Impact of Preoperative Functional Capacity on Postoperative Outcomes in Congenital Heart Surgery: An Observational and Prospective Study.

BACKGROUND: Despite advances in surgical technique and postoperative care in congenital heart disease, cardiovascular morbidity is still high.
OBJECTIVE: To evaluate the association between preoperative cardiovascular fitness of children and adolescents, measured by the 6-minute walk test (6MWT) and Heart Rate Variability (HRV), and the occurrence of cardiogenic, septic shock and death in the postoperative period.
METHODS: Prospective, observational clinic study including 81 patients aged from 8 to 18 years. In the preoperative period, the 6MWT (distance walked and SpO2) and HRV were performed. The adjusted risk score for surgeries for congenital heart disease (RACHS-1) was applied to predict the surgical risk factor for mortality. The occurrence of at least one of the listed complications was considered as a combined event. P values < 0.05 were considered as significant.
RESULTS: Of the patients, 59% were male, with mean age of 12 years; 33% were cyanotic; and 72% had undergone previous cardiac surgery. Cardiogenic shock was the most common complication, and 31% had a combined event. Prior to surgery, type of current heart disease, RACHS-1, SpO2at rest, during the 6MWT and recovery were selected for the multivariate analysis. The SpO2at recovery by the 6MWT remained as an independent risk factor (OR 0.93, 95%CI [0.88 - 0.99], p=0.02) for the increasing occurrence of combined events.
CONCLUSION: SpO2after the application of the 6MWT in the preoperative period was an independent predictor of prognosis in children and adolescents undergoing surgical correction; the walked distance and the HRV did not present this association.

Introdução

Nas últimas décadas, pacientes com cardiopatias congênitas foram submetidos a cirurgias mais complexas, e apesar de avanços significativos nas técnicas cirúrgicas e cuidados pós-operatórios, a taxa de complicações ainda é alta, incluindo a morbidade cardiovascular.[1 , 2] Os possíveis mecanismos por trás de desfechos pós-operatórios desfavoráveis nesses pacientes parecem ser o prejuízo ao desempenho funcional prévio, com capacidade aeróbica reduzida, associado à fraqueza muscular generalizada e a disfunções no sistema nervoso autônomo. Normalmente, a presença de algum dano cardíaco residual após a cirurgia pode ser parcialmente responsável pela capacidade física reduzida.[3]

Para avaliar a função cardiovascular geral, incluindo a capacidade física, alguns exercícios físicos são propostos para identificar fatores de risco para a ocorrência de eventos em várias situações clínicas, como a doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC)[4] e insuficiência cardíaca.[5] Muitos testes estão disponíveis para avaliar esta capacidade, mas seu uso em crianças e adolescentes pode gerar resultados diferentes daqueles obtidos entre adultos, devido a diferentes respostas fisiológicas e metabólicas ao estresse.[2 , 3 , 6]

Um dos métodos usados para a avaliação clinica da habilidade aeróbica é o teste de caminhada de 6 minutos (TC6M), que é um teste simples utilizado para verificar o nível de limitação funcional e a estratificação prognóstica em adultos e crianças.[7 , 8] O teste foi usado para avaliar desfechos em diferentes estágios do tratamento de várias doenças, e demonstrou uma forte associação com a dessaturação da oxihemoglobina na cardiopatia crônica.

As anomalias na modulação do sistema nervoso autônomo, quando medidas pela variabilidade da frequência cardíaca (VFC), estiveram associadas ao aumento da mortalidade cardiovascular, ao pior prognóstico para doença cardíaca e aos eventos cardíacos pós-operatórios.[9]

O objetivo deste estudo foi avaliar a associação entre o status cardiovascular no período pré-operatório de crianças e adolescentes, medido pelo TC6M e pela VFC, e a ocorrência de choque séptico e cardiogênico, além de morte, no período pós-operatório de cirurgia cardíaca congênita.

Métodos

Desenho do estudo e pacientes

Este é um estudo clínico prospectivo e observacional conduzido de janeiro de 2009 a março de 2012, que inclui crianças e adolescentes de 8 a 18 anos com cardiopatia congênita, submetidos a tratamento cirúrgico de correção ou paliativo no Instituto do Coração do Hospital das Clínicas, Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo. Este estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa da Universidade de São Paulo, Faculdade de Medicina, Hospital das Clínica (número 0625/08). O termo de consentimento foi obtido para todos os pacientes, de seus pais ou tutores.

O estudo incluiu pacientes admitidos para o procedimento cirúrgico que estavam estáveis. Esses pacientes não estavam recebendo medicamentos inotrópicos ou vasoativos, não apresentavam nenhuma arritmia potencialmente séria ou complexa, como fibrilação atrial / ventricular, não tinham marca-passos, não apresentavam cardiomiopatia ou doença valvular adquirida, não tinham síndromes associadas nem limitações pulmonares, neurológicas ou ortopédicas. Pacientes que não forneceram o consentimento ou não foram submetidos ao procedimento cirúrgico foram excluídos.

