral em indivíduos saudáveis e em indivíduos com hipertensão arterial leve a moderada não tratada. Testamos a hipótese de que o ortostatismo poderia levar ao aumento da VOP em relação à posição de decúbito dorsal e considerando a influência da pressão arterial, idade e frequência cardíaca.

 Métodos Características dos pacientes

Para definir o tamanho da amostra, foram utilizados estudos que avaliaram a VOP em decúbito dorsal.4-7

Participaram do estudo 93 indivíduos, sendo 74 do sexo masculino e 19 do sexo feminino, com idade entre 18 e 75 anos (42 ± 16 anos). Vinte e nove (31,1%) indivíduos apresentavam níveis de pressão arterial sistólica ≥ 140 e/ou níveis de pressão arterial diastólica >90 mmHg. Esses indivíduos tinham hipertensão arterial não diagnosticada ou haviam interrompido voluntariamente o tratamento anti-hipertensivo por mais de 30 dias. Suas características antropométricas e hemodinâmicas são apresentadas na Tabela 1.

Características antropomórficas e hemodinâmicas dos participantes
Características Participantes (n = 93)
Sexo Masculino (n = 74) Feminino (n = 19)
Média ± desvio padrão
Idade, anos 42 ± 16
Peso, kg 71 ± 12
Altura, cm 1,7 ± 0,1
IMC, kg/m2 24,7 ± 3,1
PAS, mmHg 130 ± 18
PAD, mmHg 82 ± 13
PAM, mmHg 99 ± 15
FC, bpm 66 ± 11
PP, mmHg 47 ± 13

IMC: índice de massa corporal; PAS: pressão arterial sistólica; PAD: pressão arterial diastólica; PAM: pressão arterial média; PP: pressão de pulso; FC: frequência cardíaca. Os valores contínuos estão expressos como média ± DP.

Os critérios de exclusão foram os seguintes: histórico clínica ou evidência de algum tipo de doença estrutural cardíaca; excesso de peso ou obesidade; diabetes mellitus; tabagismo; dislipidemia; doença vascular periférica; insuficiência renal crônica; dados clínicos sugestivos de disautonomia; e intolerância ortostática ou antecedentes de eventos vasovagais. Pacientes com hipertensão arterial em tratamento anti-hipertensivo e pacientes sob qualquer medicação que pudesse interferir nos resultados dos parâmetros avaliados ou que poderiam explicar a ocorrência de hipotensão ortostática durante o teste de inclinação também foram excluídos do estudo.

 Medição automática da VOP carotídea-femoral

O índice da VOP carotídea-femoral, uma medida da rigidez aórtica, foi avaliado com um dispositivo automático (Complior, Colson, França) que mede o tempo de retardo entre o rápido movimento ascendente dos pés das ondas de pulso registradas simultaneamente nas artérias carótida e femoral utilizando-se 2 transdutores de pressão (tipo TY-306; Fukuda Deshi Co., Tóquio, Japão). A VOP foi calculada como a razão entre a distância e o retardo de tempo pelo método foot-to-foot, sendo expressa em metros por segundo. (6). Todas as medidas VOP em decúbito dorsal foram obtidas e avaliadas por um único observador. A obtenção da VOP durante o teste de inclinação exigiu 2 pesquisadores, que estavam familiarizados com a técnica em decúbito dorsal e foram treinados para a medição da VOP na posição ortostática.

 Protocolo do teste de inclinação associado à medição da VOP

Todos os indivíduos foram avaliados no período da manhã, tendo sido previamente orientados a permanecerem em jejum por 12 horas. Antes do exame, foram obtidas as medidas antropométricas de peso, altura e perímetros de cintura e quadril. Em seguida, os indivíduos foram colocados em decúbito dorsal em uma mesa mecânica para o teste de inclinação.

