abc Arquivos Brasileiros de Cardiologia Arq. Bras. Cardiol. 0066-782X 1678-4170 Sociedade Brasileira de Cardiologia - SBC São Paulo, SP, Brazil 5tGSQ7ymTXbYshtxzpVYwPp 00003 S0066-782X2005000400003 S0066-782X(05)08400403 10.1590/S0066-782X2005000400003 Artigos Originais Avaliação da contratilidade segmentar na doença de Chagas utilizando a integral do gradiente intramiocárdico de velocidade (strain miocárdico) obtida pela ecocardiografia com Doppler tecidual Silva Carlos Eduardo Suaide Ferreira Luiz Darcy Cortez Peixoto Luciana Braz Monaco Claudia Gianini Gil Manuel Adán Ortiz Juarez Ianni Bárbara Maria Andrade José Lázaro Mathias Júnior Wilson Barretto Antônio Carlos Pereira OMNI-CCNI Medicina Diagnóstica São Paulo Universidade de São Paulo Faculdade de Medicina Hospital das Clínicas Brazil 04 2005 84 4 285 291 29 10 2004 12 07 2004 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

OBJETIVO: Quantificar o percentual de contratilidade dos diversos segmentos miocárdicos, em portadores de doença de Chagas, através da medida do strain miocárdico e verificar diferenças na função contrátil radial e longitudinal ventricular entre as formas indeterminada e dilatada da miocardiopatia chagásica crônica quando comparadas a um grupo de indivíduos normais. MÉTODOS: Foram estudados 39 indivíduos, 20 (51,3%) do sexo masculino divididos em quatro grupos: Nl: 17 (43,6%) indivíduos normais; Ind: 7 (17,9%) portadores de doença de Chagas forma indeterminada; C1, 7 (17,9%) portadores de doença de Chagas forma crônica com fração de ejeção < 50% e C2: 8 (20,5%) portadores de doença de Chagas forma crônica com fração de ejeção > 50%. Após realização de ecocardiograma basal foram registradas as imagem em Doppler tecidual para a medida do strain miocárdico nos diversos segmentos aos cortes paraesternais, longitudinal e transversal, e apicais, de duas e quatro câmaras. RESULTADOS E CONCLUSÃO: O percentual de contração dos diversos segmentos miocárdicos, tanto em seu componente radial quanto longitudinal é maior nos indivíduos normais do que em portadores da forma crônica da doença de Chagas e naqueles com a forma indeterminada da doença quando comparado com chagásicos crônicos com FE < 50%. A contratilidade radial do ventrículo esquerdo é maior que a longitudinal nos três grupos (Nl, Ind e Crônico). Os dados apresentados nos permitem propor um caráter progressivo do acometimento miocárdico em portadores da doença de Chagas.

 doença de Chagas ecocardiografia doppler tecidual strain miocárdico 03 05 2005

ARTIGO ORIGINAL

Avaliação da contratilidade segmentar na doença de Chagas utilizando a integral do gradiente intramiocárdico de velocidade (strain miocárdico) obtida pela ecocardiografia com Doppler tecidual

Carlos Eduardo Suaide Silva; Luiz Darcy Cortez Ferreira; Luciana Braz Peixoto; Claudia Gianini Monaco; Manuel Adán Gil; Juarez Ortiz; Bárbara Maria Ianni; José Lázaro Andrade; Wilson Mathias Júnior; Antônio Carlos Pereira Barretto

São Paulo, SP

Incor do Hospital das Clínicas da FMUSP

OMNI-CCNI Medicina Diagnóstica

Endereço para correspondência

RESUMO

OBJETIVO: Quantificar o percentual de contratilidade dos diversos segmentos miocárdicos, em portadores de doença de Chagas, através da medida do strain miocárdico e verificar diferenças na função contrátil radial e longitudinal ventricular entre as formas indeterminada e dilatada da miocardiopatia chagásica crônica quando comparadas a um grupo de indivíduos normais.

MÉTODOS: Foram estudados 39 indivíduos, 20 (51,3%) do sexo masculino divididos em quatro grupos: Nl: 17 (43,6%) indivíduos normais; Ind: 7 (17,9%) portadores de doença de Chagas forma indeterminada; C1, 7 (17,9%) portadores de doença de Chagas forma crônica com fração de ejeção < 50% e C2: 8 (20,5%) portadores de doença de Chagas forma crônica com fração de ejeção > 50%. Após realização de ecocardiograma basal foram registradas as imagem em Doppler tecidual para a medida do strain miocárdico nos diversos segmentos aos cortes paraesternais, longitudinal e transversal, e apicais, de duas e quatro câmaras.

RESULTADOS E CONCLUSÃO: O percentual de contração dos diversos segmentos miocárdicos, tanto em seu componente radial quanto longitudinal é maior nos indivíduos normais do que em portadores da forma crônica da doença de Chagas e naqueles com a forma indeterminada da doença quando comparado com chagásicos crônicos com FE < 50%. A contratilidade radial do ventrículo esquerdo é maior que a longitudinal nos três grupos (Nl, Ind e Crônico). Os dados apresentados nos permitem propor um caráter progressivo do acometimento miocárdico em portadores da doença de Chagas.

Palavras-chave: doença de Chagas, ecocardiografia, doppler tecidual, strain miocárdico

A doença de Chagas tornou-se mundialmente conhecida pelo trabalho pioneiro de Carlos Chagas que, em 1909, descreveu, não somente as manifestações clínicas, como o agente etiológico, o transmissor e os reservatórios desta doença1. É considerada um grande problema de saúde pública, principalmente nos países subdesenvolvidos. Segundo a Organização Mundial de Saúde existem mais de 20 milhões de infectados no continente americano, dos quais mais de seis milhões se encontram no Brasil2.

Clinicamente, pode ser dividida em duas fases: aguda e crônica, sendo que após a regressão da fase aguda os indivíduos passam por um período variável caracterizado por sorologia positiva e ausência de manifestações clínicas, eletrocardiográficas e radiológicas. Este período é denominado forma indeterminada3.

A fase crônica ocorre em 25 a 30% dos infectados, acometendo predominantemente indivíduos adultos do sexo masculino na 3ª ou 4ª década de vida. Clinicamente, pode ser classificada em dilatada, arritmogênica, tromboembólica, mista e silenciosa, e cerca de 10% dos pacientes evoluem para formas graves da doença3.