Coleta de dados

Os dados foram coletados de registros médicos durante o período de internação. Após a indicação para cirurgia, a avaliação da VFC e do TC6M foi realizada no mesmo dia, nesta ordem.

No período pré-operatório, as variáveis idade, gênero, índice de massa corporal (IMC), diagnóstico clínico (com maior impacto clínico) e a ocorrência de cirurgias prévias foram coletadas. O escore de risco ajustado para cirurgias para cardiopatia congênita (RACHS-1)[10] também foi aplicado para predizer o fator de risco cirúrgico para mortalidade. Para o uso deste escore, casos de cirurgia cardíaca congênita são colocados de uma a seis categorias de risco, com base na presença ou ausência de alguns diagnósticos; a categoria 1 tinha o menor risco e, a 6, o maior risco. Em relação às variáveis intraoperatórias e de procedimento, os dados foram coletados com base no tipo de cirurgia, tempo de circulação extracorpórea, tempo de ventilação mecânica (VM), e uso de medicamentos vasoativos e/ou inotrópicos. No período pós-operatório, a ocorrência de morte e complicações até a alta do paciente foram analisadas. As complicações pós-operatórias consideradas no estudo foram: morte, choque cardiogênico (sangramento persistente, necessitando de transfusão de sangue, necessidade de oxigenação por membrana extracorpórea (ECMO)), suspeita de tamponamento cardíaco e reexploração cirúrgica, choque refratário, levando ao suporte inotrópico para manter a pressão arterial média de ≥ 60mmHg (por mais de 72 horas), parada cardiorrespiratória, arritmias significativas (incluindo fibrilação atrial, taquicardia ventricular, bloqueio atrioventricular) e choque séptico (confirmação do local da infecção e uso de antibióticos, confirmado por infecção, que gera febre persistente, insuficiência respiratória, requerendo VM prolongada, e uso de ventilação não-invasiva, hipotensão persistente e leucocitose ou leucopenia). A ocorrência de pelo menos uma das complicações listadas foi considerada como evento combinado.

Teste de caminhada de 6 minutos

O TC6M foi realizado no período pré-operatório, de acordo com a técnica padrão proposta pela American Thoracic Society,[7] em um corredor de 30 metros e uma só repetição. Além da distância percorrida, a frequência cardíaca, saturação de oxigênio (SpO2) (Ohmeda®), pressão arterial (Philips® esfigmomanômetro digital), frequência respiratória, sensação subjetiva de dispneia e fadiga nos membros inferiores foram medidas com a escala modificada de Borg[11] em repouso, imediatamente após o teste e três minutos depois da recuperação. Frases de incentivo padrão foram usadas a cada minuto durante o teste. Nenhum paciente precisou de oxigênio durante a atividade.

Variabilidade da frequência cardíaca

Um monitor cardíaco (Polar s810i®) foi utilizado e os sinais elétricos do coração foram transmitidos para um monitor por meio de uma cinta de eletrodos colocada em volta do peito do paciente. A VFC foi avaliada no pré-operatório, em repouso, por 15 minutos, com o paciente na cama em uma inclinação de 45 graus. Os cinco primeiros minutos foram usados para adaptação, e os últimos 10 minutos, para análise. O sinal foi recebido e enviado para o software Polar Precision Performance.[12] O artefato foi removido com o mesmo software, e manualmente, por meio da inspeção visual dos intervalos R-R (oscilações nos intervalos entre as batidas consecutivas do coração) e da exclusão de intervalos anormais. As amostras que apresentavam mais de 85% de batidas sinusais foram incluídas. A análise de VFC utilizando métodos lineares foi realizada utilizando o Kubiot HRV, versão 2.0 (Biosignal Analysis and Medical Imaging Group). As variáveis de tempo analisadas foram a SDNN (desvio padrão de todos os intervalos RR normais gravados em um intervalo de tempo); rMSSD (raiz quadrada média das diferenças sucessivas); e pNN50 (porcentagem das diferenças sucessivas entre os intervalos RR que são maiores que 50 ms). As variáveis analisadas no domínio frequência (análise de espectro) foram o componente da alta frequência (AF) (0,15 a 0,4 Hz); o componente de baixa frequência (BF) (0,04 e 0,15Hz); a razão AF/BF; e a normalização dos dados da análise de espectro para minimizar os efeitos de outras bandas, como um componente de frequência muito baixa. As variáveis SDNN, rMSSD, pNN50 e AF estiveram associadas à modulação parassimpática, enquanto a BF esteve associada tanto à modulação simpática quanto à parassimpática.[13]

