abc Arquivos Brasileiros de Cardiologia Arq. Bras. Cardiol. 0066-782X 1678-4170 Sociedade Brasileira de Cardiologia - SBC São Paulo, SP, Brazil WTqDLqxY387fmFNyvmkFndR S0066-782X2012001200009 S0066-782X(12)09900300009 10.1590/S0066-782X2012005000086 Artigos Originais Deformação miocárdica pelo speckle tracking na cardiomiopatia dilatada grave Abduch Maria Cristina Donadio Salgo Ivan Tsang Wendy Vieira Marcelo Luiz Campos Cruz Victoria Lima Marta Tsutsui Jeane Mike Mor-Avi Victor Lang Roberto M. Mathias Jr Wilson São Paulo São Paulo Universidade de São Paulo Faculdade de Medicina Insitituto do Coração Brazil Andover Massachusetts Philips Healthcare USA Chicago University of Chicago Medical Center United States 09 2012 99 3 834 843 02 08 2011 09 04 2012 04 08 2011 This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

FUNDAMENTO: A alta e crescente prevalência de Cardiomiopatia Dilatada (CMD) representa sério problema de saúde pública. Novas tecnologias vêm sendo utilizadas objetivando diagnósticos mais sofisticados, que melhorem a abordagem terapêutica. Nesse cenário, o Speckle Tracking (STE) utiliza marcadores miocárdicos naturais para analisar a deformação sistólica do Ventrículo Esquerdo (VE). OBJETIVO: Mensurar o strain transmural longitudinal global (SG) do VE através do STE em pacientes com CMD grave, comparando os resultados com indivíduos normais e com parâmetros ecocardiográficos consagrados para análise da função sistólica do VE, validando o método nessa população. MÉTODOS: Foram estudados 71 pacientes com CMD grave, (53 ± 12a, 72% homens) e 20 controles (30 ± 8a, 45% homens). Foram obtidos os volumes e a FEVE pela ecocardiografia bi e tridimensional, parâmetros do Doppler, Doppler tecidual e o SG pelo STE. RESULTADOS: Comparados ao grupo controle, os volumes do VE foram maiores no grupo CMD; entretanto, a FEVE e velocidade de pico da onda E foram menores neste último. O índice de performance miocárdica foi maior entre os pacientes. As velocidades do miocárdio pelo Doppler tecidual (S', e', a') foram consideravelmente menores e a relação E/e' foi maior no grupo CMD. O SG apresentou-se diminuído no grupo CMD (-5,5% ± 2,3%), em relação aos controles (-14,0% ± 1,8%). CONCLUSÃO: No presente estudo, o SG foi significativamente menor nos pacientes com CMD grave, abrindo novas perspectivas para abordagens terapêuticas nessa população específica.

 Cardiomiopatia dilatada ecocardiografia Doppler disfunção ventricular esquerda 06 09 2012

Deformação miocárdica pelo speckle tracking na cardiomiopatia dilatada grave

Maria Cristina Donadio AbduchI; Ivan SalgoIII; Wendy TsangII; Marcelo Luiz Campos VieiraI; Victoria Cruz; Marta LimaI; Jeane Mike TsutsuiI; Victor Mor-AviII; Roberto M. LangII; Wilson Mathias JrI

IInCor- Insitituto do Coração da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo, São Paulo, SP - Brasil

IIUniversity of Chicago Medical Center, Chicago, Illinois, USA

IIIPhilips Healthcare, Andover, Massachusetts, USA

Correspondência

RESUMO

FUNDAMENTO: A alta e crescente prevalência de Cardiomiopatia Dilatada (CMD) representa sério problema de saúde pública. Novas tecnologias vêm sendo utilizadas objetivando diagnósticos mais sofisticados, que melhorem a abordagem terapêutica. Nesse cenário, o Speckle Tracking (STE) utiliza marcadores miocárdicos naturais para analisar a deformação sistólica do Ventrículo Esquerdo (VE).

OBJETIVO: Mensurar o strain transmural longitudinal global (SG) do VE através do STE em pacientes com CMD grave, comparando os resultados com indivíduos normais e com parâmetros ecocardiográficos consagrados para análise da função sistólica do VE, validando o método nessa população.

MÉTODOS: Foram estudados 71 pacientes com CMD grave, (53 ± 12a, 72% homens) e 20 controles (30 ± 8a, 45% homens). Foram obtidos os volumes e a FEVE pela ecocardiografia bi e tridimensional, parâmetros do Doppler, Doppler tecidual e o SG pelo STE.

RESULTADOS: Comparados ao grupo controle, os volumes do VE foram maiores no grupo CMD; entretanto, a FEVE e velocidade de pico da onda E foram menores neste último. O índice de performance miocárdica foi maior entre os pacientes. As velocidades do miocárdio pelo Doppler tecidual (S', e', a') foram consideravelmente menores e a relação E/e' foi maior no grupo CMD. O SG apresentou-se diminuído no grupo CMD (-5,5% ± 2,3%), em relação aos controles (-14,0% ± 1,8%).