A ecocardiografia representa, atualmente, um dos métodos complementares mais importantes na avaliação da cardiopatia chagásica crônica. Permite avaliação funcional, anatômica e seu acompanhamento evolutivo. Os achados ecocardiográficos são variáveis, podendo-se observar desde exames normais até comprometimento funcional sistólico e diastólico graves. Aproximadamente 75% dos casos apresentam alterações contráteis segmentares, predominantemente da parede póstero-inferior e da região apical do ventrículo esquerdo.

Recentemente, a incorporação da técnica do Doppler tecidual à ecocardiografia convencional permitiu avaliar mais detalhadamente as funções sistólica e diastólica de forma global e regional do miocárdio4-11.

As principais limitações do Doppler tecidual são a sua dependência do ângulo de incidência do feixe de ultra-som em relação à movimentação do segmento a ser estudado e o fato de não diferenciar a presença de contração ativa de um segmento normal, da contração passiva de um segmento acinético que está se movimentando à custa do miocárdio normal adjacente.

A busca por um método que pudesse superar estas limitações levou ao desenvolvimento de uma nova tecnologia derivada do Doppler tecidual: a medida do gradiente intramiocárdico de velocidade ou strain rate12-15.

Em termos gerais, strain representa a deformação de um tecido quando a ele é aplicada uma dada força. O conceito de strain foi descrito em 1973 por Mirsky e Parmley16 e expressa a dinâmica local do desempenho miocárdico. De maneira diferente do Doppler tecidual o strain rate fornece informações sobre a medida instantânea local da taxa de compressão ou expansão do miocárdio, independente do movimento de translação cardíaca17.

Há uma tendência em se considerar o espessamento miocárdico, ou sua função contrátil radial, como o principal componente da função sistólica ventricular. Entretanto, sabe-se que a excursão da base ventricular em direção ao ápice é de aproximadamente de 1,5 a 2 cm na sístole, enquanto que o espessamento da parede não ultrapassa 0,5 cm18-20. Ainda assim, a análise visual é muito falha para detectar estas sutilezas, e dados mais precisos sobre a função contrátil ventricular, radial e longitudinal, ainda são necessários.

O músculo pode ser considerado um tecido incompressível, o que significa que sua deformação longitudinal é inversamente proporcional às alterações observadas em sua espessura. Ou seja, quanto mais o músculo se alonga, mais se adelgaça e quanto mais ele se encurta, mais se espessa. Desta forma, ao se quantificar o alongamento/encurtamento da fibra miocárdica podemos inferir seu grau de relaxamento/contratilidade21.

O strain rate é a medida da velocidade de deformação do miocárdio, definido pela fórmula (V2-V1)/d, onde V2 e V1 são as velocidades de encurtamento do miocárdio (cm/s) em dois pontos separados por uma distância d (cm)16 (fig. 1). Esta distância d pode ser ajustada pelo operador e deve, em geral, ser de aproximadamente 9 mm. Distâncias menores aumentam o grau de ruído, enquanto distâncias maiores diminuem a resolução do método.

Esta medida fornece o gradiente intramiocárdico de velocidades por unidade de tempo e representa o grau de deformidade da fibra. Como o gradiente intramiocárdico de velocidade representa a diferença de velocidades em cm/s entre dois pontos, dividida pela distância em cm destes mesmos pontos, sua unidade é s-1 [(cm/s)/cm].

O Doppler tecidual, utilizado nos cortes paraesternais, avalia o componente radial da contratilidade miocárdica, enquanto que quando utilizado nos cortes apicais, avalia muito bem a contratilidade longitudinal do músculo. Baseado nestas observações foi desenvolvida esta nova técnica que avalia o gradiente de velocidades entre dois pontos próximos do miocárdio. Em outras palavras, quantifica o alongamento/encurtamento da fibra e, indiretamente, seu espessamento, o que parece ser um método muito mais eficaz para avaliação da contratilidade miocárdica.

Uma outra forma de avaliar a deformidade dos segmentos miocárdicos é através da integral do strain rate. Esta medida, chamada simplesmente de strain miocárdico, fornece informações sobre a deformação da fibra em termos percentuais.

O objetivo deste trabalho é medir o percentual de contratilidade dos diversos segmentos miocárdicos, em portadores de doença de Chagas, através da medida do strain miocárdico obtido pela ecocardiografia com Doppler tecidual e definir se existem diferenças na função contrátil radial e longitudinal do miocárdio entre as formas indeterminada e crônica da doença quando comparadas a um grupo de indivíduos normais.

Métodos

Foram incluídos neste estudo prospectivo indivíduos adultos normais e portadores de doença de Chagas, de ambos os sexos, com janela ecocardiográfica satisfatória e que concordaram em assinar o consentimento livre e esclarecido. Foram estudados 39 indivíduos sendo 20 (51,3%) do sexo masculino e assim divididos em quatro grupos: Grupo Nl, composto de 17 (43,6%) indivíduos assintomáticos, com eletrocardiograma e ecocardiograma normais, constituindo o grupo controle de normais; Grupo Ind, formado por 7 (17,9%) indivíduos com sorologia positiva para a doença de Chagas, assintomáticos, com eletrocardiograma, radiografia de tórax, estudo contrastado de esôfago e enema opaco normais, caracterizando a forma indeterminada da doença de Chagas; Grupo C1 composto por 7 (17,9%) portadores de doença de Chagas na sua forma crônica e que apresentavam, além de alterações eletrocardiográficas e/ou radiológicas, fração de ejeção do ventrículo esquerdo < 50% ao ecocardiograma e Grupo C2 constituído de 8 (20,5%) portadores de doença de Chagas na sua forma crônica e que apresentavam, além das alterações eletrocardiográficas e/ou radiológicas, fração de ejeção do ventrículo esquerdo > 50%. Para comparação da contratilidade radial e longitudinal os grupos de chagásicos crônicos foram considerados um grupo único (C1+C2). Os grupos não diferiram quanto à idade (47,2±9,4 anos) ou índice de massa corpórea (25,4±3,5).

