OBJETIVO: Avaliar os efeitos da redução da pré-carga induzida por uma sessão de hemodiálise sobre o índice de desempenho miocárdico (Tei) e outros parâmetros ecocardiográficos de função cardíaca. MÉTODOS: Estimamos o índice de Tei e parâmetros de função sistólica e diastólica do ventrículo esquerdo (VE), antes e depois de uma sessão de hemodiálise. Incluímos no estudo indivíduos em ritmo sinusal e sem antecedentes de insuficiência coronariana ou evidências de valvopatia e derrame pericárdico. RESULTADOS: 15 pacientes (8 homens, idade 53 ± 14 anos) completaram o estudo. Após ultrafiltração de 2,2 ± 1,1 litros, a onda E diminuiu (p < 0,05) e a onda A permaneceu inalterada (p = ns), resultando em decréscimo de E/A (p < 0,01). O índice de Tei aumentou (0,57 ± 0,07 para 0,65 ± 0,09, p < 0,01) através do prolongamento do TRIV (101 ± 14 para 113 ± 17 ms, p < 0,01) e encurtamento do TEJ (271 ± 22 para 252 ± 22 ms, p < 0,05). O TCIV não variou (p = ns). Os parâmetros diastólicos ao Doppler tecidual não mudaram (p = ns), enquanto a velocidade sistólica (S) aumentou (p < 0,05). CONCLUSÃO: O índice de Tei foi afetado pela alteração da pré-carga induzida pela hemodiálise, assim como outros parâmetros derivados do Doppler transvalvar mitral. Os parâmetros diastólicos do Doppler tecidual do anel mitral foram independentes da pré-carga, enquanto a velocidade sistólica sugeriu melhora na função sistólica do VE após o procedimento.
ARTIGOS ORIGINAIS
ECOCARDIOGRAFIA
Influência da redução da pré-carga sobre o índice de desempenho miocárdico (índice de Tei) e outros parâmetros Doppler ecocardiográficos da função ventricular esquerda
Centro de Ciências Biológicas e da Saúde e Pontifícia Universidade Católica do Paraná - Curitiba, PR
Portadores de insuficiência renal crônica (IRC) em hemodiálise (HD) de manutenção sofrem uma série de mudanças metabólicas e hemodinâmicas que predispõe a alterações na anatomia e função do miocárdio1. Assim, a hipertrofia do ventrículo esquerdo (VE), alteração geométrica que é preditora independente de mortalidade2,3, acompanha-se habitualmente de disfunção diastólica. A disfunção sistólica do VE parece ser menos freqüente4,5, embora acrescente também valor prognóstico6.
Tei e cols. descreveram um índice Doppler ecocar-diográfico de desempenho miocárdico que engloba intervalos de tempo relacionados à função sistólica e diastólica, refletindo a função cardíaca global7. O índice de Tei é definido pela soma do tempo de contração isovolumétrico (TCIV) com o tempo de relaxamento isovolumétrico (TRIV), divididos pelo tempo de ejeção (TEJ). Numerosos estudos demonstraram seu valor clínico como sensível indicador da gravidade da disfunção miocárdica8-10 e preditor prognóstico em diversas afecções cardíacas11-14. Teoricamente, esse índice tem uma série de vantagens que podem ser bem aproveitadas na avaliação da função cardíaca de pacientes com IRC em HD. É de simples aquisição, reprodutível, independentemente da geometria da cavidade ventricular15, e não influenciado pela freqüência cardíaca e pressão arterial8. Entretanto, estudos experimentais em humanos16,17 e animais18,19 têm demonstrado a suscetibilidade do índice às manipulações de carga. Durante a sessão de HD, ocorre uma diminuição abrupta do volume plasmático secundária à ultrafiltração, constituindo um modelo clínico interessante de redução da pré-carga.
Vários estudos analisaram a influência da redução da pré-carga pela HD nos índices Doppler ecocardiográficos isolados de função sistólica ou diastólica, avaliados por diversos parâmetros, como a fração de ejeção20 e outros índices de contratilidade21, as velocidades e intervalos do fluxo transvalvar mitral ao Doppler pulsátil22-25, as velocidades do anel mitral ao Doppler tecidual26-28 e o volume de átrio esquerdo29. Entretanto, poucos dados existem a respeito da influência da pré-carga sobre o índice de Tei em situação clínica de rápida variação da volemia. O objetivo deste estudo é avaliar o efeito que a redução aguda da pré-carga mediada por uma sessão de HD causa no índice de Tei, bem como em outros índices de função sistólica e diastólica proporcionados pela Doppler ecocardiografia, testando se esses parâmetros são dependentes do volume intravascular.
Estudamos dezenove portadores de IRC encaminhados para ecocardiograma transtorácico (avaliação pré-transplante renal) que se encontravam em programa de HD de manutenção (sessões de quatro horas, três vezes por semana) durante pelo menos um mês no serviço de Nefrologia de nossa instituição. Foram incluídos no estudo pacientes clinicamente estáveis que estavam em ritmo sinusal, sem antecedentes de insuficiência coronariana (pesquisada através de revisão de prontuário médico e anamnese detalhada), sem evidências de doença valvar cardíaca significativa (qualquer grau de estenose mitral ou aórtica; grau maior que discreto de insuficiência mitral ou aórtica), e sem derrame pericárdico. O projeto foi aprovado pela comissão de ética de nossa instituição e consentimento escrito foi obtido dos pacientes.