CONCLUSÃO: No presente estudo, o SG foi significativamente menor nos pacientes com CMD grave, abrindo novas perspectivas para abordagens terapêuticas nessa população específica.

Palavras-chave: Cardiomiopatia dilatada / fisiopatologia; ecocardiografia Doppler; disfunção ventricular esquerda.

Introdução

Nos últimos anos, o surgimento de novas tecnologias vem ao encontro da necessidade de diagnósticos mais precisos e precoces, que auxiliem nas decisões terapêuticas. Nesse contexto, o emprego do Speckle Tracking (STE) em cardiologia tem sido de grande valor, não somente na detecção, como no entendimento das anormalidades funcionais que ocorrem nas afecções cardíacas. A ferramenta baseia-se no rastreamento (tracking) de inúmeros pontos (speckles) presentes no miocárdio e que atuam como marcadores naturais das transformações que ocorrem ao longo do ciclo cardíaco1,2.

A Cardiomiopatia Dilatada (CMD), que geralmente evolui para Insuficiência Cardíaca Congestiva (ICC) e morte, constitui-se em um grave problema de saúde pública, visto que o aumento na expectativa de vida associado à morbimortalidade da doença torna urgente o emprego de medidas terapêuticas eficientes para conter seu avanço. É bem estabelecido na literatura que as fibras endocárdicas, dispostas longitudinalmente, são as primeiras a sofrer os danos decorrentes da CMD3; desse modo, a deformação (strain) miocárdica que ocorre no plano longitudinal é a primeira a expressar essas alterações4.

O presente estudo tem por objetivo validar clinicamente a utilização da deformação transmural longitudinal, obtida através do speckle tracking, para avaliar a função sistólica ventricular de pacientes com CMD grave, comparando-os com indivíduos normais e com parâmetros ecocardiográficos já consagrados para esse fim.

Métodos

Setenta e um pacientes consecutivos com CMD grave foram analisados de forma prospectiva neste protocolo, segundo os seguintes critérios de inclusão: Fração de ejeção do ventrículo esquerdo (FEVE)< 35%, quantificada conforme o método de Simpson; ecocardiograma transtorácico adequado para detecção e rastreamento dos speckles. Fizeram parte dos critérios de exclusão idade <18 e >75 anos; episódio recente (<1 mês) de fibrilação ventricular; fibrilação atrial; doenças concomitantes determinando um pior prognóstico (exemplo, câncer); pacientes que se recusaram a entrar no estudo; valvulopatia primária grave com repercussão hemodinâmica significativa. Vinte voluntários saudáveis compuseram o grupo controle.

Todos os participantes assinaram o Termo de Consentimento Livre e Esclarecido, aprovado pela Comissão de Ética do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo.

Análise ecocardiográfica

Todos os estudos foram realizados com equipamento iE33 (Philips Medical Systems, Andover, MA, EUA), com transdutores transtorácicos de banda larga S3 e X3, com frequência de 2-5 MHz.

Ecocardiograma bidimensional

Os volumes diastólico e sistólico do VE e a fração de ejeção foram avaliados pela ecocardiografia bidimensional (E2D) através dos planos apicais 4 e 2 câmaras (A4C, A2C), pelo Método de Simpson modificado, conforme recomendado5, e os dados foram indexados para a superfície corpórea em ambos os grupos. A análise do strain longitudinal foi feita a partir do plano apical 4-câmaras e as imagens destinadas à análise pelo speckle tracking foram obtidas com frequência de quadros elevada (entre 50 e 70 Hz), em apneia, geralmente com expiração forçada.

Doppler pulsátil

A velocidade do fluxo mitral foi analisada através da onda de Doppler pulsátil obtida no plano apical quatro câmaras, com o volume de amostra posicionado adjacente às extremidades das cúspides da valva mitral, durante a diástole. Foi mensurada a velocidade diastólica de pico precoce - onda E, velocidade diastólica de pico tardia - onda A, a razão entre elas e o tempo de desaceleração da onda E. O tempo de desaceleração (TD) foi medido num intervalo entre o pico da onda E e o ponto onde a curva de desaceleração extrapola a linha zero. O Índice de Performance Miocárdica (IPM) do VE foi obtido através do fluxo diastólico mitral, mensurando-se o tempo entre o fechamento valvar e a sua abertura no próximo ciclo (tempo de A) e o tempo de ejeção, obtido a partir do fluxo aórtico (tempo de B), pela fórmula6:

Doppler contínuo e colorido

A regurgitação mitral foi diagnosticada e graduada quantitativamente por meio do estudo com Doppler colorido, com análise adicional da dP/dt positiva como medida da função sistólica ventricular, calculadas a partir do estudo Dopple contínuo, de acordo com a literatura7. A Insuficiência Tricúspide (IT) foi identificada e graduada qualitativamente pelo Doppler colorido; a partir do envelope formado pela IT, obtido pelo Doppler contínuo, estimou-se quantitativamente a pressão sistólica pulmonar pelo gradiente de pico da pressão sistólica entre as câmaras cardíacas direitas somado à pressão estimada no átrio direito (através da veia cava inferior), conforme previamente descrito8.