Análise estatística

As variáveis quantitativas com distribuição normal foram apresentadas como média e desvio padrão. As variáveis quantitativas sem distribuição normal foram apresentadas como mediana e intervalo interquartil (IIQ); percentis 25 e 75). As variáveis categóricas são apresentadas como taxas de frequência e porcentagem. O teste de Shapiro-Wilk foi usado para avaliar a distribuição das variáveis quantitativas. O cálculo do tamanho da amostra se baseou em uma amostra piloto em pacientes no período pré-operatório; para estudar o prognóstico por meio de testes com 90% de poder e 5% de nível de significância, a predição mínima foi de 75 casos. Para a análise univariada, com relação ao evento combinado, o teste t de Student não-pareado ou o teste de Mann-Whitney foram usados para variáveis quantitativas; e o teste de qui-quadrado ou o teste de razão de verossimilhança foram usados para variáveis categóricas. Para a análise multivariada, as variáveis com p<0.10 foram usadas no modelo de regressão logística múltipla para avaliar fatores prognósticos de morte e morbidade. O valor de p de probabilidade <0.05 foi usado como critério de significância estatística. Todas as análises foram realizadas com o SPSS 15.0 para Windows.

Resultados

Noventa e sete crianças e adolescentes foram avaliados, dos quais 15 não foram submetidos à cirurgia, e um interrompeu o protocolo, retirando o consentimento, sendo assim excluídos do estudo ( Figura 1 ). Dos 81 pacientes do estudo, 59% eram do sexo masculino, com idade média de 12 anos; 33% estavam cianóticos; e 72% tinham realizado cirurgia cardíaca previamente. O choque cardiogênico foi a complicação mais frequente, e 31% tiveram evento combinado com a ocorrência de pelo menos uma das outras complicações. A mortalidade neste estudo foi de 6,2% ( Tabela 1 ).

Figura 1

– Fluxograma do estudo.

Tabela 1

– Complicações no pós-operatório de crianças e adolescents submetidos à cirurgia cardíaca congênita

Complicações no pós-operatório	n (%)
Choque cardíaco	24 (29,6)
Choque séptico	5 (6,2)
Morte	5 (6,2)
Evento combinado	25 (30,9)

Os fatores: RACHS-1 e SpO2 de recuperação estiveram significativamente associados à ocorrência de desfechos combinados e estão apresentados na Tabela 2 . No período pós-operatório, os tempos de circulação extracorpórea, VM, estada na UTI, alta do hospital e procedimento cirúrgico estiveram significativamente associados à ocorrência de desfechos combinados ( Tabela 3 ).

Tabela 2

– Valores descritivos das variáveis pré-operatórias de acordo com o grupo de ocorrência de evento combinado em crianças e adolescentes submetidos à cirurgia cardíaca congênita

Variável		Evento combinado		p
	Geral	Não	Sim
	n=81	n=56 (69,1%)	n=25 (30,9%)
Idade (anos)*	12 ± 3	12 ± 3	13 ± 2	0,190
Sexo†				0,204
Feminino	31 (37,5%)	24 (42,9%)	7 (28,0%)
Masculino	50 (62,5%)	32 (57,1%)	18 (72,0%)
IMC (kg/m2)Δ	17 (12 – 27)	17(15 - 21)	17 (15 - 20)	0,581
Cirurgia prévia†				0,098
Não	23 (28%)	19 (33,9%)	4 (16,0%)
Sim	58 (72%)	37 (66,1%)	21 (84,0%)
N – cirurgias prévias‡				0,227
0	23 (28,40%)	19 (33,9%)	4 (16,0%)
1	25 (30,87%)	18 (32,1%)	7 (28,0%)
2	29 (35,81%)	17 (30,4%)	12 (48,0%)
3	4 (4,92%)	2 (3,6%)	2 (8,0%)
Doença cardíaca atualϮ				0,089
Acianótico	53 (65,43%)	40 (71,4%)	13 (52,0%)
Cianótico	28 (34,57%)	16 (28,6%)	12 (48,0%)
Rachs-1‡				0,018
1	6 (7,41%)	6 (10,8%)	0 (0,0%)
2	22 (27,16%)	18 (32,1%)	4 (16,0%)
3	53 (65,43%)	32 (57,1%)	21 (84,0%)
Distância caminhada (metros)*	521 ± 99	517 ± 89	502 ± 94	0,480
FC em repouso (bpm)*	86 ± 14	87 ± 15	84 ± 10	0,326
FC – TC6M (bpm)*	127 ± 17	123 ± 20	127 ± 22	0,423
FC - recuperação (bpm)*	92 ± 14	92 ± 14	90 ± 11	0,372
SpO2 em repouso (%)Δ	96 (84 – 97)	96 (85 - 98)	89 (80 - 97)	0,076
SpO2 – TC6M (%)Δ	94 (74 – 91)	94 (74 - 97)	83 (65 - 96)	0,050
SpO2 – recuperação (%)Δ	96 (85 – 97)	97 (87 - 97)	87 (81 - 96)	0,009
SDNN (ms) Δ	37 (23 – 59)	37 (26 - 50)	33 (22 - 41)	0,184
rMSSD (ms) Δ	26 (13 – 46)	29 (14 - 46)	20 (14 - 28)	0,157
pNN50 (%)Δ	3,8 (0,2 – 26)	7,3 (0,3 – 25,6)	2.2 (0.3 – 5.8)	0,222
BF (Hz) Δ	402 (86 – 816)	318 (148 - 812)	312 (94 - 445)	0,225
AF (Hz) Δ	216 (46 – 479)	229 (39 - 526)	103 (46 - 254)	0,189
BFn.u (%)Δ	35 ( 50 – 79)	66 (50 - 80)	63 (53 - 80)	0,971
AFn.u (%)Δ	35 (21 – 55)	34 (21 - 52)	37 (20 - 47)	0,905
BF/AF Δ	2 (1 – 3,9)	2 (1 – 3,9)	1,7 (1,1 - 4)	0,967