Após um descanso de 20 minutos, durante o qual os indivíduos foram instruídos sobre a sequência dinâmica do protocolo, as seguintes medidas basais foram obtidas: VOP, frequência cardíaca (FC), pressão arterial sistólica (PAS), pressão arterial diastólica (PAD), pressão arterial média (PAM) e pressão de pulso (PP). Em seguida, os pacientes foram inclinados em um ângulo de 70º. O teste de inclinação durou 20 minutos. As medidas dos parâmetros monitorados durante o teste de inclinação foram realizadas em intervalos de 2 minutos e 2 minutos após o retorno à posição de decúbito dorsal. A monitorização eletrocardiográfica foi realizada continuamente. A pressão arterial foi medida de maneira não invasiva em intervalos de 2 minutos usando o monitor Omega 1400 (Invivo Research Laboratories, EUA) durante a obtenção das medidas de VOP ou quando o paciente relatava algum sintoma ou havia apresentado sinais clínicos ou alterações eletrocardiográficas sugestivas desse diagnóstico.

 Análise estatística

As características antropométricas, biológicas e hemodinâmicas foram expressas em média ± desvio-padrão (DP). A análise de variância unidirecional (ANOVA) foi utilizada para comparar os parâmetros hemodinâmicos obtidos na condição basal, durante o teste de inclinação em 70º (0-2 min, 10 min e 20 min) e na fase de recuperação (0-2 min). A correlação entre a VOP obtida durante o protocolo e todos os parâmetros foi determinada pelo coeficiente de correlação de Pearson em toda a amostra. Em seguida, utilizou-se regressão linear múltipla para avaliar a influência dos diferentes parâmetros hemodinâmicos na VOP durante a fase árvore. Todas as premissas necessárias para a análise de regressão foram verificadas.

Os coeficientes de correlação linear parcial entre a VOP e a idade controlada para o efeito da pressão arterial foram calculados para cada fase do protocolo. Da mesma forma, determinou-se a influência da idade na correlação da VOP e pressão arterial. Em seguida, foram realizadas a análise de variância multivariada (MANOVA) e análise de covariância (ANCOVA) para avaliar os efeitos independentes da idade e da PAS na VOP nas diferentes fases do protocolo. Considerando que os 2 principais fatores moduladores do nível de VOP são a idade e a PAS, foram avaliados os resultados clínicos após o ajuste para essas 2 variáveis. Com o objetivo de avaliar as variáveis que interferem no comportamento da frequência cardíaca na posição ortostática, foi realizada a regressão linear múltipla. Realizou-se a avaliação de normalidade dos dados para todas as variáveis.

O nível de significância para todos os testes foi estabelecido como α = 0,05. As análises estatísticas foram realizadas com o software SPSS for Windows (versão 18.0, SPSS Inc., 2010).

 Resultados Efeitos do teste de inclinação em 70º nas características hemodinâmicas dos participantes

A figura 1 mostra o comportamento dinâmico das variáveis hemodinâmicas durante o protocolo.

Gráfico mostrando o comportamento dinâmico dos parâmetros hemodinâmicos monitorados durante o protocolo. 151x155 mm (96 x 96 DPI).

A Tabela 2 mostra os valores médios das variáveis estudadas no início do estudo, durante o teste de inclinação e na fase de recuperação.

Efeitos do teste de inclinação a 70º/20 min. (média na posição ortostática) nos parâmetros hemodinâmicos dos participantes e na VOP
Variável Basal Teste de inclinação(média na posição ortostática) Recuperação
Média ± DP Média ± DP Média ± DP
PAS, mmHg 130 ± 1811 128 ± 15 121 ± 16†††
PAD, mmHg 082 ± 13*** 087 ± 11 077 ± 13†††
PAM, mmHg 099 ± 15*** 103 ± 11 093 ± 14†††
PP, mmHg 047 ± 13*** 042 ± 8 044 ± 11†††
FC, bpm 066 ± 11*** 079 ± 14 068 ± 13†††
VOP, m/s 010 ± 2.3*** 011 ± 2.5 009 ± 2,0†††

p < 0,001 vs. teste de inclinação;

p < 0,001 vs. teste de inclinação.