Doppler tecidual (TDI)

A função miocárdica longitudinal foi analisada por meio das velocidades do miocárdio obtidas pelo Doppler tecidual no corte apical 4-câmaras, com o volume da amostra posicionado na região basal das paredes septal e lateral. Foram determinadas as velocidades de pico da onda S' (correspondente à sístole ventricular), e' (correspondente à fase de enchimento diastólico máximo) e a' (correspondente à sístole atrial). Os valores obtidos foram utilizados para calcular o índice eas (easi), proposto por Mogelvang e cols.9 para exprimir simultaneamente o desempenho sistólico e diastólico do VE, segundo a fórmula:

São considerados normais valores em torno de 0.18; valores maiores são indicativos de pior desempenho ventricular.

A partir dos valores obtidos pelo Doppler convencional e tecidual, calculou-se a relação E/e', que reflete de modo não invasivo a pressão capilar pulmonar. Valores acima de 15 indicam pressão capilar pulmonar maior do que 20 mmHg10.

Ecocardiografia Tridimensional em Tempo Real (E3DTR)

Essa técnica foi utilizada por calcular com maior acurácia os volumes e a fração de ejeção do ventrículo esquerdo11. O bloco volumétrico piramidal originou-se a partir de imagens bidimensionais obtidas pelo plano apical 4-câmaras, sendo composto por 4 a 7 subvolumes, correspondentes a 4 a 7 batimentos cardíacos. A fim de serem determinados os volumes, três planos ortogonais foram utilizados off-line, empregando-se software especializado (QLab 7.0, Philips Medical Systems - Andover, MA, USA): sagital (correspondente ao eixo longo), coronal (semelhante ao apical 4-câmaras) e transversal (correspondente ao eixo curto). Na sequência, três pontos foram traçados manualmente: um relacionado ao ápice do VE e os outros dois referentes ao anel valvar mitral; após alguns segundos, o software é capaz de detectar automaticamente os bordos endocárdicos e reproduzir um molde tridimensional, calculando assim os volumes e a FEVE12.

Strain Transmural Longitudinal Global (SG)

Essa variável foi determinada a partir do corte A4C, posicionando manualmente 3 pontos: um em cada lado do anel valvar mitral e o terceiro no bordo endocárdico apical. Imediatamente após, o software (QLab 8.1, Philips Medical Systems - Andover, MA, USA) cria uma região de interesse (template), com a determinação automática dos bordos endocárdico e epicárdico, onde os speckles são rastreados ao longo do ciclo cardíaco, derivando dai a deformação transmural global (Figura 1).

Análise estatística

A comparação entre o grupo controle e o grupo de portadores de cardiomiopatia dilatada foi feita por meio do teste t de Student. Caso a distribuição não preenchesse os critérios de normalidade, foi aplicado o teste não paramétrico de Mann-Whitney. A análise de correlação foi feita por meio do Coeficiente de Pearson e as proporções entre os gêneros foram analisadas pelo teste do Qui-Quadrado. Valores de p < 0,05 foram considerados estatisticamente significativos. A reprodutibilidade do método foi testada por meio da análise intraobservador, calculando-se, em 15 pacientes escolhidos aleatoriamente, a média da diferença absoluta das medidas realizadas pelo mesmo observador num intervalo mínimo de um mês e obtendo-se daí o erro percentual de variabilidade. Os resultados foram expressos em média ± DP.

Resultados

A Tabela 1 mostra as características clinicas dos doentes estudados (Grupo CMD).

O grupo controle foi significativamente mais jovem do que o grupo CMD (30 + 8 anos e 53 + 12 anos, respectivamente - p < 0,001) e também foi composto por um número menor de indivíduos do gênero masculino (grupo controle = 45% de homens, grupo CMD = 72% de homens - p = 0,047).

Na Tabela 2 encontram-se os dados do grupo CMD e dos controles obtidos pela ecocardiografia bidimensional.

Os volumes diastólico e sistólico finais do VE apresentaram valores maiores entre os doentes, quando comparados ao grupo controle (p < 0,001); já a fração de ejeção do VE (FEVE) foi significativamente menor para o grupo CMD, em relação aos indivíduos normais (p < 0,001).

Considerando-se os parâmetros de análise da função diastólica obtidos pelo Doppler pulsátil, apenas a velocidade de pico diastólico precoce (E) foi significativamente menor entre os doentes (p = 0,021).

As velocidades sistólica, diastólica precoce e diastólica tardia obtidas pelo Doppler tecidual (S, e' e a', respectivamente) mostraram-se estatisticamente menores entre os pacientes, em comparação aos controles (p < 0,001). O contrário foi observado na relação E/e', com valores maiores para o grupo CMD (p < 0,001).