Foram excluídos portadores de doença valvar ou pulmonar significativas, coronariopatas, indivíduos com história recente de uso de drogas ou alcoolismo e gestantes.

Após a realização de exame clínico e caracterização de cada grupo os pacientes foram submetidos ao estudo ecocardiográfico em equipamento com segunda harmônica e Doppler tecidual colorido (System V e Vivid Five, GE-Vingmed Ultrasound, Horten, Noruega).

As imagens foram obtidas com o paciente em decúbito lateral esquerdo. O ecocardiograma foi registrado em formato digital com arquivo de imagens estáticas e dinâmicas dos diversos cortes ecocardiográficos. Foram medidas as dimensões da aorta (Ao), átrio esquerdo (AE), diâmetros diastólico e sistólico do ventrículo esquerdo (DDVE e DSVE), espessuras diastólicas do septo interventricular e da parede posterior do ventrículo esquerdo (EDSIV e EDPPVE) e fração de ejeção do ventrículo esquerdo (FE) pelo método de Pombo22. Após realização de ecocardiograma completo basal foram registradas as imagens em Doppler tecidual para a medida das velocidades e do strain miocárdico. Foi registrado e armazenado digitalmente, um ciclo cardíaco completo em quatro diferentes cortes ecocardiográficos: paraesternal longitudinal, paraesternal transversal, apical de quatro câmaras e apical de duas câmaras. Nos dois primeiros foi avaliado o componente radial da contratilidade (fig. 2) miocárdica nos segmentos basal e médio das paredes septal e posterior (no corte paraesternal longitudinal) e segmentos médios da parede septal e posterior (ao corte paraesternal transversal). Nos cortes apicais foi avaliado o componente longitudinal da contratilidade miocárdica nos segmentos basais, médios e apicais das paredes septal, lateral, anterior e inferior (fig. 3).

As imagens digitais em movimento foram transferidas para um computador Macintosh (Apple Computer Inc., Cupertino, Califórnia EUA.) acoplado ao ecocardiógrafo. As medidas do strain miocárdico foram obtidas posteriormente através de programa específico de computador (EchoPAC GE-Vingmed Ultrasound, Horten, Noruega). A distância entre os pontos onde foram colhidas as velocidades do miocárdio para o cálculo do strain foi fixada em 9,2 mm.

Os dados foram digitados em planilha Microsoft Excel 2000â e os cálculos e análises estatísticas foram realizados com o programa SigmaStatâ para Windows, versão 2.0 (Jandel Corporation, 1992-1995). Para as comparações dos valores obtidos nos diferentes segmentos aferidos, entre os quatro grupos estudados, empregamos a análise de variância por postos de Kruskal-Wallis. Quando se obteve valores de p<0,05, utilizamos o método de Dunn para comparações múltiplas entre os quatro grupos, dois a dois. Para as comparações, em cada grupo, dos valores da média da contratilidade radial e da média da contratilidade longitudinal utilizamos o teste de Mann-Whitney. Para todos os testes empregados fixamos o valor do erro alfa em 0,05 ou 5%. Os valores apresentados representam a mediana seguida dos percentis 25 e 75 entre parêntesis.

Os estudos foram realizados no InCor da Faculdade de Medicina da USP e no laboratório da OMNI-CCNI Medicina Diagnóstica de São Paulo e o trabalho aprovado pelos Comitês de Ética das duas instituições.

Resultados

Em relação às medidas ecocardiográficas habituais, os quatro grupos não apresentaram diferença estatística nos diâmetros da aorta e átrio esquerdo, e nas espessuras diastólicas do septo interventricular e parede posterior do ventrículo esquerdo. Os grupos com a forma dilatada da miocardiopatia chagásica crônica (C1 e C2) apresentaram os diâmetros do ventrículo esquerdo (diastólico e sistólico) maiores e a fração de ejeção inferior aos grupos de normais e da forma indeterminada da doença de Chagas (Nl e Ind) (tab. I).

Quanto às medidas do strain miocárdico, quando cada segmento foi avaliado individualmente entre os grupos, observou-se que a contratilidade foi significativamente menor em todos os segmentos das paredes septal, posterior, e inferior, e médio da parede anterior no grupo C1 quando comparado ao grupo Nl. O grupo C2 apresentou strain diminuído nos segmentos basal, médio e apical da parede septal, basal e médio da parede posterior, médio e apical da parede inferior e médio da parede anterior em comparação com os normais. Finalmente, o grupo Ind apresentou strain miocárdico diminuído apenas no segmento médio da parede posterior. Os demais segmentos dos três grupos (Ind, C1 e C2) não apresentaram diferença estatística nas medidas do strain apesar da leve tendência de sua mediana estar aumentada nos segmentos basal, médio e apical das paredes septal e lateral e nos segmentos basais das paredes inferior e anterior no grupo Ind quando comparado com os indivíduos normais.

Quando se avaliou a função contrátil ventricular (radial e longitudinal) observou-se que tanto a contratilidade radial quanto a longitudinal foram maiores no grupo Nl que nos grupos C1 e C2 e no grupo Ind em relação ao grupo C1 (tab. IIa). Individualmente dentro de cada grupo a contratilidade radial foi maior que a longitudinal nos indivíduos normais e nos chagásicos crônicos (C1+C2) apresentando tendência de ser superior também na forma indeterminada (p=0,053) (tab. IIb).

A mediana dos valores de strain radial (medidas realizadas nos cortes paraesternal longitudinal e transversal) foi de 33,7% (30,4%; 38,2%) nos indivíduos normais; 32,3% (28,7%; 33,6%) no grupo Ind; 21,7% (19,1%; 23,6%) no grupo C1 e 24,7% (15,2%; 27,8%) no grupo C2 (tab. III).

Na avaliação da função contrátil longitudinal (medidas realizadas nos cortes apicais de quatro e duas câmaras) o percentual médio de contração dos segmentos foi de 25,9% (24,5%; 30,7%) no grupo Nl; 28% (24,7%; 29,7%) no grupo Ind; 16,8% (13,2%; 19,2%) no grupo C1 e 19,1% (15,8%; 22,3%) no grupo C2 (tab. IV).