*: t de Student não-pareado;

Tabela 3

– Valores descritivos de variáveis pós-operatórias de acordo com o grupo de ocorrência de eventos combinados em crianças e adolescentes submetidos à cirurgia cardíaca congênita

Variável		Evento combinado		p
	Geral	Não	Sim
	n = 81	n=56 (69,1%)	n=25 (30,9%)
Tempo de circulação extracorpórea (min)*	110 ± 70	92 ± 57	156 ± 76	<0,001
Tempo de VM (horas)Δ	11 ± 20	5.5 (3,3 - 8)	13,8 (7,8 – 19,2)	<0,001
Estada na UTI (dia)Δ	8 ± 5	6 (4 - 8)	10 (7 - 16)	0,001
Alta do hospital (dia)Δ	17 ± 12	11 (8 - 17)	21 (14 - 27)	0,001
Procedimento cirúrgico†				0,023
Correção septal atrial	6 (7,4%)	6 (10,7%)	0 (0,0%)
Correção septal ventricular	7 (8,6%)	5 (8,9%)	2 (8,0%)
Tubo VD-AP	13 (16,1%)	7 (12,5%)	6 (24,0%)
Procedimento de Fontan	16 (19,8%)	9 (16,1%)	7 (28,0%)
Substituição da válvula mitral	1 (1,2%)	0 (0,0%)	1 (4,0%)
Substituição da válvula tricúspide	2 (2,5%)	2 (3,6%)	0 (0,0%)
Procedimento de Glenn	2 (2,5%)	1 (1,8%)	1 (4,0%)
Istmoplastia	9 (11,1%)	9 (16,1%)	0 (0,0%)
Ligadura do canal arterial	1 (1,2%)	1 (1,8%)	0 (0,0%)
Dilatação da artéria pulmonar	6 (7,4%)	5 (8,9%)	1 (4,0%)
Substituição da válvula pulmonar	3 (3,7%)	1 (1,8%)	2 (8,0%)
Correção da TGA	2 (2,5%)	1 (1,8%)	1 (4,0%)
Correção da tetralogia de Fallot	2 (2,5%)	0 (0,0%)	2 (8,0%)
Correção de Ebstein	3 (3,7%)	2 (3,6%)	1 (4,0%)
Cirurgia de Blalock-Taussig	1 (1,2%)	1 (1,8%)	0 (0,0%)
Correção anômala das veias pulmonares	1 (1,2%)	1 (1,8%)	0 (0,0%)
Substituição da válvula aórtica	4 (4,9%)	4 (7,1%)	0 (0,0%)
Outros	2 (2,5%)	1 (1,8%)	1 (4,0%)

*: t de Student não-pareado;

Quando os valores de SpO2 foram divididos em grupos de doença cardíaca cianótica e acianótica, os grupos demonstraram diferença significativa em relação ao SpO2 em repouso, o TC6M e a recuperação. O grupo acianótico apresenta valores significativamente maiores de SpO2 em comparação ao grupo cianótico ( Tabela 4 ).

Tabela 4

– Valores de SpO2 na doença cardíaca cianótica e acianótica em diferentes momentos do TC6M

Variável	Doença cardíaca atual		p Δ
	Acianótica	Cianótica
	n=53	n=28
SpO2 em repouso (%)Δ	97 (93 - 98)	78 (75 -83)	<0,001
SpO2 – TC6M (%)Δ	95 (96 - 97)	63 (56.5 – 68.8)	<0,001
SpO2 – em recuperação (%)Δ	97 (93 – 97.5)	80.5 (77 – 83.8)	<0,001

(interval interquartil); IMC: índice de Massa Corporal; Rachs 1:escore de risco ajustado para cirurgias para cardiopatia congênita; FC: frequência cardíaca; bpm: batidas por minuto; SpO2: saturação periférica de oxigênio; TC6M: teste de caminhada de 6 minutos; SDNN: desvio padrão de todos os intervalos RR normais gravados em um intervalo de tempo; rMSSD: raiz quadrada média das diferenças sucessivas; pNN50: porcentagem das diferenças sucessivas entre os intervalos RR que são maiores que 50 ms; BF: componente de baixa frequência variando de 0,04 a 0,15Hz; AF: componente de alta frequência variando entre 0,15 e 0,4 Hz; n. u.: unidade de normalidade.