A estimativa do "peso seco" (volume a ser retirado por ultrafiltração) foi baseada em sinais clínicos de hidratação e comportamento da pressão arterial durante a sessão, aliados à bioimpedância elétrica30. Foram usadas máquinas de diálise Altra Touch (Althin, Miami, Florida, Fl, USA) com dialisador de acetato celulose regulado com fluxo de sangue de 200 ml/minuto e fluxo do dialisato de 300 a 400 ml/minuto.
Verificamos pressão arterial sistólica e diastólica, freqüência cardíaca, altura e peso, antes e depois da HD. O ultrafiltrado foi estimado pela diferença de peso antes e depois do procedimento, assumindo 1 kg = 1 litro, como em outros estudos prévios com HD24-26. A superfície corpórea foi calculada de acordo com a equação simplificada de Mosteller (0,20247 x peso0,425 x altura0,725)31.O índice de massa corpórea foi calculado pela divisão do peso (kg) pelo quadrado da altura (m).
O ecocardiograma foi realizado imediatamente antes e aproximadamente trinta minutos após a sessão de HD. Os exames foram feitos sem conhecimento dos dados clínicos do paciente, por um único examinador, cardiologista-ecocardiografista com nível 3 de treinamento, de acordo com as diretrizes estabelecidas pela força-tarefa da "American College of Cardiology/American Heart Association"32.Todos os exames foram obtidos com os pacientes posicionados em decúbito lateral esquerdo, utilizando-se ecocardiógrafo HDI 3000 (ATL-Philips Ultrasound Systems, Bothell, Washington, EUA) equipado com transdutor de 2,5 MHz, procedendo-se aos cortes ecocardiográficos usuais para se obter um completo estudo aos modos M, bidimensional e Doppler (pulsátil, contínuo, colorido e tecidual) antes e depois da sessão. Os seguintes parâmetros foram obtidos a partir das aferições ao modo M: dimensão ântero-posterior do átrio esquerdo, espessura do septo interventricular e da parede posterior na diástole, dimensão diastólica final e sistólica final do VE. O átrio esquerdo foi considerado aumentado quando > 40 mm, e o VE foi considerado dilatado quando o diâmetro diastólico final era > 55 mm. A massa do VE foi obtida por meio da equação de Devereux, utilizando-se a convenção de Penn33 e indexada para a superfície corpórea. O diagnóstico de hipertrofia do VE foi feito quando o índice de massa do VE era maior do que 134 e 110 g/m2 de superfície corpórea para homens e mulheres, respectivamente34. Calculamos o encurtamento porcentual do VE a partir dos diâmetros derivados do modo M, bem como a fração de ejeção pelo método do cubo35. Consideramos disfunção sistólica do VE quando a fração de ejeção era < 65%. Registramos as velocidades do fluxo transvalvar mitral no corte apical de quatro câmaras com a amostra do Doppler pulsátil posicionada entre as extremidades das cúspides da valva mitral36, solicitando-se ao paciente apnéia nesse momento. Medimos as velocidades de enchimento rápido precoce (E) e de contração atrial (A), a relação E/A e o TRIV. O índice de Tei foi calculado pela equação a-b/b, onde a = intervalo intermitral (tempo entre o final de um fluxo mitral e o início do subseqüente); e b = TEJ (medida do intervalo de tempo do fluxo de ejeção aórtico, obtido em via de saída de VE)8. O TCIV foi calculado a partir da subtração: a – (TRIV + TEJ).
As velocidades do anel mitral ao Doppler tecidual foram medidas no corte apical de quatro câmaras com uma amostra de volume de 2 a 4 mm posicionada na junção com a parede lateral37 do VE. Regulamos filtro e ganho o mais baixo possível para otimizar o registro dos sinais miocárdicos de baixa velocidade e alta amplitude36. Obtivemos a velocidade diastólica precoce (E') e tardia (A') do anel, além das relações E'/A' e E/E'. Registramos também a velocidade sistólica do anel (S) para avaliação da função contrátil longitudinal. A média de três ciclos cardíacos foi calculada para todas as medidas Doppler ecocardiográficas.
A função diastólica do VE foi categorizada a partir da interpretação conjunta dos índices derivados do Doppler transvalvar mitral e Doppler tecidual em quatro padrões: normal (grau 0), alteração do relaxamento (grau 1), pseudonormal (grau 2) e restritivo (grau 3)38. Com a relação E/A < 1, foi classificado como grau 1. Com a relação E/A > 2, foi considerado grau 3. Na distinção entre o padrão normal verdadeiro e o pseudonormalizado, utilizamos a presença simultânea da relação E'/A'< 1 e relação E/E' > 10 para definir elevação das pressões de enchimento do VE37,39. A onda S foi considerada anormal quando abaixo de 9 cm/s39.