O índice de desempenho miocárdico mensurado pelo Doppler tecidual (easi) não apresentou diferença estatística entre os dois grupos (p = 0,691). Já o IPM do grupo controle foi menor do que entre os doentes (p < 0,001), bem como a pressão sistólica pulmonar (p < 0,001). O dP/dt não pode ser comparado entre os grupos, uma vez que, quando presente nos indivíduos normais, a insuficiência mitral foi de grau mínimo, impossibilitando a formação de uma curva com envelope adequado para essa análise. Entretanto, o SG foi significativamente menor para os pacientes (p < 0,001), quando comparado aos controles (Figura 2).

No grupo CMD, a correlação entre os parâmetros ecocardiográficos convencionais de análise da função sistólica ventricular e o SG foi positiva para os volumes ventriculares calculados pela ecocardiografia tridimensional e negativa para a FEVE e velocidade da onda S (Figura 3).

A análise multivariada, tendo o SG como variável dependente e como variáveis independentes os volumes ventriculares e a fração de ejeção pela ecocardiografia bi e tridimensional, a velocidade de S, a relação E/e', o IPM, a relação dP/dt e o índice eas, mostrou que apenas a fração de ejeção calculada pela ecocardiografia tridimensional foi preditora negativa (R2 = -0,404±0,186, p = 0,038) do SG no grupo de pacientes, ou seja, quanto menor a FEVE, maiores os valores do SG (indicando menor deformação).

A reprodutibilidade da análise do strain transmural longitudinal global, avaliada pela variabilidade intraobservador, foi de 07 ± 0,22.

Discussão

O presente estudo mostrou que a deformação do VE no plano longitudinal, estimada por meio do speckle tracking encontra-se significativamente reduzida em pacientes com CMD grave, quando comparados a indivíduos normais. Também mostrou correlação com parâmetros convencionais de análise ecocardiográfica, como os volumes ventriculares, a fração de ejeção e a velocidade de S'. A FEVE estimada pela ecocardiografia tridimensional foi a única variável capaz de predizer o SG no grupo CMD.

Um dos determinantes mais importantes do prognóstico desfavorável na CMD é o remodelamento ventricular que ocorre em razão da diminuição das forças mecânicas, sendo caracterizado pela dilatação (>20% do volume diastólico ou sistólico final) e disfunção contrátil do VE. É de consenso geral que baixos índices de FEVE estão intimamente relacionados aos sintomas e ao prognóstico, de modo que a mensuração deste parâmetro pela ecocardiografia bidimensional é largamente utilizada para avaliar a função sistólica ventricular e para definir terapêuticas. Entretanto, alguns estudos recentes mostraram que nem sempre isso ocorre no âmbito clínico, pois a FEVE apresenta limitações importantes, relacionadas especialmente à determinação acurada dos bordos endocárdicos e com a necessidade de se presumir formas geométricas para o ventrículo esquerdo no cálculo dos volumes13-15. A ecocardiografia tridimensional em tempo real supera essas limitações, porém, ainda não é aplicada rotineiramente15. Assim como a FEVE, outro índice comumente utilizado é a dP/dt positiva, consagrada para avaliar a função sistólica ventricular, sendo também utilizado como preditor de mortalidade em pacientes com ICC7.

O STE é capaz de quantificar rotação, torção e deformação (strain) do VE durante a sístole e a diástole, pelo rastreamento de pontos menores do que o comprimento de onda do ultrassom (speckles), localizados quadro a quadro por semelhança de padrão. Por utilizar as escalas de cinza convencionais do ecocardiograma bidimensional, o STE não é afetado pelo ângulo de incidência do ultrassom e sofre menor influência de artefatos, interferências, ruídos acústicos e do movimento de translação cardíaca, ao contrário do Doppler tecidual2,16-18.

O coração apresenta três componentes de deformação: longitudinal, circunferencial e radial, dispostos num complexo arranjo helicoidal, com a finalidade de facilitar a ejeção e sucção do sangue2,19,20. É bem estabelecido cientificamente que as fibras cardíacas longitudinais localizadas no subendocárdio são as primeiras a sofrer os efeitos de injúria miocárdica3, e estudos recentes sobre deformação que utilizam o STE mostram concordância com esses resultados21,22. Em pacientes com hipertrofia cardíaca de etiologias variadas, Sun e cols.23 demonstraram que o strain longitudinal é aquele que melhor se correlaciona com a fração de ejeção e com índices de função diastólica do VE. Foi provado também que o strain global longitudinal é capaz de prever eventos cardiovasculares em pacientes com ICC24 e morte relacionada a diferentes causas em indivíduos com doença cardíaca25.

