FUNDAMENTO: A variabilidade da frequência cardíaca (VFC) é um método diagnóstico não invasivo usado na avaliação da modulação autonômica do coração. A análise da VFC por métodos de dinâmica não linear no período pré-operatório da cirurgia de revascularização do miocárdio poderia ser preditora de morbidade no pós-operatório, como por exemplo, infecções pulmonares. OBJETIVO: Avaliar o comportamento da VFC pela dinâmica não linear, no período pré-operatório da cirurgia de revascularização do miocárdio e sua relação com a ocorrência de infecções pulmonares no período pós-operatório hospitalar. MÉTODOS: Foram avaliados 69 pacientes (média de idade de 58,6 ± 10,4 anos) com doença arterial coronariana e indicação eletiva de cirurgia de revascularização do miocárdio. Para quantificar a dinâmica não linear da VFC, foram realizadas: análise das flutuações depuradas de tendências (DFA), seus componentes de curto (α1) e longo (α2) prazos, entropia aproximada (-ApEn), expoente de Lyapunov (LE), e expoente de Hurst (HE) de séries temporais dos intervalos RR do ECG, captados com equipamento Polar S810i, na véspera da operação. RESULTADOS: Nos níveis de corte estipulado pela curva ROC, houve diferença significativa entre os grupos com e sem infecções pulmonares no pós-operatório de revascularização do miocárdio para a DFA total, entropia aproximada e expoente Lyapunov com p = 0, 0309, p = 0,0307 e p = 0,0006, respectivamente. CONCLUSÃO: Os métodos de dinâmica não linear, nos seus respectivos níveis de corte, permitiram diferenciar os casos que evoluíram com infecção pulmonar no pós-operatório de cirurgia de revascularização do miocárdio, sugerindo que, nesse grupo de pacientes, estes métodos podem ter caráter prognóstico.
ARTIGO ORIGINAL
CIRURGIA CARDÍACA - ADULTOS
IFundação Faculdade Regional de Medicina de São José do Rio Preto - FUNFARME, São Paulo - Brasil
IIUniversidade Federal de São Carlos - UFSCar, São Paulo - Brasil
IIIFaculdade de Medicina de São José do Rio Preto - FAMERP, São Paulo - Brasil
O ritmo cardíaco em adultos normais não é estritamente regular, apresentando flutuações periódicas conhecidas como variabilidade da frequência cardíaca (VFC)1-3. Ele comporta-se como sistemas complexos determinísticos não lineares, com complexa variabilidade, que obedece à teoria do caos, sendo modulado pelo sistema nervoso autonômico4.
Vários trabalhos têm aplicado o conceito de dinâmica não linear na tentativa de caracterizar modificações e/ou perda de funções do organismo. Assim, a perda ou redução da VFC reflete indiretamente a redução do comportamento caótico, o qual poderia traduzir comprometimento da homeostasia5. Em adultos portadores de doenças cardíacas ou com idade superior a 70 anos, há uma nítida tendência à perda da VFC e, portanto, perda do padrão caótico4,6 em favor do comportamento linear. Dessa forma, alterações na função autonômica cardiovascular constituem causa e/ou condição coadjuvante de numerosas doenças1,3.
Estudos da VFC de pacientes submetidos à cirurgia de revascularização do miocárdio (CRM) mostraram que sua redução no período pós-operatório está associada a um maior risco de complicações como disritmias e óbito7,8. Já no trabalho de Godoy e cols.5, foi observado que a análise da VFC no domínio não linear, no período pré-operatório de pacientes com CRM eletiva, pode detectar subgrupos com alto risco para complicações pós-operatórias, o que a torna um novo instrumento prognóstico de complicações clínicas na avaliação dos pacientes que serão submetidos à operação de grande porte.
Alterações pulmonares decorrentes da cirurgia cardíaca são achados relatados na literatura e podem ser devidas a fatores como dor, alteração da mecânica ventilatória, consequente à esternotomia, e efeitos deletérios da anestesia geral9,10.
No entanto, na literatura, não encontramos estudos relatando se pacientes com perda do comportamento caótico, no período pré-operatório de CRM, tendem a apresentar maior risco de infecções pulmonares no pós-operatório.
Admitindo-se a hipótese de que pacientes com diminuição da VFC avaliados por métodos do domínio do caos, no período pré-operatório de CRM, tendem a apresentar maior morbidade e mortalidade, a análise do comportamento caótico de indivíduo com indicação para cirurgia cardíaca pode ser fator de crucial importância para se prever risco de infecção pulmonar no pós-operatório.
Assim, o objetivo do presente estudo foi avaliar o comportamento da variabilidade da frequência cardíaca, por meio de análise não linear, no período pré-operatório de CRM, e sua relação com a ocorrência de infecções pulmonares no período pós-operatório.
Foram incluídos no estudo 69 pacientes, com média de idade de 58,6 ± 10,4 anos, sendo 43 (61,4%) do sexo masculino. Como critérios de inclusão, todos os pacientes tinham diagnóstico de doença da artéria coronária, ritmo sinusal e indicação eletiva de CRM, com ou sem circulação extracorpórea (CEC). As operações foram realizadas pela mesma equipe, no Serviço de Cirurgia Cardíaca do Hospital de Base de São José do Rio Preto-SP.
Todos os pacientes receberam esclarecimentos sobre a pesquisa e autorizaram os procedimentos por escrito. O protocolo foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa da Faculdade de Medicina de São José do Rio Preto, parecer nº 048/2004.
Os intervalos RR do eletrocardiograma (ECG) foram captados e registrados durante 30 minutos, na véspera da operação, com os voluntários em vigília, na condição de repouso na posição supina, com as mãos ao longo do corpo e elevação da cabeceira entre 35 e 45 graus. Os registros foram realizados com auxílio do equipamento Polar® Advanced S810i®. Esse equipamento detecta as ondas RR do ECG com frequência de amostragem de 500 Hz, e resolução temporal de um milissegundo (ms), já estando devidamente validado11,12.
As séries de intervalos RR foram analisadas e os batimentos prematuros e interferências foram eliminados. Somente os registros com mais de 95,0% de ritmo sinusal qualificado foram incluídos na análise, compondo-se a série temporal com 1.000 intervalos RR.