PAS: pressão arterial sistólica; PAD: pressão arterial diastólica; PAM: pressão arterial média; PP: pressão de pulso; FC: frequência cardíaca; VOP: velocidade da onda de pulso.

Com base na análise desses dados, a resposta dos indivíduos às alterações posturais mostrou-se associada a um aumento de 6% na PAD, que foi mantido durante toda a fase da posição ortostática. O mesmo foi observado para o valor da PAM na posição ortostática. Por outro lado, a PP na posição ortostática diminuiu em 10,6%. Observou-se aumento de 11,5% na VOP na posição ortostática (VOPp) em comparação com o valor basal da VOP.

 Associação entre a VOP em decúbito dorsal e as características antropométricas e hemodinâmicas dos participantes

Os resultados da análise de correlação linear entre a VOP carotídea-femoral na posição de decúbito dorsal e os parâmetros antropométricos e hemodinâmicos estão apresentados na Tabela 3.

Correlação entre a velocidade da onda de pulso carotídea-femoral na posição de decúbito dorsal e parâmetros antropomórficos e hemodinâmicos
Parâmetros Coeficiente de correlação Valor de p
Idade, anos 0,593 < 0,001
Peso, kg < 0,063 NS
Altura, cm –0,125 NS
IMC, kg/m2 0,194 NS
PAS, mmHg 0,547 < 0,001
PAD, mmHg 0,528 < 0,001
PAM, mmHg 0,560 < 0,001
FC, mmHg 0,063 NS
PP, mmHg 0,216 < 0,05

IMC: índice de massa corporal; PAS: pressão arterial sistólica; PAD: pressão arterial diastólica; PAM: pressão arterial média; FC: frequência cardíaca; PP: pressão de pulso; NS: não significante.

A regressão linear múltipla mostrou que a idade (p < 0,001) e a PAS (p < 0,001) foram as únicas variáveis preditivas independentes da VOP basal. Esses 2 fatores representaram aproximadamente 50% da variabilidade observada na VOP basal (r2 = 0,505, p < 0,001).

 Associação entre a VOP média durante o teste de inclinação a 70º e as características antropométricas e hemodinâmicas dos participantes

A análise da correlação entre as medidas de VOP realizadas em decúbito dorsal (VOP basal) e a VOP durante o teste de inclinação (VOPp) mostrou influência significativa da VOP basal na resposta obtida em posição ortostática (Figura 2A).

Gráfico de dispersão entre a velocidade da onda de pulso carotídea-femoral na posição ortostática (VOPp) e: A – velocidade da onda de pulso carotídeafemoral basal (VOP basal), p < 0,01; B – pressão arterial sistólica (PAS), p < 0,001; C – idade, em 93 participantes, p < 0,001; D – frequência cardíaca (FC) em 93 participantes, p < 0,001.

Os resultados da análise de correlação linear entre a VOPp carotídea-femoral obtida durante o teste de inclinação e os parâmetros antropométricos e hemodinâmicos dos participantes do estudo estão apresentados na Tabela 4.

Correlação entre a VOP média carotídea-femoral durante o teste de inclinação a 70º/20 min com os parâmetros antropomórficos e hemodinâmicos
Parâmetros Coeficiente de correlação Valor de p
Idade, anos 0,638 < 0,001
Peso, kg 0,220 < 0,05
Altura, cm –0,020 NS
IMC, kg/m2 0,323 < 0,01
PASp, mmHg 0,464 < 0,001
PADp, mmHg 0,363 < 0,001
PAMp, mmHg 0,358 < 0,001
FCp, mmHg -0,366 < 0,001
PPp, mmHg 0,307 < 0,01

IMC: índice de massa corporal; PASp: média da pressão arterial sistólica durante o teste de inclinação; PADp: média da pressão arterial diastólica durante o teste de inclinação; PAMp: média da pressão arterial média durante o teste de inclinação; FCp: média da frequência cardíaca durante o teste de inclinação; PPp: média da pressão de pulso durante o teste de inclinação; NS: não significante.