As variáveis prévias à cirurgia, tipos de doença cardíaca atual, RACHS-1, SpO2 em repouso no pré-operatório, durante o TC6M e na recuperação, e o tempo de circulação extracorpórea foram selecionados para compor a análise multivariada. O SpO2 no pré-operatório durante a recuperação manteve-se como um fator de risco independente (OR 0,93, IC95% [0.88 - 0.99], p = 0,02) para mais eventos combinados ( Figura 2 ).

Figura 2

– Probabilidades estimadas pelo modelo de regressão logística para SpO2 de recuperação.

Observou-se que quanto maior o SpO2 após o tempo de recuperação, menor a chance de ter eventos combinados. Por meio da curva ROC, observamos que o ponto de corte para SpO2 é 96% (OR 3,28, IC95% [1,21 – 8,90], p = 0,02). Este ponto demonstra 68% de sensibilidade, 60,7% de especificidade e 63,0% de precisão. As chances de um paciente com SpO2 menor que 96% na recuperação apresentar eventos combinados é três vezes maior do que para pacientes com SpO2 maior que 96%.

Observamos que na comparação entre os valores de SpO2 nos três momentos (em repouso, no TC6M e na recuperação), em grupos com e sem um evento combinado, SpO2 foi mais baixo, com diferença estatisticamente significativa, no período de recuperação no grupo de eventos combinados ( Figura 3 ).

Figura 3

– Box-plot com comparação da saturação de oxigênio no TC6M em repouso, durante o teste e na recuperação, em grupos com e sem eventos combinados.

Discussão

Este estudo identificou que a variável SpO2 no período pré-operatório após o TC6M foi o único preditor independente da associação com a ocorrência de complicações pós-operatórias em crianças e adolescentes submetidos à correção cirúrgica de cardiopatia congênita, e que a VFC não foi capaz de prever a mesma associação. Esses dados sugerem que medir o SpO2 pode ser uma ferramenta importante para o prognóstico pós-operatório. Ao observar os valores baixos de SpO2 no pré-operatório, ações clínicas podem ser tomadas para otimizar a função cardiorrespiratória e, assim, possivelmente reduzir os eventos combinados nesta população de pacientes.

Em crianças, o TC6M foi o teste de escolha em relação aos testes cardiorrespiratórios em esteiras ou bicicletas ergométricas, já que é fácil de aplicar, é seguro e econômico, já que não requer equipamentos caros nem profissionais altamente qualificados. Estudos apontam que a falta de incentivo e a superproteção em torno desta população de pacientes têm impactos negativos em sua capacidade física e aumentam o risco de desenvolver complicações com o passar do tempo.

A avaliação da distância caminhada apresentou valores menores do que os apresentados por Geiger et al.[14] e Priesnitz et al.[15] em crianças saudáveis com mais de 8 anos de idade, indicando que crianças com cardiopatia congênita têm menos capacidade física do que aquelas da população saudável. Porém, este estudo observou que a distância média caminhada foi semelhante entre pacientes com eventos combinados e aqueles que progrediram sem complicações.

Monitorar a oximetria de pulso durante o TC6M não é um procedimento padrão; porém, pode oferecer uma estimativa melhor da troca de gases durante o exercício, mostrando, assim, uma melhor correlação com o prognóstico. O mecanismo da dessaturação de oxigênio pode estar diretamente relacionado ao defeito cardíaco que leva à maior resistência vascular, sobrecarga ventricular, principalmente no ventrículo direito, resultando em débito cardíaco diminuído. A dessaturação de oxigênio durante o TC6M é bem descrita em pacientes com DPOC[4 , 16] e doença pulmonar intersticial,[17 , 18] mas esses dados, até onde sabemos, não são bem descritos entre crianças para determinar o prognóstico no período pós-operatório, e este estudo pode incentivar a realização de novas análises.

Schaan et al.[19] avaliaram a capacidade funcional de crianças e adolescentes com cardiopatia congênita em uma revisão sistemática e meta-análise, e descobriram que o consumo máximo de oxigênio (VO2max) foi a variável associada à baixa capacidade funcional, possivelmente sendo influenciada pela resposta cronotrópica defasada. Nenhuma medida da oximetria do pulso foi reportada nos estudos apresentados.

Essas mudanças anatômicas e fisiopatológicas podem estar associadas à resposta cronotrópica diminuída nesta população de pacientes. A necessidade de reintervenção é frequente e, consequentemente, as chances de dessensibilização do receptor adrenérgico beta podem estar diretamente relacionadas à regulação autônoma alterada.[9 , 20] Neste estudo, 72% dos pacientes já tinham sido submetidos à cirurgia cardíaca prévia; porém, não foram observadas diferenças significativas entre os pacientes que apresentavam ou não complicações pós-operatórias.