Para quantificar a dinâmica não linear da VFC, foram realizadas as análises das flutuações depuradas de tendências (DFA total), dos seus componentes de curto (α1) e longo (α2) prazos, da entropia aproximada (-ApEn), do expoente Lyapunov (LE) e do expoente de Hurst (HE).
Essa análise quantifica a presença ou a ausência de propriedade de correlação fractal dos intervalos RR e tem sido validada para dados em séries temporais. Essa medida está parcialmente relacionada com mudanças na característica espectral do comportamento da frequência cardíaca13. Em cada segmento, os expoentes de escala de curto prazo (4-11 batimentos, α1) e de expoentes de escala de longo prazo (> 11 batimentos, α2) são avaliados pela análise da DFA14.
A entropia aproximada descreve a previsibilidade ou aleatoriedade dos sistemas físicos que mudam com o tempo: quanto mais alto o valor da entropia, mais complexo é o processo15,16, ressaltando-se, porém, o sinal negativo da variável, ou seja, na verdade equivalendo à chamada neguentropia.
O LE mede a sensibilidade do sistema às condições iniciais e a quantidade de instabilidade ou previsibilidade de um sistema. A presença de LE positivo indica caos, enquanto que, nos sistemas lineares, há tendência para valores próximos a zero17.
O HE avalia a perda da ordem natural dos intervalos entre os batimentos como resultado de ruptura da relação quantitativa natural, entre os espaços de toda série temporal. Valores do HE próximos a um quantitativamente indicam estado de desordem, ao passo que valores próximos a 0, indicam estado de ordem, harmonia ou estabilidade (caos)18.
Ainda foram registrados dados demográficos, tempo de ventilação mecânica, uso de circulação extracorpórea,
No período pós-operatório, a ocorrência de infecções pulmonares foi considerada em pacientes que apresentaram infiltrados pulmonares em RX de tórax e/ou presença de secreção amarela com análise de cultura positiva, por aspirado traqueal com ponto de corte (crescimento > 1.000.000 ufc)20 e/ou febre, e/ou leucocitose, sendo necessário o uso de antibióticos.
As análises da dinâmica não linear da VFC foram feitas com o auxílio do software CDA_PRO e DFA. Valores de corte para sensibilidade e especificidade foram estabelecidos com o auxílio da curva ROC (
Para análise estatística, o teste exato de Fisher foi utilizado a fim de comparar a ocorrência de eventos. As variáveis quantitativas sem distribuição gaussiana foram comparadas com auxílio do teste não paramétrico Mann-Whitney. Também foram registrados a sensibilidade, a especificidade, o valor preditivo positivo, o valor preditivo negativo e o
Na
Dos 69 pacientes avaliados, 18 apresentaram infecção pulmonar no período pós-operatório, sendo que estes tiveram maior tempo de ventilação mecânica (846,05 min), quando comparados aos que não apresentaram infecção pulmonar (594,26 min), p = 0,0173 (
Na
A análise conjunta dos resultados da avaliação entre o tempo de ventilação mecânica dos indivíduos submetidos à CRM, com e sem CEC, e que tiveram ou não infecções pulmonares no pós-operatório, encontra-se na
As diferenças não foram estatisticamente significantes.
Os resultados da avaliação do risco operatório pela variável
Dados da análise não linear da variabilidade da frequência cardíaca
Na
Nas
No presente estudo, os índices de dinâmica não linear, nos seus respectivos níveis de corte, permitiram diferenciar os casos que evoluíram com infecção pulmonar no pós-operatório de cirurgia de revascularização do miocárdio.
Ressalta-se que, dentro do nosso conhecimento, este é o primeiro estudo utilizando ferramentas de avaliação da dinâmica não linear, como objeto de informação prognóstica do risco individual de adquirir infecções pulmonares em pacientes submetidos à CRM.
Apesar de haver várias alternativas para o tratamento de doença arterial coronariana (DAC)
No presente estudo, para todos os indivíduos avaliados no período pré-operatório, foi utilizado como critério apenas o fato de serem pacientes com indicação eletiva de CRM, não tendo o nível de risco pós-operatório como critério.
A análise da dinâmica não linear da variabilidade da frequência cardíaca tem sido aplicada para estratificação de risco de mortalidade de pacientes coronariopatas com função ventricular esquerda deprimida, após infarto agudo do miocárdio23. Já em relação à VFC de pacientes submetidos à cirurgia de revascularização do miocárdio (CRM), estudos da VFC no período pós-operatório mostraram que sua redução nesse período está associada a um maior risco de complicações como disritmias e óbito7,8.
Por outro lado, no trabalho recente de Godoy e cols.5, foi observado que a análise da VFC, no domínio não linear no período pré-operatório de pacientes com CRM eletiva, pode detectar subgrupos com alto risco para complicações pós-operatórias.
No presente estudo, verificamos que as análises não lineares dos índices de VFC foram adequadas na caracterização da presença ou não de infecções pulmonares no pós-operatório de revascularização do miocárdio.
Com base nos níveis de corte estipulados pela curva ROC, tornou-se possível constatar diferenças significantes entre o grupo com infecções pulmonares e sem infecções pulmonares, no pós-operatório de revascularização do miocárdio, para as variáveis de análise de flutuações depurada de tendências (DFA total), entropia aproximada e expoente Lyapunov. Não houve diferença significante para as variáveis componente de curto prazo (α1), componente de longo prazo (α2) e expoente de Hurst.
A análise de DFA total quantifica as propriedades fractais da série temporal. Valores próximos a 1,0 indicam comportamento caótico. Valores tendendo a 1,5, correspondem a linearidade e tendendo a 0,5, a aleatoriedade24. O valor da DFA total apontou diferenças estatisticamente significantes entre os grupos, tendendo para 1,5 no grupo com infecções pulmonares, confirmando o esperado teoricamente para situações de perda de caos e progressão para linearidade.
Em relação a entropia aproximada (-ApEn), tem sido referido que quanto mais complexa (caótica) maior será o seu valor, e, quanto mais regular e previsível for a série, menor o valor da -ApEn15.
Os nossos achados são concordantes com esses autores, pois valores menores ou iguais a 0,4802 estiveram significantemente associados com infecções pulmonares no pós-operatório de revascularização do miocárdio. A entropia aproximada (-ApEn) diminui com a perda da homeostasia ou caos, ou seja, aproxima-se dos comportamentos lineares.
