Avaliação da Velocidade da Onda de Pulso por Meio de Ecocardiografia Transtorácica em Crianças com Válvula Aórtica Bicúspide

Kerem Ertaş; Özlem Gül

doi:10.36660/abc.20250560

. 2026 May 6;123(3):e20250560. [Article in Portuguese] doi: 10.36660/abc.20250560

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Avaliação da Velocidade da Onda de Pulso por Meio de Ecocardiografia Transtorácica em Crianças com Válvula Aórtica Bicúspide

Kerem Ertaş ¹, Özlem Gül ¹

PMCID: PMC13398813 PMID: 42307406

Resumo

Fundamento

O aumento da rigidez aórtica em pacientes com válvula aórtica bicúspide (VAB) pode afetar significativamente a morbidade e a mortalidade.

Objetivo

Nosso objetivo foi avaliar as propriedades de elasticidade da aorta e a usabilidade da nova técnica, medindo a velocidade da onda de pulso (VOP) com um dispositivo de ecocardiografia transtorácica em pacientes com VAB.

Métodos

Cinquenta pacientes com VAB e 50 crianças saudáveis com características demográficas semelhantes foram incluídos neste estudo. Os pacientes com VAB foram agrupados de acordo com a morfologia das cúspides fundidas. A função valvar era normal ou quase normal nos pacientes com VAB incluídos no estudo. A função ventricular esquerda, o diâmetro da raiz da aorta e as características de elasticidade da aorta de todos os pacientes foram avaliadas. Um valor p <0,05 foi considerado significativo.

Resultados

A VOP foi significativamente maior no grupo com VAB (p=0,000). Os parâmetros de elasticidade aórtica obtidos a partir dos diâmetros da aorta ascendente foram semelhantes entre os grupos. Os diâmetros da aorta ascendente foram significativamente maiores no grupo com VAB. Houve correlação entre a VOP, o diâmetro da aorta ascendente, a vena contracta na regurgitação aórtica e a velocidade de pico aórtica. Os valores alfa de confiabilidade interobservador e intraobservador da VOP foram de 0,92 e 0,84, respectivamente.

Conclusões

No grupo pediátrico com VAB e função valvar normal ou quase normal, embora os parâmetros de elasticidade aórtica fossem normais com as medidas convencionais baseadas nos diâmetros da aorta ascendente, as medidas de VOP com o mesmo dispositivo foram significativamente maiores, sem a necessidade de um aparelho ou programa adicional, e a rigidez aórtica aumentou no grupo com VAB. A medição da VOP por ecocardiografia é uma técnica confiável e reprodutível.

Palavras-chave: Doença da Válvula Aórtica Bicúspide, Criança, Análise de Onda de Pulso

Introdução

A válvula aórtica bicúspide (VAB) é a cardiopatia congênita mais comum. A incidência na população geral é de aproximadamente 1-2%.¹

A VAB ocorre em diferentes graus de fusão valvar. Como resultado dessa fusão, se desenvolvem patologias como estenose e insuficiência valvar. As propriedades elásticas da aorta se alteram na VAB devido aos efeitos hemodinâmicos da válvula e à diminuição da elastina na parede aórtica.²

Diversos métodos de imagem têm sido utilizados para avaliar as propriedades de elasticidade da aorta.^3-9 As medições convencionais dos parâmetros de elasticidade da aorta por ecocardiografia transtorácica se baseiam nas medidas dos diâmetros sistólico e diastólico da aorta ascendente na vista longitudinal do ventrículo esquerdo. Essas medidas são obtidas a partir dos diâmetros anteroposteriores da aorta. No entanto, na valva aórtica bicúspide (VAB), a geometria da aorta ascendente varia devido à anatomia das cúspides fundidas.¹⁰ Portanto, as medições baseadas no princípio da variação do diâmetro podem não refletir a situação real. A velocidade da onda de pulso (VOP), o padrão ouro para a medição da elasticidade da aorta, apresenta limitações, como a necessidade de equipamentos especializados e tempo, a necessidade de pessoal treinado e o fato de que a distância entre os vasos pode não refletir a distância real entre eles devido à medição na pele.^11-13 A VOP é a razão entre a distância entre os vasos determinados e a diferença de tempo no fluxo sanguíneo para atingir esses vasos.¹¹ Em outras palavras, fornece uma ideia da velocidade do fluxo sanguíneo nos vasos. A elasticidade aórtica comprometida naturalmente aumenta a velocidade do fluxo. Em nosso estudo, objetivamos avaliar as propriedades de condução do fluxo sanguíneo local na aorta, medindo a distância entre as aortas ascendente e descendente e dividindo o tempo decorrido entre a chegada do sangue a cada uma delas pela diferença de tempo. Dessa forma, buscamos medir a VOP local na aorta sem a necessidade de softwares ou equipamentos especializados e avaliar a confiabilidade desse método de medição.

Métodos

População do estudo

Cinquenta pacientes com VAB e 50 crianças saudáveis com características demográficas semelhantes foram incluídos no estudo. Os pacientes saudáveis eram aqueles que compareceram ao ambulatório de cardiologia pediátrica com quaisquer queixas, e nenhuma patologia cardíaca foi detectada como resultado das avaliações.

Antes de todos os pacientes serem avaliados pelo mesmo cardiologista pediátrico, foram medidos o peso, a altura e a pressão arterial sistólica e diastólica (PAS, PAD). A relação entre o peso e a altura ao quadrado foi calculada como índice de massa corporal (IMC).¹⁴

O software G*power foi usado para calcular um tamanho de amostra de 50 participantes com um erro do Tipo I de 5%, poder de 85% e um tamanho de efeito de 0,61 (Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Renânia do Norte-Vestfália, Alemanha).

Pacientes com VAB com velocidade aórtica máxima abaixo de 3 m/s e relação diâmetro de regurgitação aórtica/área de superfície corporal (ASC), índice de vena contracta (IVC) de 2 mm/m² foram incluídos no estudo.^15,16 A velocidade aórtica máxima foi medida nas pontas da válvula aórtica.

Este é um estudo prospectivo. O consentimento livre e esclarecido por escrito foi obtido de todos os pacientes participantes do estudo, e a aprovação foi concedida pelo Comitê de Ética do Hospital de Ensino e Pesquisa Gazi Yaşargil de Diyarbakır (parecer nº 530/2023).

A avaliação ecocardiográfica foi realizada de forma cega. As medições da VOP foram realizadas por dois observadores (1 e 2). As avaliações feitas pelo Observador 1 em momentos diferentes foram definidas como intraobservador, e as avaliações feitas pelos Observadores 1 e 2 foram definidas como interobservador.

Ecocardiografia

Todos os pacientes foram avaliados pelo mesmo cardiologista pediátrico, foi realizada anamnese e exame físico detalhado. O ecocardiograma foi realizado em todos os pacientes na posição de decúbito lateral esquerdo (Vivid S60, 9; General Electric Healthcare, GE Vingmed, Noruega). Utilizando um transdutor de 1,5-4 MHz, foram obtidas imagens apicais de quatro, duas e três câmaras, além de imagens paraesternais de eixo longo e curto para avaliação dos modos 2D, colorido e M, e os registros foram coletados.¹⁷Foram medidas a espessura da parede do ventrículo esquerdo, o diâmetro do ventrículo esquerdo, a função sistólica e os achados da ecocardiografia em modo M no eixo longo do ventrículo esquerdo.

Ao posicionar o cursor do Doppler pulsado (PW) na ponta da válvula mitral na posição apical de 4 câmaras, foram medidas a velocidade E, a velocidade A, a relação E/A e o tempo de desaceleração (TD). As velocidades teciduais iniciais e tardias (e e a, respectivamente) e a velocidade tecidual sistólica foram medidas na parede lateral da valva mitral na vista apical de quatro câmaras.¹⁷

Classificação da morfologia da válvula aórtica

A valva aórtica bicúspide foi definida de acordo com a abertura da válvula aórtica durante a sístole, observada em imagens paraesternais de eixo curto. Existem muitas classificações de acordo com a classificação da VAB. A forma com duas ou três cúspides e duas cúspides funcionais é classificada como VAB fusionada; a forma com duas cúspides e morfologia quase simétrica é classificada como VAB do tipo 2-seio; e a forma com três cúspides e três cúspides funcionais é classificada como tipo de fusão parcial. A VAB fusionada, forma em que há duas ou três cúspides e duas cúspides funcionais como resultado da fusão, é classificada de acordo com a morfologia. Assim, a fusão da cúspide coronária esquerda (CCE) com a cúspide coronária direita (CCD) é classificada como tipo 1, formada pela CCD, e a fusão da cúspide não coronária (CNC) é classificada como tipo 2. O tipo formado pela fusão CCE-CNC é classificado como VAB fusionada tipo 3. Nenhum dos pacientes apresentou VAB fusionada tipo 3 em nosso estudo (Figura 1).¹⁰

Avaliação dos diâmetros da aorta

Os diâmetros do anel aórtico (AAo), do seio de Valsalva (SV) e da junção sinotubular (JST) foram medidos em meados da sístole.¹⁷ A dilatação da aorta foi definida como um escore z >2 em pelo menos uma localização do diâmetro da raiz da aorta ou da aorta ascendente.¹⁸

