Doppler Tecidual, Tissue Tracking, Strain Rate e Strain. Para que serve isso tudo?

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1 A r t i g o d e R e v i s ã o ISSN Doppler Tecidual, Tissue Tracking, Strain Rate e Strain. Para que serve isso tudo? Carlos Eduardo Suaide Silva, Claudia Gianini Monaco, Luiz Darcy Cortez Ferreira, Manuel Adán Gil, Luciana Braz Peixoto, Juarez Ortiz Instituição: OMNI-CCNI Medicina Diagnóstica São Paulo - Brasil Correspondência: Carlos Eduardo Suaide Silva Rua Cubatão, 726, São Paulo, SP CEP csuaide@cardiol.br Descritores: Ecocardiografia, métodos diagnósticos, Doppler tecidual. INTRODUÇÃO O efeito Doppler foi descrito em 1842 pelo físico austríaco Christian Johann Doppler, mas sua utilização em medicina, basicamente na ecocardiografia, começou cerca de cem anos mais tarde 1. No final da década de 70 surgiram as modalidades de Doppler contínuo e pulsátil 2 que chegaram em nosso meio no início dos anos 80 e desde então foram incorporadas à prática ecocardiográfica, passando a fornecer valiosas informações sobre a fisiologia cardíaca, antes não disponíveis. Em 1984, Omoto et al 3 apresentaram a nova modalidade de Doppler conhecida por Mapeamento de Fluxo em Cores ou Doppler colorido, que revolucionou a ecocardiografia por motivos que todos nós sabemos. Apenas dez anos mais tarde é que começaram a ser publicados na literatura cardiológica os trabalhos com Doppler tecidual nas modalidades espectral e com mapeamento colorido do miocárdio como estamos acostumados a ver atualmente 4,5. Na realidade, o Doppler tecidual é um primo-irmão do Doppler colorido e a primeira referência desta nova técnica surgiu em 1986 durante um congresso do American College of Cardiology onde Karl Isaaz et al 6 sugeriam que a mesma apresentava grande potencial para a avaliação da função miocárdica. DOPPLER TECIDUAL Sabemos que quando o feixe de ultra-som atinge uma estrutura em movimento (como as células sangüíneas, por exemplo), a onda refletida sofre uma alteração na sua freqüência, retornando ao transdutor com freqüência diferente daquela emitida. Assim, quando este feixe atinge as células sangüíneas que estão se movimentando em direção ao transdutor, a freqüência da onda refletida aumenta, e portanto, será maior do que a da onda originalmente emitida. Ao contrário, se as células sangüíneas estiverem se afastando do transdutor, a onda refletida terá freqüência menor do que a emitida. Há portanto, uma 17

2 variação de freqüência que pode ser medida pelo equipamento. Esta variação é proporcional à velocidade do sangue. Da mesma maneira que o Doppler convencional pode ser utilizado para medir a velocidade do fluxo sangüíneo dentro do coração e vasos, o método permite medir velocidades de outros tecidos que também se movimentam, como por exemplo o miocárdio. A codificação em cores das velocidades de movimentação de estruturas (hemácias ou miócitos) é que nos permite enxergar em vermelho tudo aquilo que se movimenta em direção ao nosso transdutor e em azul, no sentido contrário. Felizmente, sangue e músculo se movem com velocidades e amplitudes diferentes. O princípio do DT leva em consideração estas diferentes características da movimentação do músculo em comparação com a do fluxo sangüíneo. O músculo se movimenta com velocidades substancialmente menores (5 a 10 cm/s contra 50 a 100 cm/s do fluxo sangüíneo) e produz sinais com amplitude cem vezes maior que o sangue 7. O Doppler convencional utiliza um determinado filtro (high pass filter) para eliminar os ruídos de baixa freqüência e alta amplitude originados na parede ventricular e, desta forma, calcular a velocidade do fluxo sangüíneo. A eliminação deste filtro permite a aquisição dos sinais do miocárdio e o cálculo instantâneo da velocidade de movimentação em qualquer ponto específico do músculo cardíaco. O estudo com Doppler tecidual é feito da mesma forma que o Doppler convencional. Naqueles equipamentos que incorporam esta tecnologia, são obtidos os cortes ecocardiográficos convencionais e um cursor é posicionado no segmento miocárdico que se deseja estudar. Em seguida, ativando-se a função