As variáveis contínuas foram testadas para o tipo de distribuição e tiveram seus resultados expressos como média e desvio-padrão (distribuição paramétrica) ou como mediana (distribuição não-paramétrica). As variáveis categóricas foram expressas em porcentagem. As comparações feitas antes e depois da HD foram realizadas pelo teste t-Student pareado. Utilizamos o programa estatístico JMP 5.0 (SAS Institute Inc, USA) para as análises, e o nível de significância estatística foi definido como p < 0,05. A variabilidade intra-observador foi calculada em sete pacientes da amostra (7,5 ± 2 dias após primeira medida) e apresentada em porcentual para os principais parâmetros (diferença absoluta entre duas medidas dividida pela média das duas observações).
Quinze pacientes completaram o estudo (dois foram excluídos por taquicardia sinusal, um por estenose aórtica, e um por refluxo mitral de grau moderado). Nenhum paciente tinha alteração da contratilidade segmentar do VE em repouso. A
Após obtermos uma perda de peso média de 2,2 ± 1,1 kg com a ultrafiltração, houve mudança expressiva na dimensão diastólica (de 5,1 ± 0,6 para 4,7 ± 0,6 cm, p < 0,001) e dimensão sistólica (de 3,4 ± 0,5 para 2,9 ± 0,4 cm, p < 0,001) do VE, apontando para uma redução da pré-carga. A freqüência cardíaca (de 83 ± 12 para 80 ± 13 batimentos/minuto, p = 0,4), a pressão arterial sistólica (de 163 ± 28 para 158 ± 24 mmHg, p = 0,3) e a pressão arterial diastólica (de 87 ± 14 para 87 ± 17 mmHg, p = 0,98) não variaram significativamente depois da diálise. Nenhum paciente apresentou hipotensão intradialítica necessitando interrupção do procedimento ou mudança na terapia.
A
Os parâmetros diastólicos derivados do Doppler tecidual não mudaram significativamente depois da HD: E' (de 8,5 ± 0,9 para 8,0 ± 2 cm/s, p = 0,3), A' (de 12,4 ± 2 para 11,9 ± 2 cm/s, p = 0,5), E'/A' (de 0,73 ± 0,2 para 0,70 ± 0,2, p = 0,7) e E/E' (de 11 ± 2,6 para 10 ± 4,9, p = 0,8). Entretanto, a onda S aumentou (de 10,5 ± 2 para 11,4 ± 2 cm/s, p<0,05). Observamos também um acréscimo do encurtamento porcentual e da fração de ejeção (de 34 ± 5 para 37 ± 3%, p < 0,05; e 71 ± 7% para 75 ± 4%, p < 0,01, respectivamente). A variabilidade intra-observador, expressa em porcentual, para as principais variáveis do estudo foi: TCIV + TRIV= 0,8 ± 1,1; TEJ = 2,2 ± 2,5; índice de Tei = 8±2; E = 1,4 ± 1; A = 0,1 ± 0,8; E' = 0,4 ± 0,9; A' = 0 ± 0,4.
Os pacientes em terapia hemodialítica constituem um grupo interessante para a avaliação dos efeitos da diminuição da pré-carga sobre os parâmetros de função cardíaca avaliados pelo Doppler ecocardiograma. O presente estudo investigou os efeitos desencadeados pela HD na determinação do índice de Tei, representativo da função miocárdica global, e nos índices isolados de função sistólica e diastólica, em um grupo de pacientes com IRC em espera para transplante renal. A remoção de fluido resultou em redução média de peso de 2,2 kg (ou 2,2 litros de água corporal), provocando decréscimo do volume intravascular e queda da pré-carga, como se infere pela diminuição das dimensões do VE25. A modificação no volume plasmático circulante provocou mudanças no índice de Tei, demonstrando sua suscetibilidade às condições de carga.
Os índices diastólicos derivados do fluxo transvalvar mitral, incluindo onda E, relação E/A e TRIV variaram significativamente, de forma semelhante a outros estudos que utilizaram a HD como modelo clínico de redução da pré-carga24-26,29. Sabe-se que as velocidades derivadas do Doppler pulsátil mitral são extremamente volume-dependentes40, e a rápida queda das pressões de enchimento provocada pela HD é capaz de expor a pseudonormalização do fluxo mitral27,41. Observamos critérios para pseudonormalização do fluxo mitral antes da HD em seis pacientes do nosso grupo, dos quais cinco evidenciaram relaxamento alterado ao Doppler convencional após a sessão. Ratificamos, assim, que a HD não induz piora real da função diastólica ventricular esquerda, mas sim alterações dependentes da suscetibilidade dos parâmetros do Doppler mitral às variações da pré-carga, "desmascarando" a disfunção diastólica previamente existente em alguns casos.
Cumpre ressaltar o papel do Doppler tecidual do anel mitral como método de avaliação da função diastólica relativamente independente da pré-carga37, também evidenciado por nós neste estudo. Com o montante médio retirado pela ultrafiltração em nosso grupo, não observamos mudança na velocidade de E' e A', similarmente a publicações prévias27,29. Outros autores, que utilizaram HD de alto fluxo e/ou maior perda volêmica28, ou que incluíram portadores de isquemia miocárdica26, obtiveram variações das velocidades anulares após a HD. Parece razoável afirmar que E' é pouco afetado pela HD comparado à E. O efeito da HD em E' pode ser ignorado se a quantidade de fluido removido não é excessiva.
