The Heart of Pediatric Patients with COVID-19: New Insights from a Systematic Echocardiographic Study in a Tertiary Hospital in Brazil.

BACKGROUND: COVID-19 pandemic represents a huge burden to the health system in the world. Although pediatric COVID-19 patients have been relatively spared compared with adults, recent reports showed an increasing number of critically ill patients with multisystemic inflammatory syndrome in children (MIS-c), with marked cardiovascular impairment. Nevertheless, little is known about the relationship between cardiac abnormalities and inflammatory and coagulation biomarkers.
OBJECTIVES: to investigate echocardiographic abnormalities in pediatric patients with COVID-19 admitted to tertiary hospital.
METHODS: this was a retrospective longitudinal study, based on the review of medical records and echocardiograms of patients (0-19 years) admitted to a tertiary hospital between March 30 and June 30, 2020. For statistical analysis, the significance level was set at 5% (p < 0.05).
RESULTS: Forty-eight patients were enrolled, 73% with preexisting diseases, 20 (41.7%) with MIS-c. Median age was 7.5 (0-18.6) years; 27 (56.2%) were male. Median duration of hospitalization was 15.4 (2-92) days and seven (14.6%) patients died. A total of 70 echocardiograms were performed; 66.7% patients were scanned only once and 33.3% multiple times. Twenty-three (48%) patients showed echocardiographic abnormalities: eight (16.6%) left ventricle (LV) systolic dysfunction, six (12.5%) right ventricle (RV) systolic dysfunction and 12 (25%) coronary dilatation (Z-score>+2.5). Echocardiographic abnormalities were significantly associated with MIS-c, admission to the pediatric intensive care unit, multiple organ dysfunction, ventilatory/vasoactive support, and death (p<0.05). Significantly higher d-dimer (ng/mL) levels were detected in patients with LV dysfunction [16733(4157-115668) vs. 2406.5(190-95040)], RV dysfunction [25769(3422-115668) vs. 2803.5(190-95040)] and coronary artery dilation [9652.5(921-115668) vs. 2724(190- 95040)] (p<0.05).
CONCLUSION: Echocardiographic abnormalities in COVID-19 pediatric patients were frequent and associated with worse clinical outcomes. Exacerbation of the inflammation and coagulation pathways may play an important role in cardiovascular injury in those patients.

Introdução

A pandemia da doença por coronavírus-2019 (COVID-19) representa uma enorme carga para o sistema de saúde em todo o mundo. Em sua apresentação mais grave, a COVID-19 é uma doença sistêmica caracterizada por hiperinflamação, tempestade de citocinas, e níveis aumentados de marcadores de lesão do miocárdio.[1] O envolvimento cardíaco parece ser uma característica importante da doença em adultos, acometendo 20 a 30% dos pacientes internados e contribuindo para 40% das mortes.[2] Apesar de as crianças terem sido relativamente poupadas quando comparadas aos adultos, estudos recentes mostraram um número crescente de pacientes críticos com Síndrome Infamatória Multissistêmica Pediátrica (SIM-P), acompanhada por uma grave disfunção cardiovascular.[3] Disfunção ventricular, efusão pericárdica, regurgitação valvar, e inflamação da artéria coronária foram registrados em muitas séries de casos. Um fenótipo do tipo Kawasaki também foi descrito em alguns pacientes com SIM-P, apesar de a literatura recente sugerir que esses são diferentes tipos de doenças com características clínicas que se sobrepõem. Até o presente, a SIM-P ocorre predominantemente em crianças mais velhas, com idade mediana de 9-10 anos, ao passo que a doença de Kawasaki afeta tipicamente crianças menores de 5 anos. Choque cardiovascular, raramente encontrado na doença de Kawasaki, é uma característica marcante da SIM-P.[3]

Contudo, a real incidência de anormalidades cardíacas em pacientes pediátricos com COVID-19 e sua importância para desfechos clínicos precisam ainda ser determinados. Pouco se sabe sobre a relação entre anormalidades cardíacas, e marcadores inflamatórios e de coagulação nesse grupo.[4] Consequentemente, existe uma necessidade urgente de se melhor compreender as interações entre COVID-19 e o coração na população pediátrica.

O presente estudo teve como objetivo investigar anormalidades ecocardiográficas de crianças com COVID-19 admitidos em um hospital terciário de São Paulo, o epicentro da pandemia da COVID-19 no Brasil. Possíveis associações de dados clínicos e laboratoriais com achados ecocardiográficos também foram exploradas.

Métodos

Delineamento e população do estudo

Este é um estudo longitudinal retrospectivo, baseado na revisão de prontuários médicos e laudos de ecocardiograma de crianças e adolescentes (0-19 anos) admitidos na enfermaria de pediatria e na unidade de terapia intensiva por COVID-19, entre 30 de março e 30 de junho de 2020. Foram incluídos pacientes com e sem SIM-P, de acordo com a classificação da Organização Mundial da Saúde (OMS).[5] O critério de exclusão foi ausência de ecocardiogramas durante o período de acompanhamento.

Parâmetros clínicos, laboratoriais e terapêuticos

Os prontuários médicos eletrônicos dos pacientes foram cuidadosamente revisados quanto aos dados clínicos, laboratoriais e terapêuticos. Doenças pré-existentes e ecocardiogramas prévios também foram registrados. O estudo foi aprovado pelo comitê de ética em pesquisa da instituição.

Os pacientes foram classificados como apresentando SIM-P se preenchessem os seguintes critérios:

Crianças e adolescentes (0-19 anos) com febre por três dias ou mais.

E pelo menos dois dos seguintes quadros:

Rash , conjuntivite bilateral não purulenta, ou sinais de inflamação mucocutânea (oral, mãos ou pés)

Hipotensão ou choque

Características de disfunção do miocárdio, pericardite, valvulite, ou anormalidades coronárias (incluindo achados ecocardiográficos ou enzimas cardíacas elevadas)

Evidência de coagulopatia (níveis elevados de d-dímero, tempo de protrombina, tempo de tromboplastina parcialmente ativada)

Problemas gastrointestinais agudos (diarreia, vômito, ou dor abdominal).

E: níveis elevados de marcadores inflamatórios, tais como taxa de sedimentação de eritrócitos (TSE), proteína C- reativa, e procalcitonina.

E: sem outra evidência de causa bacteriana de inflamação

E: infecção confirmada de síndrome respiratória aguda grave 2 (SARS-CoV-2) por reação em cadeia de polimerase em tempo real (RT-PCR) e/ou serologia, ou contato provável com pacientes com COVID-19.

O exame de RT-PCR em amostras respiratórias foi realizado para detectar RNA de SARS-CoV-2. Testes sorológicos incluíram dois métodos diferentes durante a pandemia da COVID-19: teste imunocromatográfico para detecção de anticorpo IgM/IgG específico para SARS-Cov-2 e ensaio de imunoabsorção enzimática (ELISA) para detecção de anticorpos IgG.[6]

Pacientes com SIM-P e sem SIM-P foram comparados quanto a idade, sexo, sinais e sintomas clínicos na apresentação, frequência de anormalidades ecocardiográficas, infecção por SARS-CoV-2 confirmada, e morte. Os seguintes dados laboratoriais foram comparados: frequência de anemia, linfocitopenia e trombocitopenia, evidência de coagulopatia, pico sérico de d-dímero, PCR, ferritina, troponina, e creatinina quinase MB. Pró-peptídeo natriurético cerebral (pro-BNP), procalcitonina e fibrinogênio não foram incluídos na análise, uma vez que esses biomarcadores não foram avaliados rotineiramente em todos os pacientes.

Anemia foi definida como hematócrito igual ou menor que percentil 2,5 para idade, raça e sexo;[7] linfocitopenia como uma contagem de linfócitos menor que 4500/mm3 em crianças abaixo de oito meses de idade, e 1500/mm3 para crianças acima dessa idade;[8] e trombocitopenia foi definida como contagem de plaquetas menor que 1000 000/microL.[9]

Ecocardiografia

Todos os exames de ecocardiografia foram realizados por dois cardiologistas pediátricos experientes, de acordo com as diretrizes da Sociedade Americana de Ecocardiografia (ASE, American Society of Echocardiography ).[10] As análises incluíram o modo M e o modo bidimensional (2D), além do exame padrão de Doppler colorido. O equipamento utilizado foi um aparelho Philips Affinity 70, CX50 e um ultrassom compacto Innosight, com transdutores multifrequência (S5-1 e S8-3). Os exames de ecocardiografia também seguiram as recomendações da ASE sobre proteção dos pacientes e serviços de ecocardiografia durante a pandemia da COVID-19 (Statement on Protection of Patients and Echocardiography Service Providers During the 2019 Novel Coronavirus Outbreak).[11] Uma vez que um dos aparelhos utilizados em nossa instituição durante a pandemia da COVID-19 foi originalmente desenhado como um ultrassom “point-of-care” (Philips Innosight), ou seja, a ser usado à beira do leito ou no local de atendimento do paciente, não foi possível obter fração de ejeção bidimensional do ventrículo esquerdo (método de Simpson) em todos os escaneamentos. Por isso, escolhemos a fração de ejeção obtida pelo modo-M (método Teichholz), apesar de o método de Simpson ser sabidamente mais preciso.[10] Disfunção sistólica do ventrículo esquerdo foi definida como uma fração de ejeção de ventrículo esquerdo (FEVE) < 55%, e foi considerada leve se a FEVE fosse ≥45% e < 55%, moderada se a FEVE fosse ≥ 30% e <45%, e grave se a FEVE fosse < 30%.[10]