Discussão

A avaliação da função contrátil do ventrículo esquerdo em cardiopatas é feita rotineiramente pela ecocardiografia. Entretanto, a avaliação visual da contratilidade segmentar não deixa de ser uma limitação relativa do método. Apesar de índices objetivos de quantificação da função ventricular, como a fração de ejeção, volume diastólico final, volume sistólico e fração de encurtamento, serem usados de rotina, esses parâmetros ainda sofrem grande influência das variações de pré e pós-cargas.

A técnica da color-kinesis também pode ser utilizada para quantificar a função contrátil pela ecocardiografia, mas por depender da adequada identificação da excurssão dos segmentos miocárdicos pode ser de difícil realização em indivíduos com janela ecocardiográfica pouco satisfatória23-24.

Recentemente, Yamada e cols.25 mostraram que a velocidade sistólica de pico medida pelo Doppler tecidual se correlacionou com a dP/dtmax em indivíduos submetidos ao cateterismo cardíaco.

O strain miocárdico, também foi proposto como um índice de contratilidade da fibra muscular16.

O efeito Doppler foi descrito em 1842 pelo físico austríaco Christian Johann Doppler, mas sua utilização em medicina, basicamente na ecocardiografia, começou cerca de 100 anos mais tarde26.

Quando o feixe de ultra-som atinge uma estrutura em movimento (como as células sanguíneas, por exemplo), a onda refletida sofre uma alteração na sua freqüência, retornando ao transdutor com freqüência diferente daquela emitida. Assim, quando esse feixe atinge as células sanguíneas que estão se movimentando em direção ao transdutor, a freqüência da onda refletida aumenta, e, portanto, será maior do que a da onda originalmente emitida. Ao contrário, se as células sanguíneas estiverem se afastando do transdutor, a onda refletida terá freqüência menor do que a emitida. Há, portanto, uma variação de freqüência que pode ser medida pelo equipamento e é proporcional à velocidade do sangue.

Da mesma maneira que o Doppler pode ser utilizado para medir a velocidade do fluxo sanguíneo dentro do coração e vasos, o método permite igualmente identificar e medir a velocidade de movimentação de outros tecidos que também se movimentam, como por exemplo, o miocárdio. Esta técnica é denominada tissue Doppler imaging (TDI), ou Doppler tecidual.

Vários trabalhos já foram publicados mostrando os padrões normais de velocidades sistólica e diastólica para cada segmento miocárdico27-29. A utilização do Doppler tecidual permite a avaliação, não apenas das funções sistólica e diastólica globais, como regionais24. Entretanto, possui a limitação de ser dependente do ângulo de incidência do feixe de ultra-som e de não conseguir avaliar separadamente a movimentação de um segmento analisado de seu adjacente.

A técnica do strain consegue, em parte, solucionar esse problema. Apesar de possuir uma dependência ainda maior do ângulo de incidência do feixe, o fato de avaliar a diferença de velocidades entre dois segmentos próximos do miocárdio, diminui a influência dos movimentos de rotação e translação cardíacos e da movimentação de segmentos adjacentes (tethering)30-31.

A medida do gradiente intramiocárdico de velocidade, técnica utilizada para calcular o strain miocárdico pela ecocardiografia com Doppler, já foi abordada por vários autores32-33.

Em nosso estudo, utilizamos esta técnica para quantificar a contratilidade segmentar em indivíduos normais e em portadores de doença de Chagas, além de comparar os componentes radial e longitudinal da função contrátil ventricular.

As medidas ecocardiográficas basais, como era esperado, apresentaram apenas dimensões aumentadas dos diâmetros do ventrículo esquerdo nos grupos C1 e C2 (forma dilatada da miocardiopatia chagásica crônica), além da fração de ejeção diminuída nos mesmos grupos, quando comparados com os grupos Nl e Ind.

Na quantificação da contratilidade segmentar pela técnica do strain pudemos observar alguns dados bastante interessantes. No grupo de miocardiopatia chagásica crônica dilatada com fração de ejeção < a 50% (C1) observou-se um percentual de contratilidade diminuído em todos os segmentos das paredes septal, posterior e inferior, além do segmento médio da parede anterior, confirmando a natureza segmentar da miocardiopatia chagásica e sua predileção pelas regiões apical e póstero-inferior do ventrículo esquerdo. No grupo C2, onde o comprometimento sistólico era mais discreto (fração de ejeção > a 50%), observou-se strain miocárdico diminuído em menor número de segmentos (médio da parede septal, basal e médio da parede posterior, médio e apical da parede inferior e médio da parede anterior).

Na forma indeterminada, entretanto, pôde-se observar um comportamento interessante. Apesar de em sua definição congregar pacientes com sorologia positiva sem alterações de eletrocardiograma ou radiografia de tórax, e em nosso estudo a fração de ejeção deste grupo não ter apresentado diferença do grupo normal, a forma indeterminada se comportou de uma maneira intermediária entre normais e forma dilatada da miocardiopatia chagásica crônica. O segmento médio da parede posterior mostrou contratilidade diminuída como nos grupos C1 e C2, enquanto alguns segmentos mostraram inclusive uma tendência de apresentar contratilidade maior que no grupo de normais (principalmente na parede lateral e segmentos médio e basal da parede septal). Uma possível explicação para esse achado poderia ser uma vicariância de segmentos são após a agressão miocárdica nesta doença. Infelizmente, o número de pacientes neste grupo foi pequeno, e talvez por este motivo, não tenha acusado diferença estatística significativa.

Ao avaliarmos a função contrátil radial e longitudinal, apesar do encurtamento longitudinal do ventrículo esquerdo ser de até 2 cm e seu espessamento não ultrapassar 0,5 cm tanto o strain radial quanto o longitudinal foram maiores no grupo Nl quando comparado com C1 e C2 e no grupo Ind quando comparado com C1, mostrando mais uma vez a característica intermediária da forma indeterminada. Quando analisamos individualmente cada grupo, o strain radial foi maior que o longitudinal nos normais, forma indeterminada e nos chagásicos crônicos (grupo C1 + C2).

As informações extraídas deste estudo mostram a importância desta nova técnica de quantificação da função contrátil do miocárdio que, seguramente, pode identificar sutilezas não evidenciadas na análise visual.