Avaliação da elasticidade da aorta

A velocidade foi medida ao nível da válvula aórtica utilizando PW na vista supraesternal. Amostras de fluxo foram coletadas das aortas ascendente e descendente centrais utilizando PW. No eletrocardiograma (ECG) simultâneo, calculou-se o tempo decorrido entre o pico da onda QRS e o início do traçado de fluxo. A diferença entre os tempos medidos na aorta descendente e na aorta ascendente é denominada tempo de trânsito. A distância foi medida a partir dos pontos do cursor do PW nas aortas ascendente e descendente. As medições foram feitas a partir do centro da aorta, paralelamente às paredes do vaso. A relação entre essa distância e o tempo de trânsito é chamada de VOP e é calculada medindo a distância entre os pontos de medição na aorta ascendente e na aorta descendente (Figura 2).^19,20 O tempo necessário para atingir as aortas ascendente e descendente foi medido a uma velocidade de varredura de 100 mm/s. O fluxo turbulento na aorta ocorre em casos como estenose e dilatação aórtica, o que causa diferentes perfis de fluxo em diferentes partes do vaso. Portanto, o volume de amostragem no lúmen aórtico foi definido em 100 mm/s para aumentar a precisão da temporização.²¹

Os diâmetros aórticos sistólico e diastólico (DAs e DAd, respectivamente) foram calculados usando o modo M ao longo do eixo longitudinal da aorta ascendente. As fórmulas de deformação aórtica, índice de rigidez aórtica e distensibilidade aórtica foram calculadas a partir desses diâmetros (Figura 3).

Deformação aórtica $(DA, %) = 100^{*} [(DAs - DAd) / DAd]$ ,
Índice de rigidez $(IR) = logaritmo natural (PAS / PAD) / [DA]$ ,
A distensibilidade $(D) = 2 \times [D A / pressão de pulso]$ é calculada.⁹

Análise estatística

O software SPSS (SPSS, Chicago, versão 27) foi utilizado para a análise estatística dos dados. As variáveis contínuas são expressas como média ± desvio padrão ou mediana (percentis 25 e 75).intervalo interquartil, IIQ), e as variáveis categóricas são expressas em porcentagens. O teste de Kolmogorov-Smirnov foi utilizado para avaliar a distribuição normal. O teste-t de Student independente ou o teste de Mann-Whitney foram utilizados dependendo da distribuição normal das variáveis contínuas, e o teste qui-quadrado foi utilizado para a análise de variáveis categóricas. Os testes de Pearson e Spearman foram utilizados para a análise de correlação de acordo com a homogeneidade da distribuição dos parâmetros.

Os valores de variabilidade interobservador e intraobservador foram obtidos avaliando variáveis contínuas por dois observadores e pelo mesmo observador em momentos diferentes, respectivamente. A análise de Bland-Altman foi utilizada para avaliar a concordância entre as medições.²² Foram calculados a diferença média, o desvio padrão (DP) e o limite de concordância (LC) entre as medições. A fórmula $[(média) \pm (1, 96 * desvio padrão)]$ foi usada para calcular o intervalo do LC.²³ A análise de regressão linear foi utilizada para avaliar e modelar as relações entre as variáveis. O teste-t foi utilizado para determinar o intervalo de confiança (IC) de 95%. A confiabilidade foi avaliada pela análise dos valores de alfa de Cronbach. Um alfa de Cronbach > 0,7 foi considerado significativo.²⁴

A significância estatística foi definida como p < 0,05.

Resultados

Os valores de idade, peso, altura, ASC, IMC, PAS, pressão arterial diastólica (PAD) e pressão de pulso (PP) foram semelhantes em ambos os grupos, sem diferenças estatísticas detectadas. 72% dos pacientes com VAB e 73% dos pacientes do grupo controle eram do sexo masculino.

Nenhum procedimento cirúrgico ou intervencionista foi realizado em nenhum dos pacientes com VAB. Não foram observadas anomalias extracardíacas. Setenta e dois por cento dos pacientes com VAB apresentavam VAB fusionada tipo 1 e 28% apresentavam VAB fusionada tipo 2.

A regurgitação aórtica estava presente em 44% dos pacientes com VAB. No grupo com VAB e regurgitação aórtica, 72% apresentavam VAB tipo 1 e 28% VAB tipo 2 fusionada. A dilatação aórtica estava presente em 16% dos pacientes com VAB.

O diâmetro diastólico final do ventrículo esquerdo, a fração de ejeção do ventrículo esquerdo e o encurtamento fracional do ventrículo esquerdo foram semelhantes em ambos os grupos, e nenhuma diferença estatística foi detectada.

As velocidades E e A do ventrículo esquerdo, a relação E/A e os valores de TD foram semelhantes em ambos os grupos, e nenhuma diferença estatística foi detectada.

As velocidades teciduais sistólicas e diastólicas da parede lateral da valva mitral e a relação E/e foram semelhantes (Tabela 1).

Tabela 1. – Tabela comparativa dos parâmetros demográficos e ecocardiográficos entre os grupos.

Parâmetro	Grupo VAB (n=50)	Grupo de controle (n=50)	Valor-p
Sexo (M/F,%)	72/28	73/27	1,00^‡
Idade (anos)	8,33 (5,31-12,81)	8,66 (5,56-13,52)	0,77^†
Peso (kg)	31,00 (± 16,91)	34,65 (± 15,50)	0,37^*
Altura (cm)	133,52 (±25,39)	137,76 (±24,68)	0,54^*
ASC (m²)	1,04 (± 0,38)	1,13 (± 0,35)	0,36^*
IMC (kg/m²)	16,08 (± 2,97)	17,29 (± 2,71)	0,09^*
PAS (mmHg)	108,76 (±13,58)	110,07 (±14,52)	0,74^*
PAD (mmHg)	61,96 (±8,53)	61,88 (±10,40)	0,98^*
PP (mmHg)	45,00 (33,00-71,00)	44,50 (30,00-75,00)	0,74^†
FE (%)	70,00 (±5,83)	70,19 (±6,78)	0,91^*
EF (%)	39,25 (±4,47)	39,38 (±5,61)	0,92^*
DDVE (mm)	40,91 (±7,36)	39,60 (±6,96)	0,52^*
E (m/s)	1,07 (1,01-1,24)	1,01 (0,94-1,14)	0,06^†
A (m/s)	0,70 (±0,10)	0,64 (±0,14)	0,14^*
Relação E/A	1,63 (±0,26)	1,68 (±0,40)	0,58^*
TD (ms)	123,12 (±28,48)	120,53 (±15,94)	0,69^*
Velocidade mitral e (m/s)	0,19 (± 0,03)	0,19 (± 0,03)	0,81^*
Velocidade mitral a (m/s)	0,08 (0,06-12)	0,08 (0,06-0,12)	0,86^†
Velocidade mitral s (m/s)	0,09 (0,07-0,16)	0,10 (0,08-0,13)	0,28^†
E/e	6,05 (± 1,16)	5,54 (± 1,21)	0,52^*

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*: teste-t de Student; ^†Teste de Mann-Whitney; ^‡Teste do qui-quadrado; ASC: área de superfície corporal; IMC: índice de massa corporal; PAS: pressão arterial sistólica; PAD: pressão arterial diastólica; DDVE: diâmetro diastólico final do ventrículo esquerdo; FE: fração de ejeção; EF: Encurtamento fracional; E: velocidade diastólica inicial do fluxo mitral; A: velocidade diastólica tardia do fluxo mitral; TD: tempo de desaceleração; e: velocidade diastólica inicial do Doppler tecidual mitral; a: velocidade diastólica tardia do Doppler tecidual mitral; s: velocidade sistólica do Doppler tecidual mitral

A velocidade aórtica máxima foi significativamente maior no grupo com VAB do que no grupo controle (p=0,003).

Os diâmetros do DAs, DAd, AAo, SV e JST foram significativamente maiores no grupo VAB (valores de p 0,003, 0,005, 0,000, 0,000 e 0,000, respectivamente).

A deformação aórtica, a distensibilidade e o índice de rigidez foram semelhantes em ambos os grupos, sem diferenças estatísticas detectadas.

A VOP foi significativamente maior no grupo VAB do que no grupo controle (p=0,000) (Tabela 2).

Tabela 2. – Comparação da velocidade aórtica máxima, diâmetro aórtico, parâmetros de elasticidade aórtica, tempo para atingir a aorta ascendente e descendente, tempo de trânsito e distância entre a aorta ascendente e descendente nos grupos com válvula aórtica bicúspide e controle.