Quanto ao expoente de Lyapunov (LE), valores mais altos têm sido relacionados com comportamento caótico e a linearidade mostra tendências para o valor zero17. No nosso estudo, valores menores ou iguais a 0,832 no pré-operatório ocorreram com maior frequência nos pacientes com infecções pulmonares no pós-operatório de CRM.
Assim, isso confirma a importância da utilização de análise da dinâmica não linear na avaliação prognóstica de estados mórbidos, sendo capaz de avaliar o grau de perda de comportamento homeostático do paciente, considerando o todo, e não apenas a gravidade das doenças isoladamente.
Na cirurgia cardíaca, as alterações pulmonares merecem especial atenção, pois, com exceção de doença pulmonar preexistente, acredita-se que fatores, tais como dor, alteração da mecânica ventilatória, decorrente da esternotomia, e os efeitos deletérios da anestesia geral contribuam para alterações na função pulmonar9,10.
Os "Guidelines for the Management of Adults with Hospital-acquired, Ventilator-associated, and Healthcare-associated Pneumonia"25 relatam que, em pacientes ventilados mecanicamente, a ocorrência de pneumonia aumenta com o tempo de ventilação. O risco de infecção pulmonar associada à ventilação é mais alto no início da internação hospitalar e é estimada em 3%/dia entre 5-10 dias, diminuindo para 1%/dia após o 10º dia.
Neste estudo, os pacientes submetidos à RM com CEC tiveram o tempo de ventilação mecânica maior, apontando diferença estatisticamente significativa, porém quando avaliamos conjuntamente o tempo de ventilação mecânica dos indivíduos submetidos à CRM, com e sem CEC, e que tiveram ou não infecções pulmonares no pós-operatório, não foram observadas diferenças estatisticamente significativas.
Os pacientes que apresentaram infecções pulmonares no período pós-operatório tiveram o tempo de ventilação mecânica maior, apontando diferença estatisticamente significante, porém não ultrapassando dois dias. Contudo, a presença de infecções pulmonares não foi detectada durante a permanência da ventilação mecânica, mas sim quando já permaneciam em respiração espontânea, com auxílio de oxigenoterapia de baixo fluxo, por meio de máscara facial.
Neste estudo, o critério metodológico importante utilizado na identificação de infecções pulmonares foi o resultado da cultura quantitativa do aspirado traqueal (AT). Vários estudos têm sugerido que a cultura quantitativa do AT pode ter igual valor diagnóstico quando comparada com as técnicas de lavado broncoalveolar e o de escovado brônquico protegido25.
Carvalho e cols.20 relatam que, para a avaliação diagnóstica de infecções pulmonares, devem ser analisados em conjunto os critérios clínicos e a evolução do infiltrado radiológico, associados a uma boa análise do exame direto da amostra de secreção do trato respiratório inferior, e a culturas quantitativas do AT e/ou lavado broncoalveolar.
No presente estudo, foram avaliados, junto à cultura quantitativa do AT, a presença de infiltrados pulmonares em RX de tórax e/ou uso de antibiótico terapia específica, e/ou presença de secreção amarela. Dessa forma, consideramos que a avaliação pode indicar a presença ou não de infecção pulmonar nos indivíduos avaliados.
No presente estudo, também foram avaliados o Additive e o Logistic EuroScore, que são sistemas de avaliação do risco operatório cardíaco por meio de modelo logístico, utilizado como preditor de estimativa relevante de mortalidade e de complicações pós-operatórias, tanto a curto quanto a longo prazo, de pacientes hospitalizados que sofreram intervenção cirúrgica cardíaca19,26.
Os questionários foram aplicados por um único profissional não envolvido na pesquisa, assim que o paciente deu entrada na Unidade de Terapia Intensiva. Contudo, esses índices não separaram quais dos pacientes tinham maior probabilidade de infecção pulmonar no pós-operatório de revascularização do miocárdio, valorizando a importância da análise da VFC utilizada no presente estudo.
Dentre as limitações no estudo, citamos a influência do tratamento medicamentoso e sua descontinuação sobre a VFC porque são a realidade dos pacientes que foram estudados, assim como a heterogeneidade da amostra estudada relacionada aos fatores de risco. Embora consideremos muito importante avaliar a influência isolada de fatores de risco sobre a VFC, na prática clínica isso tem sido impossível, pois os pacientes apresentaram associação entre doenças e/ou fatores de risco.
Em conclusão, os métodos de dinâmica não linear, nos seus respectivos níveis de corte, permitiram identificar os casos que evoluíram com infecção pulmonar no pós-operatório de CRM. Tal identificação parece confirmar que a Teoria do Caos, ao estudar sistemas dinâmicos complexos não lineares, avalia o paciente como um todo, determinando o grau de perda do comportamento homeostático, podendo ser aplicada para o prognóstico frente ao comprometimento global.
Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.
O presente estudo não teve fontes de financiamento externas.
Este artigo é parte de tese de Doutorado de Paulo Rogério Corrêa pela Faculdade de Medicina de São José do Rio Preto - FAMERP.
Correspondência: Paulo Rogério Corrêa Rua Duarte Pacheco, 1401/casa 26 - Higienópolis 15085-140 - São José do Rio Preto, SP - Brasil E-mail:
Artigo recebido em 04/12/09; revisado recebido em 18/02/10; aceito em 15/03/10.
FUNDAMENTO: La variabilidad de la frecuencia cardíaca (VFC) es un método diagnóstico no invasivo usado en la evaluación de la modulación autonómica del corazón. El análisis de la VFC por métodos de dinámica no lineal en el período pre-operatorio de la cirugía de revascularización del miocardio podría ser predictora de morbilidad en el post-operatorio, como por ejemplo, infecciones pulmonares. OBJETIVO: Evaluar el comportamiento de la VFC por la dinámica no lineal, en el período pre-operatorio de la cirugía de revascularización del miocardio y su relación con la ocurrencia de infecciones pulmonares en el período post-operatorio intrahospitalario. MÉTODOS: Fueron evaluados 69 pacientes (media de edad de 58,6 ± 10,4 años) con enfermedad arterial coronaria e indicación electiva de cirugía de revascularización del miocardio. Para cuantificar la dinámica no lineal de la VFC, fueron realizados: análisis de las fluctuaciones depuradas de tendencias (DFA), sus componentes de corto (α1) y largo (α2) plazos, entropía aproximada (-ApEn), exponente de Lyapunov (LE), y exponente de Hurst (HE) de series tiemporales de los intervalos RR del ECG, captados con equipamiento Polar S810i, en la víspera de la operación. RESULTADOS: En los niveles de corte estipulado por la curva ROC, hubo diferencia significativa entre los grupos con y sin infecciones pulmonares en el post-operatorio de revascularización del miocardio para la DFA total, entropía aproximada y exponente Lyapunov con p = 0, 0309, p = 0,0307 y p = 0,0006, respectivamente. CONCLUSIÓN: Los métodos de dinámica no lineal, en sus respectivos niveles de corte, permitieron diferenciar los casos que evolucionaron con infección pulmonar en el post-operatorio de cirugía de revascularización del miocardio, sugiriendo que, en ese grupo de pacientes, estos métodos pueden tener carácter pronóstico.