Doppler do aparelho podese observar no monitor a curva espectral com as velocidades de movimentação do miocárdio naquele segmento especifico (Figura 1). Figura 1: À esquerda, corte apical de 4 câmaras nos modos Doppler tecidual (superior) e bidimensional (inferior). À direita curva espectral do Doppler tecidual mostrando as velocidades de movimentação da região basal da parede lateral do ventrículo esquerdo em relação ao ciclo cardíaco (uma onda sistólica positiva seguida de duas ondas diastólicas negativas). Outro formato de apresentação é a codificação em cores das velocidades médias de toda uma área selecionada de um determinado corte ecocardiográfico. Da mesma forma que o Doppler colorido, quando o músculo estiver se movimentando em direção ao transdutor, será apresentado em tons de vermelho, e quando estiver se movimentando em sentido oposto ao do transdutor, em tons de azul (Figura 2). As principais aplicações clínicas estão resumidas na Tabela I, mas, sem dúvida, é na avaliação da função ventricular que esta técnica mais se destacou Vários trabalhos já foram publicados mostrando os padrões normais de velocidades sistólica e diastólica para cada segmento miocárdico 14, A utilização do DT na medida destas velocidades permite a avaliação, não apenas das funções sistólica e diastólica globais, como regionais 26. Função Sistólica Global Gulati et al. 27 mostrou que a velocidade de movimentação do anel mitral superior a 5,4 cm/s se correlaciona a uma fração de ejeção superior a 50% (sensibilidade de 88% e especificidade de 97%). 18 Ano XV nº 3 Outubro/Novembro/Dezembro de 2002

3 Função Sistólica Regional A medida da velocidade de movimentação de cada segmento miocárdico permite avaliar sua função sistólica regional. Durante o estudo sob estresse, por exemplo, a presença de segmentos com velocidades sistólicas inferiores a 5,5 cm/s no pico do esforço (excluindo-se os segmentos apicais) é fortemente indicativa de isquemia (sensibilidade de 96%, especificidade de 81% e acurácia de 86%) 12. Função Diastólica Global O Doppler tecidual pode ser muito útil na diferenciação entre os padrões de fluxo de enchimento ventricular normal e pseudonormal, já que, por avaliar a velocidade do miocárdio e não do fluxo transvalvar, sua medida sofre quase nenhuma influência da pré-carga 17,28. A presença de relação Em/Am<1 ao Doppler tecidual (medida no anel mitral) em indivíduos com padrão de fluxo mitral normal ao Doppler pulsátil é indicativa de disfunção diastólica grau II, ou moderada, (em outras palavras, confirma a presença de padrão de fluxo pseudonormal ao Doppler pulsátil, como mostra a Figura 3) 8. Além disso, na presença que qualquer grau de disfunção diastólica global (alteração do relaxamento, padrão pseudonormal ou restritivo) a velocidade da onda E no anel mitral Tabela I: Principais indicações do Doppler tecidual. 1- Função ventricular esquerda a- Sistólica (global e regional) b- Diastólica (global e regional) 2- Estimativa da pressão de enchimento ventricular 3- Diagnóstico diferencial entre restrição e constrição 4- Diagnóstico diferencial entre miocardiopatia hipertrófica e hipertrofia do atleta 5- Rejeição em transplantes 6- Terapia de ressincronização ventricular 7- Arritmologia 8- Detecção de viabilidade miocárdica. Figura 2: Corte paraesternal transversal do ventrículo esquerdo (VE) com Doppler tecidual. A região anterior do septo se encontra em vermelho (movimento no sentido do transdutor) e a parede posterior em azul (movimento em sentido oposto ao feixe de ultra-som) indicando que este coração está na fase diastólica do ciclo cardíaco. estará sempre reduzida, sendo inferior a 8 cm/s no adulto e 10 cm/s nos indivíduos jovens 29. Função Diastólica Regional Há indícios de que a função diastólica comece a se deteriorar antes da sistólica, e que mesmo antes que o fluxo de enchimento ventricular ao Doppler pulsátil apresente a inversão da relação E/A, indicativa de disfunção diastólica leve, já seja possível detectar tal inversão em segmentos isolados do miocárdico. Esta inversão ocorre inicialmente nos segmentos basais, e a presença de mais de 50% de segmentos com alteração regional da diástole está associada à uma relação E/A<1 ao Doppler mitral 30. Estimativa da pressão atrial esquerda Vários trabalhos na literatura mostram boa correlação entre as medidas do Doppler e a estimativa da pressão capilar pulmonar Uma série de equações de regressão foram propostas, umas simples, outras nem tanto, mas de uma forma geral pode-se usar a relação E/Em (velocidade da onda E do fluxo mitral em relação a da onda E do miocárdio ao nível do anel mitral) para uma estimativa satisfatória. Nagueh et al 8 afirmam que a relação E/Em>10 é preditiva de uma pressão 19