Parâmetro	Grupo VAB (n=50)	Grupo de controle (n=50)	Valor-p
Velocidade aórtica máxima (m/s)	1,46 (± 0,35)	1,20 (± 0,22)	0,003^*
IVC (mm/m²)	1,55 (± 0,57)	-	-
DAs (mm)	21,54 (± 4,92)	17,94 (± 3,10)	0,003^*
Dad (mm)	18:00 (13-30)	16 (10-19)	0,005^†
AAo (mm)	18,57 (± 3,51)	14,45 (± 2,70)	0,000^*
SV (mm)	24,22 (± 4,90)	18,55 (± 3,50)	0,000^*
JST (mm)	20,92 (± 3,94)	14,83 (± 2,70)	0,000^*
Deformação aórtica (%)	19,90 (± 8,30)	18,27 (± 8,48)	0,07^*
Índice de rigidez	4,85 (2,95-10,93)	3,42 (2,33-4,96)	0,07^†
Distensibilidade (10-6.cm².dina^-1)	0,004 (0,002-0,009)	0,007 (0,005-0,010)	0,07^†
VOP (m/s)	4,86 (3,50-7,56)	2,78 (2,00-3,29)	0,000^†
Tempo para atingir AA (ms)	88,46 (± 14,84)	82,83 (± 13,25)	0,13^*
Tempo para atingir AD (ms)	101,25 (± 13,61)	105,55 (± 13,98)	0,24^*
Tempo de trânsito (ms)	11,50 (9:00-17:00)	21:00 (17:00-30:00)	0,000^†
Distância entre AA e AD (mm)	57,06 (46,63-68,79)	56,88 (47,93-64,81)	0,88^†

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*: teste t de Student; ^†: Teste de Mann-Whitney; AA: aorta ascendente; AD: aorta descendente; AAo: anel aórtico; SV: seio de Valsalva; JST: junção sinotubular da aorta; DAs: diâmetro aórtico sistólico; DAd: diâmetro aórtico diastólico; VOP: velocidade da onda de pulso; IVC: índice da vena contracta

Embora o tempo para atingir a aorta ascendente e descendente e a distância entre a aorta ascendente e descendente fossem semelhantes em ambos os grupos, o tempo de trânsito foi significativamente menor no grupo VAB (p=0,000).

Ao comparar os VAB fundidos tipo 1 e tipo 2, os valores de idade, sexo, ASC, IMC, diâmetros da aorta e parâmetros de elasticidade da aorta foram semelhantes em ambos os grupos (Tabela 3).

Tabela 3. – Comparação de parâmetros demográficos, diâmetros da aorta, velocidade aórtica máxima, índice de vena contracta de insuficiência aórtica, parâmetros de elasticidade da aorta, tempo para atingir a aorta ascendente e descendente, tempo de trânsito e distância entre a aorta ascendente e descendente em fenótipos de válvula aórtica bicúspide.

Parâmetros	VAB fundida tipo 1 (n=36)	VAB fundida tipo 2 (n=14)	Valor-p
Idade (anos)	10.04 (6.37-13.08)	6,66 (4,91-13,00)	0,60^†
Sexo (M/F, %)	86/14	71/29	0,96^‡
ASC (m²)	1,11 (± 0,41)	0,96 (± 0,39)	0,42^*
IMC (kg/m²)	16,46 (± 3,02)	15,89 (± 3,20)	0,68^*
DAs (mm)	22,14 (± 5,00)	20,00 (± 4,72)	0,34^*
Dad (mm)	19,61 (± 4,64)	17,42 (± 4,23)	0,29^*
AAo (mm)	18,21 (± 3,49)	20,52 (± 4,13)	0,57^*
SV (mm)	24,38 (± 5,52)	23,33 (± 3,74)	0,79^*
JST (mm)	20,84 (± 4,19)	21,34 (± 3,52)	0,88^*
Velocidade aórtica máxima (m/s)	1,47 (± 0,37)	1,43 (± 0,30)	0,79^*
IVC (mm/m²)	1,56 (± 0,52)	1,52 (± 0,82)	0,93^*
Deformação aórtica (%)	13,44 (± 8,46)	15,09 (± 8,40)	0,66^*
Índice de rigidez (IR)	4,41 (3,20-12,20)	4,45 (2,70-6,61)	0,46^†
Distensibilidade (10-6 cm² dina^-1)	0,005 (0,002-0,008)	0,004 (0,005-0,010)	0,50^†
VOP (m/s)	5,03 (± 2,01)	3,77 (± 1,11)	0,13^*
Tempo para atingir AA (ms)	89,64 (± 15,35)	83,42 (± 9,21)	0,33^*
Tempo para atingir AD (ms)	102,47 (± 13,56)	99,85 (± 9,90)	0,65^*
Tempo de trânsito (ms)	12,82 (± 4,42)	16,42 (± 7,13)	0,14^*
Distância entre AA e AD (mm)	56,95 (± 11,44)	59,90 (± 20,62)	0,88^*

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*: teste-t de Student; ^†: Teste de Mann-Whitney; ^‡: Teste do qui-quadrado; ASC: área de superfície corporal; IMC: índice de massa corporal;; AAo: anel aórtico; SV: seio de Valsalva aórtico; JST: junção sinotubular; DAs: diâmetro aórtico sistólico; DAd: diâmetro aórtico diastólico; VOP: velocidade da onda de pulso; AA: aorta ascendente; Ad: aorta descendente; IVC: índice da vena contracta

As correlações entre a VOP e o diâmetro da aorta são mostradas na Tabela 4. Foi encontrada uma correlação positiva entre a VOP e os diâmetros da raiz da aorta, a velocidade aórtica de pico, a vena contracta na regurgitação aórtica e o tempo para atingir a aorta descendente; nenhuma correlação foi encontrada entre a VOP e o tempo para atingir a aorta descendente, a deformação aórtica, a distensibilidade ou o índice de rigidez. Houve uma correlação negativa entre a VOP e o tempo de trânsito. Houve uma correlação entre a vena contracta da regurgitação aórtica e os diâmetros da aorta. Nenhuma correlação foi encontrada entre a velocidade aórtica de pico e os diâmetros da aorta. Em nosso estudo, o aumento da VOP em pacientes VAB foi visualizado em uma ilustração central com um dispositivo de ecocardiografia (Figura Central).

Tabela 4. – Correlações entre vários parâmetros.

Parâmetros		Valor- r	Valor-p
VOP	Anel aórtico	0,27	0,10^§
	Seio de Valsalva	0,25	0,13^§
	JST	0,36	0,009^§
	DAs	0,38	0,005^§
	DAd	0,39	0,004^§
	Deformação aórtica	-0,11	0,42^§
	Rigidez aórtica	0,15	0,30^§
	Distensibilidade aórtica	-0,17	0,21^§
	Velocidade aórtica máxima	0,30	0,03^§
	RA vena contracta	0,43	0,001^§
	Tempo para atingir AA	0,47	0,000^§
	Tempo para atingir AD	0,009	0,95^§
	Tempo de trânsito	-0,83	0,000^§
RA vena contracta	DAs	0,58	0,000^§
RA vena contracta	DAd	0,52	0,007^§
Velocidade aórtica máxima	DAs	0,22	0,12^//

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^§Teste de Spearman; ^//: Teste de Pearson; SJT: junção sinotubular da aorta; Das: diâmetro aórtico sistólico; Dad: diâmetro aórtico diastólico; RA: regurgitação aórtica; AA: aorta ascendente; AD: aorta descendente

Figura Central: — A medição da velocidade da onda de pulso por ecocardiografia transtorácica é prática, de fácil acesso, de baixo custo, não requer dispositivos adicionais e pode fornecer informações importantes sobre a elasticidade da aorta, mesmo em estágios iniciais, em comparação com as medições convencionais. A medição da velocidade da onda de pulso com a nova técnica apresenta concordância interobservador semelhante. VOP: velocidade da onda de pulso; VAB: válvula aórtica bicúspide

As diferenças médias, DPs, LCs e valores de confiabilidade da variabilidade intra e interobservador estão resumidos na Tabela 5. Os valores alfa de confiabilidade inter e intraobservador da VOP foram 0,84 e 0,92, respectivamente. Os valores alfa de confiabilidade inter e intraobservador da distância foram 0,78 e 0,99, respectivamente. Os valores alfa de confiabilidade inter e intraobservador do tempo de trânsito foram 0,86 e 0,93.

Tabela 5. – Tabela com os seguintes parâmetros: velocidade da onda de pulso, distância, tempo de trânsito, valores de diferença da variabilidade inter e intraobservador, média, desvio padrão, intervalo de valores superior e inferior do limite de concordância, intervalo de confiança de 95%, alfa (α) e valor-p.

	Velocidade da onda de pulso (VOP) (m/s)
	n	Valor da diferença			IC de 95%	Confiabilidade
	n	Média (m/s)	DP	Intervalo LC	IC de 95%	Alfa (α)	Valor- p
Variabilidade interobservadores	50	0,19	0,54	-0,66, 1,06	0,72, 0,92	0,84	0,000
Variabilidade intraobservador	50	0,14	0,40	-0,50, 0,79	0,86, 0,96	0,92	0,000
	Distância (mm)
	n	Valor da diferença			IC de 95%	Confiabilidade
	n	Média (mm)	DP	Intervalo LC	IC de 95%	Alfa (α)	Valor- p
Variabilidade interobservadores	50	2,36	7.23	-9,47, 14,18	0,60, 0,88	0,78	0,004
Variabilidade intraobservador	50	-1,60	1,51	6,18, 2,97	0,98, 0,99	0,99	0,000
	Tempo de trânsito (ms)
	n	Valor da diferença			IC de 95%	Confiabilidade
	n	Média (ms)	DP	Intervalo LC	IC de 95%	Alfa (α)	Valor- p
Variabilidade interobservadores	50	-0,06	2.07	-4,19, 4,06	0,75, 0,92	0,86	0,000
Variabilidade intraobservador	50	-1,20	2,00	-6,31, 3,91	0,87, 0,96	0,93	0,000

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IC: intervalo de confiança; LC: limite de concordância; mm: milímetro; ms: milissegundo; m: metro; s: segundo; DP: desvio padrão.