A função sistólica do ventrículo direito (VD) foi avaliada pela excursão sistólica do plano anular tricúspide (TAPSE). Disfunção sistólica do VD foi detectada quando o z-score da TAPSE fosse menor que -2.[12]

As artérias coronárias foram avaliadas de acordo com as diretrizes da American Heart Association para o diagnóstico, tratamento e manejo em longo prazo da doença de Kawasaki.[13] Dilatação foi detectada quando o z-score do diâmetro do lúmen interno da artéria coronária fosse maior que +2,5.[14] Um z-score entre +2,5 e +5 foi usado para definir pequenos aneurismas, z-score entre +5 e +10 médios aneurismas, e ≥+10, aneurismas gigantes. Outros sinais ecocardiográficos frequentemente descritos na inflamação da artéria coronária, como realce perivascular e ausência de afilamento, também foram registrados.[13]

A pressão sistólica da artéria pulmonar (PSAP) foi estimada pela regurgitação tricúspide; hipertensão pulmonar (HP) foi diagnosticada quando a pressão sistólica da artéria pulmonar foi maior que 35 mmHg. HP leve foi diagnosticada quando a PSAP era > 35mmHg e ≤ 45 mmHg, moderada quando a PSAP era > 45mmHg e ≤ 50 mmHg, e grave quando a PSAP era > 50 mmHg.[15]

Presença de efusão pericárdica também foi descrita, bem como de sinais eventuais de tamponamento cardíaco.

Os pacientes foram divididos de acordo com a presença ou ausência de anormalidades ecocardiográficas, e comparados quanto à idade, sexo, presença de SIM-P, admissão na unidade de terapia intensiva (UTI) pediátrica, presença de disfunção de múltiplos órgãos, suporte ventilatório/vasoativo, tratamento de substituição renal, uso de imunoglobulina endovenosa, corticosteroides, ácido acetilsalicílico e heparina de baixo peso molecular, tempo de internação, e morte.

As imagens foram adquiridas digitalmente, e a variabilidade intraobservador e entre observadores para FEVE, TAPSE, e diâmetro das artérias coronárias foi avaliada. O mesmo examinador repetiu a análise de 10 exames selecionados aleatoriamente. Um segundo observador (CRB), que não conhecia os resultados anteriores e a condição clínica do paciente, também realizou as medidas ecocardiográficas, de maneira offline .

Análise estatística

A análise estatística foi realizada usando o programa IBM SPSS Statistics 22. Os dados categóricos foram descritos como porcentagens, e os dados contínuos como média (desvio padrão, DP) ou mediana (intervalo). O teste exato de Fisher foi usado para comparar dados categóricos. O teste de Kolmogorov e Smirnov foi usado para verificar se os dados tinham uma distribuição normal. O teste t de Student não pareado foi usado para avaliar variáveis contínuas com distribuição normal, e o teste de Mann-Whitney usado para avaliar variáveis contínuas sem distribuição normal. O nível de significância foi estabelecido em 5% (p<0,05). Variabilidade intraobservador e entre observadores para as medidas ecocardiográficas foi avaliada usando o gráfico de Bland-Altman e coeficiente de correlação intraclasse (CCI), e um CCI > 0,8 foi definido como uma boa correlação.

Resultados

Apresentação clínica

Quarenta e oito pacientes pediátricos foram hospitalizados por COVID-19 durante o período do estudo. A idade mediana foi 7,5 (0 – 18,6) anos; 21 (43,8%) eram do sexo feminino. O tempo mediano de internação foi 15,4 (2 - 92) dias. Até o final do estudo, 33 (68,7%) pacientes receberam alta com sucesso, oito (16,7%) ainda se encontravam na enfermaria ou na UTI pediátrica, e sete (14,6%) pacientes morreram. Todos os óbitos ocorreram no grupo SIM-P. Não se observou diferença estatisticamente significativa entre sobreviventes e pacientes que foram a óbito quanto ao uso de corticosteroide, imunoglobulina endovenosa ou heparina de baixo peso molecular.

Vinte (41,7%) pacientes preencheram os critérios da OMS para SIM-P e 28 (58,3%) não. Entre os pacientes com SIM-P, 11 (55%) apresentaram infecção por SARS-CoV-2 confirmada por RT-PCR e/ou sorologia, e nove (45%) não. Todos os nove pacientes com SIM-P sem infecção por SARS-CoV-2 confirmada tiveram contato próximo com pacientes com COVID-19 nas quatro últimas semanas anteriores aos sintomas. Cinco dos nove pacientes também apresentaram achados típicos na tomografia computadorizada de tórax infectados (opacidades em vidro fosco circundada por anelo de consolidação (sinal do halo).

Nos pacientes sem SIM-P (n=28), a infecção por SARS-CoV-2 foi confirmada por PCR e/ou sorologia.

SIM-P foi associada com convulsões, choque, evidência de coagulopatia, anormalidades no ecocardiograma, e morte. Picos significativamente mais altos de d-dímero, PCR e troponina séricos foram detectados em pacientes com SIM-P (p<0,05). A incidência de sintomas respiratórios e gastrointestinais foi similar entre pacientes com e sem SIM-P (p>0,05). Ainda, não foi observada diferença na frequência de anemia, linfocitopenia, trombocitopenia, ou doenças pré-existente entre os dois grupos de pacientes (p>0,05). Somente um paciente apresentou sinais de inflamação mucocutânea. Nenhum paciente preencheu os critérios diagnósticos para doença de Kawasaki ( Tabela 1 ).

Tabela 1

– Dados demográficos, clínicos, e laboratoriais de pacientes pediátricos com COVID-19 com e sem Síndrome Inflamatória Multissistêmica Pediátrica (SIM-P), segundo critérios da Organização Mundial da Saúde

Dados demográficos, clínicos e laboratoriais	MIS-c ( n = 20)	Sem MIS-c ( n = 28)	p
Idade (anos)	8,4 (0,1-16,4)	6,7 (0 – 18,6)	0,33
Sexo (masculino)	10 (50%)	17 (60,7%)	0,56
Doenças pré-existentes	15 (75%)	20 (71,4%)	1
Sintomas respiratórios	10 (50%)	14 (50%)	1
Sintomas gastrointestinais	6 (30%)	7 (25%)	0,75
Rash / Conjuntivite bilateral não purulenta /sinais de inflamação mucocutânea	1 (5%)	0 (0%)	0,41
Convulsões	5 (25%)	0 (0%)	0,009
Choque	12 (60%)	0 (0%)	<0,0001
Evidência de coagulopatia (↑TP, ↑TTP, ↑D-dímero)	20 (100%)	18 (64,3%)	0,0028
Anemia*	14 (70%)	21 (75%)	0,75
Trombocitopenia**	4 (20%)	7 (25%)	0,74
Linfocitopenia***	8 (40%)	14 (50%)	0,56
Anormalidades ecocardiográficas	19 (95%)	4 (14,3%)	<0,0001
D-dímeros (ng/ml)****	9652,5 (921 - 115668)	1722 (190 - 95040)	0,0003
Proteína C reativa (mg/L)****	119,6 (0,38 - 447,7)	14,6 (0,30 – 324)	0,0046
Ferritina (ng/ml)****	1159 (58-35967)	655 (25-2567)	0,07
Troponina (ng/L)****	25 (9-385)	16 (3-1050)	0,028
Creatina quinase MB (ng/ml)****	1,78 (0,3-30)	1,65 (0,18-28,9)	1
Morte	7 (35%)	0 (0%)	0,001
Infecção por Sars-CoV-2 confirmada (RT-PCR/sorologia)	11 (55%)	28 (100%)	0,0001

Valores expressos em n (%) ou mediana (intervalo). Teste exato de Fisher foi usado para comparar dados categóricos. O teste de Mann-Whitney usado para comparar variáveis contínuas sem distribuição normal. *Hematócrito ≤ percentil 2,5 para idade, sexo, e raça na admissão; ***Contagem de linfócitos < 4500/mm

Doenças pré-existentes foram detectadas em 35 (73%) pacientes: imunossupressão em 26 (54,2%), doenças malignas em 14 (40%), doença renal crônica em nove (25,7%), neuropatia crônica em oito (22,8%), doença cardíaca adquirida ou congênita em cinco (14,2%), pneumopatia crônica em cinco (14,2%), hepatopatia em quatro (11,4%), síndromes dismórficas em três (6,3%), distrofia muscular de Duchenne em um (2.8%), lúpus eritematoso sistêmico juvenil em um (2,8%), cirurgia ortopédica prévia em um (2,8%), cirurgia ginecológica prévia em um (2,8%), transplante cardíaco em um (2,8%). Dois (4,2%) pacientes eram neonatos de mães com COVID-19, e um deles também era prematuro. Entre os sete pacientes que foram a óbito, três eram pacientes oncológicos (dois com tumores sólidos e um com leucemia), um teve imunodeficiência primária, um teve síndrome de Edwards com doença cardíaca congênita, e dois eram sadios.