Mais uma vez, a regressão linear múltipla definiu a idade e a PAS como os principais fatores preditivos independentes da VOP obtidos durante o teste de inclinação, representando, juntos, 49% das variações na VOP durante esse teste (r2 = 0,490).

 Associação entre a VOP durante a fase de recuperação e as características antropométricas e hemodinâmicas dos participantes

Avaliou-se a correlação das variáveis obtidas quando os indivíduos retornaram à posição de decúbito dorsal 20 minutos após o teste de inclinação (fase de recuperação). Essa fase final do estudo representa uma resposta imediata (0-2 min) dos parâmetros hemodinâmicos e sua correlação com a VOP durante a fase de recuperação (VOPrec). Observou-se correlação significativa entre a VOPrec e a maioria das variáveis avaliadas nessa fase do protocolo. Mais uma vez, a variável idade apresentou a maior correlação positiva (r = 0,533, p < 0,001) com a VOPrec. Observou-se também uma correlação positiva entre a VOPrec e os seguintes parâmetros: IMC (r = 0,26, p < 0,05); PAS (r = 0,39, p < 0,001); PAD (r = 0,49, p < 0,001); e PAM (r = 0,457, p < 0,001). Na fase de recuperação, não se observou mais nenhuma correlação negativa entre a FC (r = 0,055, NS) e a VOPrec. Como ocorreu nas 2 fases anteriores, a regressão linear múltipla na fase de recuperação mostrou que a PAS (p < 0,001) e a idade (p < 0,001) foram preditoras independentes de variações na VOPrec. Juntas, essas variáveis representaram aproximadamente 40% das variações na VOPrec.

 Análise dos efeitos da pressão de distensibilidade na rigidez aórtica na posição de decúbito dorsal basal, na posição ortostática e após o teste de inclinação

A variação da VOP carotídea-femoral, como índice de rigidez aórtica, foi avaliada em relação aos valores de PAS, visando comparar os efeitos da pressão de distensibilidade sobre as propriedades mecânicas das grandes artérias na população (Figura 2B).

A análise da PAS na posição ortostática passiva mostrou que a PAS representou aproximadamente 21% (r2 = 0,214, p < 0,001) das variações observadas na VOP. Após o ajuste da PAS para idade, a PAS demonstrou desempenhar um papel ainda mais significativo no padrão de comportamento da VOPp (r2 = 0,38, p < 0,001).

Finalmente, na análise estatística realizada na fase de recuperação, a PAS continuou desempenhando um papel significativo nas variações da VOPrec (r2 = 0,15, p < 0,001). O mesmo foi observado para a PAS ajustada para idade (r2 = 0,23, p < 0,001).

 Análise do efeito do envelhecimento na rigidez aórtica na posição de decúbito dorsal basal, na posição ortostática e após o teste de inclinação

Para avaliar os efeitos do envelhecimento sobre a rigidez arterial, executou-se uma curva de correlação (Figura 2C) em relação à idade. Em todas as fases do protocolo, a VOP aumentou significativamente com a idade (r2 = 0,351, p < 0,001; r2 = 0,4066, p < 0,001; r2 = 0,283, p < 0,001).

 Avaliação do efeito da frequência cardíaca na VOP medida nas diferentes fases do protocolo

Avaliou-se a influência do comportamento da frequência cardíaca na distensibilidade arterial. Como descrito anteriormente, nenhuma correlação foi observada entre a FC e a VOP avaliada nas fases inicial e de recuperação.

Por outro lado, durante o teste de inclinação, observou-se correlação negativa entre a VOPp e a FC (Figura 2D).