Os gráficos de Bland-Altman intra e interobservador dos valores de VOP e o gráfico de correlação entre as observações são mostrados na Figura 5.

Discussão

O resultado mais básico do nosso estudo é que em pacientes com VAB com função ventricular preservada e função valvar normal ou quase normal, a VOP medida por ecocardiografia — sem a necessidade de software adicional — mostra um aumento, indicativo de rigidez aórtica elevada. Acreditamos que a elasticidade da aorta está comprometida em pacientes com VAB, mesmo na primeira infância, e que as medidas convencionais não refletem a realidade devido às diferentes geometrias aórticas nesses pacientes. Acreditamos que até mesmo pequenas alterações na função da válvula afetam a geometria da aorta devido à alteração do fluxo sanguíneo. Acreditamos que o novo método que utilizamos é importante porque é prático, reproduzível e fornece informações precoces sobre a função elástica da aorta.

O sistema arterial, tanto em estrutura quanto em função, consiste em grandes artérias elásticas e artérias musculares. Os grandes vasos elásticos armazenam o sangue ejetado durante a sístole ventricular devido às fibras elásticas que contêm.²⁵ Durante esse período, quase metade do sangue ejetado atinge as artérias musculares. Posteriormente, quando a válvula aórtica se fecha e o ciclo diastólico se inicia, as artérias musculares mantêm a pressão e o fluxo sanguíneo contínuo pelo sistema vascular. A aorta torácica é composta por 40% de fibras elásticas.^26,27 A VAB é uma das cardiopatias congênitas mais comuns. Pode ocorrer isoladamente ou acompanhada por outras síndromes ou anomalias. (1) A VAB é formada embriologicamente pela fusão da válvula aórtica em graus variáveis. Juntamente com as alterações hemodinâmicas que ocorrem como resultado da estenose e insuficiência valvar, a disfunção endotelial e a degeneração das fibras elásticas da aorta ocorrem na VAB.²⁸ Consequentemente, as propriedades elásticas da aorta são alteradas em pacientes com VAB. O aumento da rigidez arterial em doenças cardiovasculares afeta significativamente a morbidade e a mortalidade.^29,30 Considerando a fisiologia dos vasos ao longo do ciclo cardíaco, a deterioração das propriedades elásticas da aorta pode causar problemas de perfusão em muitos órgãos.

Na avaliação da elasticidade da aorta, são utilizados métodos como ecocardiografia, tomografia computadorizada ou ressonância magnética, que avaliam alterações no diâmetro ou na área da secção transversal da aorta ascendente, bem como exame Doppler tecidual da aorta, avaliação da espessura íntima-média da carótida e medições invasivas. Vários métodos, incluindo a medição de velocidade, foram usados para este propósito.^3-9,20 Esses métodos apresentam diversas limitações, como a necessidade de pessoal treinado, requisitos de tempo e custo, problemas técnicos e exposição à anestesia e materiais de contraste.^12,31-33

A VOP é o padrão ouro para a avaliação da rigidez arterial.⁴ A VOP pode ser medida tanto de forma invasiva quanto não invasiva. As medições invasivas e não invasivas da VOP produzem resultados semelhantes.²⁰ O fato de a VOP ser afetada pela viscosidade sanguínea é uma limitação da VOP aórtica.³⁴ Existem algumas desvantagens na avaliação da VOP usando medidas ultrassonográficas. Principalmente, as medidas foram obtidas das artérias periféricas. A distância entre as duas artérias periféricas foi medida a partir da pele. A distância medida a partir da pele, devido à angulação e ao trajeto dos vasos, é uma desvantagem dessa técnica.¹³ Além disso, na medição com essa técnica, o tempo, os requisitos de dispositivos especiais, equipamentos específicos e o uso de contraste em medições invasivas são limitações dessa técnica.^11,12

Convencionalmente, as medidas de elasticidade da aorta por ecocardiografia se baseiam nas alterações do diâmetro durante a sístole e a diástole em cortes do modo M da aorta ascendente.¹⁷ No entanto, hipotetizamos que essas medidas seriam pouco confiáveis na VAB devido às alterações na estrutura geométrica da raiz da aorta. Além disso, como a pressão arterial é medida de forma não invasiva na periferia, ela pode não refletir os parâmetros de distensibilidade ou rigidez da aorta. Portanto, nosso objetivo foi avaliar a precisão das medidas da VOP por ecocardiografia transtorácica sem equipamentos ou softwares adicionais. Com base no princípio de que a distância percorrida por unidade de tempo é o percurso, calculamos o valor local da VOP pela razão entre a distância entre os pontos de medição na aorta ascendente e descendente e a diferença no tempo de percurso do sangue até a aorta ascendente e descendente. Em nosso estudo, apesar da dilatação aórtica no grupo com VAB, os parâmetros de elasticidade obtidos pelo método convencional não diferiram entre os grupos. Resultados semelhantes aos nossos em um estudo corroboram essa hipótese.³⁵ Na VAB, o eixo do segmento fundido é longo, enquanto o eixo perpendicular ao segmento fundido é mais curto. Na VAB tipo 1, o eixo longitudinal da aorta é paralelo à sonda de ecocardiografia, enquanto no tipo 2, é perpendicular à sonda (Figura 4). Em nosso estudo, o diâmetro da aorta ascendente no grupo com VAB tipo 1 foi maior do que no grupo com VAB tipo 2, embora a diferença não tenha sido estatisticamente significativa, o que reforça ainda mais essa hipótese.

Em nosso estudo, as funções sistólica e diastólica ventriculares foram normais no grupo com VAB. Os pacientes com VAB avaliados foram selecionados dentre aqueles com função valvar normal ou quase normal. Na prática clínica, a PP aumenta quando a elasticidade da aorta está comprometida. Os valores normais de pressão arterial e PP observados em todos os grupos do nosso estudo podem estar relacionados ao fato de que a elasticidade aórtica comprometida ainda não causou disfunção ventricular ou de outros órgãos. Entretanto, é necessário um acompanhamento a longo prazo para confirmar essa hipótese.

A elasticidade intacta da aorta pode não se refletir nos sistemas arteriais periféricos. Portanto, a avaliação da rigidez arterial periférica pode não indicar a elasticidade da aorta. Estudos indicaram que a rigidez aórtica é a primeira a ser afetada pela rigidez arterial, com a rigidez periférica se desenvolvendo posteriormente.^29,30

O mecanismo de dilatação da aorta na VAB pode ser o comprometimento do estresse da parede devido à insuficiência da valva aórtica ou à turbulência que ocorre na estenose da valva aórtica.^36,37O risco de dilatação da aorta também foi relatado como aumentado independentemente da função valvar.³⁸ A dilatação da raiz da aorta foi relatada entre 15,1% e 39,1% em pacientes com VAB isolada.³⁹ No presente estudo, a incidência de dilatação da raiz da aorta foi de 16%. Como os pacientes do grupo VAB em nosso estudo foram selecionados com função valvar normal ou quase normal, a avaliação da incidência de dilatação da raiz da aorta não fornecerá resultados precisos. A VAB é um fator de risco independente para dissecção da aorta.⁴⁰

Estudos relatam que a VOP é alta ou normal em pacientes com VAB.^3,41-45 O aumento da VOP pode prejudicar a função aórtica na determinação da distribuição sanguínea.²⁶ Isso pode levar a doenças cardiovasculares.⁴⁶ Os valores alfa de confiabilidade intraobservador e interobservador da VOP foram de 0,92 e 0,84, respectivamente. Os altos valores intraobservador e interobservador indicam a confiabilidade e reprodutibilidade da técnica de medição.⁴⁷ Em nosso estudo, a diferença nos valores médios e de desvio padrão da VOP foi de 0,19 e 0,54 m/s entre os observadores, respectivamente. Isso demonstra excelente concordância de acordo com as diretrizes da ARTERY Society.⁴⁸ Embora nosso método de medição tenha sido diferente, acreditamos que esses valores possam ser significativos. Uma limitação do nosso estudo é que não comparamos as medições da VOP obtidas por métodos ultrassonográficos com aquelas obtidas por ecocardiografia. Acreditamos que a praticidade da técnica de medição da VOP sem a necessidade de um aparelho extra, sua reprodutibilidade e sua alta confiabilidade fornecerão informações importantes sobre o acompanhamento e o prognóstico dos pacientes.

Limitações

O fato de o estudo ter sido realizado em um único centro e apresentar um número reduzido de pacientes foram as principais limitações. Outra limitação foi o número de pacientes no grupo com valva aórtica bicúspide tipo 2, inferior ao do grupo com valva aórtica bicúspide tipo 1. Na medição da VOP, a distância entre as aortas ascendente e descendente foi medida intermitentemente utilizando o dispositivo atual. Os erros de medição também representaram uma limitação deste estudo. O valor alfa de confiabilidade interobservador foi de 0,78, o mais baixo já observado, e a medição ininterrupta da distância inclinada no dispositivo pode eliminar essa desvantagem. Outra limitação é a influência da viscosidade sanguínea na VOP. Além disso, não foi realizado um estudo de viabilidade das técnicas de medição da VOP. Uma limitação do nosso estudo foi a ausência de comparação entre as medições da VOP obtidas por métodos ultrassonográficos e aquelas obtidas por ecocardiografia.