Nos índices sistólicos derivados do Doppler pulsátil mitral observamos que o TCIV ficou inalterado e o TEJ apresentou encurtamento expressivo. Em razão da combinação das alterações nos intervalos do fluxo mitral (prolongamento do TRIV e encurtamento do TEJ), houve variação significativa do índice de Tei, que aumentou com a redução da pré-carga. Uma análise alternativa poderia propor uma piora do desempenho miocárdico após a sessão de HD por deterioração da função sistólica, como se pode sugerir pelo encurtamento da ejeção ventricular.
Algumas ponderações podem ser feitas contra essa hipótese. Em primeiro lugar, procuramos excluir fatores que pudessem levar a uma piora aguda do desempenho miocárdico, como a presença de valvopatias, pericardiopatia ou isquemia miocárdica. Embora a possibilidade de insuficiência coronariana não tenha sido pesquisada com a realização de outros testes não-invasivos ou invasivos, o grau de depleção do volume plasmático durante nosso experimento esteve provavelmente dentro de certos limites "fisiológicos", uma vez que não foi seguido de alterações significativas da freqüência cardíaca e pressão arterial. A ocorrência de hipotensão arterial poderia ter levado a taquicardia reflexa, subseqüente isquemia e piora dos parâmetros de função do VE.
Em segundo lugar, à suposição de que a diminuição do TEJ pudesse indicar piora da função sistólica opõe-se o aumento observado na fração de ejeção (função contrátil radial do miocárdio) e, principalmente, na velocidade da onda S do Doppler tecidual do anel mitral (função contrátil longitudinal). O provável mecanismo de encurtamento do TEJ está relacionado à diminuição do volume sangüíneo após a HD, o que reduz o volume diastólico final e o volume sistólico ejetado pelo VE21. Sabe-se que a HD pode induzir uma dissociação entre as alterações do enchimento ventricular e do estado contrátil20. Desse modo, embora tenha ocorrido abreviação do TEJ decorrente de um reduzido enchimento ventricular esquerdo, a função contrátil aparentemente aumentou, provavelmente pela retirada das toxinas urêmicas. Esse efeito não é obtido quando se faz ultrafiltração isolada, a qual antagoniza o mecanismo de Frank-Starling e não remove as toxinas depressoras da função miocárdica20. Portanto, apesar da melhora que observamos nos índices de função contrátil, houve um paradoxal prolongamento do índice de Tei.
Tais achados vêm corroborar a conhecida suscetibilidade dos intervalos sistólicos às variações da pré-carga, incluindo o TEJ21,42. Os efeitos da HD no desempenho sistólico do VE são variáveis e parecem depender em parte dos volumes ventriculares e função contrátil prévios à diálise. Alpert e cols. sugeriram que a função sistólica do VE melhora após sessão de HD somente naqueles pacientes com disfunção sistólica prévia, não se alterando significativamente em indivíduos com função normal43. Vale ressaltar que esse estudo utilizou a velocidade média de encurtamento circunferencial das fibras (derivada do modo M) como índice de função sistólica, e não a fração de ejeção. De outro modo, um estudo pequeno (dez pacientes) que empregou o mesmo método para avaliar uma população pediátrica em HD, sugeriu um aumento real da função contrátil miocárdica nesse grupo44.
Em outro estudo mais recente, realizado em 128 renais crônicos com função sistólica basal normal, não se verificou variação do encurtamento porcentual e da fração de ejeção com a HD28, porém o objetivo primário do artigo era pesquisar a função diastólica, e a presença de insuficiência coronariana não foi critério de exclusão. Nosso grupo mostrou melhora tanto na fração de ejeção quanto na velocidade anular sistólica ao Doppler tecidual. Em relação à fração de ejeção, tal melhora poderia ser aventada pela própria influência da pré-carga sobre o índice, já anteriormente demonstrada. Alternativamente, a inclusão de três pacientes com função sistólica reduzida em condição basal, subgrupo cujo aumento porcentual médio da fração de ejeção depois da diálise foi de 17%, poderia teoricamente ter criado um viés para o resultado geral do grupo. Obtivemos, todavia, também um aumento significativo e uniforme na onda S, o que está em concordância com publicação anterior que apontou melhora das velocidades sistólicas do miocárdio de renais crônicos após HD45.
Parece razoável inferir que o aumento da onda S deva representar melhora real da contratilidade das fibras miocárdicas longitudinais, uma vez que o Doppler tecidual é um método relativamente independente da pré-carga, e o montante da variação volêmica induzida em nosso grupo não foi capaz de gerar mudança nas velocidades diastólicas do anel mitral. Com a possibilidade de se pesquisar não só a contratilidade miocárdica radial, mas também a função sistólica longitudinal mediante novas técnicas ecocardiográficas, como o Doppler tecidual e o "strain" miocárdico, um novo caminho se abre para a pesquisa e entendimento do comportamento do desempenho cardíaco em situações de variação da carga.
Estudo semelhante ao presente artigo, realizado por Koga e cols., objetivou também avaliar o impacto que as alterações da pré-carga induzidas pela HD acarretam na estimativa do índice de Tei46. Avaliando 32 pacientes com idade média de 72 ± 9 anos, tempo de HD de 40 ± 35 meses e fração de ejeção normal, encontraram significante redução da velocidade de E e relação E/A, associada a um aumento do índice de Tei (à custa do prolongamento de TRIV+TCIV e do encurtamento do TEJ). Interessante destacar que, ao avaliarem dois grupos conforme a magnitude da perda de peso, se ³1,5 kg ou <1,5 kg, encontraram mudança do índice de Tei somente no primeiro grupo. Não houve variação das dimensões e volumes do VE quando analisado o grupo geral (perda de peso 1,8 ± 0,7 kg), o que resultou em fração de ejeção inalterada após a sessão.
