CJC Open (May 2021)

Effect of Combined Ventricular-Arterial Stiffening on Exercise Hemodynamics in Adults With Repaired Coarctation of Aorta

  • Alexander C. Egbe, MBBS, MPH,
  • William R. Miranda, MD,
  • Janaki Devara, MD,
  • Momina Iftikhar, MD,
  • Likhita Shaik, MD,
  • Renuka Reddy Katta, MD,
  • Heidi M. Connolly, MD

Journal volume & issue
Vol. 3, no. 5
pp. 603 – 608

Abstract

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Background: Patients with coarctation of aorta (COA) have arterial stiffening, and this is associated with impaired cardiac reserve and hypertensive systolic blood pressure (SBP) response during exercise. However, whether patients with COA have concomitant left ventricular (LV) stiffening and the potential impact of combined ventricular-arterial stiffening on exercise hemodynamics are unknown. Methods: We studied 174 patients with repaired COA (aged 39 ± 11 years and male 103 [59%]) and 174 matched controls. Our study hypotheses are: (1) patients with COA have higher ventricular-arterial stiffness (end-systolic elastance [Ees] and arterial elastance [Ea]) as compared with controls; (2) ventricular-arterial stiffness was associated with LV stroke volume augmentation (ΔLVSV) and SBP augmentation (ΔSBP) during exercise among patients with COA. Results: Despite similar systolic SBP, patients with COA had higher Ea (1.8 ± 0.4 vs 1.4 ± 0.4 mm Hg/mL, P < 0.001), higher Ees (2.41 ± 0.65 vs 2.17 ± 0.40 mm Hg/mL, P < 0.001), but similar Ea/Ees (0.87 ± 0.29 vs 0.83 ± 0.33, P = 0.2). ΔLVSV was 6.1 ± 1.4 mL/beat. Combined ventricular-arterial stiffness had a stronger correlation with ΔLVSV as compared with Ea alone (r = −0.53 vs r = −0.41, P = 0.006) and as compared with Ees alone (r = −0.53 vs r = −0.46, P = 0.02). ΔSBP was 48 ± 21 mm Hg. Combined ventricular-arterial stiffness had a stronger correlation with ΔSBP as compared with Ea alone (r = 0.57 vs r = 0.43, P < 0.001) and as compared with Ees alone (r = 0.57 vs r = −0.39, P < 0.001). Conclusion: Patients with COA had combined ventricular-arterial stiffening, and this was associated with impaired cardiac reserve and hypertensive SBP response during exercise. These findings provide foundation for further studies to determine whether drugs that reduce both ventricular and arterial stiffness will improve exercise capacity and hemodynamics in this unique population. Résumé: Contexte: La coarctation de l’aorte (CA) s’accompagne d’une rigidification des artères, qui est à son tour associée à une altération de la réserve de force du cœur et à une augmentation de la pression artérielle systolique (PAS) à l’effort. On ne sait toutefois pas si la CA entraîne aussi une rigidification du ventricule gauche, et on ne connaît pas les répercussions possibles d’une rigidification ventriculaire et artérielle sur les paramètres hémodynamiques à l’effort. Méthodologie: Nous avons étudié 174 patients présentant une CA corrigée (âge : 39 ± 11 ans; hommes : 103 [59 %]) et 174 témoins appariés. Nos hypothèses étaient les suivantes : 1) la rigidité ventriculaire et artérielle (élastance télésystolique [ETS] et élastance artérielle [EA]) est plus importante chez les sujets présentant une CA que chez les sujets témoins; 2) la rigidité ventriculaire et artérielle est associée à une augmentation du volume d’éjection ventriculaire gauche (ΔVEVG) et à une augmentation de la pression artérielle systolique (ΔPAS) à l’effort chez les patients présentant une CA. Résultats: Malgré une PAS comparable, les patients présentant une CA avaient une EA plus élevée que les sujets témoins (1,8 ± 0,4 vs 1,4 ± 0,4 mmHg/ml, p < 0,001) et une ETS également plus élevée (2,41 ± 0,65 vs 2,17 ± 0,40 mmHg/ml, p < 0,001), mais un rapport EA/ETS similaire (0,87 ± 0,29 vs 0,83 ± 0,33, p = 0,2). La ΔVEVG était de 6,1 ± 1,4 ml/battement. La rigidité ventriculaire et artérielle mixte était plus fortement corrélée avec une ΔVEVG, comparativement à l’EA seule (r = -0,53 vs r = -0,41, p = 0,006) et à l’ETS seule (r = -0,53 vs r = -0,46, p = 0,02). La ΔPAS était de 48 ± 21 mmHg. La rigidité ventriculaire et artérielle mixte était plus fortement corrélée avec la ΔPAS, comparativement à l’EA seule (r = 0,57 vs r = 0,43, p < 0,001) et à l’ETS seule (r = 0,57 vs r = -0,39, p < 0,001). Conclusion: La CA s’accompagnait d’une rigidification ventriculaire et artérielle, elle-même associée à une altération de la réserve de force du cœur et à une augmentation de la PAS à l’effort. Ces résultats pourront servir de fondements à des études complémentaires visant à déterminer si un traitement qui réduit la rigidité ventriculaire et artérielle pourrait améliorer la capacité à l’effort et les paramètres hémodynamiques dans cette population particulière.