Conclusões

O aumento da rigidez aórtica em pacientes com VAB foi demonstrado pelo valor da VOP com o mesmo dispositivo de ecocardiografia, sem a necessidade de um dispositivo adicional. Embora sejam normais quando avaliados com parâmetros de elasticidade derivados dos diâmetros aórticos por ecocardiografia, a elasticidade aórtica está reduzida mesmo no período inicial quando avaliada pela VOP. A avaliação de pacientes com VAB com parâmetros de elasticidade aórtica medidos convencionalmente por ecocardiografia pode gerar resultados incorretos. Acreditamos que a medição da VOP com um dispositivo de ecocardiografia, a avaliação e o acompanhamento em pacientes com VAB podem fornecer informações mais úteis. Em pacientes com VAB, mesmo uma doença valvar aórtica mínima, particularmente a regurgitação aórtica, pode causar deterioração da elasticidade aórtica. Acreditamos que, no acompanhamento de pacientes com VAB, especialmente na presença de regurgitação aórtica, a avaliação com VOP, em adição ao método convencional de avaliação das propriedades de elasticidade aórtica, fornecerá informações mais precisas. A elevada confiabilidade intraobservador e interobservador da VOP medida por ecocardiografia transtorácica demonstra que se trata de uma técnica clinicamente reprodutível e confiável.

Footnotes

Vinculação acadêmica: Não há vinculação deste estudo a programas de pós-graduação.

Aprovação ética e consentimento informado: Este estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética do Diyarbakir Gazi Yasargil Training and Research Hospital sob o número de protocolo 530. Todos os procedimentos envolvidos nesse estudo estão de acordo com a Declaração de Helsinki de 1975, atualizada em 2013. O consentimento informado foi obtido de todos os participantes incluídos no estudo.

Uso de Inteligência Artificial: Os autores não utilizaram ferramentas de inteligência artificial no desenvolvimento deste trabalho.

Disponibilidade de Dados: Todo o conjunto de dados que dá suporte aos resultados deste estudo está disponível mediante solicitação ao autor correspondente

Fontes de financiamento: O presente estudo não teve fontes de financiamento externas.

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Evaluation of Pulse Wave Velocity using Transthoracic Echocardiography in Children with Bicuspid Aortic Valve

Kerem Ertaş ¹, Özlem Gül ¹

Abstract

Background

Increased aortic stiffness in patients with bicuspid aortic valve (BAV) may significantly affect morbidity and mortality.

Objective

We aimed to evaluate aortic elasticity properties and the usability of the new technique by measuring pulse wave velocity (PWV) with a transthoracic echocardiography device in patients with BAV.

Methods

Fifty patients with BAV and 50 healthy children with similar demographic characteristics were included in this study. Patients with BAV were grouped according to fused cusp morphology. Valve function was normal or near normal in the patients with BAV included in the study. All patients’ left ventricular function, aortic root diameter, and aortic elasticity characteristics were evaluated. A p-value <0.05 was considered significant.

Results

PWV was significantly higher in the BAV group (p=0.000). Aortic elasticity parameters obtained from ascending aorta diameters were similar between the groups. Ascending aorta diameters were significantly higher in the BAV group. There was a correlation between PWV, ascending aortic diameter, vena contracta in aortic regurgitation, and peak aortic velocity. PWV inter- and intraobserver reliability alpha values were 0.92 and 0.84, respectively.

Conclusions

In the pediatric BAV group with normal or near-normal valve function, although aortic elasticity parameters were normal with conventional measurements based on ascending aorta diameters, PWV measurements with the same device were significantly higher without the need for an additional apparatus or program, and aortic stiffness increased in the BAV group. PWV measurement by echocardiography is a reliable and reproducible technique.

Keywords: Bicuspid Aortic Valve Disease, Child, Pulse Wave Analysis

Introduction

The bicuspid aortic valve (BAV) is the most common congenital heart disease. The incidence in the general population is approximately 1-2%.¹

BAV occurs at varying degrees of valve fusion. As a result of valve fusion, pathologies such as valve stenosis and valve insufficiency develop. Aortic elasticity properties change in BAV due to the hemodynamic effects of the valve and decreased elastin in the aortic wall.²

Many imaging methods have been used to evaluate aortic elasticity properties.^3-9 Conventional measurements of aortic elasticity parameters using transthoracic echocardiography are based on measurements of the systolic and diastolic diameters of the ascending aorta in the longitudinal view of the left ventricle. These measurements were obtained from the anteroposterior diameters of the aorta. However, in BAV, the geometry of the ascending aorta varies because of the fused cusp anatomy.¹⁰ Therefore, measurements based on the principle of diameter variation may not reflect the actual situation. Pulse wave velocity (PWV), the gold standard for aortic elasticity measurement, has limitations, such as the need for specialized equipment and time, the need for trained personnel, and the fact that the distance between vessels may not reflect the actual distance between vessels due to the skin measurement.^11-13 PWV is the ratio of the distance between the determined vessels to the time difference in blood reaching these vessels.¹¹ In other words, it provides an idea of how fast the vessels are flowing. Impaired aortic elasticity naturally increases the flow velocity. In our study, we aimed to assess the local flow conduction properties of the aorta by measuring the distance between the ascending and descending aortas and dividing the time between blood reaching the ascending and descending aortas by the time difference. Thus, we aimed to measure aortic local PWV without requiring any specialized software or equipment and to assess the reliability of this measurement method.

Methods

Study population

Fifty patients with BAV and 50 healthy children with similar demographic characteristics were included in the study. Healthy patients consisted of those who visited the pediatric cardiology outpatient clinic with any complaints, and no cardiac pathology was detected as a result of the evaluations.

Before all patients were evaluated by the same pediatric cardiologist, weight, height, and systolic and diastolic blood pressure (SBP, DBP) were measured. The ratio of weight to height in square meters was calculated as body mass index (BMI).¹⁴

G*power software was used to calculate a sample size of 50 participants with a 5% Type I error, 85% power, and an effect size of 0.61 (Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, North Rhine-Westphalia, Germany).

BAV patients with peak aortic velocity below 3m/s and aortic regurgitation diameter to body surface area (BSA) ratio, vena contracta index of 2mm/m² were included in the study.^15,16 Peak aortic velocity was measured at the aortic valve tips.

This is a prospective study. Written informed consent was obtained from all patients in the study, and approval was obtained from the Diyarbakır Gazi Yaşargil Training and Research Hospital Ethics Committee (decision no.530/2023).

Echocardiographic evaluation was performed blindly. PWV measurements were performed by two observers (1 and 2). The evaluations made by Observer 1 at different times were defined as intraobserver, and the evaluations made by Observers 1 and 2 were defined as interobserver.

Echocardiography

All patients were evaluated by the same pediatric cardiologist, anamnesis was performed, and a detailed physical examination was performed. Echocardiography was performed in all patients in the left lateral decubitus position (Vivid S60, 9; General Electric Healthcare, GE Vingmed, Norway). Using a 1.5-4 MHz transducer, apical four-, two-, and three-chamber, parasternal long-axis and short-axis images were used to evaluate 2D, color, and M-modes, and records were taken.¹⁷Left ventricular wall thickness, left ventricular diameter, systolic function, and left ventricular long-axis M-mode echocardiography findings were measured.

By placing the PW Doppler cursor on the mitral valve tip in the apical 4-chamber position, E velocity, A velocity, E/A ratio, and deceleration time (DT) were measured. Early and late tissue velocities (e and a, respectively) and systolic tissue velocity were measured from the mitral lateral wall in the apical 4-chamber view.¹⁷

Classification of aortic valve morphology

BAV was defined according to the opening of the aortic valve in systole on parasternal short-axis imaging. There are many classifications according to the BAV classification. The form with two or three cusps and two functional cusps is a fused BAV; the form with two cusps and almost symmetrical morphology is a 2-sinus type BAV; and the form with three cusps and three functional cusps is classified as the partial fusion type. Fused BAV, the form where there are two or three cusps and two functional cusps as a result of fusion, is classified according to morphology. Accordingly, the left coronary cusp (LCC)-right coronary cusp (RCC) fusion is classified as type 1, formed by the RCC, and the non-coronary cusp (NCC) fusion is classified as type 2. The type formed by LCC-NCC fusion is classified as type 3 fused BAV. None of the patients had type 3 fused BAV in our study (Figure 1).¹⁰

Assessment of aortic diameters

The aortic annulus (AAo), sinus of Valsalva (SV), and sinotubular junction (STJ) diameters were measured mid-systolically.¹⁷ Aortic dilatation was defined as a z-score of >2 at least one location of the aortic root diameter or ascending aorta.¹⁸

Assessment of aortic elasticity

Velocity was measured at the aortic valve level using PW Doppler in the suprasternal view. Flow samples were taken from the central ascending and descending aortas using PW Doppler. In simultaneous electrocardiography, the time from the peak of the QRS wave to the region where the flow trace began was calculated. The difference between the times measured in the descending aorta and the ascending aorta is referred to as the transit time. Distance was measured from the PW cursor points of the ascending and descending aortas. Measurements were taken from the center of the aorta parallel to the vessel walls. The ratio of this distance to the transit time is called the PWV and is calculated by measuring the distance between the measured locations in the ascending aorta and the descending aorta (Figure 2).^19,20 The time taken to reach the ascending and descending aortas was measured at a sweep speed of 100 mm/s. Turbulent flow in the aorta occurs in cases such as aortic stenosis and dilatation, and this causes different flow profiles in different parts of the vessel. Therefore, the sampling volume in the aortic lumen was set to 100 mm/s to increase timing accuracy.²¹

Systolic and diastolic aortic diameters (ADs and ADd, respectively) were calculated using the M-mode along the long axis of the ascending aorta. The aortic strain, aortic stiffness index, and aortic distensibility formulas were calculated from these diameters (Figure 3).

