A critical look at currently used indirect indices of myocardial oxygen consumption

Summary

Myocardial oxygen consumption indices that are frequently applied to man such as tension-time index (TTI), pressure-rate product (P·HR) and triple product (TP) have not been fully validated so far. These easily obtainable indices and a modified TTI$(\overline P \cdot \sqrt {HR} )$, therefore, were examined in 10 closed-chest dogs with very broad variations of hemodynamics and oxygen consumption (3–36 ml/min·100 g) analyzing 162 steady states. Myocardial blood flow was directly measured by a differential pressure coronary sinus catheter.$M\dot VO_2$ was varied by administration of catecholamines and other inotropic drugs, atropine, beta-blocking agents and hypo- and hypervolemia. Over a wide range of hemodynamic states, correlations with directly measured$M\dot VO_2$ of TTI (r=0.63), P·HR (r=0.87), TP (r=0.65) and$\overline P \cdot \sqrt {HR}$ (r=0.80) are not satisfactory due to neglect of contractility and cardiac volumes by these terms. Better correlations are obtained when relating these indices to$M\dot VO_2$ under different inotropic states. At normal and moderately increased contractility, correlations with$M\dot VO_2$ rose as follows: TTI (r=0.96), P·HR (r=0.91), TP (r=0.96) and$\overline P \cdot \sqrt {HR}$ (r=0.94). Significant rises in correlation are due to the close relationship between peak pressure and dP/dt_max at only moderately increased contraction velocity. Correlation differences within this inotropic range must be related to incorporation or neglect of ejection time as a partial determinant of$M\dot VO_2$. At markedly increased contractility, results for these indices, however, are in part very poor: TTI (r=0.40), P·HR (r=0.81), TP (r=0.38) and$\overline P \cdot \sqrt {HR}$ (r=0.76). Within this inotropic state neglect of dP/dt_max as a major determinant of$M\dot VO_2$ and the inverse relationship between ejection time and dP/dt_max mainly account for these correlation shifts. It is concluded that non-invasively obtainable indices, currently in use, are no reliable predictors of actual overall$M\dot VO_2$ of the left ventricle if the contractile state of the myocardium is not checked invasively before. The broad variability of the relation of the energy demand of velocity of tension development to maintenance of systolic wall tension is not sufficiently considered by these terms. Appropriate caution, therefore, is necessary when applying those indirect indices of$M\dot VO_2$ to humans.

Zusammenfassung

Indirekte Formeln zur Abschätzung des myokardialen Sauerstoffbedarfs wie Tension-Time-Index, Pressure-Rate-Product und Triple Product kommen experimentell und klinisch häufig zur Anwendung. Diese weitgehend nicht invasiven und in Bedside-Untersuchungstechnik bestimmbaren Indizes entbehren bislang einer experimentellen Validisierung an einem ausreichend großen Versuchskollektiv mit maximaler Variation der beteiligten Größen.

An 10 intakten Hunden wurden alle sogenannten klinischen O₂-Verbrauchs-parameter einschließlich eines modifizierten Tension-Time-Index (systolischer Mitteldruck mal Wurzel aus Herzfrequenz) in 162 Steady-states kritisch überprüft. Die Koronardurchblutung wurde mit einem Druckdifferenzkatheter im Sinus coronarius genessen. Hämodynamik- und O₂-Verbrauchsvariationen (3–36 ml/min ·100 g) erfolgten durch Beta-Stimulation, Atropin, Noradrenalin, Beta-Blocker sowie Volumenbelastung und fraktionierte Entblutung.

Die Korrelationen der einfachen Formeln mit dem direkt gemessenen O₂-Verbrauch waren im Gesamtkollektiv nicht zufriedenstellend: TTI (r=0,63), P×HF (r=0,87), TP (r=0,65) und$\overline P \times \sqrt {HF}$ (r=0,80). Bessere Ergebnisse wurden bei Auftrennung der Meßdaten in zwei Teilkollektive unterschiedlichen Inotropiezustandes erzielt: Bei normaler bis leicht erhöhter Kontraktionsgeschwindigkeit gab es signifikante Korrelationsanstiege für alle Indizes: TTI (r=0,96), P×HF (r=0,91), TP (r=0,96) und$\overline P \times \sqrt {HF}$ (r=0,94). Diese auffallende Verbesserung muß auf die enge Proportionalbeziehung zwischen dem Druck und der maximalen Druckanstiegsgeschwindigkeit in dieser Inotropiegruppe zurückgeführt werden. Die direkte Einbeziehung der Auswurfzeit als Teildeterminante des O₂-Verbrauchs erklärt die besseren Korrelationen beim Tension-Time-Index und beim Triple Product. Unter stark positiver Inotropiestimulation mit ausgeprägter Erhöhung der Kontraktionsgeschwindigkeit verlieren TTI (r=0,40) und TP (r=0,38) ihre Zuordnung zum O₂-Verbrauch vollständig, während sie bei P×HF (r=0,81) und$\overline P \times \sqrt {HF}$ (r=0,76) erhalten bleibt. Hauptursache ist die Nichtberücksichtigung der nur invasiv erhältlichen Inotropiemeßgröße dP/dt_max, die zu der Auswurfzeit in einer inversen Beziehung steht und die die Höhe des tatsächlichen O₂-Verbrauchs unter diesen Bedingungen weitgehend bestimmt.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß sogenannte nichtinvasive einfache Formeln ohne Kenntnis des Inotropiezustandes keine zuverlässigen Indizes des myokardialen O₂-Verbrauchs sind. Kontraktilität, Herzvolumina sowie die große Variabilität des Verhältnisses von Entwicklungsgeschwindigkeit zu Erhaltung der systolischen Wandspannung werden nicht ausreichend berücksichtigt. Vorsicht und kritische Zurückhaltung sind daher bei Anwendung solcher Formeln und insbesondere bei der Interpretation damit gewonnener Ergebnisse geboten.