Recentemente, um trabalho com Doppler tecidual34 mostrou algo semelhante. Estudando 339 pacientes, dos quais 92 com insuficiência cardíaca sistólica, 73 com insuficiência cardíaca diastólica, 68 com disfunção diastólica isolada ao ecocardiograma e 106 indivíduos normais para controle, os autores observaram que as velocidades sistólicas e diastólicas dos segmentos miocárdicos, medidas pelo Doppler tecidual, estavam significativamente diminuídas nos três grupos quando comparadas com as do grupo controle. Mais do que isso, uma velocidade de 4,4 cm/s foi preditiva para disfunção sistólica em 92% dos pacientes com insuficiência cardíaca sistólica, 52% daqueles com insuficiência cardíaca diastólica e 14% dos que apresentavam disfunção diastólica. Em outras palavras, através do Doppler tecidual foi possível detectar alterações da função sistólica em pacientes previamente rotulados com portadores de insuficiência cardíaca diastólica (portanto, com fração de ejeção normal), e até mesmo naqueles com disfunção diastólica isolada ao ecocardiograma. A nova pergunta seria: existe realmente insuficiência cardíaca diastólica pura? Ou será que os métodos diagnósticos utilizados até agora não eram sensíveis, o suficiente, para detectar alterações mais delicadas da função miocárdica? Voltando ao nosso estudo, com a quantificação da função contrátil (radial e longitudinal) pela técnica do strain foi possível detectar alterações subclínicas da contratilidade miocárdica não perceptíveis à análise visual (fig. 4), o que pode ter grande significado prognóstico.

Estudos recentes em portadores de disfunção ventricular indicam que o tratamento precoce com betabloqueadores e bloqueadores da aldosterona reduz a morbimortalidade desses pacientes35,36. A identificação precoce desses indivíduos talvez possa permitir instituição de terapêutica adequada e conseqüente melhora do prognóstico.

Outro achado interessante foi o caráter progressivo do comprometimento miocárdico observado. Na forma indeterminada (forma mais inicial da doença) parece haver uma hipercinesia (compensatória?) de alguns segmentos miocárdicos enquanto a parede posterior já apresentou diminuição da sua contratilidade no segmento médio. No grupo C2 (forma crônica com fração de ejeção > a 50%), observou-se o comprometimento de 50% dos segmentos estudados, com predomínio das paredes póstero-inferior, septal e apical. No grupo C1 (crônicos co FE< 50%) houve um comprometimento mais difuso (69% dos segmentos estudados).

Como limitações podemos citar aquelas inerentes do método (dependência do ângulo, freqüência de quadros ainda relativamente baixa e impossibilidade de fixar o local das amostras devido à movimentação cardíaca) além do pequeno número de indivíduos estudados com a forma indeterminada da doença.

A medida do strain miocárdico pela ecocardiografia com Doppler tecidual nos pareceu de fácil realização e possui grande potencial para avaliar a função contrátil ventricular, permitindo a quantificação do porcentual de contração dos diversos segmentos miocárdicos e detecção de alterações sutis de deformidade da fibra miocárdica.

Concluindo, o percentual de contração dos diversos segmentos miocárdicos, tanto em seu componente radial quanto longitudinal, foi maior nos indivíduos normais do que em portadores da forma crônica da doença de Chagas (grupos C1 e C2) e naqueles com a forma indeterminada da doença quando comparado com o grupo C1 (chagásicos crônicos com FE < 50%). A contratilidade radial do ventrículo esquerdo é maior que a longitudinal nos três grupos (Nl, Ind e Crônico). Os dados apresentados nos permitem propor um caráter progressivo do acometimento miocárdico em portadores da doença de Chagas.

Carlos Eduardo Suaide Silva

Rua Cubatão, 726

Cep 04013-002 - São Paulo - SP

E-mail:

csuaide@cardiol.br

Enviado em 12/07/2004 - Aceito em 29/10/2004

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OBJECTIVE: To quantify the percentage of contractility of different myocardial segments in patients with Chagas' disease by measuring myocardial strain and to assess the differences in the radial and longitudinal ventricular contractile function in the undetermined and dilated forms of chronic chagasic cardiomyopathy as compared with those in a group of healthy individuals. METHODS: The study comprised 39 individuals [20 (51.3%) of the male sex] divided into the following 4 groups: 1) Nl: 17 (43.6%) healthy individuals; 2) Und: 7 (17.9%) patients with the undetermined form of Chagas' disease; 3) C1: 7 (17.9%) patients with the chronic form of Chagas' disease with ejection fraction < 50%; and 4) C2: 8 (20.5%) patients with the chronic form of Chagas' disease with ejection fraction > 50%. After performing baseline echocardiography, Doppler tissue images were recorded to measure myocardial strain in different segments on longitudinal and transversal parasternal, and apical 2- and 4-chamber views. RESULTS AND CONCLUSION: The percentage of contractility in the different myocardial segments, both the radial and longitudinal components, is greater in healthy individuals than in patients with the chronic form of Chagas' disease, and in those with the undetermined form of the disease as compared with that of chronic chagasic patients with EF < 50%. Left ventricular radial contractility is greater than left ventricular longitudinal contractility in all groups (Nl, Und, and Chronic). The data presented allow us to propose a progressive character of myocardial impairment in patients with Chagas' disease.

 Chagas' disease echocardiography tissue Doppler myocardial strain

ORIGINAL ARTICLE

Evaluation of segmentary contractility in Chagas' disease by using the integral of the myocardial velocity gradient (myocardial strain) obtained through tissue Doppler echocardiography

Carlos Eduardo Suaide Silva; Luiz Darcy Cortez Ferreira; Luciana Braz Peixoto; Claudia Gianini Monaco; Manuel Adán Gil; Juarez Ortiz; Bárbara Maria Ianni; José Lázaro Andrade; Wilson Mathias Júnior; Antônio Carlos Pereira Barretto

São Paulo, SP - Brazil

Incor do Hospital das Clínicas da FMUSP

OMNI-CCNI Medicina Diagnóstica

Correspondence

ABSTRACT

OBJECTIVE: To quantify the percentage of contractility of different myocardial segments in patients with Chagas' disease by measuring myocardial strain and to assess the differences in the radial and longitudinal ventricular contractile function in the undetermined and dilated forms of chronic chagasic cardiomyopathy as compared with those in a group of healthy individuals.