Aortic strain $(AS, %) = 100 * [(ADs - ADd) / ADd]$ ,
Stiffness index $(SI) = natural logarithm (SBP / DBP) / [AS]$ ,
Distensibility $(D) = 2 \times [AS / pulse pressure]$ is calculated.⁹

Statistical Analysis

SPSS (SPSS, Chicago, version 27) software was used for the statistical analysis of the data. Continuous variables are expressed as mean±standard deviation or median (percentile 25 and 75, interquartile range, IQR), and categorical variables are expressed as percentages. The Kolmogorov-Smirnov test was used to evaluate the normal distribution. Independent Student’s T-test or Mann-Whitney test was used depending on whether continuous variables were normally distributed, and the chi-square test was used for analysis of categorical variables. Pearson’s and Spearman’s tests were used for correlation analysis according to the homogeneity of the parameter distribution.

Inter-observer and intra-observer variability values were obtained by evaluating continuous variables by two observers and the same observer at different times, respectively. Bland-Altman analysis was used to evaluate the agreement between measurements.²² The mean difference, standard deviation (SD), and limit of agreement (LOA) values between measurements were measured. The formula $[(mean) \pm (1.96 * standard deviation)]$ was used to calculate the LOA range.²³ Linear regression analysis was used to evaluate and model the relationships between the variables. A t-test was used to determine the 95% confidence interval (CI). Reliability was evaluated by analyzing the Cronbach’s alpha values. Cronbach’s alpha >0.7 was considered significant.²⁴

Statistical significance was set at p < 0.05.

Results

Age, weight, height, BSA, BMI, SBP, DBP, and pulse pressure (PP) values were similar in both groups, with no statistical differences detected. 72% of the BAV patients and 73% of the control group patients were male.

No surgical or interventional procedures were performed in any of the patients with BAV. There were no extracardiac anomalies. Seventy-two percent of BAV patients had type 1 fused BAV, and 28% had type 2 fused BAV.

Aortic regurgitation was present in 44% of BAV patients. In the BAV group with aortic regurgitation, 72% had the type 1 and 28% had the type 2 fused BAV. Aortic dilatation was present in 16% of patients with BAV.

The left ventricular end-diastolic diameter (LVEDd), left ventricular ejection fraction (EF), and left ventricular fractional shortening (FS) were similar in both groups, and no statistical difference was detected.

The left ventricular E and A velocities, E/A ratio, and DT values were similar in both groups, and no statistical difference was detected.

The mitral lateral wall systolic and diastolic tissue velocities and E/e ratio were similar (Table 1).

Table 1. – Table comparing demographic and echocardiographic parameters across groups.

Parameter	BAV group (n=50)	Control group (n=50)	Valor-p
Sex (M/F,%)	72/28	73/27	1.00^‡
Age (year)	8.33 (5.31-12.81)	8.66 (5.56-13.52)	0.77^†
Weight (kg)	31.00 (± 16.91)	34.65 (± 15.50)	0.37^*
Height (cm)	133.52 (±25.39)	137.76 (±24.68)	0.54^*
BSA (m²)	1.04 (± 0.38)	1.13 (± 0.35)	0.36^*
BMI (kg/m²)	16.08 (± 2.97)	17.29 (± 2.71)	0.09^*
SBP (mmHg)	108.76 (±13.58)	110.07 (±14.52)	0.74^*
DBP (mmHg)	61.96 (±8.53)	61.88 (±10.40)	0.98^*
PP (mmHg)	45.00 (33.00-71.00)	44.50 (30.00-75.00)	0.74^†
EF (%)	70.00 (±5.83)	70.19 (±6.78)	0.91^*
FS (%)	39.25 (±4.47)	39.38 (±5.61)	0.92^*
LVEDd (mm)	40.91 (±7.36)	39.60 (±6.96)	0.52^*
E (m/s)	1.07 (1.01-1.24)	1.01 (0.94-1.14)	0.06^†
A (m/s)	0.70 (±0.10)	0.64 (±0.14)	0.14^*
E/A ratio	1.63 (±0.26)	1.68 (±0.40)	0.58^*
DT (ms)	123.12 (±28.48)	120.53 (±15.94)	0.69^*
Mitral e velocity (m/s)	0.19 (± 0.03)	0.19 (± 0.03)	0.81^*
Mitral a velocity (m/s)	0.08 (0.06-12)	0.08 (0.06-0.12)	0.86^†
Mitral s velocity (m/s)	0.09 (0.07-0.16)	0.10 (0.08-0.13)	0.28^†
E/e	6.05 (± 1.16)	5.54 (± 1.21)	0.52^*

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*: student-T test; ^†: Mann-Whitney test; ^‡: Chi-square test; BSA: body surface area; BAV: bicuspid aortic valve; BMI: body mass index; SBP: systolic blood pressure; DBP: diastolic blood pressure; LVEDd: left ventricular end-diastolic diameter; EF: ejection fraction; FS: fraction short; E: mitral inflow early diastolic velocity; A: mitral inflow late diastolic velocity; DT: deceleration time; e: mitral tissue doppler early diastolic velocity; a: mitral tissue doppler late diastolic velocity; s: mitral tissue doppler systolic velocity;

The peak aortic velocity was significantly higher in the BAV group than in the control group (p=0.003).

ADs, ADd, AAo, SV, and STJ diameters were significantly higher in the BAV group (p-values 0.003, 0.005, 0.000, 0.000, and 0.000, respectively).

The aortic strain, distensibility, and stiffness index were similar in both groups, with no statistical differences detected.

The PWV was significantly higher in the BAV group than in the control group (p=0.000) (Table 2).

Table 2. – Comparison of peak aortic velocity, aortic diameter, aortic elasticity parameters, time to reach the ascending and descending aorta, transit time, and distance between ascending and descending aorta values in the bicuspid aortic valve and control groups.

Parameter	BAV group (n=50)	Control group (n=50)	p-value
Peak aortic velocity (m/s)	1.46 (± 0.35)	1.20 (± 0.22)	0.003^*
VCI (mm/m²)	1.55 (± 0.57)	-	-
ADs (mm)	21.54 (± 4.92)	17.94 (± 3.10)	0.003^*
ADd (mm)	18.00 (13-30)	16 (10-19)	0.005^†
AAo (mm)	18.57 (± 3.51)	14.45 (± 2.70)	0.000^*
SV (mm)	24.22 (± 4.90)	18.55 (± 3.50)	0.000^*
STJ (mm)	20.92 (± 3.94)	14.83 (± 2.70)	0.000^*
Aortic strain (%)	19.90 (± 8.30)	18.27 (± 8.48)	0.07^*
Stiffness index	4.85 (2.95-10.93)	3.42 (2.33-4.96)	0.07^†
Distensibility (10^-6.cm².dyne^-1)	0.004 (0.002-0.009)	0.007 (0.005-0.010)	0.07^†
PWV (m/s)	4.86 (3.50-7.56)	2.78 (2.00-3.29)	0.000^†
Time to reach the AA (ms)	88.46 (± 14.84)	82.83 (± 13.25)	0.13^*
Time to reach DA (ms)	101.25 (± 13.61)	105.55 (± 13.98)	0.24^*
Transit time (ms)	11.50 (9.00-17.00)	21.00 (17.00-30.00)	0.000^†
Distance between AA and DA (mm)	57.06 (46.63-68.79)	56.88 (47.93-64.81)	0.88^†

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*: student-T test; ^†: Mann-Whitney test; BAV: bicuspid aortic valve; AA: ascending aorta; DA: descending aorta; AAo: aortic annulus; SV: sinus of valsalva; STJ: sinotubular junction; ADs: systolic aortic diameter; ADd: diastolic aortic diameter; PWV: pulse wave velocity; VCI: vena contracta index

While the time to reach the ascending and descending aorta and the distance between the ascending and descending aorta were similar in both groups, the transit time was significantly lower in the BAV group (p=0.000).

When the type 1 and type 2 fused BAV were compared, the values for age, sex, BSA, BMI, aortic diameters, and aortic elasticity parameters were similar in both groups (Table 3).

Table 3. – Comparison of demographic parameters, aortic diameters, peak aortic velocity, vena contracta index of aortic insufficiency, aortic elasticity parameters, time to reach the ascending and descending aorta, transit time, and distance between ascending and descending aorta in bicuspid aortic valve phenotypes.