IFundação Faculdade Regional de Medicina de São José do Rio Preto - FUNFARME, São Paulo - Brasil
IIUniversidade Federal de São Carlos - UFSCar, São Paulo - Brasil
IIIFaculdade de Medicina de São José do Rio Preto - FAMERP, São Paulo - Brasil
Correspondencia
El ritmo cardíaco en adultos normales no es estrictamente regular, presentando fluctuaciones periódicas conocidas como variabilidad de la frecuencia cardíaca (VFC)1-3. Se comporta como sistemas complejos determinísticos no lineales, con compleja variabilidad, que obedece a la teoría del caos, siendo modulado por el sistema nervioso autónomo4.
Varios trabajos han aplicado el concepto de dinámica no lineal en la tentativa de caracterizar modificaciones y/o pérdida de funciones del organismo. Así, la pérdida o reducción de la VFC refleja indirectamente la reducción del comportamiento caótico, el cual podría traducir compromiso de la homeostasia5. En adultos portadores de enfermedades cardíacas o con edad superior a 70 años, hay una nítida tendencia a la pérdida de la VFC y, por lo tanto , pérdida del estándar caótico4,6 en favor del comportamiento lineal. De esa forma, alteraciones en la función autónoma cardiovascular constituyen causa y/o condición coadyuvante de numerosas enfermedades1,3.
Estudios de la VFC de pacientes sometidos a cirugía de revascularización del miocardio (CRM) mostraron que su reducción en el período post-operatorio está asociada a un mayor riesgo de complicaciones como disrritmias y óbito7,8. En el trabajo de Godoy et al5, fue observado que el análisis de la VFC en el dominio no lineal, en el período pre-operatorio de pacientes con CRM electiva, puede detectar subgrupos con alto riesgo de complicaciones post-operatorias, lo que la vuelve un nuevo instrumento pronóstico de complicaciones clínicas en la evaluación de los pacientes que serán sometidos a operación de gran porte.
Alteraciones pulmonares decurrentes de la cirugía cardíaca son hallazgos relatados en la literatura y pueden ser debidas a factores como dolor, alteración de la mecánica ventilatoria, consecuente a la esternotomía, y efectos deletéreos de la anestesia general9,10.
Mientras tanto, en la literatura, no encontramos estudios relatando si pacientes con pérdida del comportamiento caótico, en el período pre-operatorio de CRM, tienden a presentar mayor riesgo de infecciones pulmonares en el post-operatorio.
Admitiéndose la hipótesis de que pacientes con disminución de la VFC evaluados por métodos del dominio del caos, en el período pre-operatorio de CRM, tienden a presentar mayor morbilidad y mortalidad, el análisis del comportamiento caótico de individuo con indicación de cirugía cardíaca puede ser factor de crucial importancia para prevenir riesgo de infección pulmonar en el post-operatorio.
Así, el objetivo del presente estudio fue evaluar el comportamiento de la variabilidad de la frecuencia cardíaca, por medio de análisis no lineal, en el período pre-operatorio de CRM, y su relación con la ocurrencia de infecciones pulmonares en el período post-operatorio.
Fueron incluidos en el estudio 69 pacientes, con media de edad de 58,6 ± 10,4 años, siendo 43 (61,4%) del sexo masculino. Como criterios de inclusión, todos los pacientes tenían diagnóstico de enfermedad de la arteria coronaria, ritmo sinusal e indicación electiva de CRM, con o sin circulación extracorpórea (CEC). Las operaciones fueron realizadas por el mismo equipo, en el Servicio de Cirugía Cardíaca del Hospital de Base de São José do Rio Preto-SP.
Todos los pacientes recibieron aclaraciones sobre la investigación y autorizaron los procedimientos por escrito. El protocolo fue aprobado por el Comité de Ética en Investigación de la Facultad de Medicina de São José do Rio Preto, parecer nº. 048/2004.
Los intervalos RR del electrocardiograma (ECG) fueron captados y registrados durante 30 minutos, en la víspera de la operación, con los voluntarios en vigilia, en la condición de reposo en la posición supina, con las manos a lo largo del cuerpo y elevación de la cabecera entre 35 y 45 grados. Los registros fueron realizados con auxilio del equipamiento Polar® Advanced S810i®. Ese equipamiento detecta las ondas RR del ECG con frecuencia de muestreo de 500 Hz, y resolución temporal de un milisegundo (ms), ya estando debidamente validado11,12.
Las series de intervalos RR fueron analizadas y los latidos prematuros e interferencias fueron eliminados. Solamente los registros con más de 95,0% de ritmo sinusal calificado fueron incluidos en el análisis, componiéndose la serie tiemporal con 1.000 intervalos RR.
Para cuantificar la dinámica no lineal de la VFC, fueron realizadas los análisis de las fluctuaciones depuradas de tendencias (DFA total), de sus componentes de corto (α1) y largo (α2) plazos, de la entropía aproximada (-ApEn), del exponente Lyapunov (LE) y del exponente de Hurst (HE).
Ese análisis cuantifica la presencia o la ausencia de propiedad de correlación fractal de los intervalos RR y ha sido validado para datos en series temporales. Esa medida está parcialmente relacionada con cambios en la característica espectral del comportamiento de la frecuencia cardíaca13. En cada segmento, los exponentes de escala de corto plazo (4-11 latidos, α1) y de exponentes de escala de largo plazo (> 11 latidos, α2) son evaluados por el análisis de la DFA14.