4 Figura 3: Paciente hipertensa grave mostrando em A: Curva normal de fluxo mitral ao Doppler pulsátil e em B: curva de Doppler tecidual do anel mitral apresentando relação Em/Am<1, o que identifica o padrão anterior como pseudonormal. A= onda A do fluxo mitral; AD= átrio direito; AE= átrio esquerdo; Am= onda A do miocárdio; E= onda E do fluxo mitral; Em= onda E do miocárdio; S= onda sistólica do Doppler tecidual; VD= ventrículo direito; VE= ventrículo esquerdo. capilar pulmonar média superior a 15 mmhg (sensibilidade de 97% e especificidade de 71%). As principais limitações do DT são a sua dependência do ângulo de incidência do feixe de ultrasom em relação à movimentação do segmento a ser estudado e o fato de não diferenciar a presença de contração ativa de um segmento normal da contração passiva de um segmento acinético que está se movimentando à custa do miocárdio normal adjacente. A busca por um método que pudesse superar estas limitações levou ao desenvolvimento de novas tecnologias derivadas do Doppler tecidual que serão apresentadas a seguir. TISSUE TRACKING O princípio matemático desta nova técnica é bastante simples. Esta modalidade expressa a integral da velocidade de movimentação do miocárdio que, em outras palavras, representa a distância percorrida pelas fibras musculares (em cm). O músculo é codificado em cores de acordo com seu grau de deslocamento permitindo avaliação instantânea de sua função contrátil longitudinal. Além do mapa de cores pode também ser apresentado na forma espectral (Figura 4). O tissue tracking expressa apenas a excurssão regional dos segmentos miocárdicos, mas podemos tirar uma série de informações Figura 4: Painel esquerdo: corte apical de 4 câmaras com mapa de cores do tissue tracking. Cada faixa colorida representa uma distância percorrida pelo miocárdio. Á direita a mesma informação em forma de gráfico. 20 Ano XV nº 3 Outubro/Novembro/Dezembro de 2002

5 a partir desta técnica. Por exemplo, em indivíduos normais, a linhas coloridas sob o músculo tendem a obedecer uma certa simetria entre as paredes miocárdicas, assim, a largura destas bandas coloridas se apresentam finas quando a função contrátil esta preservada e grossas na presença de hipocontratilidade difusa (Figura 5). A presença de assimetria nas faixas coloridas pode ser indicativa de distúrbio na condução do estímulo elétrico, como mostra a Figura 6. Em estudo com 90 pacientes, Pan et al. 36 encontraram uma excelente correlação (r=0,97, p<0,01) entre o deslocamento do anel mitral medido pelo tissue tracking e a fração de ejeção do ventrículo esquerdo. Recentemente, nosso grupo apresentou no XIV Congresso Brasileiro de Ecocardiografia a utilização do tissue tracking associado ao eco sob estresse com dobutamina 38 (Figura 7), onde foi possível identificar facilmente a área de isquemia no pico do esforço. O tissue tracking possui as mesmas limitações do Doppler tecidual: dependência do ângulo e interferência da contratilidade dos segmentos adjacentes, o que exige cautela na interpretação de seus resultados. Figura 5: Corte apical de 2 câmaras no modo tissue tracking em paciente com hipocontratilidade difusa do ventrículo esquerdo (VE). AE= átrio esquerdo. STRAIN RATE Em termos gerais, strain representa a deformação de um tecido quando a ele é aplicada uma dada força. O conceito de strain foi descrito em 1973 por Mirsky e Parmley 37 e expressa a dinâmica local da performance miocárdica. De maneira diferente do Doppler tecidual o strain rate fornece informações sobre a medida instantânea local da taxa de compressão ou expansão do miocárdio, independente do movimento de translação cardíaca 40. Enquanto o Figura 6: À esquerda, Tissue tracking em portador de bloqueio do ramo esquerdo. Note a assimetria das faixas coloridas quando comparadas as paredes livres dos ventrículos com o septo interventricular. Á direita curvas de strain registradas nos pontos 1 (septo médio), 2 (lateral apical) e 3 (anel mitral lateral). Observe que enquanto as regiões 1 e 2 estão contraindo a região 3 está relaxando. 21