Parameters	Type 1 fused BAV (n=36)	Type 2 fused BAV (n=14)	p-value
Age (year)	10.04 (6.37-13.08)	6.66 (4.91-13.00)	0.60^†
Sex (M/F, %)	86/14	71/29	0.96^‡
BSA (m²)	1.11 (± 0.41)	0.96 (± 0.39)	0.42^*
BMI (kg/m²)	16.46 (± 3.02)	15.89 (± 3.20)	0.68^*
ADs (mm)	22.14 (± 5.00)	20.00 (± 4.72)	0.34^*
ADd (mm)	19.61 (± 4.64)	17.42 (± 4.23)	0.29^*
AAo (mm)	18.21 (± 3.49)	20.52 (± 4.13)	0.57^*
SV (mm)	24.38 (± 5.52)	23.33 (± 3.74)	0.79^*
STJ (mm)	20.84 (± 4.19)	21.34 (± 3.52)	0.88^*
Peak aortic velocity (m/s)	1.47 (± 0.37)	1.43 (± 0.30)	0.79^*
VCI (mm/m²)	1.56 (± 0.52)	1.52 (± 0.82)	0.93^*
Aortic strain (%)	13.44 (± 8.46)	15.09 (± 8.40)	0.66^*
Stiffness index (SI)	4.41 (3.20-12.20)	4.45 (2.70-6.61)	0.46^†
Distensibility (10^-6 cm² dyne^-1)	0.005 (0.002-0.008)	0.004 (0.005-0.010)	0.50^†
PWV (m/s)	5.03 (± 2.01)	3.77 (± 1.11)	0.13^*
Time to reach the AA (ms)	89.64 (± 15.35)	83.42 (± 9.21)	0.33^*
Time to reach DA (ms)	102.47 (± 13.56)	99.85 (± 9.90)	0.65^*
Transit time (ms)	12.82 (± 4.42)	16.42 (± 7.13)	0.14^*
Distance between AA and DA (mm)	56.95 (± 11.44)	59.90 (± 20.62)	0.88^*

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*: student-T test; ^†: Mann-Whitney test; ^‡: Chi-square test; BSA: body surface area; BMI: body mass index; BAV: bicuspid aortic valve; AAo: aortic annulus; SV: aortic sinus of valsalva; STJ: sinotubular junction; ADs: systolic aortic diameter; ADd: diastolic aortic diameter; PWV: pulse wave velocity; AA: ascending aorta; DA: descending aorta; VCI: vena contracta index

The correlations between PWV and aortic diameter are shown in Table 4. A positive correlation was found between PWV and aortic root diameters, peak aortic velocity, vena contracta in aortic regurgitation, and time to reach the descending aorta; no correlation was found between PWV and time to reach the descending aorta, aortic strain, distensibility, or stiffness index. There was a negative correlation between PWV and transit time. There was a correlation between the vena contracta of aortic regurgitation and aortic diameters. No correlation was found between peak aortic velocity and aortic diameters. In our study, the increase in PWV in BAV patients was visualized in a central illustration with an echocardiography device (Central Illustration).

Table 4. – Correlations between various parameters.

Parameters		r-value	p-value
PWV	Aortic anulus	0.27	0.10^§
	Sinus valsalva	0.25	0.13^§
	STJ	0.36	0.009^§
	ADs	0.38	0.005^§
	ADd	0.39	0.004^§
	Aortic strain	-0.11	0.42^§
	Aortic stiffness	0.15	0.30^§
	Aortic distensibility	-0.17	0.21^§
	Peak aortic velocity	0.30	0.03^§
	AR vena contracta	0.43	0.001^§
	Time to reach the AA	0.47	0.000^§
	Time to reach DA	0.009	0.95^§
	Transit time	-0.83	0.000^§
AR vena contracta	ADs	0.58	0.000^§
AR vena contracta	ADd	0.52	0.007^§
Peak aortic velocity	ADs	0.22	0.12^//

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^§: Spearman test; ^//: Pearson test; PWV: pulse wave velocity; STJ: sinotubular junction; ADs: systolic aortic diameter; ADd: diastolic aortic diameter; AR: aortic regurgitation; AA: ascending aorta; DA: descending aorta.

Central Illustration: — Pulse wave velocity value measurement with transthoracic echocardiography is practical, easily accessible, inexpensive, does not require additional devices, and can provide important information about aortic elasticity even in the early period compared with conventional measurements. PWV measurement with the new technique has similar inter-observer value measurements. PWV: pulse wave velocity; BAV: bicuspid aortic valve.

The intra- and inter-observer variability difference means, standard deviations (SD), limits of agreement (LOA), and reliability values are summarized in Table 5. PWV inter- and intra-observer reliability alpha values were 0.84 and 0.92, respectively. The distance inter- and intra-observer reliability alpha values were 0.78 and 0.99, respectively. Transit time inter- and intra-observer reliability alpha values were 0.86 and 0.93.

Table 5. – Pulse wave velocity, distance, transit time parameters, inter- and intraobserver variability difference values, mean, standard deviation, limit of agreement upper and lower value range, and 95% confidence interval, alpha (α), and p-value table.

	PWV (m/s)
	n	Value of difference			95% CI	Reliability
	n	Mean (m/s)	SD	LOA range	95% CI	Alpha (α)	p value
Interobserver variability	50	0.19	0.54	-0.66, 1.06	0.72, 0.92	0.84	0.000
Interobserver variability	50	0.14	0.40	-0.50, 0.79	0.86, 0.96	0.92	0.000
	Distance (mm)
	n	Value of difference			95% CI	Reliability
	n	Mean (mm)	SD	LOA range	95% CI	Alpha (α)	p value
Interobserver variability	50	2.36	7.23	-9.47, 14.18	0.60, 0.88	0.78	0.004
Interobserver variability	50	-1.60	1.51	6.18, 2.97	0.98, 0.99	0.99	0.000
	Transit time (ms)
	n	Value of difference			95% CI	Reliability
	n	Mean (ms)	SD	LOA range	95% CI	Alpha (α)	p value
Interobserver variability	50	-0.06	2.07	-4.19, 4.06	0.75, 0.92	0.86	0.000
Interobserver variability	50	-1.20	2.00	-6.31, 3.91	0.87,0.96	0.93	0.000

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PWV: Pulse wave velocity; CI: confidence interval, LOA: limit of agreement, mm: millimeter, ms: millisecond, m: meter, s: second, SD: standard deviation.

The intra- and inter-observer Bland-Altman plots of the PWV values and the correlation plot between the observations are shown in Figure 5.

Discussion

The most basic result of our study is that in BAV patients with preserved ventricular function and normal or near-normal valve function, PWV measured through echocardiography—without the need for additional software—shows an increase, indicative of elevated aortic stiffness. We believe that aortic elasticity is impaired in patients with BAV, even in early childhood, and that conventional measurements do not reflect reality due to the different aortic geometries in these patients. We believe that even slight changes in valve function affect aortic geometry due to altered aortic flow. We believe that the new method we used is important because it is usable, reproducible, and provides early-stage information about aortic elastic function.

The arterial system, both in structure and function, consists of large elastic arteries and muscular arteries. Large elastic vessels store blood ejected during ventricular systole owing to the elastic fibers they contain.²⁵ During this time, almost half of the ejected blood reaches the muscular arteries. Later, when the aortic valve closes, and the diastolic cycle begins, the muscular arteries maintain pressure and maintain continuous blood flow through the vascular system. The thoracic aorta consists of 40% elastic fibers.^{26, 27} BAV is one of the most common congenital heart diseases. It may be isolated or accompanied by other syndromes or anomalies. (1) BAV is embryologically formed by the fusion of the aortic valve to varying degrees. Along with the hemodynamic changes that occur as a result of valve stenosis and insufficiency, endothelial dysfunction and degeneration of aortic elastin fibers occur in BAV.²⁸ Consequently, aortic elasticity properties are altered in patients with BAV. Increased arterial stiffness in cardiovascular diseases significantly affects morbidity and mortality.^29,30 Considering the physiology of vessels throughout the cardiac cycle, deterioration of the aortic elastic properties can cause perfusion problems in many organs.