Em um estudo de Hami et al.,[21] no qual a VFC foi avaliada em cirurgias que requeriam a atriotomia, não foi possível demonstrar a influência do procedimento cirúrgico associado à essa redução. Este estudo observou que o procedimento de Fontan foi o tipo de cirurgia mais frequente, em 19,8% dos casos avaliados. Estudos com esses pacientes mostraram um declínio na capacidade física com o tempo, atribuído à VFC reduzida.[22] O uso de diferentes técnicas (atriopulmonar com túnel lateral ou extracardíaco) para este procedimento não parece interferir, em princípio, com a redução da VFC. Porém, a técnica usando o tubo extracardíaco parece preservar o nó sinoatrial, reduzindo o risco de arritmias. Embora a técnica de fenestração tenha reduzido a ocorrência de complicações pós-operatórias,[23] a redução do SpO2 permanece como ponto de preocupação, como identificado em nosso estudo.

A taxa de mortalidade neste estudo foi de 6,2%, corroborando outros estudos que mostraram uma incidência entre 3,6% e 15%. Aproximadamente 66% dos pacientes foram classificados na Categoria 3 de RACHS-1, que, de acordo com Jenkins et al.,[10] tem uma taxa de mortalidade de aproximadamente 9,5%, confirmando a complexidade das doenças cardíacas. Todas as mortes que ocorreram na UTI se desenvolveram após a insuficiência cardíaca pós-operatória.

Finalmente, neste estudo, outras variáveis estiveram associadas com complicações pós-operatórias. Identificamos que os tempos de circulação extracorpórea, VM, estada na UTI, alta do hospital e procedimento cirúrgico estiveram significativamente associados à ocorrência dos desfechos combinados. Giamberti et al.[24] descreveram que a morbidade grave é relativamente frequente, e normalmente associada às condições pré-operatórias (alto nível de hematócritos devido à cianose, insuficiência cardíaca congestiva, e número de operações prévios) e operatórias (procedimento de Fontan/conversão e duração da circulação extracorpórea) do paciente. Na verdade, 84% dos pacientes com complicações foram submetidos à cirurgia prévia e tinham mais tempo de circulação extracorpórea, VM e tempo de estada no hospital.

Nosso estudo tem limitações em potencial, como a inclusão de uma amostra heterogênea e a não inclusão de outras variáveis, como status nutricional e função cardíaca, que poderiam explicar o status funcional geral dos pacientes. Além disso, os resultados não podem ser generalizados para outras populações, já que foram obtidas em um centro único.

Conclusão

A dessaturação periférica de oxigênio após a aplicação do TC6M no período pré-operatório parece ser um preditor independente do prognóstico em crianças e adolescentes submetidos à correção cirúrgica da cardiopatia congênita. A distância caminhada e as variáveis de frequência cardíaca não apresentaram a mesma associação.

Introduction

In recent decades, patients with congenital heart disease have undergone more complex surgeries, and despite significant advances in surgical techniques and postoperative care, the rate of complications is still high, including cardiovascular morbidity.[1 , 2] The possible mechanisms underlying worse postoperative outcomes in these patients seem to be the impairment of previous functional performance with reduced aerobic capacity, associated with generalized muscle weakness and autonomic nervous system disorders. Often, the presence of a residual heart defect after surgery may be partially responsible for the reduced physical capacity.[3]

To assess overall cardiovascular function, including physical capacity, exercise tests are proposed to identify risk factors for the occurrence of events in various clinical situations, such as chronic obstructive pulmonary disease[4] and heart failure.[5] Many tests are available to evaluate this ability, but their use in children and adolescents may provide different results from those obtained among adults due to different physiological and metabolic responses to stress.[2 , 3 , 6]

One of the methods used for the clinical assessment of aerobic fitness is the 6-minute walk test (6MWT), which is a simple test used to verify the degree of functional limitation and prognostic stratification in both adults and children.[7 , 8] The test has been used to evaluate outcomes at different treatment stages of several conditions, and has demonstrated a strong association with oxyhemoglobin desaturation in chronic heart disease.

Abnormalities in the autonomic nervous system modulation, as measured by the heart rate variability (HRV), have been associated with increased cardiovascular mortality, with worse prognosis for heart disease and postoperative cardiac events.[9]

The objective of this study was to evaluate the association between the preoperative cardiovascular fitness status of children and adolescents, measured by the 6MWT and the HRV, and the occurrence of cardiogenic, septic shock and death in the postoperative period of congenital heart surgery.

Methods

Study design and patients

This was a prospective and observational clinical study conducted from January 2009 to March 2012, which included children and adolescents aged from 8 to 18 years with congenital heart disease, undergoing corrective or palliative surgical treatment at the Heart Institute of Hospital das Clínicas, Medical School of Universidade de São Paulo. This study was approved by the Research Ethics Committee of Universidade de São Paulo, Medical School, Hospital das Clínicas (number 0625/08). The informed consent was obtained for all patients from their parents or respective tutors.

