FUNDAMENTO: A ressonância magnética cardíaca é considerada o método padrão-ouro para o cálculo de volumes cardíacos. A bioimpedância transtorácica cardíaca avalia o débito cardíaco. Não há trabalhos que validem essa medida comparada à ressonância. OBJETIVO: Avaliar o desempenho da bioimpedância transtorácica cardíaca no cálculo do débito cardíaco, índice cardíaco e volume sistólico, utilizando a ressonância como padrão-ouro. MÉTODOS: Avaliados 31 pacientes, com média de idade de 56,7 ± 18 anos, sendo 18 (58%) do sexo masculino. Foram excluídos os pacientes cuja indicação para a ressonância magnética cardíaca incluía avaliação sob estresse farmacológico. A correlação entre os métodos foi avaliada pelo coeficiente de Pearson, e a dispersão das diferenças absolutas em relação à média foi demonstrada pelo método de Bland-Altman. A concordância entre os métodos foi realizada pelo coeficiente de correlação intraclasses. RESULTADOS: A média do débito cardíaco pela bioimpedância transtorácica cardíaca e pela ressonância foi, respectivamente, 5,16 ± 0,9 e 5,13 ± 0,9 L/min. Observou-se boa correlação entre os métodos para o débito cardíaco (r = 0,79; p = 0,0001), índice cardíaco (r = 0,74; p = 0,0001) e volume sistólico (r = 0,88; p = 0,0001). A avaliação pelo gráfico de Bland-Altman mostrou pequena dispersão das diferenças em relação à média, com baixa amplitude dos intervalos de concordância. Houve boa concordância entre os dois métodos quando avaliados pelo coeficiente de correlação intraclasses, com coeficientes para débito cardíaco, índice cardíaco e volume sistólico de 0,78, 0,73 e 0,88, respectivamente (p < 0,0001 para todas as comparações). CONCLUSÃO: A bioimpedância transtorácica cardíaca mostrou-se acurada no cálculo do débito cardíaco quando comparada à ressonância magnética cardíaca.
Bioimpedância transtorácica comparada à ressonância magnética na avaliação do débito cardíaco
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A insuficiência cardíaca (IC) é uma desordem associada à ativação neuro-hormonal, que, em última análise, resulta em alterações hemodinâmicas, como redução do débito cardíaco (DC), aumento das pressões de enchimento do ventrículo esquerdo e aumento da resistência vascular sistêmica (RVS)1,2. Além disso, a maioria das medicações utilizadas para o tratamento da IC, tanto crônica como aguda, apresenta efeitos sobre a hemodinâmica cardiovascular. Medidas hemodinâmicas específicas, como DC, RVS e pressão de capilar pulmonar geralmente são obtidas apenas em pacientes críticos, em grande parte por causa do risco, desconforto e custo de procedimentos invasivos como a monitorização por cateter de Swan-Ganz. No entanto, a medida desses valores poderia ser útil no manuseio de pacientes com IC, mesmo não críticos.
A bioimpedância transtorácica cardíaca (BTC) é um método não invasivo que permite a estimativa de parâmetros hemodinâmicos3-5. Ela é uma forma de pletismografia que utiliza mudanças na impedância elétrica torácica para estimar mudanças no volume sanguíneo no interior da aorta e mudanças no volume de fluido do tórax. Dessa forma, podem-se estimar parâmetros hemodinâmicos e o
O objetivo desse trabalho foi determinar o desempenho da BTC no cálculo do DC, utilizando-se a RMC como padrão-ouro.
No período de março a junho de 2007, foram incluídos 31 pacientes encaminhados por seus médicos assistentes para realização ambulatorial de RMC. A média de idade foi de 56,7 ± 18 anos e 18 (58%) eram do sexo masculino. As indicações para realização da RMC foram: 1) Avaliação de cardiopatia isquêmica crônica (prévio infarto agudo do miocárdio (IAM), viabilidade miocárdica) em 11 pacientes; 2) Avaliação de arritmia (arritmia ventricular, extrassístoles ventriculares frequentes ao Holter, palpitações etc.) em 11 pacientes; 3) Avaliação da etiologia de cardiomiopatias em seis pacientes; e 4) Avaliação de miocardite aguda/subaguda em três pacientes.
Por razões logísticas internas, foram incluídos pacientes que realizaram RMC em um dia específico da semana. Imediatamente antes da RMC, eram submetidos à avaliação pela BTC. Foram excluídos pacientes cuja indicação de RMC incluía avaliação sob estresse farmacológico.