6 Figura 7: A: Apical de 2 câmaras, em diástole, no pico do esforço; B: mesmo corte, em sístole, mostrando acinesia apical anterior (setas); C: tissue tracking durante o repouso, mostrando deslocamento normal de todos os segmentos miocárdicos; E: tissue tracking no pico do esforço, evidenciando ausência de cor (acinesia) no mesmo segmento apical anterior. D: strain mostrando curvas de deformação do músculo semelhantes nos segmentos apicais das paredes anterior e inferior, no repouso. F: no pico do esforço a curva de strain do segmento apical inferior mantém padrão de contração enquanto que a curva do segmento apical anterior (área isquêmica) assume padrão de distensão. Doppler tecidual quantifica a velocidade de movimentação de um ponto do miocárdio em relação ao transdutor, o strain rate quantifica a velocidade de movimentação de um ponto do miocárdio em relação a outro adjacente. Esta distância pode ser definida pelo operador e deve, em geral, ser de aproximadamente 9 mm. Distâncias menores aumentam o grau de ruído, enquanto distâncias maiores diminuem a resolução do método. Há uma tendência em se considerar o espessamento miocárdico, ou sua função contrátil circunferencial, como o principal componente da função sistólica ventricular. Entretanto, sabe-se que a excursão da base ventricular em direção ao ápice é de aproximadamente de 1,5 a 2 cm na sístole, enquanto que o espessamento da parede não ultrapassa 0,5 cm. 22 Ano XV nº 3 Outubro/Novembro/Dezembro de 2002

7 O músculo pode ser considerado um tecido incompressível, o que significa que sua deformação longitudinal é inversamente proporcional às alterações observadas em sua espessura. Ou seja, quanto mais o músculo se alonga, mais ele diminui sua espessura e quanto mais ele se encurta, mais se espessa. Desta forma, ao se medir o alongamento da fibra miocárdica podemos inferir seu grau de contratilidade 40. O Doppler Tecidual, utilizado nos cortes paraesternais avalia o componente radial da contratilidade miocárdica, enquanto que quando utilizado nos cortes apicais, avalia muito bem a contratilidade longitudinal do músculo. Baseado nestas observações foi desenvolvida esta nova técnica que avalia o gradiente de velocidades entre dois pontos próximos do miocárdio. Em outras palavras, quantifica o alongamento/encurtamento da fibra e, indiretamente, seu espessamento, o que parece ser um método muito mais eficaz para avaliação da contratilidade miocárdica. Portanto, strain rate é a medida da velocidade de deformação do miocárdio, definido pela fórmula (V2-V1)/d, onde V2 e V1 são as velocidades de encurtamento do miocárdio (cm/s) em dois pontos separados por uma distância d em cm (Figura 8). Esta medida fornece o gradiente intramiocárdico de velocidades por unidade de tempo e representa o grau de deformidade da fibra. Ao se avaliar o componente longitudinal de contratilidade através dos cortes apicais da ecocardiografia, a presença de uma curva de strain rate negativa indica encurtamento da fibra (ou contração), quando positiva, indica distensão (ou alongamento). O inverso ocorre quando estudamos o componente radial da contratilidade através do corte paraesternal transversal: a presença de espessamento é expressa por uma curva positiva de strain rate enquanto que o relaxamento é representado por uma curva negativa. Como o gradiente intramiocárdico de velocidade representa a diferença de velocidades em cm/s entre dois pontos dividida pela distância em cm destes mesmos pontos, sua unidade é s-1 [(cm/s)/cm]. Figura 8: O strain rate (SR), mede o gradiente intramiocárdico