In the evaluation of aortic elasticity, methods such as echocardiography, computed tomography, or magnetic resonance imaging, which assess changes in the diameter or cross-sectional area of the ascending aorta, as well as aortic tissue Doppler examination, carotid intima-media thickness assessment, and invasive measurements, are utilized. Several methods, including velocity measurement, have been used for this purpose.^3-9,20 These methods have various limitations, such as the need for trained personnel, time and cost requirements, technical problems, and exposure to anesthesia and contrast materials.^12,31-33

PWV is the gold standard for the evaluation of arterial stiffness.⁴ PWV can be measured both invasively and non-invasively. Non-invasive and invasive PWV measurements yield similar results.²⁰The fact that PWV is affected by blood viscosity is a limitation of the aortic PWV.³⁴ There are some drawbacks to evaluating PWV using sonographic measurements. Primarily, measurements were obtained from the peripheral arteries. The distance between the two peripheral arteries was measured from the skin. The distance measured from the skin owing to the angulation and course of the vessels is a disadvantage of this technique.¹³ In addition, in measurement with this technique, time, special device requirements, special equipment, and the use of contrast in invasive measurements are the limitations of this measurement.^11,12

Conventionally, aortic elasticity measurements using echocardiography are based on diameter changes in the systole and diastole of M-mode slices of the ascending aorta.¹⁷ However, we hypothesized that these measurements would be unreliable in BAV due to changes in the geometric structure of the aortic root. Furthermore, because blood pressure is measured non-invasively from the periphery, it may not reflect aortic distensibility or stiffness parameters. Therefore, we aimed to evaluate the accuracy of PWV measurements using transthoracic echocardiography without additional equipment or software. Based on the principle that the distance traveled per unit of time is the path, we calculated the local PWV value by calculating the ratio of the distance between the measured locations between the ascending and descending aorta to the difference in blood travel time to the ascending and descending aortas. In our study, despite aortic dilatation in the BAV group, the elasticity parameters obtained using the conventional method did not differ between the groups. Findings similar to ours in one study support this hypothesis.³⁵ In BAV, the axis of the fused segment is long, whereas the axis perpendicular to the fused segment is shorter. In type 1 BAV, the long axis of the aorta is parallel to the echocardiography probe, whereas in type 2, it is perpendicular to the probe (Figure 4). In our study, the ascending aortic diameter in the type 1 BAV group was higher than that in the type 2 BAV group, although the difference was not statistically significant, which further supports this hypothesis.

In our study, the ventricular systolic and diastolic functions were normal in the BAV group. The BAV patients we evaluated were selected from those with normal or near-normal valve function. In clinical practice, pulse pressure increases when aortic elasticity is impaired. The normal blood pressure and pulse pressure values across the groups in our study may be related to the fact that impaired aortic elasticity has not yet caused ventricular or other organ dysfunction. However, long-term follow-up is necessary in this regard.

The intact elasticity of the aorta may not be reflected in the peripheral arterial systems. Therefore, assessing peripheral arterial stiffness may not indicate aortic elasticity. Studies have indicated that aortic stiffness is the first to be affected by arterial stiffness, with peripheral stiffness developing later.^29,30

The mechanism of aortic dilatation in BAV may be impaired wall stress due to aortic valve insufficiency or turbulence occurring in aortic valve stenosis.^36,37 The risk of aortic dilatation has also been reported to increase regardless of valve function.³⁸ Aortic root dilatation has been reported to be between 15.1 and 39.1% in patients with isolated BAV.³⁹ In the present study, the incidence of aortic root dilatation was 16%. Since patients in the BAV group in our study were selected with normal or near-normal valve function, evaluation of the incidence of aortic root dilatation will not yield accurate results. BAV is an independent risk factor for aortic dissection.⁴⁰

Studies report that PWV is high or normal in BAV patients.^{3, 41-45} Increased PWV may impair aortic function in determining blood distribution.²⁶This may lead to cardiovascular disease.⁴⁶ PWV intraobserver and interobserver reliability alpha values were 0.92 and 0.84, respectively. The high intraobserver and interobserver values indicate the reliability and reproducibility of the measurement technique.⁴⁷ In our study, the difference in the PWV mean and standard deviation values was 0.19 and 0.54 m/s between observers, respectively. It shows excellent agreement according to the ARTERY Society guideline.⁴⁸Although our measurement method was different, we believe that these values may be significant. A limitation of our study is that we did not compare PWV measurements using sonographic methods with those obtained using echocardiography. We believe that the practicality of the measurement technique of PWV without the need for an extra apparatus, its reproducibility, and its high reliability will provide important information about the follow-up and prognosis of the patients.

Limitations

The single center and small number of patients were the main limitations of this study. Another limitation is that the number of patients in the type 2 BAV group was lower than that in the type 1 BAV group. In PWV measurement, the distance between the ascending and descending aortas was measured intermittently using the current device. Measurement errors were another limitation of this study. The interobserver reliability alpha value was 0.78, which is the lowest value, and uninterrupted measurement of the inclined distance on the device can eliminate this disadvantage. Another limitation is that PWV is affected by the blood viscosity. Another limitation is the lack of a feasibility study of PWV measurement techniques. A limitation of our study is that we did not compare PWV measurements using sonographic methods with those obtained using echocardiography.

Conclusions

The increase in aortic stiffness in patients with BAV was demonstrated by the PWV value with the same echocardiography device, without the need for an additional device. Although they are normal when evaluated with elasticity parameters derived from aortic diameters using echocardiography, aortic elasticity is reduced even in the early period when evaluated with PWV. Evaluation of patients with BAV with aortic elasticity parameters measured conventionally by echocardiography may yield incorrect results. We believe that PWV measurement with an echocardiography device, evaluation, and follow-up in patients with BAV can provide more useful information. In patients with BAV, even minimal aortic valve disease, particularly aortic regurgitation, may cause deterioration of aortic elasticity. We believe that, in the follow-up of patients with BAV, especially in the presence of aortic regurgitation, evaluation with PWV, in addition to the conventional method for evaluating aortic elasticity properties, will provide more accurate information. The high intraobserver and interobserver reliabilities of PWV measured using transthoracic echocardiography show that it is a clinically reproducible and reliable technique.

Footnotes

Study association: This study is not associated with any thesis or dissertation work.

Ethics approval and consent to participate: This study was approved by the Ethics Committee of the Diyarbakir Gazi Yasargil Training and Research Hospital under the protocol number 530. All the procedures in this study were in accordance with the 1975 Helsinki Declaration, updated in 2013. Informed consent was obtained from all participants included in the study.

Use of Artificial Intelligence: The authors did not use any artificial intelligence tools in the development of this work.

Data Availability Statement: All datasets supporting the results of this study are available upon request from the corresponding author

Preprints: This article was previously posted as a preprint on Research Square: doi:10.21203/rs.3.rs-3987456/v1.

Sources of funding: There were no external funding sources for this study.

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Avaliação da Velocidade da Onda de Pulso por Meio de Ecocardiografia Transtorácica em Crianças com Válvula Aórtica Bicúspide

Kerem Ertaş

Özlem Gül

Roles

Resumo

Fundamento

Objetivo

Métodos

Resultados

Conclusões

Introdução

Métodos

População do estudo

Ecocardiografia

Classificação da morfologia da válvula aórtica

Figura 1. – Morfologias da válvula aórtica bicúspide. CCE: cúspide coronária esquerda; CCD: cúspide coronária direita; CNC: cúspide não coronária; VAB: válvula aórtica bicúspide.

Avaliação dos diâmetros da aorta

Avaliação da elasticidade da aorta

Figura 3. – Medição dos diâmetros aórticos sistólico e diastólico. ADs: diâmetro aórtico sistólico; ADd: diâmetro aórtico diastólico.

Análise estatística

Resultados

Tabela 1. – Tabela comparativa dos parâmetros demográficos e ecocardiográficos entre os grupos.

Tabela 2. – Comparação da velocidade aórtica máxima, diâmetro aórtico, parâmetros de elasticidade aórtica, tempo para atingir a aorta ascendente e descendente, tempo de trânsito e distância entre a aorta ascendente e descendente nos grupos com válvula aórtica bicúspide e controle.

Tabela 4. – Correlações entre vários parâmetros.

Figura Central: Avaliação da Velocidade da Onda de Pulso por Meio de Ecocardiografia Transtorácica em Crianças com Válvula Aórtica Bicúspide.

Figura 5. – Gráficos de correlação intraobservador (A) e interobservador (B) da velocidade da onda de pulso, gráficos de Bland-Altman intraobservador (C) e interobservador (D).

Discussão

Limitações

Conclusões

Footnotes

Referências

Evaluation of Pulse Wave Velocity using Transthoracic Echocardiography in Children with Bicuspid Aortic Valve

Kerem Ertaş

Özlem Gül

Roles

Abstract

Background

Objective

Methods

Results

Conclusions

Introduction

Methods

Study population

Echocardiography

Classification of aortic valve morphology

Figure 1. – Bicuspid aortic valve morphologies. LCC: left coronary cusp; RCC: right coronary cusp; NCC: noncoronary cusp; BAV: bicuspid aortic valve.

Assessment of aortic diameters

Assessment of aortic elasticity

Figure 3. – Measurement of systolic and diastolic aortic diameters. ADs: systolic aortic diameter; ADd: diastolic aortic diameter.

Statistical Analysis

Results

Table 1. – Table comparing demographic and echocardiographic parameters across groups.

Table 2. – Comparison of peak aortic velocity, aortic diameter, aortic elasticity parameters, time to reach the ascending and descending aorta, transit time, and distance between ascending and descending aorta values in the bicuspid aortic valve and control groups.

Table 4. – Correlations between various parameters.

Central Illustration: Evaluation of Pulse Wave Velocity using Transthoracic Echocardiography in Children with Bicuspid Aortic Valve.

Table 5. – Pulse wave velocity, distance, transit time parameters, inter- and intraobserver variability difference values, mean, standard deviation, limit of agreement upper and lower value range, and 95% confidence interval, alpha (α), and p-value table.

Figure 5. – Intra-observer (A) and inter-observer (B) correlation plots of pulse wave velocity, intra-observer (C), and inter-observer (D) Bland-Altman plots.

Discussion

Limitations

Conclusions

Footnotes

ACTIONS

PERMALINK

RESOURCES

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