O exame de RMC foi realizado em repouso, em aparelho de ressonância magnética com campo principal de 1,5 tesla (Gyroscan NT Intera, Philips Medical System, Best, The Netherlands). Para fazer a avaliação dos parâmetros funcionais do ventrículo esquerdo (VE), foi utilizada uma sequência de pulsos do tipo gradiente-eco com magnetização transversal em estado de equilíbrio (
Foram adquiridos, de forma sequencial, oito a 10 cortes do eixo curto do ventrículo esquerdo cobrindo toda cavidade ventricular, do ápice ao anel mitral. A aquisição de cada corte teve duração de aproximadamente oito segundos (cerca de oito a 12 batimentos cardíacos, dependendo da frequência cardíaca), durante os quais o paciente era solicitado a prender a respiração.
Foram calculados quatro parâmetros utilizando o método de Simpson: fração de ejeção (FE), volume diastólico final (VDF), volume sistólico final (VSF) e volume sistólico (VS) de ejeção. Esses parâmetros foram obtidos das imagens de cine-RM da seguinte forma: contorno manual, em
A BTC foi realizada pelo aparelho Bio Z Dx Diagnostics, Cardiodynamics, San Diego, CA, Estados Unidos. Foram utilizados quatro pares de eletrodos posicionados no pescoço e tórax, conectados ao aparelho portátil, do tamanho proporcional a um eletrocardiógrafo. Uma corrente alternada de baixa frequência e alta amplitude é gerada pelos quatro sensores externos e os eletrodos internos captam as mudanças instantâneas de voltagem. De acordo com a lei de Ohm, quando uma corrente constante é aplicada no tórax, as mudanças de voltagem são diretamente proporcionais a mudanças da impedância. A impedância total do tórax, denominada impedância basal, é o somatório da impedância de todos os componentes torácicos (tecido adiposo, coração, pulmão, músculo esquelético, tecido vascular, ossos e ar). As variações em relação à impedância basal ocorrem em virtude das modificações no volume pulmonar com a respiração e mudanças no volume sanguíneo no interior de grandes vasos durante sístole e diástole. O componente respiratório é filtrado e removido da análise do aparelho, deixando apenas as variações decorrentes das modificações sanguíneas no interior da aorta, permitindo os cálculos hemodinâmicos. Vários parâmetros são fornecidos pelo aparelho, como DC, índice cardíaco VS, resistência arterial periférica, parâmetros de contratilidade e conteúdo de fluido torácico. No presente trabalho, foram analisados somente o DC, índice cardíaco e VS.
Os dados foram apresentados como média e desvio-padrão, pois apresentavam distribuição normal. A comparação entre as médias foi feita pelo Teste
A
No presente trabalho, demonstramos que a BTC apresentou bom desempenho no cálculo do DC, índice cardíaco e VS, usando-se a RMC como padrão-ouro. Esse é o único estudo realizado em uma população estável, ambulatorial, com a finalidade de avaliar a acurácia da BTC na medida do DC.
Utilizamos a RMC como método de referência. Sua utilidade em estimar o débito cardíaco foi confirmada por várias técnicas, em estudos experimentais e clínicos, mostrando bom desempenho13-16.
A acurácia da medida de débito cardíaco usando-se a nova geração de aparelhos de BTC já foi realizada por métodos invasivos, em cenários de terapia intensiva3, pós-operatório de cirurgia de revascularização miocárdica5 e em laboratório de hemodinâmica em pacientes com hipertensão pulmonar4. Em todos esses estudos, a BTC apresentou um bom desempenho no cálculo do débito cardíaco, com correlação moderada com cálculos feitos pelos métodos de Fick ou termodiluição3-5. Em nosso estudo, confirmamos esses achados em pacientes menos graves, ambulatoriais, em que a medida invasiva dos parâmetros hemodinâmicos não seria ética, lançando-se mão de um método não invasivo, porém acurado, como a RMC.