Nossa população foi composta em sua totalidade por portadores de hipertrofia miocárdica e disfunção diastólica, além de conter três pacientes com disfunção sistólica. Isso pode explicar as diferenças no valor basal do índice de Tei das populações avaliadas (0,57 ± 0,07 contra 0,42 ± 0,16 no estudo japonês). Em nosso grupo obtivemos uma perda de peso maior (2,2 ± 1,1 kg), permitindo redução mais expressiva do volume circulante, o que teve como conseqüência um alívio da sobrecarga de volume e diferente resposta da fração de ejeção. Portanto, o índice de Tei também se mostrou suscetível à redução da pré-carga em uma amostra mista, com portadores de disfunção sistólica e diastólica, como já havia sido demonstrado na população com função sistólica normal do estudo japonês. Esta variação parece depender da quantidade de volume retirado, qualquer que seja a função sistólica basal.
As principais limitações de nosso estudo foram o pequeno número de pacientes e o fato de que o ecocardiografista não realizou as medidas
Nossos resultados mostraram que o índice de Tei é afetado pela diminuição do volume circulante induzida pela HD, resultando em um aumento do seu valor, o que poderia ser erroneamente interpretado como piora no desempenho miocárdico. Concluímos que, assim como outros parâmetros derivados do Doppler transvalvar mitral, esse índice pode ser afetado por alterações da pré-carga mediadas pela HD. Dentre os demais parâmetros avaliados, as velocidades diastólicas do anel mitral ao Doppler tecidual mostraram-se insensíveis à perda volêmica obtida neste estudo, e o comportamento das velocidades sistólicas sugeriu melhora da função contrátil do VE após o procedimento. Ao avaliar o valor absoluto do índice de Tei em um dado paciente sob HD de manutenção para se estimar o desempenho miocárdico global, deve-se interpretá-lo com parcimônia, correlacionando temporalmente com a sessão dialítica. Independentemente da sua suscetibilidade à pré-carga, seu valor prognóstico necessita ser testado nesse grupo de pacientes, tendo em vista a alta acurácia preditiva de mortalidade encontrada em outros cenários clínicos11-14.
Declaro não haver conflitos de interesses pertinentes.
Correspondência: Silvio Henrique Barberato Rua Saint Hilaire, 122/203 80240-140 – Curitiba, PR E-mail:
Recebido em 02/07/05
Aceito em 29/08/05
OBJECTIVE: To assess the influence of preload reduction by hemodialysis on Doppler Tei Index of myocardial performance and other parameters of cardiac function. METHODS: The Tei index and left ventricular (LV) systolic and diastolic function parameters were estimated, before and after a single hemodialysis session. Only subjects who were in sinus rhythm, without history of coronary artery disease, and no evidence of cardiac valve disease and pericardial effusion were included in the study. RESULTS: Fifteen patients (8 men, mean age 53 ± 14 years) completed the study. After an ultrafiltration of 2,2 ± 1,1 liters, peak mitral E velocity decreased (p< 0,05) and A velocity remained unchanged (p = ns), resulting in reduction of E/A ratio (p< 0,01). The Tei index increased (from 0,57 ± 0,07 to 0,65 ± 0,09, p< 0,01) because of significant prolongations in isovolumetric relaxation time (from 101 ± 14 to 113 ± 17 ms, p< 0,01) and ejection time (from 271 ± 22 to 252 ± 22, p< 0,05). The isovolumetric contraction time did not vary (p = ns). There was no change in diastolic tissue Doppler parameters, while systolic velocities increased (p< 0,05). CONCLUSION: The Tei index was affected by hemodialysis-induced preload alterations, as well as other mitral inflow Doppler-derived parameters. The diastolic parameters of mitral annulus Doppler tissue were independent of preload, while systolic velocities suggested improved systolic function.
Influence of preload reduction on Tei index and other Doppler echocardiographic parameters of left ventricular function
Centro de Ciências Biológicas e da Saúde e Pontifícia Universidade Católica do Paraná - Curitiba, PR - Brazil
Patients with chronic renal failure (CRF) on maintenance hemodialysis (HD) experience a series of metabolic and hemodynamic abnormalities that predispose to anatomic and functional change in myocardial performance1. Thus, left ventricular (LV) hypertrophy, a geometric change independently predictive of mortality2,3, is usually accompanied by diastolic dysfunction. Left ventricular systolic dysfunction seems to be less frequent4,5, although it also adds prognostic value6.