A frequência cardíaca representou aproximadamente 13% da variação da VOP durante o teste de inclinação (r2 = 0,136, p < 0,001), sendo que essa influência continuou sendo observada mesmo após a VOP ter sido ajustada para idade (r2 = 0,154, p < 0,001). A diminuição da frequência cardíaca na posição ortostática se mostrou significativamente condicionada ao aumento da idade dos participantes (r2 = 0,27, p < 0,001).

Por fim, avaliou-se a correlação entre o comportamento da FC na posição ortostática e os parâmetros hemodinâmicos no início do estudo. Observou-se correlação negativa com a medida da VOP basal (r = -0,30, p < 0,01).

 Discussão

O principal novo achado deste estudo foi o aumento instantâneo e significativo da VOP na posição ortostática (Tabela 3). Esse padrão de comportamento funcional vascular esteve presente em todos os indivíduos estudados independentemente da idade, resultando em níveis de VOP em indivíduos jovens durante o teste de inclinação semelhantes aos dos idosos em decúbito dorsal.

Como observado neste estudo, embora a PAS seja uma das variáveis mais importantes responsáveis pelo aumento direto na VOP, tanto no início quanto na posição ortostática (Tabela 4), nenhum aumento adicional na PAS foi detectado durante o teste de inclinação em comparação com seus níveis basais (PAS basal: 130 ± 18 mmHg, PASp: 128 ± 15 mmHg, NS). De fato, observou-se uma tendência decrescente na posição ortostática. Esse achado está de acordo com dados encontrados na literatura, que também evidenciaram ausência de aumento estatisticamente significativo ou mesmo tendência decrescente na PAS na posição ortostática.14

Outro aspecto importante é que, embora este estudo não tenha avaliado diretamente a atividade vasomotora, o fato de ter encontrado um aumento na PAM (PAM basal: 99 ± 15, PAMp: 103 ± 11, p < 0,05) significa que houve provavelmente um aumento na resistência vascular periférica devido à ativação simpática reflexa induzida pela queda na pressão de pulso na posição ortostática. Assim, embora uma VOP variável possa ser fortemente influenciada pela PAM, a elevação na VOP pode ser atribuída tanto aos distúrbios circulatórios secundários devido ao estresse gravitacional quanto ao aumento da resistência vascular periférica, e não ao efeito da PAM elevada.

Sabe-se que a transmissão da onda de pulso depende principalmente da elasticidade arterial ou do coeficiente de rigidez. No entanto, outros fatores devem ser considerados. Alguns desses fatores estão relacionados à fisiologia cardiovascular, enquanto outros resultam de condições fisiopatológicas específicas.15 Analisando-se a correlação entre a VOP basal e a VOPp, observou-se influência direta do padrão basal de complacência arterial na resposta das grandes artérias à posição ortostática (Figura 2).

Como não foi observado aumento significativo da PAS na posição ortostática, o aumento da VOP pode ter resultado de distúrbios da dinâmica circulatória decorrentes da força gravitacional, associados a características estruturais e geométricas da aorta. Essa hipótese se baseia na fórmula de Moens-Korteweg e no conhecimento de que a VOP depende do raio e da espessura vascular, bem como do módulo elástico vascular.

A medição da VOP durante o teste de inclinação expõe os segmentos arteriais ao estresse gravitacional de forma distinta, imitando, até certo ponto, o que ocorre durante a posição ortostática ativa.

