Desarrollo de un modelo por inteligencia artificial con hemodinamia no invasiva para predecir preeclampsia en embarazos de alto riesgo / Artificial Intelligence Modeling with Non-Invasive Hemodynamics to Predict Preeclampsia in High-Risk Pregnancy

RESUMEN Introducción: la preeclampsia (PE) es la principal causa de morbimortalidad materno-fetal en nuestro país. Alteraciones hemodinámicas precoces durante el embarazo podrían predecir la evolución a PE. El machine learning (ML) permite el hallazgo de patrones ocultos que podrían detectar precozmente el desarrollo de PE. Objetivos: desarrollar un árbol de clasificación con variables de hemodinamia no invasiva para predecir precozmente desarrollo de PE. Material y métodos: estudio observacional prospectivo con embarazadas de alto riesgo (n=1155) derivadas del servicio de Obstetricia desde enero 2016 a octubre 2022 para el muestreo de entrenamiento por ML con árbol de clasificación j48. Se seleccionaron 112 embarazadas entre semanas 10 a 16, sin tratamiento farmacológico y que completaron el seguimiento con el término de su embarazo con evento final combinado (PE): preeclampsia, eclampsia y síndrome HELLP. Se evaluaron simultáneamente con cardiografía de impedancia y velocidad de onda del pulso y con monitoreo ambulatorio de presión arterial de 24 hs (MAPA). Resultados: presentaron PE 17 pacientes (15,18%). Se generó un árbol de clasificación predictivo con las siguientes variables: índice de complacencia arterial (ICA), índice cardíaco (IC), índice de trabajo sistólico (ITS), cociente de tiempos eyectivos (CTE), índice de Heather (IH). Se clasificaron correctamente el 93,75%; coeficiente Kappa 0,70, valor predictivo positivo (VPP) 0,94 y negativo (VPN) 0,35. Precisión 0,94, área bajo la curva ROC 0,93. Conclusión: las variables ICA, IC, ITS, CTE e IH predijeron en nuestra muestra el desarrollo de PE con excelente discriminación y precisión, de forma precoz, no invasiva, segura y con bajo costo.

ABSTRACT Background: Preeclampsia (PE) is the main cause of maternal-fetal morbidity and mortality in our country. Early hemodynamic changes during pregnancy could predict progression to PE. Machine learning (ML) enables the discovery of hidden patterns that could early detect PE development. Objectives: The aim of this study was to build a classification tree with non-invasive hemodynamic variables for the early prediction of PE occurrence. Results: Seventeen patients (15.18%) presented PE. A predictive classification tree was generated with arterial compliance index (ACI), cardiac index (CI), cardiac work index (CWI), ejective time ratio (ETR), and Heather index (HI). A total of 93.75% patients were correctly classified (Kappa 0.70, positive predictive value 0.94 and negative predictive value 0.35; accuracy 0.94, and area under the ROC curve 0.93). Conclusion: ACI, CI, CWI, ETR and HI variables predicted the early development of PE in our sample with excellent discrimination and accuracy, non-invasively, safely and at low cost.

Avaliação Cardiodinâmica Não Invasiva por Cardiografia de Impedância durante o Teste de Caminhada de Seis Minutos em Pacientes com Insuficiência Cardíaca / Non-Invasive Assessment of Cardiodynamics by Impedance Cardiography during the Six-Minute Walk Test in Patients with Heart Failure