The study included patients admitted for the surgical procedure who were stable. These patients were not taking inotropic or vasoactive drugs, without any potentially serious or complex arrhythmias, such as atrial / ventricular fibrillation, without implanted pacemakers, without cardiomyopathy or acquired valvular heart disease and without associated syndromes, pulmonary, neurological or orthopedic limitations. Patients whose consent was not obtained or those who did not undergo the surgical procedure were excluded.

Data collection

The data were collected from medical records during the period of hospitalization. Once surgery was indicated, the assessment of HRV and the 6MWT were performed on the same day, in this order.

In the preoperative period, the variables age, gender, body mass index (BMI), clinical diagnosis (with greater clinical impact) and the occurrence of previous surgeries were collected. The adjusted risk score for surgeries for congenital heart disease (RACHS-1)[10] was also applied to predict the surgical risk factor for mortality. For the use of this score, cases of congenital heart surgery are allocated to one of six risk categories, based on the presence or absence of specific diagnoses; category 1 had the lowest risk, and category 6, the highest. Regarding intraoperative and procedural variables, data were collected on the type of surgery, time of cardiopulmonary bypass (CPB), time of mechanical ventilation (MV), and use of vasoactive and / or inotropic drugs. In the postoperative period, the occurrence of death and complications until the patient’s hospital discharge was analyzed. Postoperative complications considered in the study were: death, cardiogenic shock (persistent bleeding requiring blood transfusion, need for extracorporeal membrane oxygenation (ECMO)), suspected cardiac tamponade and surgical reexploration, refractory shock, requiring inotropic support to maintain mean arterial pressure of ≥ 60mmHg (for more than 72 hours), cardiopulmonary arrest, significant arrhythmias (including atrial fibrillation, ventricular tachycardia, atrioventricular block) and septic shock (confirmation of infectious site requiring antibiotic therapy, confirmed by Infection, which develops persistent fever, respiratory failure requiring prolonged MV or use of noninvasive ventilation, persistent hypotension, and leukocytosis or leukopenia). The occurrence of at least one of the listed complications was considered as a combined event.

6-minute walk test

The 6-minute walk test was performed preoperatively, according to the standardized technique proposed by the American Thoracic Society[7] in a 30-meter corridor with only one repetition. In addition to the covered distance, heart rate, oxygen saturation (SpO2) (Ohmeda®), blood pressure (Philips®digital sphygmomanometer), respiratory rate and subjective sensation of dyspnea and lower limb fatigue were measured using the modified Borg Rating Scale of Perceived Exertion[11] at rest, immediately after the test, and three minutes after recovery. Standard encouragement phrases were used every minute during the test. No patient required oxygen during the test.

Heart rate variability

A heart rate monitor (Polar s810i®) was used, and electrical signals from the heart were transmitted to a monitor by an electrode strap placed around the patient’s chest. Heart rate variability (HRV) was assessed preoperatively at rest for 15 minutes, with the patient in bed at a 45 degree inclination. The first 5 minutes were used for acclimation, and the last 10 minutes, for analysis. The signal was received and sent to the Polar Precision Performance software.[12] The artifact removal was performed with the same software, and manually, by visual inspection of R-R intervals (oscillations in the intervals between consecutive heart beats) and exclusion of abnormal intervals. Samples that presented more than 85% of sinus beats were included. The HRV analysis using linear methods was performed using Kubios HRV version 2.0 (Biosignal Analysis and Medical Imaging Group). The analyzed time domain variables were SDNN (standard deviation of normal-to-normal RR intervals recorded in a time interval); rMSSD (root mean square of the successive differences); and pNN50 (percentage of successive RR intervals that differ by more than 50 ms). The variables analyzed in the frequency domain (spectral analysis) were the high frequency (HF) component (0.15 to 0.4 Hz); the low frequency (LF) component (0.04 and 0.15Hz); the LF / HF ratio; and data normalization (n.u.) of spectral analysis to minimize the effects of other bands, such as a very low frequency component. The SDNN, rMSSD, pNN50 and HF variables were associated with parasympathetic modulation, whereas LF was associated with both sympathetic and parasympathetic modulation.[13]

Statistical analysis

Quantitative variables with normal distribution were presented as mean and standard deviation. Quantitative variables without normal distribution were presented as median and interquartile range (IQR; 25th and 75th percentiles). Categorical variables are presented as frequency and percentage rates. The Shapiro-Wilk test was used to evaluate the distribution of quantitative variables. The sample size calculation was based on a pilot sample in preoperative patients; for studying the prognostic through tests with 90% power and 5% significance level, the minimum prediction was of 75 cases. For the univariate analysis, regarding the combined event, the unpaired Student’s t-test or the Mann-Whitney test for quantitative variables and the chi-square or likelihood ratio test were used for categorical variables. For the multivariate analysis, variables with p<0.10 were used in the multiple logistic regression model to assess prognostic factors of death and morbidity. The probability p value <0.05 was used for the criteria of statistical significance. All analyses were performed using the SPSS 15.0 for Windows statistical package.