A aplicação clínica da BTC foi avaliada em pacientes com dispneia aguda na sala de emergência6,7. A BTC fez com que o médico mudasse seu diagnóstico em 13% dos casos e mudasse as medicações em 39% dos pacientes6. Em outro estudo, foi útil em diferenciar dispneia de origem cardíaca
Em um estudo ambulatorial – estudo PREDICT – com pacientes portadores de IC que foram recentemente hospitalizados, a BTC realizada de forma seriada foi capaz de identificar pacientes de alto risco para hospitalização e morte. Três parâmetros da BTC foram úteis nessa análise – o índice de velocidade, o conteúdo de fluxo torácico indexado e o tempo de ejeção ventricular esquerdo. Não há, no entanto, trabalhos que mostrem que medidas seriadas com BTC possam alterar os desfechos clínicos.
No único estudo randomizado e cego, em pacientes com IC grave, não foi possível demonstrar benefício clínico do método10. O estudo BIG10 inclui um subgrupo do estudo ESCAPE17, em que pacientes com IC grave eram hospitalizados para ajustar a medicação guiada por parâmetros hemodinâmicos invasivos. Essa abordagem não foi melhor que o ajuste convencional, feito pelo exame clínico17. No subgrupo submetido à avaliação com BTC, observou-se modesta correlação do DC medido pela BTC com os parâmetros invasivos (r variando entre 0,4 a 0,6 em medidas seriadas). O conteúdo de fluido torácico calculado pela BTC não foi uma medida confiável para estimar a pressão encunhada de capilar pulmonar. Além disso, diferentemente do estudo PREDICT, a BTC não apresentou utilidade prognóstica.
No contexto da hipertensão arterial, um estudo randomizado demonstrou benefício da BTC no controle da pressão arterial9. A taxa de pacientes com pressão arterial controlada (< 140 x 90 mmHg) ao final do estudo no grupo BTC e controle foi, respectivamente, 77% e 57%. Para pressão arterial < 130 x 85 mmHg, esses valores foram 55%
Com base nesses estudos, podemos concluir que, embora a BTC possa medir o débito cardíaco e a resistência periférica com moderada acurácia, não há dados que indiquem mudança em desfechos clínicos com o método, com possível exceção no cenário de pacientes com hipertensão arterial não controlada. O método, no entanto, pode ser útil em pesquisas, como em estudos de mecanismos de doenças e estudos de respostas hemodinâmicas a determinados fármacos ou intervenções.
Em conclusão, a avaliação do DC pela BTC mostrou-se acurada em pacientes estáveis ambulatoriais, usando-se a RMC como padrão-ouro.
Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.
O presente estudo não teve fontes de financiamento externas.
Não há vinculação deste estudo a programas de pós-graduação.
13. Culham JA, Vince DJ. Cardiac output by MRI imaging: an experimental study comparing right ventricle and left ventricle with thermodilution. Can Assoc Radiol J 1988;39(4):247-9.
Correspondência: Humberto Villacorta Junior Rua Visconde de Silva, 154, 402, Humaitá CEP 22271090, Rio de Janeiro, RJ – Brasil E-mail:
Artigo recebido em 06/03/12
revisado em 07/03/12
aceito em 31/07/12
BACKGROUND: Cardiac magnetic resonance imaging is considered the gold-standard method for the calculation of cardiac volumes. Transthoracic impedance cardiography assesses the cardiac output. No studies validating this measurement, in comparison to that obtained by magnetic resonance imaging, are available. OBJECTIVE: To evaluate the performance of transthoracic impedance cardiography in the calculation of the cardiac output, cardiac index and stroke volume using magnetic resonance imaging as the gold-standard. METHODS: 31 patients with a mean age of 56.7 ± 18 years were assessed; of these, 18 (58%) were males. Patients whose indication for magnetic resonance imaging required pharmacologic stress test were excluded. Correlation between methods was assessed using the Pearson's coefficient, and dispersion of absolute differences in relation to the mean was demonstrated using the Bland-Altman's method. Agreement between methods was analyzed using the intraclass correlation coefficient. RESULTS: The mean cardiac output by transthoracic impedance cardiography and by magnetic resonance imaging was 5.16 ± 0.9 and 5.13 ± 0.9 L/min, respectively. Good agreement between methods was observed for cardiac output (r = 0.79; p = 0.0001), cardiac index (r = 0.74; p = 0.0001) and stroke volume (r = 0.88; p = 0.0001). The analysis by the Bland-Altman plot showed low dispersion of differences in relation to the mean, with a low amplitude of agreement intervals. Good agreement between the two methods was observed when analyzed by the intraclass correlation coefficient, with coefficients for cardiac output, cardiac index and stroke volume of 0.78, 0.73 and 0.88, respectively (p < 0.0001 for all comparisons). CONCLUSION: Transthoracic impedance cardiography proved accurate in the calculation of the cardiac output in comparison to cardiac magnetic resonance imaging.