Resumo Fundamento O Teste de Caminhada de seis Minutos (TC6M) é comumente usado para avaliar pacientes com insuficiência cardíaca. No entanto, vários fatores clínicos podem influenciar a distância percorrida pelos pacientes no teste. A cardiografia de impedância (CI) na avaliação morfológica é uma ferramenta útil para avaliar a hemodinâmica cardíaca de maneira não invasiva. Objetivo Este estudo teve como objetivo comparar as respostas de aceleração e desaceleração do Débito Cardíaco (DC), da Frequência Cardíaca (FC), e do Volume Sistólico (VS) ao TC6M de indivíduos com insuficiência cardíaca e fração de ejeção reduzida (ICFEr) com as de controles sadios. Métodos Este é um estudo transversal observacional. O DC, a FC, o VS e o Índice Cardíaco (IC) foram avaliados antes, durante e após o TC6M por CI. O nível de significância adotado na análise estatística foi 5%. Resultados Foram incluídos 27 participantes (13 com ICFEr e 14 controles sadios). A aceleração do DC e da FC foi significativamente diferente entre os grupos (p<0,01 e p=0,039, respectivamente). Encontramos diferenças significativas no VS, no DC e no IC entre os grupos (p<0,01). A regressão linear mostrou uma contribuição deficiente do VS à mudança no DC no grupo com ICFEr (22,9% versus 57,4%). Conclusão O principal resultado deste estudo foi o fato de que indivíduos com ICFEr apresentaram valores mais baixos de aceleração do DC e da FC durante o teste de exercício submáximo em comparação a controles sadios. Isso pode indicar um desequilíbrio na resposta autonômica ao exercício nessa condição.

Abstract Background The six-minute walk test (6MWT) is commonly used to evaluate heart failure (HF) patients. However, several clinical factors can influence the distance walked in the test. Signal-morphology impedance cardiography (SM-ICG) is a useful tool to noninvasively assess hemodynamics. Objective This study aimed to compare cardiac output (CO), heart rate (HR), and stroke volume (SV) acceleration and deceleration responses to 6MWT in individuals with HF and reduced ejection fraction (HFrEF) and healthy controls. Methods This is a cross-sectional observational study. CO, HR, SV and cardiac index (CI) were evaluated before, during, and after the 6MWT assessed by SM-ICG. The level of significance adopted in the statistical analysis was 5%. Results Twenty-seven participants were included (13 HFrEF and 14 healthy controls). CO and HR acceleration significantly differed between groups (p<0.01; p=0.039, respectively). We found significant differences in SV, CO and CI between groups (p<0.01). Linear regression showed an impaired SV contribution to CO change in HFrEF group (22.9% versus 57.4%). Conclusion The main finding of the study was that individuals with HFrEF showed lower CO and HR acceleration values during the submaximal exercise test compared to healthy controls. This may indicate an imbalance in the autonomic response to exercise in this condition.

La preeclampsia es precedida por alteración de la función cardiovascular / Preeclampsia is Preceded by Cardiovascular Function Abnormalities

RESUMEN Introducción: La preeclampsia (PE) se acompaña de cambios en la función cardiovascular (FCV). Sin embargo, es desconocido si los cambios preceden y persisten a la manifestación clínica de PE. Objetivos: Evaluar las diferencias en la FCV, en la semana 22 de gestación (22sg) y un año posterior al parto (1app) en las pacientes que evolucionaron a la PE vs. a la normotensión (N). También, la asociación entre la FCV en 22sg y la evolución a PE. Material y métodos: Estudio prospectivo, que incluyó 260 primíparas normotensas. Se midió en la semana 22sg y a 1app: laboratorio de rutina, proteinuria de 24horas, presión arterial (PA). Por cardiografía por impedancia: índice cardíaco (IC) y de resistencia vascular sistémica (IRVS), velocidad de onda de pulso (VOP). Se formaron 3 grupos según la evolución a: PE, G1, HTA gestacional (HG) G2, y N, G3. Los resultados se presentan como media ± DS, ANOVA y test post hoc, p < 0,05. Resultados: 12 pacientes evolucionaron a PE, 18 a HG y 220 a N. El G1 presentó en los dos tiempos de medición, valores inferiores de IC y superiores de PA, IRP y VOP comparados al G3. El G2 presentó valores intermedios entre el G1 y el G3. La VOP y el IRP en la 22sg de gestación resultaron predictores de PE. Conclusiones: Las pacientes que evolucionaron a PE presentaron en fase temprana del embarazo diferente FCV respecto a las normotensas. El diagnóstico temprano de estos cambios contribuiría a predecir la PE y prevenir sus complicaciones.