De fato, a consequência imediata da ortostase é que a gravidade favorece um aumento progressivo da pressão arterial nos segmentos abaixo do nível cardíaco na posição ortostática.8,16-18

A pressão hidrostática gerada pela força gravitacional altera o ponto hidrostático indiferente, definido como a referência axial na qual a pressão da coluna sanguínea venosa não é alterada pela reorientação postural. Tal ponto está localizado no nível atrial direito em decúbito dorsal e no território aórtico infradiafragmático em posição ortostática. Devido a isso, ocorre um aumento do fluxo sanguíneo para os segmentos arteriais com maior módulo elástico e menor raio, evidenciando o aumento da VOP carotídea-femoral medida.11,16 Esse aumento na VOP responde pelo retorno precoce das ondas refletidas das regiões periféricas à aorta ascendente. Essa onda, refletida anteriormente (durante o período de ejeção ventricular), se soma à onda incidente gerada pela ejeção ventricular esquerda e influencia o contorno das ondas de pressão e fluxo.10 Em outras palavras, o retorno anterior do componente refletido, ocorrendo durante o componente sistólico da onda de pulso, leva a um aumento na pressão de pulso.19-20 Esse aumento, proporcionado pela onda refletida na porção inicial da onda de pulso arterial, pode resultar de um processo complexo evolutivo funcional de adaptação anatômico-humoral do sistema vascular, para manter um fluxo sanguíneo cerebral efetivo em resposta ao bipedismo (Figura 3).21

Desenho do mecanismo proposto para o comportamento da velocidade da onda de pulso em um indivíduo jovem saudável. A – Em decúbito dorsal, o componente refletido ocorre durante a diástole devido a uma menor VOP. B – Na posição ortostática, devido à força gravitacional, o ponto hidrostático indiferente se move para a aorta subdiafragmática, que possui raio menor e maior módulo elástico; portanto, a VOP aumenta, levando a um retorno mais precoce do componente refletido da onda de pulso, que então ocorre com um aumento do pulso sistólico. Assim, a morfologia da onda de pulso é alterada. 321x263 mm (72 x 72 DPI)

O aumento observado na VOPp também pode ser atribuído ao surgimento de novos locais de reflexão do pulso na circulação periférica devido a um possível aumento da resistência vascular periférica em resposta à posição ortostática.

Houve relatos de resposta fásica da hemodinâmica central ao estresse gravitacional em estudos experimentais com babuínos. Nesses animais, o pico sistólico posterior resultante do componente refletido da onda de pulso não ocorre imediatamente após a mudança para a posição ortostática. Portanto, a onda refletida aparece mais tarde na diástole, sugerindo uma diminuição na VOP. Então, a fase denominada compensatória ocorre durante a resposta ao barorreflexo.12,22

O papel desempenhado pela reflexão das ondas na homeostase circulatória na posição ortostática é reforçado pela observação de que a nitroglicerina, utilizada sublingualmente para sensibilização ao teste de inclinação, causa vasodilatação periférica, levando a um retardo no componente refletido da onda de pulso e consequente redução da pressão sistólica proximal, culminando em sintomas de baixo fluxo sanguíneo cerebral em pacientes com síncope neuromediada.23-24

Na realidade, embora se observe uma diminuição no coeficiente de reflexão com a utilização da nitroglicerina, observa-se, paradoxalmente, um aumento na rigidez aórtica. Essa rigidez aórtica secundária foi atribuída a uma possível ativação reflexa do sistema nervoso simpático.25

A análise do comportamento da VOP nessa casuística também mostrou que o aumento da VOP correlacionou-se positivamente com a idade, demonstrando que, mesmo em idosos, que apresentam maiores valores iniciais de VOP, ocorreu um acréscimo adicional na posição ortostática (r2 = 0,357, p < 0,001 em decúbito dorsal e r2 = 0,406, p < 0,001 na posição ortostática). Na realidade, esse aumento adicional da VOP nos idosos resulta da adição de achados estruturais com o componente postural dinâmico.

Outro aspecto curioso do presente estudo foi a descoberta de uma correlação negativa entre a FC e a VOP na posição ortostática (r = -0,36, p < 0,001). A idade foi a principal variável responsável pelo comportamento da FC na posição ortostática (r2 = 0,27, p < 0,001).

Com o objetivo de melhor compreender esse achado, também foi avaliada a correlação entre a FC medida durante o estresse ortostático e a VOP basal. Observou-se uma correlação negativa entre a FC e a VOP basal (r = -0,29, p < 0,01). Esse resultado mostra uma clara associação do padrão basal de complacência arterial com o nível de resposta da FC à posição ortostática.