Neste estudo, a deformação miocárdica do VE foi significativamente menor entre os pacientes quando comparados aos indivíduos normais (-5,53 ± 2,34 x -14,02 ± 1,83, respectivamente), apresentando também média de idade superior e um maior número de indivíduos do gênero masculino do que o grupo controle. De acordo com o recente estudo HUNT, Dalen e cols.26, numa análise realizada em 1.266 indivíduos saudáveis, concluíram que o strain diminui com a idade e é menor entre os homens, o que poderia gerar questionamentos acerca da relação entre o strain reduzido e a CMD. Contudo, os resultados encontrados para a deformação miocárdica longitudinal são concordantes e se correlacionam com os parâmetros de avaliação da função sistólica obtidos pela ecocardiografia convencional e já bem estabelecidos para a doença em questão (Tabela 2 e Figura 3)7,10,13.

O strain transmural longitudinal global apresentou correlação com os volumes e com a FEVE obtidos a partir da ecocardiografia tridimensional; além disso, esta última variável foi a única capaz de predizer o SG. Considerando-se que a E3DTR oferece resultados mais precisos do que a E2D e que a análise de deformação longitudinal pode ser obtida de maneira rápida, semiautomática e acurada, essa nova ferramenta abre novas perspectivas para o estudo de pacientes com CMD grave. A possibilidade de identificar, entre essa população, aqueles que estão mais propensos a eventos cardiovasculares é de extrema importância para a otimização e o direcionamento da terapêutica, na tentativa de reduzir a morbimortalidade de uma doença que se tornou um problema de saúde pública em razão da crescente incidência e dos altos custos do tratamento.

Considerando o grupo CMD, o aumento significativo da relação E/e´ e do IPM, bem como a redução na velocidade de enchimento diastólico tardio (a´), reforçam a tese de que a sístole e a diástole são intimamente relacionadas20.

Limitações

As principais limitações do STE dizem respeito à necessidade da aquisição de imagens com qualidade técnica superior (nem sempre possível na prática clínica) e à baixa resolução temporal.

O rastreamento dos speckles é feito pela identificação de padrões semelhantes quadro a quadro, ao longo do ciclo cardíaco; portanto, quanto maior o número de quadros adquiridos por segundo (ou seja, quanto maior a frequência de quadros), maior será a confiabilidade dos resultados. Isso se torna especialmente importante nos pacientes com dilatação ventricular, onde não raro é necessário aumentar o ângulo do setor para que o coração possa ser visibilizado por completo. Por outro lado, resoluções temporais muito altas diminuem as chances de diagnosticar alterações presentes, devido aos speckles com velocidade próxima de zero, o que pode causar instabilidade matemática ao algoritmo. 1,16.

Conclusões

O presente estudo demonstrou que o strain transmural longitudinal global encontra-se reduzido significativamente nos pacientes com CMD grave, correlacionando-se com os volumes ventriculares e FEVE obtidos a partir da E3DTR. A partir disso, abrem-se novas possibilidades de abordagem terapêutica e de avaliação prognóstica nesse grupo específico de pacientes.

Potencial Conflito de Interesses

Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.

Fontes de Financiamento

O presente estudo foi financiado por FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo), projetos # 2004/07474-9 e 2008/05723-2.

Vinculação Acadêmica

Este artigo é parte de tese de pós-doutorado de Maria Cristina Donadio Abduch pelo Instituto do Coração - Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo.

Maria Cristina Donadio Abduch

Praça Guido Cagnacci, 05, Vila Madalena

CEP 05444-060, São Paulo, SP - Brasil

E-mail:

cristinaabduch@cardiol.br,

abduchmc@gmail.com

Artigo recebido em 02/08/11; revisado em 04/08/11; aceito em 09/04/12.

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BACKGROUND: The high and increasing prevalence of Dilated Cardiomyopathy (DCM) represents a serious public health problem. New technologies are being used aiming at more accurate diagnoses in order to improve therapeutic approach. In this scenario, speckle tracking echocardiography (STE) uses natural myocardial markers to analyze the systolic deformation of the left ventricle (LV). OBJECTIVE: To measure the longitudinal transmural global strain (GS) of the LV through STE in patients with severe DCM, comparing the results with normal individuals and with echocardiographic parameters established for the analysis of LV systolic function, validating the method in this population. METHODS: We studied 71 patients with severe DCM (53 ± 12 years, 72% men) and 20 controls (30 ± 8 years, 45% men). We obtained LV volumes and ejection fraction by two and three-dimensional echocardiography, Doppler parameters, tissue Doppler and GS was obtained by STE. RESULTS: Compared to controls, LV volumes were higher in the DCM group; however, LVEF and peak velocity of E wave were lower in the latter. The myocardial performance index was higher among patients. Myocardial velocities at the tissue Doppler (S', e', a') were significantly lower and E/e' ratio was higher in the DCM group. The GS was decreased in the DCM group (-5.5% ± 2.3%) when compared to controls (-14.0% ± 1.8%). CONCLUSION: In this study, GS was significantly lower in patients with severe DCM, bringing new perspectives for therapeutic approaches in this specific population.