ABSTRACT Background: Preeclampsia (PE) is associated with changes in cardiovascular function (CVF), but whether these changes precede and persist in the clinical phase of the disease is still unknown. Objectives: The aim of this study was to evaluate the differences in CVF during 22 weeks of gestation and one year after delivery in patients who developed PE vs. those with normotension (N). The association between CVF on 22 weeks of gestation and the development of PE was also analyzed. Methods: We conducted a prospective study including 260 normotensive primiparous women. Routine laboratory tests, 24-hour urine protein and blood pressure (BP) were measured on 22 weeks and one year after delivery. Cardiac index (CI) systemic vascular resistance index (SVRI) and pulse wave velocity (PWV) were measured by impedance cardiography. The population was divided into three groups according to the outcome during pregnancy: PE: G1, gestational hypertension (GH): G2 and normotension: G3. The results are presented as mean ± SD, ANOVA and post hoc test, p < 0.05. Results: Twelve patients evolved to PE, 18 to GH and 220 remained with N. In G1, CI was lower and BP, SVRI and PWV were higher than in G3 on 22 weeks and one year after delivery. In G2, values were always intermediate between G1 and G3. PWV and SVRI measured on 22 weeks resulted predictors of PE. Conclusions: Patients who developed PE had different CVF in the early stage of pregnancy than those with normotension. The early diagnosis of those changes could predict PE and thus contribute to prevent its complications.

Test-Retest Reliability of Non-Invasive Cardiac Output Measurement during Exercise in Healthy Volunteers in Daily Clinical Routine / Confiabilidade Teste-Reteste de Medição Não-Invasiva de Débito Cardíaco durante Exercício em Voluntários Saudáveis sob Condições Clínicas de Rotina

Abstract Background: Thoracic bioreactance (TB), a noninvasive method for the measurement of cardiac output (CO), shows good test-retest reliability in healthy adults examined under research and resting conditions. Objective: In this study, we evaluate the test-retest reliability of CO and cardiac power (CPO) output assessment during exercise assessed by TB in healthy adults under routine clinical conditions. Methods: 25 test persons performed a symptom-limited graded cycling test in an outpatient office on two different days separated by one week. Cardiorespiratory (power output, VO2peak) and hemodynamic parameters (heart rate, stroke volume, CO, mean arterial pressure, CPO) were measured at rest and continuously under exercise using a spiroergometric system and bioreactance cardiograph (NICOM, Cheetah Medical). Results: After 8 participants were excluded due to measurement errors (outliers), there was no systematic bias in all parameters under all conditions (effect size: 0.2-0.6). We found that all noninvasively measured CO showed acceptable test-retest-reliability (intraclass correlation coefficient: 0.59-0.98; typical error: 0.3-1.8). Moreover, peak CPO showed better reliability (intraclass correlation coefficient: 0.80-0.85; effect size: 0.9-1.1) then the TB CO, thanks only to the superior reliability of MAP (intraclass correlation coefficient: 0.59-0.98; effect size: 0.3-1.8). Conclusion: Our findings preclude the clinical use of TB in healthy subject population when outliers are not identified.

Resumo Fundamento: A biorreatância torácica (BT), um método não invasivo destinado à medição do débito cardíaco (DC), mostra boa confiabilidade teste-reteste em adultos saudáveis examinados em condições de pesquisa e repouso. Objetivo: No presente estudo, avaliamos a confiabilidade teste-reteste da avaliação do DC e trabalho cardíaco (TC) durante exercício, avaliado por BT em adultos saudáveis sob condições clínicas de rotina. Métodos: 25 indivíduos realizaram teste ergométrico gradual sintoma-limitante em ambiente ambulatorial em dois dias diferentes, com intervalo de uma semana. Parâmetros cardiorrespiratórios (trabalho cardíaco, VO2máx) e hemodinâmicos (frequência cardíaca, volume sistólico, DC, pressão arterial média, TC) foram medidos em repouso e continuamente sob exercício utilizando sistema espiroergométrico e cardiógrafo de biorreatância (NICOM, Cheetah Medical). Resultados: Após 8 participantes terem sido excluídos devido a erros de medição (outliers), não houve viés sistemático em nenhum dos parâmetros em todas as condições (tamanho do efeito: 0,2-0,6). Observamos que todos os débitos cardíacos medidos de forma não invasiva apresentaram níveis aceitáveis de confiabilidade teste-reteste (coeficiente de correlação intraclasse: 0,59-0,98; erro típico: 0,3-1,8). Além disso, TC máximo apresentou melhor confiabilidade (coeficiente de correlação intraclasse: 0,80-0,85; tamanho do efeito: 0,9-1,1), seguido do DC pela BT, graças apenas à confiabilidade superior da PAM (coeficiente de correlação intraclasse: 0,59-0,98; tamanho do efeito: 0,3-1,8). Conclusão: Nossos achados impedem o uso clínico da BT em indivíduos saudáveis quando outliers não forem identificados.