Tei et al described a Doppler echocardiographic myocardial performance index combining time intervals related to systolic and diastolic function that reflects global cardiac function7. The Tei index is defined as the sum of isovolumetric contraction time (IVCT) with isovolumetric relaxation time (IVRT) divided by left ventricular ejection time (ET). Numerous studies have demonstrated its clinical value as a sensitive indicator of the severity of myocardial dysfunction8-10 and also a prognostic predictor in several heart conditions11-14. Theoretically, this index presents a series of advantages that can be effectively used to evaluate cardiac function of CRF patients on hemodialysis. It is easily obtained and reproducible, regardless of ventricular cavity geometry15; in addition, it is not affected by heart rate and blood pressure8. However, human16,17 and animal18,19 studies have shown the sensitivity of the index to loading manipulations. During hemodialysis, there is a sudden decrease in plasma volume secondary to ultrafiltration, thereby constituting an interesting clinical model of preload reduction.
A number of studies have analyzed the influence of preload reduction by hemodialysis in isolated Doppler echocardiographic indices of systolic or diastolic function, evaluated by several parameters, such as ejection fraction20 and other contractility indices21, mitral inflow velocities and intervals by pulsed Doppler22-25, mitral annular velocities by tissue Doppler26-28, and left atrial volume29. Nevertheless, few data exist about preload influence on the Tei index in a clinical condition of rapid changes in blood volume. This study aims at evaluating the effect of acute preload reduction mediated by a single hemodialysis session on the Tei index, as well as on other systolic and diastolic function indices provided by Doppler echocardiography, investigating whether these parameters depend on intravascular volume.
Nineteen CRF patients referred for transthoracic echocardiography (pre-renal transplantation assessment) were studied. These patients had been on maintenance hemodialysis for at least one month at the Nephrology Service of our institution (four-hour sessions, three times a week). Inclusion criteria were clinically stable patients in sinus rhythm, with no history of coronary artery disease (evaluated by medical chart review and detailed medical history), nor evidence of significant valvular heart disease (any degree of mitral or aortic stenosis; more than mild mitral or aortic insufficiency) or pericardial effusion. The project was approved by the institution's Ethics Committee, and all patients gave a written informed consent to participate in the study.
Dry weight (volume to be removed by ultrafiltration) was estimated based on clinical signs of hydration and blood pressure behavior during the session, together with electrical bioimpedance30. Hemodialysis machines used were Altra Touch (Althin, Miami, Florida, FL, USA) equipped with cellulose-acetate dialyzers regulated to a blood flow rate of 200mL/min and a dialysate flow rate between 300 and 400 mL/min.
Systolic and diastolic blood pressure, heart rate, height, and body weight were measured before and after HD. Ultrafiltrate was estimated by the difference between pre- and post-hemodialysis body weight, considering 1 kg = 1 liter, as in previous HD studies24-26. Body surface area was calculated according to Mosteller's simplified formula (0.20247 x weight0,425 x height0,725)31. The body mass index was calculated by dividing weight in kilograms by height in meters squared.
Echocardiograms were performed immediately before and approximately 30 minutes after the HD session by a single level-3 cardiologist-echocardiographer blind to clinical data, in compliance with guidelines established by the American College of Cardiology/American Heart Association task-force32. All examinations were conducted using an HDL 3000 echocardiograph (ATL-Philips Ultrasound Systems, Bothell, Washington, EUA) equipped with a 2.5-MHz transducer, with patients in left lateral decubitus. The usual sections were used to allow a thorough M-mode, two-dimensional, and Doppler echocardiography study (pulsed, continuous, color, and tissue) before and after the session. The following parameters were derived from M-mode measurements: left atrial anteroposterior diameter, interventricular septal and posterior wall thickness during diastole, LV end-diastolic and end-systolic dimensions. Left atrium was considered enlarged when it was > 40 mm, and LV was considered dilated when end-diastolic diameter was > 55 mm. Left ventricular mass was calculated using Devereux's formula according to the Penn convention33 and indexed to body surface area. Left ventricular hypertrophy was diagnosed when the LV mass index was greater than 134 and 110 g/m2 of body surface for men and women, respectively. Left ventricular fractional shortening was calculated from M-mode-derived diameters, as well as ejection fraction by the cube method.35. Left ventricular systolic dysfunction was diagnosed when ejection fraction was < 65%. Mitral inflow velocities were measured in the apical four-chamber view with pulsed the Doppler sample placed between the leaflet tips of the mitral valve36; at this time patients were instructed to hold their breath. Rapid early filling (E) and atrial contraction (A) velocities, as well as the E/A ratio and IVRT, were determined. The Tei index was calculated using the formula a-b/b, where a = mitral closure-to-opening interval (time interval from cessation to onset of mitral inflow); and b = ET (aortic flow ejection time, obtained at the LV outflow tract)8. Isovolumetric contraction time (IVCT) was determined from the following subtraction: a – (IVRT + ET).
Mitral annular velocities measured by tissue Doppler were recorded in the apical four-chamber view, with a 2- to -4 mm sample volume placed at the junction of the LV lateral wall with the mitral annulus37. For optimal recording of low-velocity and high-amplitude myocardial signals, both gain and filter were set as low as possible36. Both early (E') and late (A') diastolic mitral annular velocities were obtained, in addition to E'/A' and E/E' ratios. Systolic mitral annular velocity (S) was also recorded for longitudinal contractile function. All Doppler echocardiographic measurements represented an average of three heart cycles.