 Cardiomyopathy, dilated echocardiography, Doppler ventricular dysfunction, left

Maria Cristina Donadio AbduchI; Ivan SalgoIII; Wendy TsangII; Marcelo Luiz Campos VieiraI; Victoria Cruz; Marta LimaI; Jeane Mike TsutsuiI; Victor Mor-AviII; Roberto M. LangII; Wilson Mathias JrI

IHeart Institute (InCor), The University of Sao Paulo, School of Medicine, São Paulo, SP - Brazil

IIUniversity of Chicago Medical Center, Chicago, Illinois, USA

IIIPhilips Healthcare, Andover, Massachusetts, USA

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ABSTRACT

BACKGROUND: The high and increasing prevalence of Dilated Cardiomyopathy (DCM) represents a serious public health problem. New technologies are being used aiming at more accurate diagnoses in order to improve therapeutic approach. In this scenario, speckle tracking echocardiography (STE) uses natural myocardial markers to analyze the systolic deformation of the left ventricle (LV).

OBJECTIVE: To measure the longitudinal transmural global strain (GS) of the LV through STE in patients with severe DCM, comparing the results with normal individuals and with echocardiographic parameters established for the analysis of LV systolic function, validating the method in this population.

METHODS: We studied 71 patients with severe DCM (53 ± 12 years, 72% men) and 20 controls (30 ± 8 years, 45% men). We obtained LV volumes and ejection fraction by two and three-dimensional echocardiography, Doppler parameters, tissue Doppler and GS was obtained by STE.

RESULTS: Compared to controls, LV volumes were higher in the DCM group; however, LVEF and peak velocity of E wave were lower in the latter. The myocardial performance index was higher among patients. Myocardial velocities at the tissue Doppler (S', e', a') were significantly lower and E/e' ratio was higher in the DCM group. The GS was decreased in the DCM group (-5.5% ± 2.3%) when compared to controls (-14.0% ± 1.8%).

CONCLUSION: In this study, GS was significantly lower in patients with severe DCM, bringing new perspectives for therapeutic approaches in this specific population. (Arq Bras Cardiol. 2012; [online].ahead print, PP.0-0)

Keywords: Cardiomyopathy, dilated / physiopathology; echocardiography, Doppler; ventricular dysfunction, left.

Instruction

In recent years, novel technologies have appeared to improve diagnosis and treatment of heart diseases. In this context, speckle tracking echocardiography (STE) is useful to detect and comprehend the abnormalities that occur in cardiac diseases. STE is based on the tracking of natural myocardial markers during the cardiac cycle1,2.

Dilated Cardiomyopathy (DCM), which usually culminates in congestive heart failure (CHF) and death, represents a severe public health issue, as population ageing, associated with morbidity and mortality of this disease requires effective therapeutic approaches. It is well established in literature that endocardial fibers, arranged longitudinally, are the first to undergo damage in DCM3; thus, myocardial deformation (strain) that occurs in the longitudinal plane is the first to express these alterations4.

The present study aims to clinically validate the use of longitudinal transmural strain, obtained through speckle tracking, to assess left ventricular systolic function in patients with severe DCM, by comparing them with normal individuals and with already established echocardiographic parameters.

Methods

Seventy-one consecutive patients with severe DCM were prospectively analyzed in this protocol, according to the following inclusion criteria: left ventricular ejection fraction (LVEF) < 35%, measured according to modified Simpson's rule and transthoracic echocardiogram suitable for detection and tracking of speckles. The exclusion criteria were age < 18 and > 75 years; recent episode (<1 month) of ventricular fibrillation; atrial fibrillation; concomitant diseases determining a poor prognosis (e.g., cancer), patients who refused to participate in the study; severe primary valvular disease with significant hemodynamic effect. Twenty healthy volunteers comprised the control group.

All patients gave written informed consent, and the study was approved by Sao Paulo Medical School Ethical Committee.

Echocardiographic analysis

All studies were performed using the iE33 (Philips Medical Systems, Andover, MA, USA) with transthoracic S3 and X3 broadband transducers (frequency= 2 - 5 MHz).

Two-dimensional echocardiogram

LV volumes and ejection fraction were assessed by two-dimensional echocardiography (2DE) through apical 4- and 2-chamber (A4C, A2C) views, using the modified Simpson's rule, as recommended5; data were indexed for body surface in both groups. Images to analyze the LV longitudinal strain were obtained through A4C view at high frame rates (50 to 70 Hz), during apnea, usually with forced expiration.