Avaliação ecocardiográfica

Os 48 pacientes realizaram pelo menos um exame de ecocardiografia durante a internação. Trinta e dois (66,7%) realizaram somente um exame e 16 (33,3%) submeteram-se ao exame várias vezes. Um total de 70 exames foram realizados durante o período do estudo. Todos os pacientes com doenças pré-existentes já eram acompanhados em nossa instituição e apresentavam laudos de ecocardiograma em seus prontuários médicos. Cinco (14,2%) pacientes apresentavam anormalidades no ecocardiograma previamente: um com pequeno defeito do septo ventricular e válvula aórtica bicúspide (síndrome de Edwards), um com pequeno defeito residual do septo ventricular e discreta coarctação da aorta, um com uma massa ecogênica invadindo a veia cava inferior (tumor adrenal), um com discreta hipertrofia do ventrículo esquerdo secundária à doença renal crônica, e um com disfunção sistólica moderada no ventrículo esquerdo secundária à quimioterapia (sarcoma).

Vinte e três (48%) pacientes apresentaram anormalidades ecocardiográficas, e 19 (39,6%) deles apresentaram novos achados ecocardiográficos potencialmente associados com COVID-19: disfunção do VD e esquerdo, dilatação da artéria coronária, hipertensão pulmonar, e efusão pericárdica. Vale ressaltar que somente um paciente com anormalidades ecocardiográficas prévias apresentou com novos achados ecocardiográficos: disfunção sistólica do ventrículo esquerdo secundária à quimioterapia progrediu de moderada à grave, e dilatação da artéria coronária também foi detectada.

Anormalidades ecocardiográficas foram associadas a SIM-P, admissão da UTI pediátrica, disfunção de múltiplos órgãos, suporte ventilatório e vasoativo, uso de imunoglobulina endovenosa, corticosteroide, ácido acetilsalicílico e heparina de baixo peso molecular, e morte ( Tabela 2 ). Pacientes com anormalidades ecocardiográficas também apresentaram maior tempo de hospitalização.

Tabela 2

– Dados demográficos e desfechos clínicos segundo presença ou ausência de anormalidades ecocardiográficas

Dados demográficos, estratégias terapêuticas e desfechos clínicos	Anormalidades ecocardiográficas
	Presentes ( n = 23)	Ausentes ( n = 25)	p
Idade (anos)	7,8 (0,1-16,4)	6,4 (0-18,6)	0,87
Sexo (masculino)	11 (47,8%)	16 (64%)	0,38
SIM-P segundo critérios da OMS	19 (82,6%)	1 (4%)	<0,0001
Unidade de terapia intensiva pediátrica	15 (65,2%)	5 (20%)	0,003
Síndrome de disfunção de múltiplos órgãos	8 (34,8%)	0 (0%)	0,0013
Sistema respiratório	6 (26%)	0 (0%)
Sistema cardiovascular	6 (26%)	0 (0%)
Sistema renal	5 (21,7%)	0 (0%)
Sistema hepático	2 (8,7%)	0 (0%)
Sistema neurológico	4 (17,4%)	0 (0%)
Sistema hematológico	4 (17,4%)	0 (0%)
Suporte ventilatório	15 (65,2%)	7 (28%)	0,02
Oxigênio por cateter nasal	8 (34,8%)	3 (12%)
Máscara de Venturi	3 (13%)	1 (4%)
Máscara sem rebreather	0 (0%)	1 (4%)
Oxigenoterapia de alto fluxo	6 (26%)	1 (4%)
Ventilação não invasiva	5 (21,7%)	1 (4%)
Ventilação mecânica convencional	10 (43,5%)	3 (12%)
Ventilação de alta frequência	1 (4,3%)	0 (0%)
Suporte com drogas vasoativas	10 (43,5%)	1 (4%)	0,0015
Epinefrina	4 (17,4%)	0 (0%)
Norepinefrina	10 (43,5%)	1 (4%)
Vasopressina	2 (8,7%)	0 (0%)
Milrinona	5 (21,7%)	1 (4%)
Dobutamina	3 (13%)	0 (0%)
Tratamento de substituição renal	5 (21,7%)	2 (8%)	0,23
Diálise peritoneal	0 (0%)	2 (8%)
Hemodiálise convencional	1(4,3%)	0 (0%)
Hemodiálise prolongada	1 (4,3%)	0 (0%)
Hemodiálise contínua	3 (13%)	0 (0%)
Imunoglobulina endovenosa	14 (60,8%)	0 (0%)	<0,0001
Corticosteroides	4 (17,4%)	0 (0%)	0,04
Ácido acetilsalicílico	9 (39%)	0 (0%)	0,0005
Heparina de baixo peso molecular	9 (39,1%)	1 (4%)	0,0038
Tempo de hospitalização (dias)	23 (2-92)	8,3 (2-26)	0,0074
Mortes	6 (26%)	1 (4%)	0,04

Valores expressos em n (%) ou mediana (intervalo). Teste exato de Fisher foi usado para comparar os dados categóricos. O teste de Mann-Whitney usado para comparar variáveis contínuas sem distribuição normal.

Dez (20,8%) dos 48 pacientes receberam heparina de baixo peso molecular durante a internação, somente um paciente sem anormalidade ecocardiográfica. Terapia de anticoagulação foi introduzida em dois pacientes: um com z-score da artéria coronária esquerda de +10, e um com disfunção sistólica grave do ventrículo esquerdo e trombose da veia subclávia. Os demais oito pacientes receberam heparina de baixo peso molecular profilática devido ao tempo prolongado de hospitalização, doenças malignas concomitantes e uso prolongado de cateter.

A disfunção sistólica do ventrículo esquerdo foi detectada em oito (16,6%) pacientes: seis com disfunção leve, um com disfunção moderada, e um com disfunção grave. Hipocinesia global do ventrículo esquerdo foi detectada em todos os pacientes, exceto um, que apresentou acinesia apical, sugestivo de síndrome de Takotsubo. Quatro pacientes com disfunção do ventrículo esquerdo também apresentaram anormalidades das artérias coronárias. Pacientes com disfunção sistólica do ventrículo esquerdo apresentaram picos significativamente mais altos de d-dímero, PCR, ferritina e troponina ( Tabela 3 ). Cinco pacientes com disfunção do ventrículo esquerdo receberam imunoglobulina endovenosa e somente um recebeu corticosteroides. Nenhum paciente recebeu bloqueadores de interleucina. Cinco pacientes apresentaram melhora da função sistólica ventricular esquerda durante o acompanhamento.

Tabela 3

– Perfil laboratorial dos pacientes de acordo com anormalidades ecocardiográficas detectadas no estudo

Dados laboratoriais*	Disfunção sistólica do ventrículo esquerdo			Disfunção sistólica do ventrículo direito			Anormalidades da artéria coronária
	Presente (n = 8)	Ausente (n = 40)	p	Presente (n = 6)	Ausente (n = 42)	p	Presente (n =12)	Ausente (n = 36)	p
D-dímero (ng/ml)	16733 (4157 -115668)	2406,5 (190 - 95040)	0,0015	25769 (3422 - 115668)	2803,5 (190 - 95040)	0,037	9652,5 (921 - 115668)	2724 (190 - 95040)	0,04
PCR (mg/L)	303,16 (30 - 423)	35,9 (0,3 - 447,7)	0,0017	113,95 (2 - 407,21)	53,95 (0,3 - 447,70)	0,46	109,9 (0,38 – 423)	33,75 (0,38 - 447)	0,10
Ferritina (ng/ml)	3734 (839 - 35967)	499 (25 - 8000)	0,0026	1301 (123 - 35967)	663 (25 - 8000)	0,18	389,50 (58 - 35967)	790 (25 - 8000)	0,8
Troponina (ng/L)	88 (20 - 342)	16 (3 - 1050)	0,0018	108,5 (3 - 385)	17 (3 - 1050)	0,04	19,5 (9 - 125)	19 (3 - 1050)	0,57
CK-MB (ng/ml)	2,2 (0,7 - 28)	1,6 (0,18 - 30,7)	0,62	4 (0,18 - 30,7)	1,6 (0,3 -28,9)	0,58	1,78 (0,3 -18,2)	1,65 (0,18 – 30,7)	0,9

Teste de Mann-Whitney foi usado para comparar variáveis contínuas sem distribuição normal. *Valores correspondem aos valores séricos mais altos obtidos de cada paciente, e são expressos em mediana (intervalo). PCR: proteína C-reativa; CK-MB: creatina quinase-MB.

Seis (12,5%) pacientes apresentaram disfunção sistólica do VD. Esses pacientes apresentaram picos significativamente mais altos de d-dímero e troponina ( Tabela 3 ). Dois pacientes apresentaram HP leve, e três também apresentaram disfunção sistólica do ventrículo esquerdo. Melhora da função sistólica do VD foi observada em três pacientes durante o acompanhamento.