Uso da tomografia por impedância elétrica torácica como ferramenta de auxílio às manobras de recrutamento alveolar na síndrome do desconforto respiratório agudo: relato de caso e breve revisão da literatura / Use of thoracic electrical impedance tomography as an auxiliary tool for alveolar recruitment maneuvers in acute respiratory distress syndrome: case report and brief literature review

RESUMO A tomografia por impedância elétrica torácica constitui ferramenta de monitorização não invasiva, em tempo real, da distribuição regional da ventilação pulmonar. Sua utilização à beira do leito em pacientes com síndrome do desconforto respiratório agudo tem o potencial de auxiliar na condução de manobras de recrutamento alveolar, frequentemente necessárias em casos de hipoxemia refratária. Neste relato de caso, apresentamos os resultados e a interpretação da monitorização da tomografia por impedância elétrica torácica em um paciente com síndrome do desconforto respiratório agudo, durante manobras de recrutamento alveolar, com aplicação transitória de altas pressões alveolares e titulação da pressão positiva ao final da expiração ideal. Adicionalmente, apresentamos uma breve revisão da literatura a respeito do uso de manobras de recrutamento alveolar e monitorização com tomografia por impedância elétrica torácica em pacientes com síndrome do desconforto respiratório agudo.

ABSTRACT Thoracic electrical impedance tomography is a real-time, noninvasive monitoring tool of the regional pulmonary ventilation distribution. Its bedside use in patients with acute respiratory distress syndrome has the potential to aid in alveolar recruitment maneuvers, which are often necessary in cases of refractory hypoxemia. In this case report, we describe the monitoring results and interpretation of thoracic electrical impedance tomography used during alveolar recruitment maneuvers in a patient with acute respiratory distress syndrome, with transient application of high alveolar pressures and optimal positive end-expiratory pressure titration. Furthermore, we provide a brief literature review regarding the use of alveolar recruitment maneuvers and monitoring using thoracic electrical impedance tomography in patients with acute respiratory distress syndrome.

Effect of a comprehensive ambulatory care model on outcomes of patients with acute coronary syndrome in Colombia / Efecto de un modelo integral de atención ambulatoria sobre los resultados en pacientes con síndrome coronario agudo en Colombia

OBJECTIVE: To evaluate the effect of a care program designed according to a comprehensive ambulatory care model (CACM) on the appearance of new cardiovascular/coronary events in patients with acute coronary syndrome. METHODS: Participants in this quasi-experimental intervention study included acute coronary syndrome patients 30-70 years old. The intervention group (n = 165) received care under the CACM, guided by an interdisciplinary team. The CACM included transitional care, risk stratification by severity, physiological profiling (impedance cardiography), and a treatment plan in accordance with current guidelines. The control group (n = 277) received conventional, recommended care in an ambulatory cardiac rehabilitation program. During one year of follow-up, the use of emergency and hospital services related to new cardiovascular and coronary events was evaluated. RESULTS: Differences in the numbers of cardiovascular events (P = 0.003) and coronary events (P = 0.006) experienced by patients were found between the control group and the intervention group. The instantaneous risk of a cardiovascular event (hazard ratio (HR) = 1.80; 95% confidence interval (CI): 1.17-2.75; P = 0.007) and of a coronary event (HR = 1.81; 95% CI: 1.13-2.90; P = 0.013), after adjusting for age, sex, smoking, and compromised coronary arteries, was higher in the control group than the intervention group. CONCLUSIONS: Provision of care under the CACM to patients who had experienced an acute coronary event reduced emergency room visits and rehospitalizations related to new cardiovascular and coronary events by 40%. The average "number needed to treat" (NNT) under the CACM to have an impact on one person (in this case, the prevention of one cardiovascular or coronary event), was 9 and 11 respectively, indicating it is cost-effective.