METHODS: The study comprised 39 individuals [20 (51.3%) of the male sex] divided into the following 4 groups: 1) Nl: 17 (43.6%) healthy individuals; 2) Und: 7 (17.9%) patients with the undetermined form of Chagas' disease; 3) C1: 7 (17.9%) patients with the chronic form of Chagas' disease with ejection fraction < 50%; and 4) C2: 8 (20.5%) patients with the chronic form of Chagas' disease with ejection fraction > 50%. After performing baseline echocardiography, Doppler tissue images were recorded to measure myocardial strain in different segments on longitudinal and transversal parasternal, and apical 2- and 4-chamber views.

CONCLUSION: The percentage of contractility in the different myocardial segments, both the radial and longitudinal components, is greater in healthy individuals than in patients with the chronic form of Chagas' disease, and in those with the undetermined form of the disease as compared with that of chronic chagasic patients with EF < 50%. Left ventricular radial contractility is greater than left ventricular longitudinal contractility in all groups (Nl, Und, and Chronic). The data presented allow us to propose a progressive character of myocardial impairment in patients with Chagas' disease.

Key words: Chagas' disease, echocardiography, tissue Doppler, myocardial strain

Chagas' disease became known worldwide with the pioneering study of Carlos Chagas, who, in 1909, described, not only the clinical manifestations, but also the etiologic agent, the transmitting agent, and the reservoirs of that disease 1. It is considered a great public health problem, mainly in developing countries. According to the World Health Organization, 20 million infected individuals live on the American continents, of whom, more than 6 million are in Brazil 2.

The disease may be clinically divided into 2 phases: acute and chronic. After regression of the acute phase, individuals experience a variable period characterized by positive serology and the absence of clinical, electrocardiographic, and radiological manifestations, which is called the undetermined form 3.

The chronic phase occurs in 25 to 30% of infected individuals, affecting mainly male adult individuals in the third or fourth decade of life. Clinically, it may be classified as dilated, arrhythmogenic, thromboembolic, mixed, and silent, and approximately 10% of the patients evolve to severe forms of the disease 3.

Echocardiography represents, currently, one of the most important complementary methods for assessing chronic Chagas' heart disease, because it allows functional and anatomic evaluation, as well as the evolutionary follow-up of the disease. The echocardiographic findings vary from normal examinations to severe systolic and diastolic functional impairment. Approximately 75% of the patients have segmentary contractile alterations, which predominate in the left ventricular postero-inferior wall and apical region.

Recently, the incorporation of the tissue Doppler technique to conventional echocardiography allowed the more detailed evaluation of the systolic and diastolic myocardial functions in an overall and regional form 4-11.

The major limitations of Doppler tissue imaging are its dependency on the angle of incidence of the ultrasound beam in regard to the mobility of the segment to be studied and the fact that it does not differentiate between the presence of an active contraction of a healthy segment and the passive contraction of an akinetic segment, whose mobility depends on the healthy adjacent myocardium.

The search for a method that could overcome those limitations led to the development of a new technology derived from Doppler tissue imaging: the measurement of the intramyocardial gradient of velocity or strain rate 12-15.

In general terms, strain represents the deformation of a tissue undergoing the application of a certain force. The concept of strain was described in 1973 by Mirsky and Parmley 16, and it expresses the local dynamics of myocardial performance. Differently from Doppler tissue imaging, strain rate provides information about the local instantaneous measurement of the myocardial compression or expansion rate, independently of the cardiac translation movement 17.

A tendency exists towards considering myocardial thickening, or its radial contractile function, the major component of ventricular systolic function. However, the excursion of the ventricular base towards the apex is known to be approximately 1.5 to 2 cm during systole, while the wall thickening does not exceed 0.5 cm18-20. Nevertheless, the visual analysis is still inadequate to detect those subtleties, and more accurate data about radial and longitudinal ventricular contractile function are still required.

Muscle may be considered an uncompressible tissue, which means that its longitudinal deformation is inversely proportional to the alterations observed in its thickness, ie, the more the muscle stretches, the thinner it gets; and the more it contracts, the thicker it gets. Thus, by quantifying the stretching/shortening of the myocardial fiber, its degree of relaxation/contractility can be inferred 21.

The strain rate is the measurement of the myocardial deformation velocity, defined by the formula (V2-V1)/d, where V1 and V2 are the velocities of myocardial shortening (cm/s) in 2 points separated by a d distance (cm) 16 (fig. 1). That d distance may be adjusted by the operator and should usually be approximately 9 mm. Smaller distances increase the degree of noise, while greater distances decrease the resolution of the method.

That measurement provides the intramyocardial gradient of velocities per unit of time and represents the degree of deformity of the fiber. Because the intramyocardial gradient of velocity represents the difference of velocities (cm/s) between 2 points divided by the distance (cm) between those same 2 points, its unit is s-1 [(cm/s)/cm].

Doppler tissue imaging, used in the parasternal views, assesses the radial component of myocardial contractility; when used in the apical views, it assesses the longitudinal contractility of the muscle. Based on those observations, a new technique assessing the gradient of velocity between 2 points close to the myocardium was developed. In other words, it quantifies the stretching/shortening of the fiber, and, indirectly, its thickening, which appears to be a much more effective method for assessing myocardial contractility.

Another form of assessing the deformity of the myocardial segments is through the integral of the strain rate. That measurement, simply called myocardial strain, provides information about the deformation of the fiber in terms of percentage.

This study aimed at measuring the percentage of contractility of the several myocardial segments in patients with Chagas' disease by measuring the myocardial strain obtained on tissue Doppler echocardiography, and also at defining whether differences exist in the radial and longitudinal myocardial contractile function in the undetermined and chronic forms of the disease when compared with those of a group of healthy individuals.