Anormalidades da artéria coronária foram detectadas em 12 (25%) pacientes, e a maioria exibiu ectasia leve, exceto um adolescente (15 anos de idade) com z-score da artéria coronária esquerda de +10 ( Figura 1 ). Além de dilatação, seis pacientes apresentaram realce perivascular. Dilatação da artéria coronária esquerda encontrava foi detectada em 11 pacientes, com z-score mediano de +4 (+2,8 - +10); dilatação da artéria descendente anterior esquerda (ADE) e, seis, com um z-score mediano de +4 (+3.6 - +4.2); dilatação da artéria circunflexa em três, com um z-score mediano de +4.6 (+3.9 - +5); e dilatação da artéria coronária direita (ACD), com um z-score mediano de +3.3 (+2.6 - +4.3). Pacientes com anormalidades da artéria coronária apresentaram picos significativamente mais altos de d-dímero ( Tabela 3 ). Em quatro pacientes, anormalidades da artéria coronária não estavam presentes na primeira avaliação ecocardiográfica, e foram detectadas em exames subsequentes.

Figura 1

– A) Ecocardiograma mostrando dilatação da artéria coronária esquerda (ACE) em uma adolescente de 15 anos; B) Tomografia computadorizada do mesmo paciente.

Onze (91,7%) dos 12 pacientes com dilatação da artéria coronária receberam imunoglobulina endovenosa. Em um paciente, a dilatação da artéria coronária foi detectada tardiamente, após estar afebril por mais de uma semana. Nove (75%) dos 12 pacientes com dilatação da artéria coronária receberam ácido acetilsalicílico, e três (25%) corticosteroides. Ácido acetilsalicílico foi contraindicado em três dos 12 pacientes com inflamação da artéria coronária, devido à trombocitopenia e/ou úlcera péptica. Nenhum paciente teve normalização do z-score das artérias coronárias durante o seguimento.

Quatro pacientes apresentaram regurgitação tricúspide e mitral leve, e um paciente regurgitação aórtica leve. Todos esses apresentavam SIM-P.

Quatro (8,3%) pacientes apresentaram HP leve, o que foi associada à SIM-P: quatro (20%) x 0 (0%); p = 0.0025.

Oito (16,6%) pacientes apresentaram discreta efusão pericárdica transitória, que foi associada com SIM-P: oito (40%) x 0 (0%); p = 0,0003. Cinco desses apresentaram disfunção sistólica do ventrículo esquerdo, dois apresentaram disfunção sistólica do VD, e somente um HP.

Variabilidade intraobservador e entre observadores das medidas ecocardiográficas

A reprodutibilidade das medidas de FEVE, TAPSE e artérias coronárias foi considerada boa, como demonstrada pelo CCI ≥ 0,85 para a variabilidade intraobservador e entre observadores. ( Tabela 4 ).

Tabela 4

– Reprodutibilidade para fração de ejeção do ventrículo esquerdo, excursão sistólica do plano anular tricúspide (TAPSE) e diâmetro interno das artérias coronárias

Parâmetro	Viés	limite de concordância de 95%	ICC
Variabilidade intraobservador
FEVE (%)	0,2	-1,82 a 2,22	1
TAPSE (cm)	-0,09	-0,42 a 0,24	0,92
ACE (mm)	0	-0,01 a 0,02	0,9
ADE (mm)	0	-0,01 a 0,01	1
AC (mm)	0	-0,02 a 0,01	0,95
ACD (mm)	0	-0,01 a 0,01	0,98
Variabilidade entre observadores
FEVE (%)	0,4	-3,95 a 4,75	0,98
TAPSE (cm)	-0,08	-0,49 a 0,33	0,85
ACE (mm)	0,01	-0,01 a 0,02	0,9
ADE (mm)	0	-0,02 a 0,02	1
AC (mm)	0	-0,02 a 0,03	0,99
ACD (mm)	0	-0,02 a 0,01	0,98

FEVE: fração de ejeção do ventrículo esquerdo; TAPSE: excursão sistólica do plano anular tricúspide; ACE: artéria coronária esquerda; ADE: artéria descendente anterior esquerda; AC: artéria circunflexa; ACD: artéria coronária direita.

Discussão

O presente estudo destaca-se pela avaliação sistemática de achados ecocardiográficos de uma coorte de pacientes pediátricos com COVID-19, com alta prevalência de doenças pré-existentes. Associações significativas de anormalidades cardíacas com parâmetros clínicos, laboratoriais e terapêuticos foram claramente demonstrados, reforçando o papel importante do acompanhamento ecocardiográfico dessa população.

Estudos publicados desde abril de 2020, conduzidos no Reino Unido, na França, Itália, Suíça e América do Norte relataram que a SIM-P é temporariamente relacionada à SARS-CoV-2, e frequentemente associada à tempestade de citocina, disfunção cardiovascular grave, admissão à UTI pediátrica, e morte.[16] Diferentemente do presente estudo, a maioria das crianças e adolescentes nesses estudos não apresentavam comorbidades, o que pode ter contribuído para os melhores desfechos. Enquanto Feldstein et al.[17] relataram 2% de mortes em uma população em que 73% eram indivíduos previamente sadios, este estudo mostrou uma taxa de mortalidade de 14,6% em uma população com 27% de indivíduos sadios. Similar à maioria dos estudos publicados, os pacientes com SIM-P no presente estudo apresentaram menos testes de RT-PCR positivos que os pacientes sem SIM-P, sugerindo que essa síndrome é um fenômeno pós-infeccioso relacionado a uma resposta imune exacerbada que ocorre algumas semanas após a fase aguda. Somente um paciente apresentou-se com sinais de inflamação mucocutânea, reforçando que a SIM-P e a doença de Kawasaki são doenças realmente diferentes, que compartilham algumas características clínicas.[3]

O maior estudo ecocardiográfico global já publicado revelou presença de anormalidades cardíacas e, 46% dos adultos com COVID-19 sem doenças cardíacas pré-existentes. O presente estudo descreve, pela primeira vez, anormalidades ecocardiográficas em 39,6% das crianças com COVID-19 avaliadas, potencialmente relacionadas à infecção por SARS-CoV-2.[18]

A maioria dos estudos relatando anormalidades cardíacas em pacientes pediátricos com COVID-19 envolveu muitos centros, sem um protocolo comum de avaliação ecocardiográfica. Até o momento, em uma das maiores séries publicadas que incluiu 186 pacientes com SIM-P de 26 estados dos Estados Unidos, a FEVE foi avaliada quantitativamente ou qualitativamente.[17] A padronização dos métodos ecocardiográficos e a inclusão de testes de variabilidade intraobservador e entre observadores neste estudo pode ter contribuído para uma estimativa mais confiável da incidência de anormalidades cardíacas em crianças com COVID-19. Por exemplo, foi detectado duas vezes mais disfunção sistólica do ventrículo esquerdo em pacientes com SIM-P (40%) em comparação ao estudo de Feldstein et al. (20%).[17]

Apesar de a disfunção sistólica ventricular em pacientes pediátricos com COVID-19 ter sido descrita extensivamente, os mecanismos fisiopatológicos envolvidos na lesão do miocárdio foram pouco investigados.[19 , 20] Partículas virais foram observadas no miocárdio e no endotélio vascular em pacientes adultos com COVID-19 e choque cardiogênico.[21 , 22] Ainda, autópsias mostraram infiltrados inflamatórios compostos por macrófagos, CD4+, e células T, associados com regiões de necrose de cardiomiócitos. Ainda não está claro quanto da lesão cardíaca pode ser diretamente atribuída à infecção viral versus resposta inflamatória sistêmica.[1] Apesar dos mecanismos envolvidos, pacientes adultos com níveis elevados de biomarcadores de lesão do miocárdio (troponina, pró-BNP) estão em risco significativamente maior de morte.[23] No presente estudo, observamos níveis maiores de troponina nos pacientes com disfunção de ventrículo esquerdo e direito, o que destaca uma possível contribuição da disfunção cardíaca a piores desfechos nos pacientes pediátricos com COVID-19. De fato, pacientes com anormalidades ecocardiográficas necessitaram de um suporte ventilatório e de drogas vasoativas mais agressivo, maior tempo de internação, e apresentaram uma maior taxa de mortalidade que aqueles com ecocardiogramas normais.

Além disso, sabe-se que níveis séricos de marcadores inflamatórios, tais como ferritina e PCR, são mais elevados em pacientes com COVID-19 que sobreviveram que aqueles que foram a óbito. Tal fato reflete os efeitos deletérios da resposta inflamatória difusa em múltiplos órgãos, incluindo o coração.[24] Níveis mais altos de ferritina sérica e PCR foram detectados em pacientes com disfunção sistólica do ventrículo esquerdo em nosso estudo, o que pode ter contribuído um baixo débito cardíaco, hipoperfusão tecidual, e disfunção de múltiplos órgãos.

Vale enfatizar que nenhum paciente recebeu bloqueadores de interleucina durante o período do estudo, uma vez que naquele tempo, ainda existia pouca informação sobre seu uso em pacientes pediátricos com COVID-19.