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Heart failure (HF) is a disorder associated with neurohormonal activation, which ultimately results in hemodynamic changes such as decreased cardiac output (CO), increased left ventricular filling pressures and increased systemic vascular resistance (SVR)1,2. In addition, most of the medications used for the treatment of both chronic and acute HF have effects on the cardiovascular hemodynamics. Specific hemodynamic measurements such as CO, SVR, and pulmonary capillary pressure are usually obtained only in critically ill patients due, to a great extent, to the risk, discomfort and costs of invasive procedures such as Swan-Ganz catheter monitoring. However, these measurements could be useful in the management of patients with HF, even those not critically ill.
Transthoracic impedance cardiography (TIC) is a noninvasive method that allows the estimate of hemodynamic parameters3-5. It is a type of pletismography that uses the changes in the thoracic electric impedance to estimate changes in the blood volume within the aorta and changes in the thoracic fluid volume. Thus, hemodynamic parameters and the volemic status can be estimated. Although TIC has been evaluated in some clinical situations6-9, some questions remain on its accuracy and usefulness10. Cardiac magnetic resonance imaging (CMRI) is considered the gold-standard for the calculation of cardiac volumes11,12, and no previous study comparing the two methods has ever been conducted.
The objective of the present study is to determine the performance of TIC in the calculation of the CO using CMRI as the gold-standard.
From March to June 2007, 31 patients who had been referred by their physicians for ambulatory CMRI were included in this study. Their mean age was 56.7 ± 18 years and 18 (58%) were males. Indications for CMRI were the following: 1) assessment of chronic ischemic heart disease (previous myocardial infarction, myocardial viability) in 11 patients; 2) assessment of arrhythmia (ventricular arrhythmia, frequent ventricular extrasystoles on Holter, palpitations, etc) in 11 patients; 3) assessment of the etiology of cardiomyopathies in six patients; and 4) assessment of acute/subacute myocarditis in three patients.
For internal logistic reasons, patients undergoing CMRI in a specific day of the week were included. Immediately before CMRI, they were assessed by TIC. Patients whose indication for CMRI included pharmacological stress test were excluded.
CMRI was performed with the patient at rest using an MRI scanner with a main field of 1.5 tesla (Gyroscan NT Intera, Philips Medical System, Best, The Netherlands).: For the assessment of the functional parameters of the left ventricle (LV) a gradient-echo pulse sequence with steady-state free precession – (SSFP) transverse magnetization was used with the following parameters: TR 3.1 ms; TE 1.55 ms; inclination angle: 55º; FOV 350-420 mm; matrix: 192 x 192; scan percentage 70%; RFOV: 75%; phases: 24; WFS: 0,21 pixels; NSA 1, views: 8-10; thickness: 8 mm; interval 2mm.
Eight to 10 views of the left ventricular short axis were sequentially acquired, covering the whole ventricular cavity from the apex to the mitral ring. Acquisition of each view took approximately eight seconds (from eight to 12 heart beats, depending on the heart rate), during which the patients were asked to hold their breath.
Four parameters were calculated using the Simpson's method: ejection fraction (EF); end-diastolic volume (EDV); end-systolic volume (ESV); and stroke volume (SV). These parameters were obtained from cine-MRI images as follows: manual contour, in a specific software commercially available (ViewForum, version 4.2, Philips Medical Systems, Best, The Netherlands), of the LV endocardial border in the diastolic (larger area) and systolic (smaller area) phases in the 8-10 views of the LV short axis. EDV was measured as the sum of the products of the area of each view in the diastolic phase multiplied by the view thickness. ESV was calculated similarly, but using the systolic phase of each view for the calculation. SV was calculated as: SV = EDV–ESV; and the EF as: EF = (SV/EDV) x 100. EDV, ESV and VS were then normalized for the body surface area, thus generating the parameters IEDV, IESV and ISV. Finally, the cardiac output was calculated as: CO = SV x HR.