La entropía aproximada describe la previsibilidad o aleatoriedad de los sistemas físicos que cambian con el tiempo: cuanto más alto el valor de la entropía, más complejo es el proceso15,16, destacándose, sin embargo, la señal negativa de la variable, o sea, en verdad equivaliendo a la llamada neguentropía.
El LE mide la sensibilidad del sistema a las condiciones iniciales y la cantidad de inestabilidad o previsibilidad de un sistema. La presencia de LE positivo indica caos, mientras que, en los sistemas lineales, hay tendencia a valores próximos a cero17.
El HE evalúa la pérdida del orden natural de los intervalos entre los latidos como resultado de ruptura de la relación cuantitativa natural, entre los espacios de toda serie temporal. Valores del HE próximos a uno cuantitativamente indican estado de desorden, al tiempo que valores próximos a 0, indican estado de orden, armonía o estabilidad (caos)18.
También fueron registrados datos demográficos, tiempo de ventilación mecánica, uso de circulación extracorpórea,
En el período post-operatorio, la ocurrencia de infecciones pulmonares fue considerada en pacientes que presentaron infiltrados pulmonares en RX de tórax y/o presencia de secreción amarilla con análisis de cultivo positivo, por aspirado traqueal con punto de corte (crecimiento > 1.000.000 ufc)20 y/o fiebre, y/o leucocitosis, siendo necesario el uso de antibióticos.
Los análisis de la dinámica no lineal de la VFC fueron hechas con el auxilio del
Para análisis estadístico, el test exacto de Fisher fue utilizado a fin de comparar la ocurrencia de eventos. Las variables cuantitativas sin distribución gaussiana fueron comparadas con auxilio del test no paramétrico Mann-Whitney. También fueron registrados la sensibilidad, la especificidad, el valor predictivo positivo, el valor predictivo negativo y el
En la
De los 69 pacientes evaluados, 18 presentaron infección pulmonar en el período post-operatorio, siendo que éstos tuvieron mayor tiempo de ventilación mecánica (846,05 min), cuando fueron comparados a los que no presentaron infección pulmonar (594,26 min), p = 0,0173 (
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El análisis conjunto de los resultados de la evaluación entre el tiempo de ventilación mecánica de los individuos sometidos a la CRM, con y sin CEC, y que tuvieron o no infecciones pulmonares en el post-operatorio, se encuentra en la
Las diferencias no fueron estadísticamente significativas.
Los resultados de la evaluación del riesgo operatorio por la variable
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En el presente estudio, los índices de dinámica no lineal, en sus respectivos niveles de corte, permitieron diferenciar los casos que evolucionaron con infección pulmonar en el post-operatorio de cirugía de revascularización del miocardio.
Se destaca que, dentro de nuestro conocimiento, este es el primer estudio utilizando herramientas de evaluación de la dinámica no lineal, como objeto de información pronóstica del riesgo individual de adquirir infecciones pulmonares en pacientes sometidos a la CRM.
A pesar de haber varias alternativas para el tratamiento de enfermedad arterial coronaria (EAC), la cirugía de revascularización del miocardio (CRM) es una opción con indicaciones precisas y con buenos resultados a medio y largo plazo. La indicación de CRM ha sido ampliamente discutida con base en observaciones clínicas, y el resultado y pronóstico para esos pacientes parecen estar asociados a la presencia de factores de riesgo pre-operatorio específicos, como sexo, edad, presencia de choque cardiogénico e infarto con onda Q21,22.
En el presente estudio, para todos los individuos evaluados en el período pre-operatorio, fue utilizado como criterio apenas el hecho de ser pacientes con indicación electiva de CRM, no teniendo el nivel de riesgo post-operatorio como criterio.
El análisis de la dinámica no lineal de la variabilidad de la frecuencia cardíaca ha sido aplicado para estratificación de riesgo de mortalidad de pacientes coronarios con función ventricular izquierda deprimida, después de infarto agudo de miocardio23. En relación a la VFC de pacientes sometidos a cirugía de revascularización del miocardio (CRM), estudios de la VFC en el período post-operatorio mostraron que su reducción en ese período está asociada a un mayor riesgo de complicaciones como disrritmias y óbito7,8.
Por otro lado, en el trabajo reciente de Godoy et al5, fue observado que el análisis de la VFC, en el dominio no lineal en el período pre-operatorio de pacientes con CRM electiva, puede detectar subgrupos con alto riesgo para complicaciones post-operatorias.
En el presente estudio, verificamos que los análisis no lineales de los índices de VFC fueron adecuados en la caracterización de la presencia o no de infecciones pulmonares en el post-operatorio de revascularización del miocardio.
Con base en los niveles de corte estipulados por la curva ROC, fue posible constatar diferencias significativas entre el grupo con infecciones pulmonares y sin infecciones pulmonares, en el post-operatorio de revascularización del miocardio, para las variables de análisis de fluctuaciones depurada de tendencias (DFA total), entropía aproximada y exponente Lyapunov. No hubo diferencia significativa para las variables componente de corto plazo (α1), componente de largo plazo (α2) y exponente de Hurst.
El análisis de DFA total cuantifica las propiedades fractales de la serie temporal. Valores próximos a 1,0 indican comportamiento caótico. Valores tendiendo a 1,5, corresponden a linealidad y tendiendo a 0,5, a aleatoriedad24. El valor de la DFA total indicó diferencias estadísticamente significativas entre los grupos, tendiendo para 1,5 en el grupo con infecciones pulmonares, confirmando el esperado teóricamente para situaciones de pérdida de caos y progresión para linealidad.
En relación a entropía aproximada (-ApEn), ha sido referido que cuanto más compleja (caótica) mayor será su valor, y, cuanto más regular y previsible sea la serie, menor el valor de la -ApEn15.
Nuestros hallazgos son concordantes con esos autores, pues valores menores o iguales a 0,4802 estuvieron significativamente asociados a infecciones pulmonares en el post-operatorio de revascularización del miocardio. La entropía aproximada (-ApEn) disminuye con la pérdida de la homeostasia o caos, o sea, se aproxima de los comportamientos lineales.
En cuanto al exponente de Lyapunov (LE), valores más altos han sido relacionados con comportamiento caótico y la linealidad muestra tendencias para el valor cero17. En nuestro estudio, valores menores o iguales a 0,832 en el pre-operatorio ocurrieron con mayor frecuencia en los pacientes con infecciones pulmonares en el post-operatorio de CRM.