Outro mecanismo importante de dano do miocárdio que deve ser destacado é a lesão microvascular, com formação de microtrombos na vasculatura do miocárdio e consequente isquemia.[1] Recentemente, Duarte-Neto et al.[25] identificaram pequenos trombos nos vasos do miocárdio utilizando autópsia minimamente invasiva guiada por ultrassom em adultos com COVID-19. Isso pode explicar por que níveis mais elevados de d-dímero foram observados em pacientes com disfunção sistólica do VD e ventrículo esquerdo. Diretrizes recentes em pacientes pediátricos com COVID-19 ainda não recomendam anticoagulação profilática para todos os pacientes com SIM-P. Ainda, a terapia de anticoagulação é restrita a pacientes com FEVE<30% ou com aneurismas gigantes de artéria coronária (z-score da artéria coronária ≥+10).[26] Os achados do presente estudo sugerem um possível benefício em se administrar, de maneira profilática, heparina de baixo peso molecular a pacientes com SIM-P para prevenir isquemia do miocárdio e disfunção ventricular. São necessários estudos prospectivos com um número maior de pacientes pediátricos para confirmar nossa hipótese.

Foi detectada uma alta incidência (25%) de anormalidades da artéria coronária nos pacientes estudados. De fato, a extensão do acometimento das artérias coronárias em crianças com COVID-19 ainda é motivo de preocupação. Enquanto alguns autores descreveram uma taxa de 14% dos pacientes com SIM-P que apresentam dilatação de artéria coronária,[19] outros relataram uma taxa de 41% de artérias coronárias ecogênicas e proeminentes na admissão, apesar de diâmetros normais.[20] Essas discrepâncias provavelmente refletem diferentes protocolos de avaliação: em alguns estudos, somente os z-scores da artéria coronária foram considerados, enquanto em outros, sinais precoces de inflamação da artéria coronária também foram incluídos (como realce perivascular e ausência de afilamento). Ainda, o delineamento longitudinal do presente estudo pode ter viabilizado uma detecção mais precisa de anormalidades das artérias coronárias, uma vez que 33,3% dos pacientes foram submetidos aos exames de imagem várias vezes durante a internação. De fato, um terço dos pacientes não apresentaram anormalidades das artérias coronárias no primeiro exame, somente em exames subsequentes.

Anormalidades coronárias na COVID-19 foram recentemente associadas à tempestade de citocinas na SIM-P, especialmente interleucna-6.[27] Os níveis mais altos de d-dímero nos pacientes com dilatação de artéria coronária em nosso estudo destacam uma importante via fisiopatológica que necessita ser mais investigada em pacientes com SIM-P. Com base no papel crescente da imunotrombose nas doenças pediátricas, tais como sepse e doenças reumáticas autoimunes, pode-se levantar a hipótese de que bloquear a cascata de coagulação pode contribuir para diminuir a resposta inflamatória.[28] De fato, várias publicações descreveram as propriedades não anticoagulantes da heparina, tais como inibindo a quimiotaxia de neutrófilos e a migração de leucócitos, neutralizando o fator de complemento C5a carregado positivamente, e sequestrando proteínas de fase aguda, com consequente diminuição de biomarcadores inflamatórios.[29] Portanto, a heparina também atuaria como terapia anti-inflamatória adjuvante em pacientes com SIM-P e inflamação da artéria coronária, juntamente com imunoglobulina endovenosa, corticosteroides e agentes imunobiológicos.

Limitações

O presente estudo tem limitações dado seu caráter retrospectivo, embora as avaliações ecocardiográficas tenham sido padronizadas e a variabilidade intraobservador e entre observadores tenha sido adequada. O grupo de estudo foi formado predominantemente por pacientes com doenças pré-existentes, o que pode dificultar extrapolações dos resultados para crianças previamente sadias. Por exemplo, a notável prevalência de malignidades na população avaliada pode ter contribuído para o estado de hipercoagulação, e a disfunção ventricular subclínica. Ainda, pacientes com doença renal crônica ou doenças reumatológicas eram mais propensos à inflamação, não necessariamente causada por COVID-19. Finalmente, imunossupressão pode ter contribuído para a baixa frequência de sorologia positiva para SARS-CoV-2 em nossos pacientes com SIM-P.

Conclusões

Anormalidades ecocardiográficas em pacientes pediátricos com COVID-19 são frequentes e associadas a piores desfechos clínicos. Associações entre anormalidades ecocardiográficas e biomarcadores de inflamação/coagulação revelaram possíveis vias fisiopatológicas para explicar a presença de lesão do miocárdio em nossos pacientes pediátricos com COVID-19. Mais estudos devem ser conduzidos para determinar quais estratégias terapêuticas irão reduzir a disfunção cardiovascular nessa população, considerando os diferentes mecanismos de lesão miocárdica. A ecocardiografia está bem posicionada para ajudar nesse entendimento, como uma tecnologia barata, portátil e de amplo acesso.

Introduction

The coronavirus disease 19 (COVID-19) pandemic represents a huge burden to the health system in the world. In its severe presentation, COVID-19 is a systemic illness characterized by hyperinflammation, cytokine storm and elevated myocardial injury markers.[1] Cardiac involvement appears to be a prominent feature of the disease in adults, occurring in 20% to 30% of hospitalized patients and contributing to 40% of deaths.[2] Although children have been relatively spared compared to adults, recent reports showed an increasing number of critically ill children with multisystem inflammatory syndrome (MIS-C, multisystem inflammatory syndrome in children), accompanied by severe cardiovascular impairment.[3] Ventricular dysfunction, pericardial effusion, valvar regurgitation and coronary artery inflammation were documented in many case series. A Kawasaki-like phenotype was also described in some MIS-C patients, although recent literature suggests these are two different illnesses with overlapping clinical features. To date, MIS-C occurs predominately in older children, with a median age of 9-10 years, whereas Kawasaki disease typically affects patients younger than five years. Cardiovascular shock, rarely seen in Kawasaki disease, is a striking feature of MIS-C.[3]

Nevertheless, the real incidence of overall cardiac abnormalities among pediatric COVID-19 patients and their relevance to clinical outcomes are yet to be determined. Little is known about the relationship between cardiac abnormalities, and inflammatory and coagulation markers in this group.[4] Consequently, there is an urgent need to better understand the interactions between COVID-19 and the heart in the pediatric population.

The present study aimed to investigate echocardiographic abnormalities of pediatric COVID-19 patients admitted to a tertiary hospital in São Paulo, the epicenter of coronavirus pandemic in Brazil. Possible associations of clinical and laboratory data with echocardiographic findings were also explored.

Methods

Study design and population

This is a longitudinal retrospective study, based on the review of medical records and echocardiogram reports from children and adolescents (0-19 years) admitted to the pediatric ward and intensive care unit due to COVID-19, between March 30 and June 30, 2020. Patients with and without MIS-c were included, according to the World Health Organization (WHO) classification.[5] Exclusion criterion was the absence of echocardiograms during the follow-up period.

Clinical, laboratory and therapeutic parameters

Patients’ electronic medical records were carefully reviewed for clinical, laboratory and therapeutic data. Pre-existing diseases and previous echocardiogram reports were also registered. The Institutional Research Ethics Committee has approved the study.

Patients were classified as having MIS-C if they fulfilled the following criteria:

Children and adolescents (0-19 years) with fever for three or more days;

And at least two of the following:

Rash, bilateral non-purulent conjunctivitis, or mucocutaneous inflammation signs (oral, hands or feet).

Hypotension or shock

Features of myocardial dysfunction, pericarditis, valvulitis, or coronary abnormalities (including echocardiographic findings or elevated cardiac enzymes).

Evidence of coagulopathy (by elevated d-dimers, prothrombin time, partial thromboplastin time)

Acute gastrointestinal problems (diarrhea, vomiting or abdominal pain).

And: elevated inflammatory markers such as erythrocyte sedimentation rate (ESR), C-reactive protein (CRP) or procalcitonin.

And: no other obvious microbial cause of inflammation

And: severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) confirmed infection by real time-polymerase chain reaction (RT-PCR) and/or serology, or likely contact with patients with COVID-19.

RT-PCR in respiratory specimens were performed to detect SARS-CoV-2 RNA. Serologic tests included two different methods during the COVID-19 pandemic: immunochromatography assay for SARS-Cov-2 specific IgM/IgG antibody detection and anti-SARS-CoV-2 enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) for IgG antibodies detection.[6]

MIS-C and non-MIS-C patients were compared regarding age, sex, clinical signs and symptoms at presentation, frequency of echocardiographic abnormalities, confirmed SARS-CoV-2 infection and death. The following laboratory data were compared: frequency of anemia, lymphocytopenia and thrombocytopenia, evidence of coagulopathy, peak levels of d-dimer, CRP, ferritin, troponin, and creatine kinase-MB. Pro-brain natriuretic peptide (BNP), procalcitonin and fibrinogen were not included in the analysis, because these biomarkers were not assessed routinely in all patients.