TIC was performed in a Bio Z Dx Diagnostics device (Cardiodynamics, San Diego, CA, USA). Four pairs of electrodes positioned on the neck and thorax were used; they were connected to a portable device the size of an electrocardiograph. A low-frequency high-amplitude alternating current is generated by the four external sensors and the internal electrodes capture the instant voltage changes. According to Ohm's law, when a steady current is applied to the thorax, the voltage changes are directly proportional to the impedance changes. The total thoracic impedance, named baseline impedance, is the sum of the impedance of all thoracic components (adipose tissue, heart, lung, skeletal muscle, vascular tissue, bones and air). Variations in relation to the baseline impedance occur because of the changes in the pulmonary volume with breathing and changes in blood volume within large vessels during systole and diastole. The respiratory component is filtered and excluded from the device analysis, leaving only the variations resulting from blood changes within the aorta, thus permitting hemodynamic calculations. Several parameters such as CO, cardiac index (CI), SV, peripheral arterial resistance, contractility parameters and thoracic fluid content are provided by the device. In the present study, only CO, CI and SV were analyzed.
Data were expressed as means and standard deviation, because they were normally distributed. Comparison between means was made using Student's
The baseline population characteristics are shown in
In the present study, we showed that TIC had a good performance in the calculation of CO, CI and SV, using CMRI as the gold-standard. This is the only study carried out in a stable outpatient population with the objective of evaluating the accuracy of TIC in the measurement of CO.
We used CMRI as a reference method. Its usefulness in estimating the cardiac output has been confirmed by various techniques in both experimental and clinical studies, showing good performance13-16.
The accuracy of cardiac output measurements using the new generation of TIC devices has already been analyzed using invasive methods in intensive care environments3, postoperative period of coronary artery bypass grafting5, and in hemodynamics laboratory in patients with pulmonary hypertension4. In all these studies, TIC showed good performance in the calculation of cardiac output, with moderate correlation with calculations made by the Fick or termodilution methods3-5. In our study, we confirmed these findings in less severely ill outpatients in whom invasive measurement of hemodynamic parameters would not the ethical, so we used CMRI, a noninvasive but accurate method.
The clinical application of TIC has been assessed in patients with acute dyspnea in the emergency department6,7. TIC made physicians change patients' diagnosis in 13% of the cases, and medications in 39% of the patients6. In another study, it was useful to differentiate cardiac form noncardiac dyspnea7. However, these studies are limited by the lack of a control group and by non-randomization, which makes it difficult to evaluate the ability of the method in changing outcomes.
In an outpatient study – the PREDICT study – in recently hospitalized patients with HF, serial TIC was able to identify patients at a high risk for hospitalization and death. Three TIC parameters were useful in this analysis: velocity index, thoracic flow content index, and left ventricular ejection time. However, there is no study available demonstrating that serial TIC measurements could change clinical outcomes.
In the only randomized blind study in patients with severe HF, no clinical benefit of the method could be demonstrated10. The BIG study10 includes a subgroup of the ESCAPE study17 in which patients with severe HF were hospitalized for medication adjustments guided by invasive hemodynamic parameters. This approach did not prove superior to the conventional adjustment based on clinical assessment17. In the subgroup undergoing TIC assessment, a modest correlation of CO as measured by TIC was observed in relation to invasive parameters (r ranging between 0.4 and 0.6 in serial measurements). The thoracic fluid content as calculated by TIC was not a reliable measurement to estimate the pulmonary capillary wedge pressure. In addition, unlike in the PREDICT study, TIC did not prove useful to establish the prognosis.
In the context of arterial hypertension, a randomized study demonstrated that TIC was beneficial in the control of blood pressure9. The rate of patients with controlled blood pressure (< 140 x 90 mmHg) by the end of the study in the groups TIC and control was 77% and 57%, respectively. For blood pressure < 130 x 85 mmHg, these values were 55% versus 27%.
Based on these studies, we can conclude that, although TIC may measure cardiac output and peripheral resistance with moderate accuracy, there are no data indicating that the method results in changes in clinical outcomes, with a possible exception in patients with uncontrolled arterial hypertension. However, the method may be useful in research, such as in studies on the mechanisms of diseases and on hemodynamic responses to determined drugs or interventions.
In conclusion, the assessment of CO by TIC proved accurate in stable outpatients, using CMRI as the gold-standard.
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.
There were no external funding sources for this study.
This study is not associated with any post-graduation program.
13. Culham JA, Vince DJ. Cardiac output by MRI imaging: an experimental study comparing right ventricle and left ventricle with thermodilution. Can Assoc Radiol J 1988;39(4):247-9.