Methods

This prospective study comprised healthy adult individuals and patients with Chagas' disease of both sexes, with a satisfactory echocardiographic window, who agreed to sign a written informed consent. Thirty-nine individuals were studied, 20 (51.3%) being of the male sex. They were divided as follows: 1) group Nl, comprising 17 (43.6%) asymptomatic individuals with normal electrocardiograms and echocardiograms, constituting the healthy control group; 2) group Und, comprising 7 (17.9%) asymptomatic individuals with positive serology for Chagas' disease, with normal electrocardiograms, chest X-rays, contrast studies of the esophagus, and contrast enemas, characterizing the undetermined form of Chagas' disease; 3) group C1, comprising 7 (17.9%) patients with Chagas' disease in its chronic form, who, in addition to electrocardiographic or radiographic alterations, or both, also had left ventricular ejection fraction < 50% on echocardiograms; and 4) group C2, comprising 8 (20.5%) patients with the chronic form of Chagas' disease, who had, in addition to electrocardiographic or radiographic alterations, or both, left ventricular ejection fractions > 50%. For comparing the radial and longitudinal contractility, the groups of chronic chagasic patients were considered as a single group (C1+C2). The groups did not differ in regard to age (47.2 ± 9.4 years) or body mass index (25.4 ± 3.5).

The following individuals were excluded from the study: patients with significant valvular or pulmonary diseases, coronary heart disease, individuals with a recent history of drug use or alcoholism, and pregnant women.

After performing the clinical examination and characterizing each group, the patients underwent the echocardiographic study in a device with second harmonic and Doppler color-flow tissue imaging (System V and Vivid Five, GE-Vingmed Ultrasound, Horten, Norway).

The images were obtained with the patient in the left lateral decubitus position. The echocardiogram was recorded in the digital format with the file of static and dynamic images of several echocardiographic sections. The following measurements were taken: dimensions of the aorta (Ao); left atrium (LA); left ventricular diastolic and systolic diameters (LVDD and LVSD); diastolic thickness of the ventricular septum and of the left ventricular posterior wall (DTVS and DTLVPW); and left ventricular ejection fraction (EF) according to the Pombo method 22. After performing a complete baseline echocardiography, Doppler tissue images were recorded for measuring the velocities and myocardial strain. A complete cardiac cycle was recorded and digitally stored in the following 4 different echocardiographic views: longitudinal and transversal parasternal, and apical 2- and 4-chamber. In the first 2, the radial component of myocardial contractility (fig. 2) was assessed in the basal and middle segments of the septal and posterior walls (in the longitudinal parasternal view) and in the middle segments of the septal and posterior wall (in the transversal parasternal view). In the apical views, the longitudinal component of myocardial contractility was assessed in the basal, middle, and apical segments of the septal, lateral, anterior, and inferior walls (fig. 3).

The moving digital images were transferred to a Macintosh computer (Apple Computer Inc., Cupertino, California, USA) coupled to the echocardiograph. The measurements of myocardial strain were obtained later by using a specific computer program (EchoPAC GE-Vingmed Ultrasound, Horten, Norway). The distance between the points where the myocardial velocities were collected for calculating strain was fixed as 9.2 mm.

The data were typed in Microsoft Excel 2000 worksheets, and the statistical calculations and analyses were performed with the SigmaStat program for Windows, version 2.0 (Jandel Corporation, 1992-1995). For comparing the values obtained in the different segments assessed in the 4 groups studied, the Kruskal-Wallis test (analog of analysis of variance) was used. When P values < 0.05 were obtained, the Dunn test was used for multiple comparisons between the 4 groups, 2-by-2. For comparing, in each group, the mean values of radial contractility and longitudinal contractility, the Mann-Whitney test was used. For all tests used, the alpha error value was fixed as 0.05 or 5%. The values presented represent the median followed by the 25th and 75th percentiles (between parentheses).

The studies were carried out at InCor of the Medical School of the USP and at the laboratory of the OMNI-CCNI Medicina Diagnóstica de São Paulo. The study was approved by the committees on ethics of the 2 institutions.

Results

In regard to the usual echocardiographic measurements, the 4 groups had no statistical differences in the aortic and left atrial diameters, and in the diastolic thickness of the ventricular septum and left ventricular posterior wall. In the groups with the dilated form of chronic chagasic heart disease (C1 and C2), the left ventricular (diastolic and systolic) diameters were greater and the ejection fraction was lower compared with those in the group of healthy individuals and the group of patients with the undetermined form of Chagas' disease (Nl and Und) (tab. I).

In regard to the myocardial strain measurements, when each segment was individually assessed between the groups, contractility was observed to be significantly smaller in all segments of the septal, posterior, and inferior walls, and in the middle segment of the anterior wall in the C1group as compared with those in the Nl group. The C1 group had a decreased strain in the basal, middle, and apical segments of the septal wall, in the basal and middle segments of the posterior wall, in the middle and apical segments of the inferior wall, and in the middle segment of the anterior wall as compared with those in healthy individuals. Finally, the Und group had a reduced myocardial strain only in the middle segment of the posterior wall. The other segments of the Und, C1, and C2 groups showed no statistical difference in strain measurements despite the mild tendency of the median towards being increased in the basal, middle, and apical segments of the septal and lateral walls, and in the basal segments of the inferior and anterior walls in the Und group as compared with those in the healthy individuals group.

When the radial and longitudinal ventricular contractile function was assessed, both the radial and longitudinal contractilities were observed to be greater in the Nl group than in the C1 and C2 groups, and in the Und group as compared with the C1 group (tab. IIa). Individually inside each group, radial contractility was greater than longitudinal contractility in healthy individuals and chronic chagasic patients (C1+C2), with a tendency towards being greater also in the undetermined form (P=0.053) (tab. IIb).

The median of the radial strain values (measurements performed in the longitudinal and transversal parasternal views) was 33.7% (30.4%; 38.2%) in healthy individuals; 32.3% (28.7%; 33.6%) in the Und group; 21.7% (19.1%; 23.6%) in the C1 group; and 24.7% (15.2%; 27.8%) in the C2 group (tab. III).

In the assessment of the longitudinal contractile function (measurements performed in the apical 2- and 4-chamber views), the mean percentages of contractility of the segments were as follows: 25.9% (24.5%; 30.7%) in the Nl group; 28% (24.7%; 29.7%) in the Und group; 16.8% (13.2%; 19.2%) in the C1 group; and 19.1% (15.8%; 22.3%) in the C2 group (tab. IV).