Estudos experimentais iniciais e estudos em seres humanos em decúbito dorsal relataram correlação positiva entre o aumento da FC e o aumento da rigidez aórtica1,7,26-27 Entretanto, Wilkinson et al.,14 em um estudo que avaliou o comportamento da VOP e o índice de aumento invasivo em indivíduos saudáveis submetidos à estimulação atrial, não relataram alterações significativas na distensibilidade aórtica devido ao aumento da FC.14

Além da falta de consenso sobre os efeitos da frequência cardíaca na VOP, os possíveis mecanismos que contribuem para as alterações da VOP com a frequência cardíaca ainda não foram completamente elucidados, embora muitos pesquisadores tenham atribuído alterações na rigidez arterial, relacionadas à frequência cardíaca, à viscoelasticidade da parede arterial. Com a alta frequência cardíaca sendo um fator prognóstico independente da doença cardiovascular e sua associação com a hipertensão, a interação entre a frequência cardíaca e a VOP continua sendo relevante na avaliação do risco cardiovascular.28

Embora uma primeira análise desses dados aponte para um potencial desacordo com os nossos achados, eles devem ser considerados como complementares entre si e analisados dentro de um contexto dinâmico, pois foram obtidos em condições fisiológicas muito distintas.

Estudos transversais relataram que a FC basal não difere entre jovens e idosos em decúbito dorsal.29-30 Entretanto, a avaliação da FC de indivíduos saudáveis na posição sentada mostrou que a FC diminui com a idade em ambos os sexos. Por outro lado, estudos que utilizaram o teste de inclinação para avaliar a adaptação cardiovascular ao estresse ortostático também relataram uma resposta significativamente menor da FC em idosos.16

A diminuição da variabilidade da FC devido à mudança postural observada em pacientes idosos, comparada com a de indivíduos jovens, tem sido atribuída a uma diminuição no recrutamento da atividade de barorreceptores na posição ortostática.16,29-30

Considerando o comportamento dinâmico da complacência aórtica devido à alteração postural, maior diminuição do VS em indivíduos jovens poderia levar a uma diminuição da tensão aórtica pulsátil, com subsequente diminuição na estimulação dos barorreceptores e aumento da FC.31

A manutenção do volume sistólico em idosos tem sido atribuída à menor complacência venosa nesse grupo, permitindo a preservação do volume de enchimento cardíaco e, consequentemente, do volume sistólico.11 Entretanto, a menor FC associada à idade, como a observada neste estudo, também poderia significar um mecanismo adaptativo do homem para o bipedismo.

Sabe-se que a frequência cardíaca afeta a pré-carga através do seu efeito no tempo de enchimento diastólico e modula o status de contratilidade miocárdica, alterando a concentração miocárdica de Ca2+ e Na+. Como consequência do aumento da contratilidade miocárdica, a FC também modula o volume sistólico final, o volume sistólico e a fração de ejeção.11 Assim, uma FC menor poderia inicialmente permitir melhor desempenho cardíaco na presença de um sistema arterial mais rígido.

Considerando tudo o que foi apresentado até o momento, formulou-se a seguinte hipótese: o retorno do componente refletido da onda de pulso é fundamental para a adaptação imediata à posição ortostática, bem como para a adaptação adequada dos barorreceptores. Com base nos dados deste estudo, não é possível determinar se esse aumento é decorrente não apenas das alterações dinâmicas circulatórias secundárias à gravidade, mas também à ativação simpática em resposta à diminuição do volume sistólico e da pressão de pulso. Se a hipótese acima estiver correta, pode-se considerar o papel desempenhado pelos nossos achados em algumas condições clínicas muito comuns associadas à posição ortostática (Figura 4).9,32-34

Hipótese proposta para o papel do aumento da velocidade da onda de pulso carotídea-femoral na manutenção da homeostase circulatória em resposta ao estresse ortostático. 309x165 mm (72 x 72 DPI). PP: pressão de pulso; VOP: velocidade da onda de pulso; PAM: pressão arterial média; FC: frequência cardíaca.