Pulsed Wave Doppler

The mitral flow velocity was measured by pulsed wave Doppler obtained in A4C view, with the sample volume positioned at the tips of the mitral valve leaflets. Peak early diastolic velocity - E wave, peak late diastolic velocity - A wave, E/A ratio and E wave deceleration time were calculated. The deceleration time (DT) was measured in an interval between the peak E wave and the point where the deceleration curve reaches the baseline. LV myocardial performance index (MPI) was obtained through the mitral diastolic flow, by measuring the time between the closure of the valve and its opening in the next cycle (A time) divided by the ejection time (B time), according to the following formula6:

Continuous wave and color Doppler

Mitral regurgitation was diagnosed and quantitatively graded by color Doppler, with additional analysis of positive dP/dt as a measure of ventricular systolic function, calculated by continuous wave Doppler, according to the literature7. Tricuspid regurgitation (TR) was identified and qualitatively graded by color Doppler; the TR curve obtained by continuous wave Doppler and the estimated right atrial pressure were used to quantitatively estimate the pulmonary systolic arterial pressure, as previously described8.

Tissue Doppler Imaging (TDI)

The longitudinal myocardial function was assessed by means of myocardial velocities obtained by TDI in the A4C view, with the sample volume positioned on the mitral valve annulus at the septal and lateral walls. Peak systolic velocity (S wave), e' (corresponding to the early diastolic filling) and a' (corresponding to the atrial systole) were determined. The values ​​obtained were used to calculate the eas index (easi), proposed by Mogelvang et al.9 to express both the systolic and diastolic performance of the LV, according to the formula:

Normal values < 0.18; higher values indicate worse ventricular performance.

The noninvasive assessment of pulmonary capillary wedge pressure, E / e ' ratio, was calculated after conventional Doppler and TDI. Values ​​> 15 indicate pulmonary capillary pressure > 20 mmHg10.

Real-time three-dimensional echocardiography (RT3DE)

This technique is more accurate to determine the LV volumes and ejection fraction11. The full volume was obtained through the three orthogonal planes: sagittal (corresponding to the long axis), coronal (similar to the apical 4-chamber view) and transversal (corresponding to the short axis). Then, three points were manually plotted: one related to the LV apex and the other two for the mitral valve annulus; after a few seconds, dedicated software (QLAB 7.0, Philips Medical Systems - Andover, MA, USA) automatically detected the endocardial borders and calculated the LV volumes and EF12.

Longitudinal transmural global strain (GS)

Apical 4C view was used to determine GS by manually positioning three reference points: one on each side of the mitral valve annulus and the third at the apical endocardial border. Immediately, dedicated software (QLAB 8.1, Philips Medical Systems - Andover, MA, USA) creates a region of interest (template) with the automatic delineation of endocardial and epicardial borders, tracking the speckles throughout the cardiac cycle, thus deriving the transmural global strain (Figure 1).

Statistical analysis

Comparisons between the control group and the DCM group were made ​​using the Student's t test. If the criteria of normality fail, nonparametric Mann-Whitney test was used. Correlation analysis was performed using Pearson's coefficient and the proportions between the genders were analyzed by chi-square test. P values ​​< 0.05 were considered statistically significant. To test the intra-observer variability, GS analysis was repeated in 15 randomly chosen patients by the same observer in a minimal interval of one month. This variability was expressed as a percent error for each measurement and was determined as the mean difference between the two measurements. The results were expressed as mean ± SD.

Results

Table 1 shows the clinical characteristics of the studied patients (DCM group). The control group was significantly younger than the DCM group (30 + 53 + 8 years and 12 years respectively; p < 0.001) and also comprised a smaller number of male subjects (control group = 45% of men; DCM group = 72% of men; p = 0.047).

Table 2 shows the data of DCM and control groups obtained by two-dimensional echocardiography.

LV end diastolic and end systolic volumes ​​were higher in patients when compared to controls (p < 0.001), whereas LVEF was significantly lower in the DCM group, when compared with normal subjects (p < 0.001).

Considering the parameters of diastolic function analysis obtained by pulsed wave Doppler, the peak early diastolic velocity (E) was the only one significantly lower in DCM group, when compared with the controls (p = 0.021).

The systolic, early diastolic and late diastolic velocities obtained by TDI (S, e' and a', respectively) were lower in DCM group compared with controls (p < 0.001). Regarding E/e' ratio, the higher values were observed in DCM group (p < 0.001).

The myocardial performance index measured by TDI (easi) showed no statistical difference between the two groups (p = 0.691). Compared with patients, MPI evaluated by pulsed wave Doppler showed lower values in the control group (p < 0.001), likewise the systolic pulmonary arterial pressure (p < 0.001). The dP/dt could not be compared between the groups, since the mitral regurgitation diagnosed in normal subjects was discrete, preventing an adequate curve for analysis. However, GS was significantly lower in the DCM group (p < 0.001) when compared with controls (Figure 2).

In DCM group, the correlation between conventional echocardiographic parameters of ventricular systolic function and GS was positive for the ventricular volumes obtained by RT3DE and negative for the LVEF and S (Figure 3).

Multivariate analysis showed that the only negative predictor of GS in DCM group was the ejection fraction calculated by RT3DE (R2 = -0.404 ± 0.186, p = 0.038), i.e., the smaller the LVEF, the higher the values ​​of GS (indicating lower deformation). There was no correlation between GS and LV volumes, LVEF by 2DE, S velocity, E/e´ratio, MPI, dP/dt and eas index.