OBJETIVO:Evaluar el efecto de un programa de atención diseñado según un modelo integral de atención ambulatoria (MIAA) en la aparición de nuevos episodios cardiovasculares o coronarios en pacientes con síndrome coronario agudo. MÉTODOS: Como participantes en este estudio de intervención cuasiexperimental se incluyó a pacientes con síndrome coronario agudo de 30 a 70 años de edad. El grupo de intervención (n = 165) recibió atención mediante el MIAA, guiada por un equipo interdisciplinario. El MIAA incluyó la atención transitoria, la estratificación del riesgo según la gravedad, la realización de pruebas fisiológicas (cardiografía de impedancia) y un plan de tratamiento conforme con las directrices actuales. El grupo de referencia (n = 277) recibió la atención convencional recomendada en un programa ambulatorio de rehabilitación cardíaca. Durante el año en que se llevó a cabo el seguimiento, se evaluó el uso de los servicios de urgencia y hospitalarios relacionados con nuevos episodios cardiovasculares y coronarios. RESULTADOS: Se observaron diferencias en el número de episodios cardiovasculares (P = 0,003) y episodios coronarios (P = 0,006) experimentados por los pacientes del grupo de referencia y el grupo de intervención. El cociente de riesgo instantáneo de un episodio cardiovascular (HR = 1,80; IC de 95%: 1,17-2,75; P = 0,007) y de un episodio coronario (HR = 1,81; IC de 95%: 1,13-2,90; P = 0,013), tras ajustar para la edad, el sexo, el tabaquismo y las arterias coronarias afectadas, fue mayor en el grupo de referencia que en el grupo de intervención. CONCLUSIONES: La prestación de atención mediante el MIAA a los pacientes que habían experimentado un episodio coronario agudo redujo en 40% las visitas a servicios de urgencia y las rehospitalizaciones relacionadas con nuevos episodios cardiovasculares y coronarios. El número promedio de pacientes "que es necesario tratar" mediante el MIAA para que tenga repercusión en uno de ellos (en este caso, la prevención de un episodio cardiovascular o coronario), fue de 9 y 11 respectivamente, lo que indica que la intervención es eficaz en función de los costos.

Evaluación hemodinámica no invasiva con cardiografía de impedancia: aplicaciones en falla cardíaca y en hipertensión arterial / Non-invasive hemodynamic evaluation with impedance cardiography: applications in heart failure and hypertension

La cardiografía de impendancia (CGI) representa un método no invasivo para la evaluación del estado hemodinámico latido a latido. Aunque se introdujo por primera vez hace más de 40 años, la CGI ha mostrado un resurgimiento en la última década, a partir de una serie de estudios clínicos que han demostrado su precisión en la estimación del volumen latido, tanto contra el "gold-standard" invasivo (termodilución), como contra los métodos de referencia no invasivos (ecocardiografía). Diversos estudios demuestran la utilidad de esta técnica en el manejo del paciente con falla cardíaca y en el enfoque diagnóstico y terapéutico de la hipertensión arterial, por lo cual constituyen actualmente dos de las aplicaciones clínicas más importantes de la CGI. En falla cardiaca, los cambios en el volumen de líquido del tórax y del gasto cardíaco evaluados por CGI, han demostrado ser predictores de descompensación aguda, incluso semanas antes del inicio de la sintomatología respiratoria; además, permiten identificar el origen cardiogénico o respiratorio de la disnea cuando el examen físico y los demás paraclínicos no son concluyentes. En los pacientes con hipertensión arterial no controlada o resistente, la CGI permite realizar una mejor caracterización del fenotipo hipertensivo y elegir la estrategia farmacológica más específica para intervenir la alteración hemodinámica predominante (resistencia vascular vs. gasto cardiaco elevado). En este artículo se realiza una revisión de los principios biofísicos de la CGI y su utilidad en la evaluación no invasiva del estado hemodinámico, así como una evaluación crítica de la literatura que da soporte a su aplicación clínica en el tratamiento de la falla cardíaca y la hipertensión arterial.