Anemia was defined as hematocrit at or below the 2.5thpercentile for age, race and gender;[7] lymphocytopenia was defined as a lymphocyte count was lower than 4,500/mm3in children under eight months of age and 1500/mm3in older ones;[8] and thrombocytopenia was defined as platelet count lower than 100,000/microL.[9]

Echocardiography

All echocardiographic tests were performed by two experienced pediatric cardiologists, according to the guidelines of the American Society of Echocardiography (ASE).[10] The analyses included M and two-dimensional (2D) modes, besides standard Doppler examinations with color flow mapping. The equipment used was a Philips Affinity 70, CX50 and Innosight compact ultrasound, with multi-frequency transducers (S5-1 and S8-3). Echocardiographic studies also followed the ASE statement on protection of patients and echocardiography service providers during COVID-19 outbreak.[11] Since one of the equipment used in our institution during the COVID-19 pandemic was originally designed as a point-of-care ultrasound (Philips Innosight), it was not possible to obtain 2D derived left ventricular ejection fraction (LVEF) (Simpson’s method) in all scans. For that reason, M-mode derived LVEF (Teichholz method) was chosen for this study purpose, although Simpson’s method would be undoubtedly more accurate.[10] Left ventricular (LV) systolic dysfunction was defined as a LVEF lower than 55%; it was considered mild if the LVEF was ≥ 45% and < 55%, moderate if the LVEF was ≥ 30% and < 45%, and severe if the LVEF was < 30%.[10]

Right ventricular (RV) systolic function was evaluated by tricuspid annular plane systolic excursion (TAPSE). RV systolic dysfunction was detected when TAPSE z-score was lower than -2.[12]

Coronary arteries were evaluated according to the American Heart Association Statement for Diagnosis, Treatment and Long-Term Management of Kawasaki Disease.[13] Dilation was detected when the coronary artery internal lumen diameter z-score was higher than higher than +2.5.[14] A z-score between +2.5 and +5 defined small aneurisms; between +5 and +10, medium aneurisms; equal or greater than +10, giant aneurisms. Other echocardiographic signs frequently described in coronary artery inflammation, like enhanced perivascular brightness and lack of tapering, were also registered.[13]

Pulmonary artery systolic pressure (PASP) was estimated through tricuspid regurgitation; pulmonary hypertension (PH) was diagnosed when the pulmonary artery systolic pressure was greater than 35 mmHg. Mild PH was diagnosed if 35 mmHg < PASP ≤ 45 mmHg, moderate if 45 mmHg < PASP ≤ 50 mmHg and severe if PASP > 50 mmHg.[15]

Pericardial effusion presence was also described, as well as eventual signs of pericardial tamponade.

Patients were divided according to the presence or absence of echocardiographic abnormalities and compared regarding age, gender, presence of MIS-c, pediatric intensive care unit (PICU) admission, presence of multiple organ dysfunction, ventilatory/vasoactive support, renal replacement therapy, use of intravenous (IV) immunoglobulin, corticosteroids, acetylsalicylic acid and low molecular weight heparin, length of hospital stay, and death.

Images were digitally acquired, and intra and interobserver variability of LVEF, TAPSE and coronary arteries diameter was evaluated. The same examiner repeated analysis of 10 randomly selected exams. A second observer (CRB), unaware of previous results and of patient’s clinical condition, also performed offline echocardiographic measures.

Statistical analysis

Statistical analysis was performed using IBM SPSS Statistics 22. Categorical data were reported as percentages and continuous data as mean (standard deviation - SD) or median (range). Fisher exact test was chosen to compare categorical data. The Kolmogorov and Smirnov test was used to verify if data were sampled from a Gaussian distribution. Unpaired Student’s t test was used to assess continuous data with normal distribution, and the Mann-Whitney U test to assess continuous data without normal distribution. The significance level was set at 5% (p < 0.05). Intra and interobserver variability for echocardiographic measures was assessed using Bland Altman Plot and intraclass correlation coefficient (ICC), with good correlation being defined as ICC > 0.8.

Results

Clinical presentation

Forty-eight pediatric patients were hospitalized due to COVID-19 during the study period. The median age was 7.5 (0 - 18.6) years; 21 (43.8%) were female. The median in-hospital stay was 15.4 (2 - 92) days. By the end of the study, 33 (68.7%) patients have been successfully discharged, eight (16.7%) were still in the pediatric ward or PICU, and seven (14.6%) patients died. All deaths occurred in the MIS-c group. There was no statistically significant difference between survivors and deceased patients regarding the use of corticosteroids, IV immunoglobulin or low molecular weight heparin.

Twenty (41.7%) patients fulfilled the WHO criteria for MIS-c and 28 (58.3%) did not. Among MIS-c patients, 11 (55%) had confirmed SARS-CoV-2 infection by RT-PCR and/or serology and nine (45%) patients did not. All nine MIS-c patients without confirmed SARS-CoV-2 infection have had intimate contact with COVID-19 patients in the last four weeks before symptoms. Five of those nine patients had also typical findings on chest computed tomography (ground-glass opacities with surrounding consolidation (halo sign).

In the non-MIS-c patients (n=28), the SARS-CoV-2 infection was confirmed by PCR and/or serology.

MIS-c was associated with seizures, shock, evidence of coagulopathy, echocardiographic abnormalities, and death. Significantly higher peak values of serum d-dimer, CRP and troponin were detected among MIS-c patients (p<0.05). The incidence of respiratory and gastrointestinal symptoms was similar between MIS-c and non-MISC-c patients (p>0.05). Likewise, there was no difference between the frequency of anemia, lymphocytopenia, thrombocytopenia or preexisting diseases between the two groups of patients (p>0.05). Only one patient had with mucocutaneous inflammation signs. No patient fulfilled the diagnostic criteria for Kawasaki disease ( Table 1 ).

Table 1

– Demographic data, clinical and laboratory data of COVID-19 pediatric patients with and without multisystem inflammatory syndrome in children (MIS-C), according to the World Health Organization criteria (WHO)

Demographic, clinical and laboratory data	MIS-C ( n = 20)	Non-MIS-C ( n = 28)	p
Age (years)	8.4 (0.1-16.4)	6.7 (0 – 18.6)	0.33
Sex (male)	10 (50%)	17 (60.7%)	0.56
Preexisting diseases	15 (75%)	20 (71.4%)	1
Respiratory symptoms	10 (50%)	14 (50%)	1
Gastrointestinal symptoms	6 (30%)	7 (25%)	0.75
Rash/ Non-purulent bilateral conjunctivitis/mucocutaneous inflammation signs	1 (5%)	0 (0%)	0.41
Seizures	5 (25%)	0 (0%)	0.009
Shock	12 (60%)	0 (0%)	<0.0001
Evidence of coagulopathy (↑PT, ↑PTT, ↑D-dimer)	20 (100%)	18 (64.3%)	0.0028
Anemia*	14 (70%)	21 (75%)	0.75
Thrombocytopenia**	4 (20%)	7 (25%)	0.74
Lymphocytopenia***	8 (40%)	14 (50%)	0.56
Echocardiographic abnormalities	19 (95%)	4 (14.3%)	<0.0001
D-dimers (ng/ml)****	9652.5 (921 - 115668)	1722 (190 - 95040)	0.0003
C-reactive protein (mg/L)****	119.6 (0.38 - 447.7)	14.6 (0.30 – 324)	0.0046
Ferritin (ng/ml)****	1159 (58-35967)	655 (25-2567)	0.07
Troponin (ng/L)****	25 (9-385)	16 (3-1050)	0.028
Creatine kinase (CK-MB) (ng/ml)****	1.78 (0.3-30)	1.65 (0.18-28.9)	1
Death	7 (35%)	0 (0%)	0.001
Confirmation of Sars-CoV-2 infection (RT-PCR/serology)	11 (55%)	28 (100%)	0.0001

Values are expressed as n (%) or as median (range). Fisher exact test was used to compare categorical data. Mann-Whitney U test was used to compare non-normally distributed continuous variables. *Hematocrit at or below 2.5

Preexisting diseases were detected in 35 (73%) patients: immunosuppression in 26 (54.2%), malignancies in 14 (40%), chronic kidney disease in nine (25.7%), chronic neuropathy in eight (22.8%), congenital/acquired heart disease in five (14.2%), chronic pneumopathy in five (14.2%), hepatopathy in four (11.4%), dysmorphic syndromes in three (6.3%), Duchenne muscular dystrophy in one (2.8%), juvenile systemic lupus erythematosus in one (2.8%), previous orthopedic surgery in 1(2.8%), previous gynecologic surgery in one (2.8%) and previous heart transplantation in one (2.8%). Two (4.2%) patients were neonates born to COVID-19 mothers and one of them was also preterm. Among the seven deceased patients, three were oncologic (two solid tumors and one leukemia), one had primary immunodeficiency, one had Edwards syndrome with congenital heart disease and two were healthy.