The reproducibility of longitudinal transmural global strain assessed by intra-observer variability was 7 ± 0.22.

Discussion

The present study showed that LV deformation in the longitudinal plane estimated by speckle tracking is significantly reduced in patients with severe DCM, when compared with normal individuals. It also showed correlation with conventional echocardiographic parameters, such as ventricular volumes, ejection fraction and S' velocity. LVEF estimated by RT3DE was the only predictor of GS in DCM group.

One of the most important determinants of poor prognosis in DCM is the ventricular remodeling that occurs due to the decrease in mechanical forces, characterized by dilatation (> 20% of the diastolic or end-systolic volume) and LV contractile dysfunction. It is accepted that low LVEF is closely related to symptoms and prognosis, so that the measurement of this parameter by two-dimensional echocardiography is widely used to assess LV systolic function and to define the therapeutic measures. However, some recent studies showed that, in the clinical setting, the measurement of LVEF has important issues, especially related to the accurate determination of the endocardial borders and the need to presume geometric modeling in order to calculate LV volumes13-15. RT3DE overcomes LV foreshortening and geometric assumptions; however, it is not yet routinely applied15. Likewise LVEF, another established index to assess left ventricular systolic function is the positive dP/dt, also used as a predictor of mortality in patients with CHF7.

Through STE it is possible to measure LV rotation, torsion and strain along the cardiac cycle by the recognition of speckles smaller than an ultrasound wavelength, using a sum of absolute difference algorithm. Since it is obtained by 2DE conventional gray scale, STE is angle-independent and is less affected by artifacts, acoustic noise and translation motion, unlike tissue Doppler2,16-18.

Myocardial strain is comprised by three components: longitudinal, circumferential and radial, disposed in a complex helicoid arrangement, in order to facilitate the ejection and suction of the blood2,19,20. It is well established that the longitudinal cardiac fibers located in the subendocardium are the first to be affected by myocardial injury3, and recent studies using STE are in agreement with these results21,22. In patients with cardiac hypertrophy of various etiologies, Sun et al.23 demonstrated that the longitudinal strain showed the best correlation with LVEF and diastolic function indices. It was also demonstrated that the longitudinal global strain can predict cardiovascular events in patients with CHF24 and death due to different causes in individuals with heart disease25.

In the present study, LV myocardial strain was significantly lower in DCM group when compared with normal individuals (-5.53 x -14.02 ± 2.34 ± 1.83, respectively); the patients were older and there was a higher number of men in relation to the healthy volunteers. According to the recent HUNT study, Dalen et al.26, analyzing 1266 healthy subjects, concluded that the strain decreases with age and is lower in men; these results could raise questions about the association between reduced strain and DCM. However, the values of GS are consistent and correlate with the parameters of systolic function assessment obtained by conventional echocardiography that are well established for this disease (Table 2 and Figure 3)7,10,13.

The longitudinal transmural global strain correlated with LV volumes and LVEF obtained by RT3DE assessment; moreover, the latter was the only predictor of GS. Considering that RT3DE is more robust than 2DE and the analysis of longitudinal deformation can be obtained quickly, semi-automatically and accurately, this novel technology sheds light on the comprehension of severe DCM. The ability to identify, in this population, those patients who are more prone to cardiovascular events is of paramount importance for the therapeutic optimization and targeting, in an attempt to reduce morbidity and mortality, once this disease represents a public health issue due to the increasing incidence and high cost of treatment.

Concerning the DCM group, the increase in E/e´ratio and MPI, as well as the decrease in the late diastolic filling velocity (a´), indicate the presence of diastolic dysfunction, supporting the hypothesis that systole and diastole are closely related20.

Limitations

The main limitations of STE are related to the need for image acquisition with higher technical quality (not always possible in the clinical setting) and to the low temporal resolution.

Speckle tracking results from the sum of absolute difference algorithm; thus, the higher the frame rate, the greater the reliability of the results. This may represent an issue when considering patients with ventricular dilatation, since it is often necessary to increase the sector angle in order to allow a complete visualization of the heart. On the other hand, very high temporal resolutions impair the detection of abnormalities because of those speckles with velocities near zero, which can produce mathematical instability in the algorithm1,16.

Conclusion

The present study demonstrated that longitudinal transmural global strain is significantly reduced in patients with severe DCM; this parameter correlates with ventricular volumes and LVEF obtained from RT3DE. Based on that, new possibilities arise for therapeutic and prognostic evaluation in this specific group of patients.

Potential Conflict of Interest

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

Sources of Funding

This study was funded by Fapesp (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo), projects # 2004/07474-9 and 2008/05723-2.

Study Association

This article is part of the thesis of postdoctoral submitted by Maria Cristina Donadio Abduch, from Instituto do Coração - Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo.

References