Impedance cardiography (ICG) represents a non-invasive method for hemodynamic assessment in a beat-to-beat basis. Since its introduction more than forty years ago, a renewed interest in the use of this technique during the last decade has been noticed, mainly as a result of a series of clinical studies showing its precision in the estimation of stroke volume either against invasive gold standard (i.e. thermodilution) or against non-invasive reference methods (i.e. echocardiography). On the other hand, ICG has demonstrated to be useful for the management of heart failure patients and for the diagnostic and therapeutic approach to hypertension, which currently constitute two of the major applications of ICG. In heart failure patients, changes in thoracic fluid content and cardiac output tracked by ICG have shown to be predictors of acute decompensation even weeks before respiratory symptoms appear; also allowing identification of a cardiac vs. respiratory origin of dyspnea when physical examination and laboratory tests are not conclusive. In the particular case of patients with uncontrolled or severe hypertension, ICG makes possible a better characterization of hypertensive phenotype leading to a more specific choice of pharmacological agents to treat the primary hemodynamic alteration (i.e elevated peripheral resistance vs. elevated cardiac output). The present review, provides a review of the biophysical principles of ICG and its precision in measuring stroke volume and present a critical assessment of the literature supporting its clinical application in the management of heart failure and arterial hypertension.

Principios de la evaluación hemodinámica no invasiva con cardiografía de impedancia / Principles of non-invasive hemodynamic assessment with impedance cardiography

La cardiografía de impedancia es una técnica no invasiva que permite una determinación rápida, continua y reproducible del gasto cardiaco latido a latido. Mide los cambios en la resistencia eléctrica del tórax que se producen por las variaciones en el volumen sanguíneo en la aorta durante el ciclo cardiaco. La medición continua del cambio en la impedancia o las fluctuaciones del volumen sanguíneo durante la sístole y la diástole, permite determinar el volumen latido, el gasto cardiaco, la contractilidad miocárdica y el contenido total de fluido del tórax. Entre las ventajas de esta técnica se incluyen su fácil implementación y asequibilidad, así como la posibilidad de ser realizada por prácticamente cualquier miembro del equipo de salud. La precisión de la cardiografía de impedancia ha sido validada en numerosos estudios en diferentes escenarios clínicos: hipertensión arterial, falla cardiaca, hipertensión pulmonar, optimización de la terapia de resincronización cardiaca y en pacientes críticos, situaciones en las que provee información sobre el estado hemodinámico sin los riesgos de otras técnicas invasivas o mínimamente invasivas. Es además un método de fácil aplicación y costo-efectivo para el diagnóstico y seguimiento de la respuesta a las intervenciones terapéuticas en múltiples patologías. La técnica representa así un cambio en los paradigmas del monitoreo hemodinámico.

Impedance cardiography (ICG) is a non-invasive technique that allows a rapid, continuous and reproducible beat-to-beat cardiac output estimation. This technique measures thoracic electrical resistance changes produced by variations in the blood volume in the aorta during the cardiac cycle. Continuous measurement of impedance changes or fluctuations of blood volume during systole and diastole allow the determination of stroke volume, cardiac output, myocardial contractility, and total thoracic fluid content. Between the advantages of this technique are included its easy implementation and accessibility, as well as the possibility of its measurement by practically any member of the health team. Impedance cardiography accuracy has been validated in several clinical scenarios such as arterial hypertension, heart failure, pulmonary hypertension, optimization of cardiac resynchronization therapy, and in critically ill patients, situations where it provides information about the hemodynamic state without the risks and costs of other invasive or minimally invasive techniques. It is also an easy to use, cost-effective method for the diagnosis and follow-up of the response to therapeutic interventions in multiple clinical scenarios. Thus, this technology represents a change in the paradigms of hemodynamic monitoring.