Echocardiographic evaluation

The 48 patients had at least one echocardiogram performed during hospitalization. Thirty-two patients (66.7%) had only one exam and 16 (33.3%) were scanned multiple times. A total of 70 exams were carried out throughout the study. All patients with preexisting diseases were already followed at our institution and had previous echocardiogram reports in their medical records. Five (14.2%) patients had previous echocardiographic abnormalities: one with small ventricular septal defect and bicuspid aortic valve (Edward’s syndrome), one with small residual ventricular septal defect and discrete aortic coarctation, one with echogenic mass invading inferior vena cava (adrenal tumor), one with discrete left ventricle hypertrophy secondary to chronic kidney disease and one with moderate left ventricle systolic dysfunction secondary to chemotherapy (sarcoma).

Twenty-three (48%) patients had echocardiographic abnormalities and 19 (39.6%) of them showed new echocardiographic findings potentially associated with COVID-19 as follows: left and RV systolic dysfunction, coronary dilation, PH, and pericardial effusion. Of note, only one patient with previous echocardiographic abnormalities presented with new echocardiographic findings: LV systolic dysfunction secondary to chemotherapy progressed from moderate to severe and coronary dilation was also detected.

Echocardiographic abnormalities were associated with MIS-c, PICU admission, multiple organ dysfunction, ventilatory and vasoactive support, use of IV immunoglobulin, corticosteroid, acetylsalicylic acid and low molecular weight heparin, and death ( Table 2 ). Patients with echocardiographic abnormalities also had significantly higher length of hospital stay.

Table 2

– Demographic data e clinical outcomes according to the presence or absence of echocardiographic abnormalities

Demographic data, treatment strategies and clinical outcomes	Echocardiographic abnormalities
	Present ( n = 23)	Absent ( n = 25)	p
Age (years)	7.8 (0.1-16.4)	6.4 (0-18.6)	0.87
Sex (male)	11 (47.8%)	16 (64%)	0.38
MIS-c according to WHO criteria	19 (82.6%)	1 (4%)	<0.0001
Pediatric Intensive Care Unit	15 (65.2%)	5 (20%)	0.003
Multiple organ dysfunction syndrome	8 (34.8%)	0 (0%)	0.0013
Respiratory system	6 (26%)	0 (0%)
Cardiovascular system	6 (26%)	0 (0%)
Renal system	5 (21.7%)	0 (0%)
Hepatic system	2 (8.7%)	0 (0%)
Neurological system	4 (17.4%)	0 (0%)
Hematological system	4 (17.4%)	0 (0%)
Ventilatory support	15 (65.2%)	7 (28%)	0.02
Oxygen by nasal catheter	8 (34.8%)	3 (12%)
Venturi mask	3 (13%)	1 (4%)
Non-rebreather mask	0 (0%)	1 (4%)
High-flow oxygen therapy	6 (26%)	1 (4%)
Noninvasive ventilation	5 (21.7%)	1 (4%)
Conventional Mechanical ventilation	10 (43.5%)	3 (12%)
High-frequency ventilation	1 (4.3%)	0 (0%)
Vasoactive drug support	10 (43.5%)	1 (4%)	0.0015
Epinephrine	4 (17.4%)	0 (0%)
Norepinephrine	10 (43.5%)	1 (4%)
Vasopressin	2 (8.7%)	0 (0%)
Milrinone	5 (21.7%)	1 (4%)
Dobutamine	3 (13%)	0 (0%)
Renal replacement therapy	5 (21.7%)	2 (8%)	0.23
Peritoneal dialysis	0 (0%)	2 (8%)
Conventional hemodialysis	1(4.3%)	0 (0%)
Sustained low-efficiency dialysis	1 (4.3%)	0 (0%)
Continuous hemodialysis	3 (13%)	0 (0%)
IV Immunoglobulin	14 (60.8%)	0 (0%)	<0.0001
Corticosteroids	4 (17.4%)	0 (0%)	0.04
Acetylsalicylic acid	9 (39%)	0 (0%)	0.0005
Low molecular weight heparin	9 (39.1%)	1 (4%)	0.0038
Length of stay (days)	23 (2-92)	8.3 (2-26)	0.0074
Deaths	6 (26%)	1 (4%)	0.04

Values are expressed as n (%) or as median (range). Fisher exact test was used to compare categorical data. Mann-Whitney U test was used to compare non-normally distributed continuous variables.

Ten (20.8%) of the 48 patients received low molecular weight heparin during hospitalization, only one patient without echocardiographic abnormalities. Therapeutic anticoagulation was introduced in two patients: one with left main coronary artery (LMCA) z-score of +10 and one with LV severe systolic dysfunction and subclavian vein thrombosis. The remaining eight patients received prophylactic low molecular weight heparin due to prolonged hospitalization, concomitant malignancies, and prolonged catheter use.

LV systolic dysfunction was detected in eight (16.6%) patients: six with mild, one with moderate and one with severe dysfunction. Global hypokinesia of left ventricle was found in all but one patient, who exhibited apical akinesia suggestive of Takotsubo syndrome. Four patients with LV systolic dysfunction had also coronary arteries abnormalities. Patients with LV systolic dysfunction showed significantly higher peak levels of d-dimer, CRP, ferritin, and troponin ( Table 3 ). Five patients with LV systolic dysfunction received IV immunoglobulin and only one received corticosteroids. No patient received interleukin blockers. Five patients showed improvement of LV systolic function during the follow-up.

Table 3

– Laboratorial profile of patients according to the echocardiographic abnormalities detected throughout the study

Laboratory*	LV systolic dysfunction			RV systolic dysfunction			Coronary artery abnormalities
	Present (n = 8)	Absent (n = 40)	p	Present (n = 6)	Absent (n = 42)	p	Present (n =12)	Absent (n = 36)	p
D-dimers (ng/ml)	16733 (4157 -115668)	2406.5 (190 - 95040)	0.0015	25769 (3422 - 115668)	2803.5 (190 - 95040)	0.037	9652.5 (921 - 115668)	2724 (190 - 95040)	0.04
CRP (mg/L)	303.16 (30 - 423)	35.9 (0.3 - 447.7)	0.0017	113.95 (2 - 407.21)	53.95 (0.3 - 447.70)	0.46	109.9 (0.38 – 423)	33.75 (0.38 - 447)	0.10
Ferritin (ng/ml)	3734 (839 - 35967)	499 (25 - 8000)	0.0026	1301 (123 - 35967)	663 (25 - 8000)	0.18	389.50 (58 - 35967)	790 (25 - 8000)	0.8
Troponin (ng/L)	88 (20 - 342)	16 (3 - 1050)	0.0018	108.5 (3 - 385)	17 (3 - 1050)	0.04	19.5 (9 - 125)	19 (3 - 1050)	0.57
CK-MB (ng/ml)	2.2 (0.7 - 28)	1.6 (0.18 - 30.7)	0.62	4 (0.18 - 30.7)	1.6 (0.3 -28.9)	0.58	1.78 (0.3 -18.2)	1.65 (0.18 – 30.7)	0.9

Mann-Whitney U test was used to compare non-normally distributed continuous variables. *Values correspond to the highest level obtained from each patient and are expressed as median (range).

Six (12.5%) patients showed RV systolic dysfunction. These patients showed significantly higher peak levels of d-dimer and troponin ( Table 3 ). Two patients had mild PH and three had also LV systolic dysfunction. RV systolic function improved in three patients during follow-up.

Coronary abnormalities were detected in 12 (25%) patients and most of them exhibited mild ectasia, except for an adolescent (15 years old) with a LMCA z-score of +10 ( Figure1 ). Besides dilation, six patients had also enhanced perivascular brightness. Dilatation of the LMCA was observed in 11 patients, with a median z-score of +4 (+2.8 - +10); dilation of the left descending coronary artery (LDCA) in six, with a median z-score of +4 (+3.6 - +4.2); dilatation of the left circumflex coronary artery (LCCA) in three, with a median z-score of +4.6 (+3.9 - +5); and dilatation of the right coronary artery (RCA) in four, with a median z-score of +3.3 (+2.6 - +4.3). Patients with coronary arteries abnormalities had significantly higher peak levels of d-dimers ( Table 3 ). In four patients, coronary abnormalities were not present in the first echocardiographic evaluation and were detected in subsequent scans.

Figure 1

– A) Echocardiogram showing dilated left main coronary artery (LMCA) in a 15-year old girl; B) Computed tomography of the same patient.

Eleven (91.7%) of the 12 patients with coronary dilatation received IV immunoglobulin. One had coronary dilatation detected belatedly, after being afebrile for more than one week. Nine (75%) of the 12 patients with coronary dilatation received acetylsalicylic acid and three (25%) corticosteroids. Acetylsalicylic acid was contraindicated in three of the 12 patients with coronary artery inflammation, due to thrombocytopenia and/or peptic ulcer. No patient exhibited normalization of coronary arteries z-score during the follow-up.

Four patients had mild tricuspid and mitral regurgitation and one patient had mild aortic regurgitation. All of them were MIS-c patients.

Four (8,3%) patients had mild PH, which was associated with MIS-c: 4 (20% with MIS-c) x 0 (0% Non-MIS-c).

Eight (16.6%) patients had discrete transient pericardial effusion, which was also associated with MIS-c: eight (40%) x 0 (0%); p = 0.0003. Five patients had concomitant LV systolic dysfunction, two had RV systolic dysfunction and only one PH.