de velocidade entre dois pontos próximos de um segmento muscular (V1 e V2) em relação à distância (d) entre esses pontos. Graficamente a medida do gradiente intramiocárdico de velocidade é expressa da mesma maneira que o Doppler tecidual: através de uma curva de deformidade do músculo no eixo das ordenadas pelo tempo (um ciclo cardíaco) no eixo das abscissas, ou através de um mapa de cores, onde contração é expressa em amarelo, relaxamento em azul e ausência de deformação (acinesia) em verde (Figura 9). Vários trabalhos apontam para o fato de que a técnica de strain rate parece ser melhor para avaliação das alterações locais de contratilidade do que a medida isolada da velocidade com o Doppler tecidual De fato, o strain rate eliminou pelo menos uma das limitações do Doppler tecidual, que é a influência da movimentação dos tecidos sadios adjacentes (tethering). A Figura 10 mostra um caso de infarto na região basal da parede lateral que exemplifica muito bem esta vantagem de uma técnica sobre a outra. A principal aplicação clínica do strain rate é, sem dúvida, a doença arterial coronariana. Inúmeros trabalhos confirmam que as técnicas de strain rate 23

8 Figura 9: Painel superior: modo M com mapa de cores do strain rate (amarelo = contração; azul = distensão e verde = ausência de deformidade). Painel inferior: forma espectral do strain rate. e strain (veja a seguir) representam um importante índice de contratilidade segmentar, e vão desempenhar função decisiva na ecocardiografia, não só na quantificação da função sistólica regional, mas também na detecção de miocárdio viável Hoffmann et al. 41, estudando 37 pacientes com função ventricular deprimida (fração de ejeção de 43% +/- 9,9%) por infarto do miocárdio prévio e submetidos a eco sob estresse com dobutamina, Doppler tecidual, strain rate e medicina nuclear (PET com 18FDG) para avaliação de viabilidade miocárdica, concluíram que o estudo com strain rate é superior ao eco com dobutamina e ao Doppler tecidual para a detecção de miocárdio viável, quando comparados à medicina nuclear (um incremento de contratilidade inferior a 0,23s -1 durante a infusão de baixa dose de dobutamina na curva de strain rate foi preditivo de miocárdio não viável com 83% de sensibilidade e 84% de especificidade). As principais limitações do strain rate ainda são técnicas 44. A primeira delas é que ainda existe uma quantidade muito grande de ruído, o que dificulta sua análise. Além disso o frame rate utilizado pelos equipamentos ainda é muito baixo, o que pode fazer com que os intervalos entre a coleta de informações sejam longos. Atualmente são utilizados frame rates de 50 a 70 quadros por segundo, quando seriam mais apropriados se fossem superiores a 90. Outra limitação é a resolução espacial que, também, ainda é baixa, havendo perda na resolução lateral. Uma forma de contornar este problema é examinar as paredes isoladamente com um ângulo o menor possível do feixe de Doppler. Figura 10: Infarto basal septal. Painel superior esquerdo: strain rate imaging mostrando em amarelo a região com contratilidade normal do septo apical e em verde a acinesia provocada pelo infarto da região basal do septo. No painel inferior observa-se todo o septo se movendo para cima durante a sístole (vermelho), inclusive a região basal, que esta sendo puxada pela apical. 24 Ano XV nº 3 Outubro/Novembro/Dezembro de 2002

9 Finalmente, a dependência do ângulo na técnica do strain rate é ainda maior que no Doppler tecidual, já que a deformação do miocárdio se faz em três dimensões. STRAIN Da mesma forma que o tissue tracking é a integral do Doppler tecidual, o strain é a integral do strain rate, ou seja, enquanto o strain rate mede a velocidade de deformação do tecido o strain quantifica o percentual de deformação. Assim, a avaliação da contratilidade miocárdica pode ser feita das duas maneiras: sob a forma de uma medida (strain rate) ou de uma percentagem (strain). A curva do strain é bem mais limpa (sem ruídos) que a do strain rate, o que em uma análise inicial e intuitiva, nos leva a crer que apresente uma menor variação inter-observador nas suas medidas (vide Figuras 6 e 7). Se bem que, trabalhos relatam variação inter-observador satisfatória mesmo para a técnica do strain rate 42. COMENTÁRIOS FINAIS Perguntas sempre existirão para serem respondidas em todas as áreas do conhecimento. Quando um problema parece ser definitivamente solucionado, vários outros novos problemas surgem e novas técnicas são desenvolvidas na tentativa de responder às novas perguntas. Um exemplo interessante é a tão discutida Insuficiência Cardíaca Diastólica (ICD) definida por clínica de insuficiência cardíaca com função sistólica preservada (fração de ejeção > 50%) e sinais de disfunção diastólica ao ecocardiograma 47. Desde , quando se começou a espalhar na literatura médica que até 30% dos pacientes com insuficiência cardíaca se incluíam nesta categoria, uma grande polêmica foi criada. Muitos autores questionam estes números até hoje. Recentemente, um trabalho com Doppler tecidual 49 adicionou mais pimenta a esse molho. Estudando 339 pacientes, dos quais 92 com insuficiência cardíaca sistólica (ICS), 73 com ICD, 68 com disfunção diastólica isolada ao ecocardiograma (DD) e 106 indivíduos normais para controle, os autores observaram que as velocidades sistólicas e diastólicas dos segmentos miocárdicos, medidas pelo Doppler tecidual, estavam significativamente diminuídas nos três grupos quando comparadas com as do grupo controle. Mais do que isso, uma velocidade de 4,4 cm/s foi preditiva para disfunção sistólica em 92% dos pacientes com ICS, 52% daqueles com ICD e 14% dos que apresentavam DD. Em outras palavras, através do Doppler tecidual foi possível detectar alterações da função sistólica em pacientes previamente rotulados com portadores de ICD (portanto, com fração de ejeção normal), e até mesmo naqueles com DD isolada ao ecocardiograma. A nova pergunta seria: será que realmente existe insuficiência cardíaca diastólica pura? Ou será que os métodos diagnósticos utilizados até agora não eram sensíveis, o suficiente, para detectar alterações mais delicadas da função miocárdica? Não podemos esquecer que a fração de ejeção é apenas um, dentre vários índices, que nos dão informações sobre a função sistólica global do ventrículo esquerdo. E, apesar de ser um dos mais utilizados, o fato de estar normal não quer dizer que outros índices também tenham que estar. Além disso, as funções sistólica e diastólica são tão interdependentes que é difícil imaginar uma situação que a deterioração de uma delas não implique, ao menos em certo grau, no comprometimento da outra. Um segundo conceito, bastante interessante, que tem sido muito estudado por estas novas técnicas é o fenômeno da contração pós-sistólica. Este fenômeno é uma uma anormalidade observada no início do relaxamento ventricular e que, apesar de seu mecanismo não estar completamente elucidado, estudos experimentais sugerem ser um forte marcador para viabilidade miocárdica 50. O início do relaxamento exige a entrada dos íons cálcio para o retículo sarcoplasmático, o que é um processo ativo. A isquemia atrasa esse processo e o músculo permanece contraído, 25

10 temporalmente, além do final da fase sistólica. Daí o termo contração pós-sistólica. Este fenômeno foi confirmado recentemente em humanos em estudo com strain rate durante a realização de angioplastia coronariana 51. Atualmente para se avaliar a presença de miocárdio viável é preciso realizar testes com algum tipo de estímulo (eco com dobutamina, PET, etc). Aparentemente, com essa nova técnica, deverá ser possível localizar segmentos miocárdicos viáveis durante o repouso 52. Devemos lembrar que estes estudos utilizaram modelos de isquemia aguda, e ainda não sabemos qual será o comportamento destas técnicas na isquemia crônica. Finalmente, acreditamos que um novo horizonte está se abrindo com estas novas técnicas ecocardiográficas, quer seja pela melhora dos resultados de técnicas já existentes, quer seja pela introdução de novos métodos que estão permitindo a quantificação de diversos parâmetros que, seguramente, nos ajudarão a compreender melhor a fisiologia cardíaca. 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