Left ventricular diastolic function was categorized based on the interpretation of both mitral inflow Doppler and tissue Doppler indices in four patterns: normal (grade 0), abnormal relaxation (grade I), pseudonormal (grade 2), and restrictive (grade 3)38. With the E/A ratio < 1, it was classified as grade I; while with the E/A ratio > 2 it was considered grade 3. In the discrimination between true normal and pseudonormalized pattern, the concomitant presence of E'/A' ratio < 1 and E/E' ratio > 10 was used to define increased LV filling pressure37,39. An S-wave lower than 9 cm/s was considered abnormal39.
Continuous variables were tested for the type of distribution, and their results were expressed as mean and standard deviation (parametric distribution) or median (non-parametric distribution). Categorical variables were expressed as percentages. Paired Student's t test was used for comparisons before and after hemodialysis. Statistical analyses were performed using JMP 5.0 software (SAS Institute Inc, USA), and the significance level was set at 0.05. Intraobserver variability was calculated in seven patients (7.5 ± 2 days after the first measurement) and expressed in percentage for the primary parameters (absolute difference between two measurements divided by the mean value of both observations).
Fifteen patients completed the study (two were excluded due to sinus tachycardia, one because of aortic stenosis, and one because of moderate mitral regurgitation). No patient showed abnormal LV segmental contractility at rest.
After an average loss of 2.2 ± 1.1 kg through ultrafiltration, expressive change was found in LV diastolic dimension (5.1 ± 0.6 to 4.7 ± 0.6 cm, p < 0.001) and systolic dimension (3.4 ± 0.5 to 2.9 ± 0.4 cm, p < 0.001), pointing to a preload reduction. No significant changes were found in heart rate (83 ± 12 to 80 ± 13 beats/minute, p = 0.4), systolic blood pressure (163 ± 28 to 158 ± 24 mmHg, p = 0.3), and diastolic blood pressure (87 ± 14 to 87 ± 17 mmHg, p = 0.98) after dialysis. No patient experienced intradialytic hypotension requiring therapy discontinuation or change.
Tissue Doppler-derived diastolic parameters showed no significant change after hemodialysis: E' (8.5 ± 0.9 to 8.0 ± 2 cm/s, p = 0.3), A' (12.4 ± 2 to 11.9 ± 2 cm/s, p = 0.5), E'/A' (0.73 ± 0.2 to 0.70 ± 0.2, p = 0.7) e E/E' (11 ± 2.6 to 10 ± 4.9, p = 0.8). However, the S-wave increased (10.5 ± 2 to11.4 ± 2 cm/s, p<0.05), as well as shortening percentage and ejection fraction (34 ± 5 to 37 ± 3%, p < 0.05; and 71 ± 7% to 75 ± 4%, p < 0.01, respectively). Intraobserver variability (expressed in percentage) for the study's main variables was: IVCT + IVRT = 0.8 ± 1.1; ET = 2.2 ± 2.5; Tei index = 8 ± 2; E = 1.4 ± 1; A = 0.1 ± 0.8; E' = 0.4 ± 0.9; A' = 0 ± 0.4.
Hemodialysis patients constitute an interesting group for assessing reduced preload effects on cardiac function parameters by Doppler echocardiogram. This study investigated the effects triggered by HD on the Tei index, which reflects global myocardial function, and on systolic and diastolic function indices separately, in a group of CRF patients waiting for renal transplantation. Fluid removal resulted in a mean weight reduction of 2.2 Kg (or 2.2 liters of body water), causing a decline in intravascular volume and a drop in preload, as may be inferred by reduced LV dimensions25. The decrease in circulating plasma volume led to changes in the Tei index, demonstrating that it is affected by load conditions.
Diastolic indices derived from mitral inflow, including E-wave, E/A ratio, and IVRT varied significantly, similar to other studies using HD as clinical model of preload reduction24-26,29. It is known that pulsed Doppler-derived velocities are extremely volume-dependent40, and the rapid drop in filling pressure caused by HD may expose to a pseudonormalization of mitral flow27,41. Criteria for mitral flow pseudonormalization were followed in six patients before HD, five of whom showed abnormal relaxation on standard Doppler after hemodialysis. We thus confirm that HD does not affect left ventricular diastolic function adversely, but rather induces changes that depend on the sensitivity of mitral Doppler parameters to preload variations, sometimes "unmasking" a preexistent diastolic dysfunction.
As this study demonstrates, the role of mitral annular tissue Doppler as a method to assess the relatively independent diastolic function of preload should be underscored37, as it was also demonstrated in this study. No change in E' and A' velocity was found with the average amount removed by ultrafiltration in our group, a finding similar to that reported in previous publications27,29. Other authors who used high-flow HD and/or greater blood volume loss28, or who included myocardial ischemia patients26, observed variations in mitral annular velocities after HD. It seems reasonable to say that E' is little affected by HD, compared to E. The HD effect on E' may be ignored as long as no excess fluid is removed.
Pulsed-wave Doppler-derived systolic indices showed that IVCT remained unchanged and ET shortened significantly. Because of the combined changes in mitral flow intervals (prolonged IVRT and shortened ET), there was significant Tei index variation, which increased with preload reduction. An alternative analysis could propose a decrease in myocardial performance after the HD session due to systolic function deterioration, as may be suggested by the reduced ventricular ejection fraction.