Limitações do estudo

O presente estudo apresenta algumas limitações. A avaliação da resposta simpática não foi realizada durante o teste de inclinação através da medição venosa de catecolaminas ou registro da atividade simpática neural pela eletroneuromiografia.35 No entanto, embora o presente estudo não avalie diretamente a atividade vasomotora, o aumento da pressão arterial média (decúbito dorsal: 099 ± 15 mmHg vs. ortostase: 103 ± 11 mmHg, p < 0,01) permitiram inferir que houve aumento na resistência vascular periférica devido à ativação simpática reflexa induzida pela queda da pressão de pulso na ortostase.

Outro fator limitante foi a falta de estudo da resposta barorreflexa ao estresse ortostático causado pelo teste de inclinação, o que resultou na falta de dados referentes à sua disfunção e à localização específica das alterações em seu arco reflexo. A alteração da FC foi a única resposta observada, sem outras medidas do barorreflexo, particularmente as de volume sistólico, embora elas tenham demonstrado estar intimamente relacionadas.36

Outra possível fonte de erro na medição da VOP está na determinação do segmento arterial. Sua medição superficial e não invasiva permite apenas uma estimativa da distância percorrida pela onda de pulso.

A obtenção da VOP carotídea-femoral compreende a análise de um segmento arterial relativamente longo, que pode ser extremamente tortuoso do ponto de vista tridimensional. Outro fator é que o vaso pode ser distorcido pela aplicação direta do transdutor de pressão. Esse aspecto é mais evidente em vasos mais profundos.37 Essas observações tornam-se possivelmente mais significativas quando a medida da VOP carotídea-femoral é considerada durante o teste de inclinação. A mudança do decúbito dorsal para a posição ortostática pode aumentar a dificuldade de registro do pulso femoral, principalmente em indivíduos obesos. Em alguns casos, a obtenção do pulso femoral torna-se impossível. No presente estudo, buscamos reduzir essas fontes de erro utilizando observadores muito bem treinados para medir a VOP em decúbito dorsal e na posição ortostática.

Embora este estudo não permita comparar a influência do sexo no comportamento arterial na posição ortostática, a inclusão de indivíduos do sexo feminino neste estudo pode não ter interferido na resposta do aumento da VOP ao estresse postural. Considerando a maior distensibilidade arterial em mulheres jovens,38 poderia ocorrer um aumento relativamente menor na VOP devido ao estresse postural causado pelo teste de inclinação. No entanto, esta hipótese não pode ser estatisticamente confirmada com os dados do presente estudo.39

Conclusão

Em conclusão, o presente estudo, composto por indivíduos saudáveis e indivíduos com hipertensão arterial leve a moderada não tratada, demonstra um rápido aumento da VOP durante o teste de inclinação e seu retorno ao nível basal ao retornar para a posição de decúbito dorsal. Encontramos fortes indícios de que esses resultados podem permitir uma melhor compreensão da resposta das grandes artérias ao estresse gravitacional. Esses resultados também podem elucidar esse comportamento no longo prazo, na presença de distúrbios degenerativos inerentes, como hipertensão arterial e envelhecimento, além de marcadores genéticos predeterminados.

Fontes de financiamento

O presente estudo não teve fontes de financiamento externas.

Vinculação acadêmica

Este artigo é parte de dissertação de Mestrado de Jorge Elias Neto pela Universidade Federal do Espírito Santo.

Vinculação acadêmica

Este artigo não contém estudos com humanos ou animais realizados por nenhum dos autores.

 Agradecimentos

Ao Prof. Dr. Roberto Sá Cunha, pela assistência técnica.