Intra- and interobserver variability of echocardiographic measures

Reproducibility of LVEF, TAPSE and coronary arteries was considered good, as demonstrated by ICC ≥ 0.85 for intra and interobserver variability ( Table 4 ).

Table 4

– Reproducibility for LV ejection fraction, TAPSE and coronary artery internal diameter

Parameter	Bias	95% limits of agreement	ICC
Intraobserver variability
LVEF (%)	0.2	-1.82 a 2.22	1
TAPSE (cm)	-0.09	-0.42 a 0.24	0.92
LMCA (mm)	0	-0.01 a 0.02	0.9
LDCA (mm)	0	-0.01 a 0.01	1
LCCA (mm)	0	-0.02 a 0.01	0.95
RCA (mm)	0	-0.01 a 0.01	0.98
Interobserver variability
LV ejection fraction (%)	0.4	-3.95 a 4.75	0.98
TAPSE (cm)	-0.08	-0.49 a 0.33	0.85
LMCA (mm)	0.01	-0.01 a 0.02	0.9
LDCA (mm)	0	-0.02 a 0.02	1
LCCA (mm)	0	-0.02 a 0.03	0.99
RCA (mm)	0	-0.02 a 0.01	0.98

LVEF: left ventricular ejection fraction; TAPSE: tricuspid annular plane systolic excursion; LMCA: left main coronary artery; LDCA: left descending coronary artery; LCCA: left circumflex coronary artery; RCA: right coronary artery.

Discussion

The present study stands out for the systematic echocardiographic evaluation of a cohort of pediatric COVID-19 patients, with high prevalence of preexisting diseases. Significant associations of cardiac abnormalities with clinical, laboratorial and therapeutic parameters were clearly demonstrated, reinforcing the pivotal role of rigorous echocardiographic follow-up of this population.

Studies published since April, 2020, conducted in the UK, France, Italy, Switzerland and North America have reported that MIS-c is temporally related to SARS-CoV-2, and is frequently associated with cytokine storm, severe cardiovascular impairment, PICU admission and death.[16] Differently from the present study, most of their children and adolescents did not have underlying comorbidities, which may have contributed to the better clinical outcomes. While Feldstein et al.[17] reported 2% of deaths in a population where 73% were previously healthy patients, this study showed 14.6% of deaths in a population with 27% of healthy subjects. Like in the majority of published papers, the present MIS-C patients had less positive RT-PCR tests than the non-MIS-C ones, suggesting that this syndrome is a post-infectious phenomenon related to a hyperimmune response, occurring a couple of weeks after the acute phase. Only one patient presented with mucocutaneous inflammation signs, reinforcing that MIS-c and Kawasaki disease are really different illnesses sharing some clinical features.[3]

The largest global echocardiographic survey already published reveled cardiac abnormalities in 46% of adult patients with COVID-19, without preexisting cardiac diseases. Similarly, the present study documented non-previously described echocardiographic abnormalities in 39.6% of pediatric COVID-19 patients, potentially related to SARS-CoV-2 infection.[18]

Most studies reporting cardiac abnormalities in pediatric patients with COVID-19 enrolled many centers, without a common protocol of echocardiographic evaluation. To date, in one of the largest published series that included 186 patients with MIS-c from 26 states in the United States, LVEF was assessed either quantitatively or qualitatively.[17] The standardization of echocardiographic methods and the inclusion of intra/interobserver variability tests in this study may have contributed to more reliable estimation of the incidence of cardiac abnormalities among pediatric COVID-19 patients. For instance, twice as much LV systolic dysfunction was found in MIS-c patients (40%), compared with the study of Feldstein et al. (20%).[17]

Although ventricular systolic dysfunction in pediatric patients with COVID-19 has been extensively described, the pathophysiological mechanisms involved in myocardial injury were scarcely investigated.[19 , 20] Viral particles have been observed in the myocardium and vascular endothelium in adult patients with COVID-19 and cardiogenic shock.[21 , 22] In addition, autopsies showed inflammatory infiltrates composed of macrophages, CD4+ and T cells, associated with regions of cardiomyocyte necrosis. It is still unclear how much of the cardiac injury can be directly attributable to viral infection versus systemic inflammatory response.[1] In spite of the mechanism involved, adult patients with elevated biomarkers of myocardial injury (troponin, pro-BNP) are at significantly higher risk of death.[23] In the present study, higher levels of troponin were found in patients with left and RV systolic dysfunction, highlighting the possible contribution of cardiac impairment to worse clinical outcomes in pediatric COVID-19 patients. Indeed, patients with echocardiographic abnormalities required more aggressive ventilatory and vasoactive drug support and longer hospitalization and had a higher mortality rate than those with normal echocardiograms.

Serum levels of inflammatory markers such as ferritin and CRP are also known to be higher in non-survivors than in survivors of COVID-19, reflecting deleterious effects of amplified inflammatory response to multiple organs, including the heart.[24] Higher levels of serum ferritin and CRP were detected among patients with LV systolic dysfunction in the present study, which may have contributed to low cardiac output, tissue hypoperfusion and multiple organ dysfunction.

It is important to emphasize that no patient received interleukin-blockers during the study period, since at that time there was still limited information regarding their use in pediatric patients with COVID-19.

Another relevant mechanism of myocardial damage that must be pointed out is the microvascular injury, with microthrombi formation in the myocardial vasculature and consequent ischemia.[1] Recently, Duarte-Neto et al.[25] have identified small thrombi in myocardial vessels by ultrasound-guided minimally invasive autopsy in adults with COVID-19. That may explain why higher levels of d-dimer were found among patients with left and RV systolic dysfunction. Interestingly, recent guidelines regarding pediatric patients with COVID-19 still do not advocate routine prophylactic anticoagulation for all MIS-c patients. Moreover, therapeutic anticoagulation is restricted to patients with LVEF < 30% or with giant coronary aneurysms (coronary z-scores ≥ +10).[26] The present findings suggest there may be some benefit in administrating prophylactic low molecular weight heparin to MIS-c patients, aiming to prevent myocardial ischemia and ventricular dysfunction. Prospective studies with greater number of pediatric patients will be necessary to confirm our hypothesis.

High incidence (25%) of coronary artery abnormalities was found among the patients studied. In fact, the extent of coronary artery involvement in children with COVID19 is still a matter of concern. Whereas some authors describe 14% of MIS-C patients with coronary dilatation,[19] others have found 41% of prominent and echogenic coronary arteries on admission, despite normal diameters.[20] These discrepancies probably reflect different protocols of evaluation: in some studies, only coronary z-scores were considered, while in others, early signs of coronary artery inflammation were also included (like enhanced perivascular brightness and lack of tapering). Moreover, the longitudinal design of the present study may have enabled more accurate detection of coronary abnormalities, since 33.3% of patients were scanned multiple times throughout hospitalization. Indeed, one third of them did not have coronary arteries abnormalities in their first scan, only in subsequent evaluations.

Coronary abnormalities in COVID-19 have been previously linked to cytokines storm in MIS-C, specially interleukine-6.[27] The higher levels of d-dimer among patients with coronary dilation in the present study highlights an important pathophysiological pathway to be further investigated in MIS-C patients. Based on the emerging role of immunothrombosis in pediatric conditions, like sepsis and autoimmune rheumatic diseases, one can hypothesize that blocking coagulation cascade may contribute to dampen the inflammatory response.[28] In fact, several publications have described the non-anticoagulant properties of heparin, such as inhibiting neutrophil chemotaxis and leukocyte migration, neutralizing the positively charged complement factor C5a and sequestering acute phase proteins, with a consequent decrease of inflammatory biomarkers.[29] Thus, heparin could also work as an adjuvant anti-inflammatory therapy in MIS-c patients with coronary artery inflammation, together with IV immunoglobulin, corticosteroids and immunobiological agents.

Limitations

The present study is limited by its retrospective nature, although echocardiographic evaluations were reasonably standardized and intra/interobserver variability was proven adequate. The study group was formed predominantly by patients with preexisting diseases, which may make extrapolation of results to previously healthy children difficult. For instance, the striking prevalence of malignancies among the referred COVID-19 patients may have contributed to the hypercoagulation state, as well as to subclinical ventricular dysfunction. Likewise, patients with chronic kidney disease or rheumatologic diseases were prone to inflammation, not necessarily caused by COVID-19. Finally, immunosuppression may have contributed to the low frequency of SARS-CoV-2 positive serology among our MIS-c patients.

Conclusions

Echocardiographic abnormalities in pediatric patients with COVID-19 are frequent and associated with worse clinical outcomes. Associations between echocardiographic abnormalities and inflammation/coagulation biomarkers provided possible pathophysiological pathways to explain myocardial injury in our pediatric patients with COVID-19. Further studies should be conducted to determine which therapeutic strategies will reduce cardiovascular impairment in this population, taking into account the different mechanisms of myocardial damage. The follow-up of pediatric COVID-19 survivors with cardiac abnormalities will be necessary. Echocardiography is well placed to help further this understanding, as an inexpensive, portable, and widely accessible technology.