Así, eso confirma la importancia de la utilización de análisis de la dinámica no lineal en la evaluación pronóstica de estados mórbidos, siendo capaz de evaluar el grado de pérdida de comportamiento homeostático del paciente, considerando el todo, y no apenas la gravedad de las enfermedades aisladamente.
En la cirugía cardíaca, las alteraciones pulmonares merecen especial atención, pues, con excepción de enfermedad pulmonar preexistente, se cree que factores, tales como dolor, alteración de la mecánica ventilatoria, decurrente de la esternotomía, y los efectos deletéreos de la anestesia general contribuyan a alteraciones en la función pulmonar9,10.
Los "Guidelines for the Management of Adults with Hospital-acquired, Ventilator-associated, and Healthcare-associated Pneumonia"25 relatan que, en pacientes ventilados mecánicamente, la ocurrencia de neumonía aumenta con el tiempo de ventilación. El riesgo de infección pulmonar asociada a la ventilación es más alto en el comienzo de la internación hospitalaria y es estimada en 3%/día entre 5-10 días, disminuyendo para 1%/día después del 10º día.
En este estudio, los pacientes sometidos a la RM con CEC tuvieron el tiempo de ventilación mecánica mayor, indicando diferencia estadísticamente significativa, sin embargo cuando evaluamos conjuntamente el tiempo de ventilación mecánica de los individuos sometidos a la CRM, con y sin CEC, y que tuvieron o no infecciones pulmonares en el post-operatorio, no fueron observadas diferencias estadísticamente significativas.
Los pacientes que presentaron infecciones pulmonares en el período post-operatorio tuvieron el tiempo de ventilación mecánica mayor, señalando diferencia estadísticamente significativa, sin embargo no sobrepasando dos días. Con todo, la presencia de infecciones pulmonares no fue detectada durante la permanencia de la ventilación mecánica, pero sí cuando ya permanecían en respiración espontánea, con auxilio de oxigenoterapia de bajo flujo, por medio de máscara facial.
En este estudio, el criterio metodológico importante utilizado en la identificación de infecciones pulmonares fue el resultado del cultivo cuantitativo del aspirado traqueal (AT). Varios estudios han sugerido que el cultivo cuantitativo del AT puede tener igual valor diagnóstico cuando es comparado a las técnicas de lavado broncoalveolar y de cepillado brónquico protegido25.
Carvalho et al20 relatan que, para la evaluación diagnóstica de infecciones pulmonares, deben ser analizados en conjunto los criterios clínicos y la evolución del infiltrado radiológico, asociados a un buen análisis del examen directo de la muestra de secreción del tracto respiratorio inferior, y los cultivos cuantitativos del AT y/o lavado broncoalveolar.
En el presente estudio, fueron evaluados, junto al cultivo cuantitativo del AT, la presencia de infiltrados pulmonares en RX de tórax y/o uso de antibiótico terapia específica, y/o presencia de secreción amarilla. De esa forma, consideramos que la evaluación puede indicar la presencia o no de infección pulmonar en los individuos evaluados.
En el presente estudio, también fueron evaluados el
Los cuestionarios fueron aplicados por un único profesional no incluido en la investigación, así que el paciente entró en la Unidad de Terapia Intensiva. Con todo, esos índices no separaron cuales eran los pacientes que tenían mayor probabilidad de infección pulmonar en el post-operatorio de revascularización del miocardio, valorizando la importancia del análisis de la VFC utilizada en el presente estudio.
Entre las limitaciones en el estudio, citamos la influencia del tratamiento medicamentoso y su discontinuación sobre la VFC porque son la realidad de los pacientes que fueron estudiados, así como la heterogeneidad de la muestra estudiada relacionada a los factores de riesgo. Aunque consideremos muy importante evaluar la influencia aislada de factores de riesgo sobre la VFC, en la práctica clínica eso ha sido imposible, pues los pacientes presentaron asociación entre enfermedades y/o factores de riesgo.
En conclusión, los métodos de dinámica no lineal, en sus respectivos niveles de corte, permitieron identificar los casos que evolucionaron con infección pulmonar en el post-operatorio de CRM. Tal identificación parece confirmar que la Teoria del Caos, al estudiar sistemas dinámicos complejos no lineales, evalúa el paciente como un todo, determinando el grado de pérdida del comportamiento homeostático, pudiendo ser aplicada para el pronóstico frente al compromiso global.
Declaro no haber conflicto de intereses pertinentes.
El presente estudio no tuvo fuentes de financiamiento externas.
Este artículo es parte de tesis de Doctorado de Paulo Rogério Corrêa por la Facultad de Medicina de São José do Rio Preto - FAMERP.
BACKGROUND: Heart rate variability (HRV) is a noninvasive diagnostic method used in the assessment of the autonomic modulation of the heart. The assessment of HRV using nonlinear dynamics methods in the preoperative period of surgical myocardial revascularization could be predictive of morbidity such as pulmonary infections in the postoperative period. OBJECTIVE: To evaluate the behavior of HRV using nonlinear dynamics in the preoperative period of surgical myocardial revascularization and its relation to the occurrence of pulmonary infections in the in-hospital postoperative period. METHODS: A total of 69 patients with coronary artery disease (mean age of 58.6 ± 10.4 years) and indication for elective surgical myocardial revascularization were studied. In order to quantify the nonlinear dynamics of HRV, the following procedures were performed: detrended fluctuation analysis (DFA); analysis of the short (α1) and long-term (α2) components of DFA; approximate entropy (ApEn); Lyapunov exponent (LE); and Hurst exponent (HE) of time series of RR intervals of the ECG, as captured by the Polar S810i instrument on the day before surgery. RESULTS: At the cut-off levels set by the ROC curve, there was a significant difference between the groups with and without pulmonary infections in the postoperative period of myocardial revascularization for total DFA, approximate entropy and Lyapunov exponent with p = 0. 0309, p = 0.0307 and p = 0.0006, respectively. CONCLUSION: The nonlinear dynamics methods, at their respective cut-off levels, allowed for the identification of patients developing pulmonary infection in the postoperative period of surgical myocardial revascularization, thus suggesting that these methods may have a prognostic value for this group of patients.