Discussion

The left ventricular contractile function in patients with heart disease is routinely assessed by using echocardiography. However, the visual assessment of segmentary contractility is a relative limitation of the method. Although objective indices of ventricular function quantification, such as ejection fraction, end-diastolic volume, systolic volume, and shortening fraction, are routinely used, those parameters are still greatly influenced by the variations in pre- and afterload.

The color kinesis technique may also be used to quantify the contractile function on echocardiography; however, as it depends on the appropriate identification of the excursion of myocardial segments, its performance in individuals with a little satisfactory echocardiographic window may be difficult 23,24.

Recently, Yamada et al 25 showed that the peak systolic velocity measured with Doppler tissue imaging correlated with dP/dtmax in individuals undergoing cardiac catheterization.

Myocardial strain has also been proposed as an index of contractility of the muscle fiber 16.

The Doppler effect was described in 1842 by the Austrian physicist Christian Johann Doppler; its use in medicine, mainly in echocardiography, began approximately 100 years later 26.

When the ultrasound beam reaches a moving structure, such as blood cells, the reflected wave suffers an alteration in its frequency, returning to the transducer with a frequency different from that emitted. Thus, when that beam reaches the blood cells that are moving towards the transducer, the frequency of the reflected wave increases, and, therefore, it will be greater than that of the wave originally emitted. On the contrary, if the blood cells are moving away from the transducer, the frequency of the reflected wave will be smaller than that of the wave emitted. Therefore, a variation in frequency occurs, and it may be measured by the equipment, being proportional to blood velocity.

Similarly to the use of Doppler for measuring blood flow velocity inside the heart and vessels, the method allows the identification and measurement of the velocity of the movement of other tissues, such as myocardium. Such a technique is called Doppler tissue imaging (DTI).

Several studies have reported the normal patterns of the systolic and diastolic velocities for each myocardial segment 27-29. The use of DTI allows the assessment of the overall and regional systolic and diastolic functions 24. However, it has the limitation of depending on the angle of incidence of the ultrasound beam and of not allowing the assessment of the movement of a segment separated from that of its adjacent segment.

The strain technique can solve that problem partially. Although it is even more dependent on the angle of incidence of the beam, the fact of assessing the difference of velocities between 2 close myocardial segments reduces the influence of the cardiac rotation and translation movements and of the movement of adjacent segments (tethering) 30,31.

The measurement of the intramyocardial gradient of velocity, a technique used to calculate the myocardial strain on Doppler echocardiography, has already been approached by several authors 32,33.

In our study, we used that technique to quantify the segmentary contractility in healthy individuals and patients with Chagas' disease, in addition to comparing the radial and longitudinal components of the ventricular contractile function.

The baseline echocardiographic measurements, as expected, showed increased left ventricular diameters in the C1 and C2 groups (dilated form of chronic chagasic cardiomyopathy), and a decreased ejection fraction in the same groups when compared with those in the Nl and Und groups.

On quantifying segmentary contractility by use of the strain technique, some very interesting data were observed. In the group of the dilated form of chronic chagasic cardiomyopathy with ejection fraction < 50% (C1), a decreased percentage of contractility was observed in all segments of the septal, posterior, and inferior walls, in addition to the middle segment of the anterior wall, confirming the segmentary nature of chagasic cardiomyopathy and its predilection for the left ventricular apical and postero-inferior regions. In the C2 group, in which the systolic impairment was milder (ejection fraction > 50%), decreased myocardial strain was observed in a smaller number of segments (middle of the septal wall, basal and middle of the posterior wall, middle and apical of the inferior wall, and middle of the anterior wall).

In the undetermined form, however, an interesting behavior was observed. Although its definition comprised patients with positive serology without alterations on the electrocardiogram or chest X-ray, and, in our study, the ejection fraction in that group was not different from that in the healthy group, the undetermined form behaved in an intermediate manner between normal and the dilated form of chronic chagasic cardiomyopathy. The middle segment of the posterior wall had a decreased contractility as that in the C1 and C2 groups, while some segments showed a tendency towards a greater contractility than those in the group of healthy individuals (mainly the lateral wall and the middle and basal segments of the septal wall). A possible explanation for that finding could be the vicarious nature of healthy segments after myocardial aggression in that disease. Unfortunately, the number of patients in that group was small, and this may have been the cause of the lack of a significant statistical difference.

In the assessment of the radial and longitudinal contractile function, although the left ventricular longitudinal shortening was up to 2 cm and its thickening did not exceed 0.5 cm, both the radial and longitudinal strains were greater in the Nl group as compared with those in the C1 and C2 groups, and in the Und group as compared with those in the C1 group. This, once again, showed the intermediate characteristic of the undetermined form. When each group was individually analyzed, the radial strain was greater than the longitudinal strain in healthy individuals, in patients with the undetermined form, and in the chronic chagasic patients (C1 + C2 groups).

Our study shows the importance of that new technique for quantifying the myocardial contractile function, which can safely identify subtleties not evidenced on visual analysis.

Recently, a study of Doppler tissue imaging 34 revealed something similar. That study assessed 339 patients, 92 of whom had systolic heart failure, 73 had diastolic heart failure, 68 had isolated diastolic dysfunction on echocardiography, and 106 healthy individuals for control. The authors reported that the systolic and diastolic velocities of the myocardial segments measured with Doppler tissue imaging were significantly decreased in the 3 groups when compared with those in the control group. Moreover, a 4.4-cm/s velocity predicted systolic dysfunction in 92% of the patients with systolic heart failure, in 52% of those with diastolic heart failure, and in 14% of those with diastolic dysfunction. In other words, tissue Doppler enabled the detection of alterations in the systolic function of patients previously labeled as having diastolic heart failure (therefore with normal ejection fraction), and even in those with isolated diastolic dysfunction on echocardiography. The new question would be: does pure diastolic heart failure really exist? Or, are the diagnostic methods used so far not sufficiently sensitive to detect more delicate alterations in myocardial function? Returning to our study, quantification of the radial and longitudinal contractile function by use of the strain technique enabled the detection of subclinical alterations in myocardial contractility, which were not perceptible on visual analysis (fig. 4). This may have a great prognostic significance.

References

Carlos Eduardo Suaide Silva

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E-mail:

csuaide@cardiol.br

Sent for publication: 07/12/2004

Accepted for publication: 10/29/2004

English version by Stela Maris Costalonga