Some arguments may be presented against this hypothesis. Firstly, we sought to exclude factors that could lead to an acute decrease in myocardial performance, such as valvular heart disease, pericardial disease, or myocardial ischemia. Although the presence of coronary heart disease was not checked by means of other non-invasive or invasive tests, the degree of plasma volume depletion during our experiment was probably within certain "physiological" ranges, since it was not followed by significant change in heart rate and blood pressure. The occurrence of arterial hypotension could have led to reflex tachycardia, subsequent ischemia, and a decrease in LV function parameters.
Secondly, the assumption that decreased ET may indicate a decline in systolic function is contradicted by the increase observed in ejection fraction (radial myocardial contractile function), and especially in S-wave velocity measured by mitral annular tissue Doppler (longitudinal contractile function). The ET shortening mechanism is likely to be related to the decrease in blood volume after HD, which reduces end-diastolic volume and LV stroke volume21. It is known that HD may induce a dissociation between changes in ventricular filling and in contractile state20. Thus, despite the ET abbreviation secondary to a decrease in left ventricular filling, contractile function apparently improved, probably due to uremic toxin removal. This effect is achieved by an isolated ultrafiltration that antagonizes the Frank-Starling mechanism and does not remove the toxins that depress myocardial function20. Therefore, while contractile function indices improved, there was a paradoxical prolongation of the Tei index.
These findings corroborate the known sensitivity of systolic intervals to preload variations, including ejection time21,42. The HD effects on LV systolic performance vary and seem to depend partly on ventricular volumes and contractile function prior to dialysis. Alpert et al suggested that LV systolic function only improves after HD session in patients with previous systolic dysfunction, and that is does not change significantly in individuals with normal function43. It is worth noting that this study used mean velocity of circumferential fiber shortening (M-mode-derived) as the index for systolic function, rather than ejection fraction. On the other hand, a small study (ten patients) using the same method to evaluate a pediatric HD population suggested a real improvement in myocardial contractile function in that group44.
In a more recent study performed on 128 chronic renal disease patients with normal baseline systolic function, no change was found in percent shortening and ejection fraction with HD28, but the primary purpose of the article was to study diastolic function, and presence of coronary artery disease was not an exclusion criterion. Our group showed improvement both in ejection fraction and systolic annular velocity measured by tissue Doppler. With regard to ejection fraction, this improvement could be suggested by the preload influence itself on the index, as demonstrated previously. Alternatively, the inclusion of three patients with reduced systolic dysfunction at baseline, a subgroup in which mean ejection fraction increase after dialysis was 17%, could theoretically have created a bias for the overall result of the group. However, there was also a significant and consistent increase in the S-wave, which is in keeping with a previous publication that pointed to improvement in myocardial systolic velocities of CRF patients after HD45.
It seems reasonable to infer that the S-wave increase should represent a real improvement in contractility of longitudinal myocardial fibers, since tissue Doppler is relatively preload-independent, and the amount of induced-volume variation in our group failed to produce changes in mitral annular diastolic velocities. The possibility of studying not only radial myocardial contractility but also longitudinal systolic function using novel echocardiographic techniques, such as tissue Doppler and myocardial strain, opens a new path to research aimed at understanding heart performance behavior under load variation.
A similar study performed by Koga et al also sought to evaluate the impact of HD-induced preload alterations on the Tei index46. Evaluating 32 patients with mean age of 72 ± 9, on HD for 40 ± 35 months and showing normal ejection fraction, these authors found a significant decrease in E velocity and E/A ratio, associated with an increase in the Tei index (due to IVRT + IVCT prolongation and ET shortening). It is interesting to note that, in evaluating two groups according to the amount of weight loss, whether
Our population consisted only of patients with myocardial hypertrophy and diastolic dysfunction, in addition to three patients with systolic dysfunction. This may explain baseline differences in the Tei index of the populations evaluated (0.57 ± 0.07
The main limitations of our study were the small number of patients, the echocardiographer failure to perform off-line measurements, and the fact that he was not blind to pre- or post-HD time. In regard to sample size, it is important to note that the small “n” was partly due to strict selection criteria and that this did not prevent a high statistical power to be achieved for Tei index variation (power = 0.99). Due to logistic issues, a blind study was not possible, but that limitation has been present in other dialysis studies as well26,27. Moreover, the fact that all the examinations were performed by a single echocardiographer contributed to reduce record variability.
Our results showed that the Tei index is affected by reduction in circulating blood volume induced by HD, raising its value, which could be misinterpreted as a decrease in myocardial performance. We concluded that, as with other parameters derived from mitral inflow Doppler, this index may be affected by preload changes mediated by HD. Among the other parameters evaluated, diastolic mitral annular velocities measured by tissue Doppler proved to be unaffected by the volume loss obtained in this study, and systolic velocities behavior suggested improved LV contractile function after the procedure. When evaluating the Tei index's absolute value in a patient on maintenance HD in order to estimate global myocardial performance, one should interpret it with care, correlating it temporally with the dialysis session. Regardless of its sensitivity to preload, its prognostic value needs to be tested in this group of patients, considering its high predictive accuracy of mortality in other clinical scenarios11-14 .
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.
Silvio Henrique Barberato Rua Saint Hilaire, 122/203 80240-140 – Curitiba, PR - Brazil E-mail:
Received on 07/02/05
Accepted on 08/29/05