IFundação Faculdade Regional de Medicina de São José do Rio Preto - FUNFARME, São Paulo - Brazil
IIUniversidade Federal de São Carlos - UFSCar, São Paulo - Brazil
IIIFaculdade de Medicina de São José do Rio Preto - FAMERP, São Paulo - Brazil
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The heart rhythm in normal adults is not strictly regular, and shows periodical fluctuations known as heart rate variability (HRV)1-3. It behaves as complex deterministic nonlinear systems with a complex variability that follows the chaos theory and is modulated by the autonomic nervous system4.
Several studies have applied the concept of nonlinear dynamics in an attempt to characterize changes and/or loss of body functions. Thus, the loss or reduction of HRV indirectly reflects the reduction in the chaotic behavior, which could translate into impaired homeostasis5. In adult individuals with heart diseases or those older than 70 years, there is a clear trend to a loss of HRV and, therefore, loss of the chaotic pattern4,6 in favor of a linear behavior. Thus, changes in the cardiovascular autonomic function characterize adjuvant causes and/or conditions for numerous diseases1,3.
Studies on HRV of patients undergoing surgical myocardial revascularization (SMR) showed that its reduction in the postoperative period is associated with a higher risk of complications such as arrhythmias and death7,8. Godoy et al's study5, in turn, showed that the analysis of HRV in the nonlinear domain in the preoperative period of patients undergoing elective SMR makes it possible to detect subgroups at a high risk for postoperative complications, which makes this analysis a new tool for the prediction of clinical complications in the assessment of patients undergoing major surgeries.
Pulmonary changes resulting from cardiac surgery have been reported in the literature and may be attributed to factors such as pain, changes in the ventilatory mechanics secondary to sternotomy, and the harmful effects of general anesthesia9,10.
However, we did not find studies in the literature reporting whether patients with loss of the chaotic behavior in the preoperative period of SMR tend to have a higher risk of pulmonary infections in the postoperative period.
Assuming that patients with decreased HRV, as assessed by chaos domain methods in the preoperative period of SMR, tend to have higher morbidity and mortality, the analysis of the chaotic behavior of individuals eligible for cardiac surgery may be of the utmost importance in the prediction of the risk of pulmonary infections in the postoperative period.
Thus, the objective of the present study was to evaluate the behavior of heart rate variability by means of nonlinear analysis in the preoperative period of SMR, and its relation to the occurrence of pulmonary infections in the postoperative period.
A total of 69 unselected patients were included in the study; their mean age was 58.6 ± 10.4 years, and 43 (61.4%) were males. The inclusion criteria were patients diagnosed with coronary artery disease, normal sinus rhythm, and indication for elective SMR, whether on or off-pump. The surgeries were performed by the same team, at the Department of Cardiac Surgery of
The study was explained to all patients, and they gave written informed consent. The protocol was approved by the Research Ethics Committee of
Electrocardiographic (ECG) RR intervals were captured and recorded for 30 minutes on the day before surgery, with the volunteers awake, at rest in the supine position, their hands along their bodies, and the upper body elevated at between 35 and 45 degrees. Recordings were made by the Polar™ Advanced S810i™ device. This device detects ECG RR intervals with a sampling frequency of 500 Hz, and time resolution of one millisecond (ms), and has already been validated11,12.
The RR interval series were analyzed and premature beats and interferences were eliminated. Only recordings with more than 95% of qualified sinus rhythm were included in the analysis, the time series comprising 1,000 RR intervals.
In order to quantify the nonlinear HRV dynamics, detrended fluctuation analysis (total DFA); analysis of the short (α1) and long-term (α2) components of DFA; approximate entropy (-ApEn); Lyapunov exponent (LE); and Hurst exponent (HE) were performed.
This analysis quantifies the presence or absence of fractal correlation property of the RR intervals and has been validated for time series data. This measurement is partially related to changes in the spectral characteristic of the heart rate behavior13. In each segment, the short-term (4 to11 beats, α1) and the long-term scaling exponents (> 11 beats, α2) are assessed by DFA14.
Approximate entropy describes the predictability or randomness of physical systems that change with time: the higher the entropy value, the more complex is the process15,16; but we should point out the minus sign of the variable, i.e., the one actually corresponding to the so-called negentropy.
LE measures the system sensitivity to baseline conditions and the amount of a system's instability or predictability. The presence of a positive LE indicates chaos, whereas in linear systems there is a tendency to values close to zero17.
HE evaluates the loss of the natural order of the intervals between beats as a result of the rupture of the natural quantitative relation between the spaces of all time series. HE values close to one quantitatively indicate a disordered state, whereas values close to zero indicate an ordered, harmonic or stable state (chaos)18.
Demographic data, mechanical ventilation time, use of extracorporeal circulation, Additive EuroScore, Logistic EuroScore19, and pulmonary infection index of the participants were also recorded in the postoperative period, in addition to the previously mentioned nonlinear behavior reference variables in the preoperative period. The Additive EuroScore and Logistic EuroScore values were recorded by the surgical team physician.
In the postoperative period, the occurrence of pulmonary infections was considered in patients whose chest radiography showed pulmonary infiltrates and/or presence of yellow sputum on tracheal aspirate with positive culture with cut-off (growth) of 106 cfu20, and/or fever, and/or leukocytosis, and need for antibiotic therapy.
The analyses of nonlinear HRV dynamics were carried out using the CDA_PRO software and DFA. Cut-off points for sensitivity and specificity were set using the ROC (receiver operator characteristics) curve.
For the statistical analysis, Fisher's exact test was used to compare the occurrence of events. Quantitative variables with non-Gaussian distribution were compared using the Mann-Whitney non-parametric test. Sensitivity, specificity, positive predictive value, negative predictive value and odds ratio with 95.0% confidence interval for the occurrence of events were also recorded. An a error of 5.0% was considered acceptable, and the level of significance was set at p
Demographics, clinical characteristics and postoperative complications of the study patients are shown in
Of the 69 patients evaluated, 18 developed pulmonary infection in the postoperative period; these patients had a longer mechanical ventilation time (846.05 min) in comparison to those who did not develop pulmonary infection (594.26 min), p = 0.0173 (
The joint analysis of the results of the assessment between mechanical ventilation time of the individuals undergoing on or off-pump SMR, and who developed or not pulmonary infections in the postoperative period is shown in
The differences were not statistically significant.
Results of the surgical risk assessment using the variables Additive EuroScore and Logistic EuroScore among individuals with or without pulmonary infections in the postoperative period are shown in
Cut-off values of LE
In the present study, the nonlinear dynamics indexes at their respective cut-off levels allowed for the differentiation of cases that developed pulmonary infection in the postoperative period of surgical myocardial revascularization.
We point out that, to the best of our knowledge, this is the first study using nonlinear dynamics assessment tools as an object of prognostic information on the individual risk of the development of pulmonary infections in patients undergoing SMR.
Although several options are available for the treatment of coronary artery disease (CAD), surgical myocardial revascularization (SMR) has precise indications and provides favorable mid and long-term outcomes. Indications for SMR have been widely discussed based on clinical observations, and the outcomes and prognosis for these patients seem to be related to the presence of specific preoperative risk factors such as gender, age, presence of cardiogenic shock, and Q-wave infarction21,22.
The only criterion for inclusion in the present study for all individuals evaluated in preoperative period was the elective indication for SMR; the level of postoperative risk was not used as an inclusion criterion.
The analysis of nonlinear heart rate variability dynamics has been used for risk stratification of mortality in patients with coronary artery disease with depressed left ventricular function following acute myocardial infarction23. In relation to HRV of patients undergoing surgical myocardial revascularization (SMR), in turn, studies have shown that its reduction in the postoperative period is associated with a higher risk of complications such as arrhythmias and death7,8.
On the other hand, the recent Godoy et al's study5 showed that the HRV analysis in the nonlinear domain in the preoperative period of patients undergoing elective SMR may detect subgroups at a high risk for postoperative complications.
In the present study, we verified that the nonlinear analyses of HRV indexes were adequate for the characterization of the presence or absence of pulmonary infections in the postoperative period of surgical myocardial revascularization.
Based on the cut-off levels determined by the ROC curve, significant differences could be observed between the groups with and without pulmonary infections in the postoperative period of surgical myocardial revascularization for the variables detrended fluctuation analysis (total DFA), approximate entropy, and Lyapunov exponent. There was no significant difference for the variables short-term (α1) and long-term (α2) DFA components, and Hurst exponent.
Total DFA quantifies the fractal properties of the time series. Values close to 1.0 indicate a chaotic behavior. Values close to 1.5 and 0.5 correspond to linearity and randomness, respectively24. Total DFA values showed statistically significant differences between the groups: they were close to 1.5 in the group with pulmonary infections, thus confirming what was theoretically expected for situations of loss of chaos and progression to linearity.
In relation to approximate entropy (-ApEn), it has been said that the more complex (chaotic) the series, the higher the -ApEn value, and the more regular and predictable the series, the lower the -ApEn value15.
Our findings are consistent with these authors' observation, because values lower than or equal to 0.4802 were significantly associated with pulmonary infections in the postoperative period of myocardial revascularization. The approximate entropy (-ApEn) decreases with the loss of homeostasis or chaos, i.e., it gets closer to linear behaviors.
As regards the Lyapunov exponent (LE), higher values have been related to a chaotic behavior, and linearity shows a tendency to the value zero17. In our study, values lower than or equal to 0.832 in the preoperative period more frequently occurred in patients who developed pulmonary infections in the postoperative period of SMR.
This corroborates the importance of the use of nonlinear dynamics analysis in the prognostic assessment of morbid states, for its ability to evaluate the degree of loss of the patient's homeostatic behavior, considering the whole and not only the severity of the diseases alone.
In cardiac surgery, pulmonary changes deserve special attention because, except for underlying pulmonary diseases, factors such as pain, changes in the ventilatory mechanics secondary to sternotomy, and the harmful effects of general anesthesia are believed to contribute to changes in pulmonary function9,10.
The "
In this study, patients undergoing on-pump MR had a longer mechanical ventilation time, with a statistically significant difference; however, when a joint analysis of the mechanical ventilation time of individuals undergoing on and off-pump SMR, and with or without postoperative pulmonary infections was carried out , no statistically significant differences were observed.
Patients who developed postoperative pulmonary infections had a statistically significant longer mechanical ventilation time, not lasting more than two days, though. Nonetheless, the presence of pulmonary infections was not detected while the patients were on mechanical ventilation, but only when they had already resumed spontaneous breathing with the aid of a low-flow oxygen mask.
In this study, an important methodological parameter used in the identification of pulmonary infections was the result of the quantitative culture of tracheal aspirate (TA). Several studies have suggested that the diagnostic value of quantitative culture of TA may be the same as that of techniques using bronchoalveolar lavage and protected specimen brush25.
Carvalho et al20 reported that, for the diagnostic evaluation of pulmonary infections, clinical criteria and the progression of the radiographic infiltrate should be analyzed together, in association with the analysis of direct examination of a secretion specimen from the lower respiratory tract, and quantitative cultures of TA and/or bronchoalveolar lavage.
In the present study, in addition to the quantitative TA culture, the presence of lung infiltrates on chest radiography and/or use of specific antibiotic therapy, and/or presence or yellow secretion were analyzed. Thus, we consider that this analysis may indicate the presence or absence of pulmonary infection in the individuals assessed.
In the present study, we also evaluated the Additive and Logistic EuroScore, which are assessment systems of the cardiac surgery risk by means of a logistic model used as a significant predictor of mortality and postoperative complications both in the short and the long-term for hospitalized patients undergoing cardiac surgery intervention19,26.
The questionnaires were administered by one single professional not related to the research as soon as the patient was admitted to the Intensive Care Unit. However, these indexes were not able to discriminate patients at a higher risk for pulmonary infections in the postoperative period of myocardial revascularization, thus corroborating the importance of the HRV analysis used in the present study.
As for the study limitations, we should mention the influence of drug therapy and its discontinuation on HRV because this situation was observed in the patients studied; also, the study sample was heterogeneous in terms of risk factors. Although we consider that the analysis of the influence on HRV of each risk factor individually is very important, this has proved impossible in the clinical practice, because the patients usually present with associated diseases and/or risk factors.
In conclusion, the nonlinear dynamics methods at their respective cut-off levels allowed for the identification of patients who developed pulmonary infection in the postoperative period of SMR. This identification seems to confirm that, by studying complex nonlinear dynamics systems, the Chaos Theory assesses the patients as a whole, determining the degree of loss of the homeostatic behavior and is, therefore, able to be applied for prognostic purposes in view of their global impairment.
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.
There were no external funding sources for this study.
This article is part of the thesis of doctoral submitted by Paulo Rogério Corrêa, from