Results

Ninety seven children and adolescents were evaluated, of whom 15 did not undergo surgery and one interrupted the protocol, withdrawing their consent, and therefore being excluded from the study ( Figure 1 ). Of the 81 patients in this study, 59% were male, with mean age of 12 years; 33% were cyanotic; and 72% had undergone previous heart surgery. Cardiogenic shock was the most frequent complication, and 31% had an event combined with the occurrence of at least one of the other complications. The mortality in this study was 6.2% ( Table 1 ).

Figure 1

– Study flowchart.

Table 1

– Postoperative complications of children and adolescents undergoing congenital heart surgery

Postoperative complications	n (%)
Cardiac shock	24 (29.6)
Septic shock	5 (6.2)
Death	5 (6.2)
Combined event	25 (30.9)

The factors: RACHS-1 and SpO2recovery were significantly associated with the occurrence of combined outcomes and are presented in Table 2 . In the postoperative period, the times of CPB, MV, ICU stay, hospital discharge and surgical procedure were significantly associated with the occurrence of combined outcomes ( Table 3 ).

Table 2

– Descriptive values of preoperative variables according to the group of combined event occurrence in children and adolescents undergoing congenital heart surgery

Variable		Combined event		p
	Overall	No	Yes
	n=81	n=56 (69.1%)	n=25 (30.9%)
Age (years)*	12 ± 3	12 ± 3	13 ± 2	0.190
Sex†				0.204
Female	31 (37.5%)	24 (42.9%)	7 (28.0%)
Male	50 (62.5%)	32 (57.1%)	18 (72.0%)
BMI (kg/m2)Δ	17 (12 – 27)	17(15 - 21)	17 (15 - 20)	0.581
Prior surgery†				0.098
No	23 (28%)	19 (33.9%)	4 (16.0%)
Yes	58 (72%)	37 (66.1%)	21 (84.0%)
N prior surgery‡				0.227
0	23 (28.40%)	19 (33.9%)	4 (16.0%)
1	25 (30.87%)	18 (32.1%)	7 (28.0%)
2	29 (35.81%)	17 (30.4%)	12 (48.0%)
3	4 (4.92%)	2 (3.6%)	2 (8.0%)
Current heart diseaseϮ				0.089
Non-cianotic	53 (65,43%)	40 (71.4%)	13 (52.0%)
Cianotic	28 (34.57%)	16 (28.6%)	12 (48.0%)
Rachs-1‡				0.018
1	6 (7.41%)	6 (10.8%)	0 (0.0%)
2	22 (27.16%)	18 (32.1%)	4 (16.0%)
3	53 (65.43%)	32 (57.1%)	21 (84.0%)
Distance walked (meter)*	521 ± 99	517 ± 89	502 ± 94	0.480
HR rest (bpm)*	86 ± 14	87 ± 15	84 ± 10	0.326
HR 6MWT(bpm)*	127 ± 17	123 ± 20	127 ± 22	0.423
HR recovery (bpm)*	92 ± 14	92 ± 14	90 ± 11	0.372
SpO2rest (%)Δ	96 (84 – 97)	96 (85 - 98)	89 (80 - 97)	0.076
SpO26MWT (%)Δ	94 (74 – 91)	94 (74 - 97)	83 (65 - 96)	0.050
SpO2recovery (%)Δ	96 (85 – 97)	97 (87 - 97)	87 (81 - 96)	0.009
SDNN (ms)Δ	37 (23 – 59)	37 (26 - 50)	33 (22 - 41)	0.184
rMSSD (ms)Δ	26 (13 – 46)	29 (14 - 46)	20 (14 - 28)	0.157
pNN50 (%)Δ	3.8 (0.2 – 26)	7.3 (0.3 – 25.6)	2.2 (0.3 – 5.8)	0.222
LF (Hz)Δ	402 (86 – 816)	318 (148 - 812)	312 (94 - 445)	0.225
HF (Hz)Δ	216 (46 – 479)	229 (39 - 526)	103 (46 - 254)	0.189
LFn.u (%)Δ	35 ( 50 – 79)	66 (50 - 80)	63 (53 - 80)	0.971
HFn.u (%)Δ	35 (21 – 55)	34 (21 - 52)	37 (20 - 47)	0.905
LF/HFΔ	2 (1 – 3.9)	2 (1 – 3.9)	1.7 (1.1 - 4)	0.967

*: t-Student unpaired;

Table 3

– Descriptive values of postoperative variables according to the group of occurrence of combined events in children and adolescents undergoing congenital heart surgery

Variable		Combined event		p
	Overall	No	Yes
	n = 81	n=56 (69.1%)	n=25 (30.9%)
Time of CPB (min)*	110 ± 70	92 ± 57	156 ± 76	<0.001
Time of MV (hours)Δ	11 ± 20	5.5 (3.3 - 8)	13.8 (7.8 - 19.2)	<0.001
ICU stay (day)Δ	8 ± 5	6 (4 - 8)	10 (7 - 16)	0.001
Hospital discharge (day)Δ	17 ± 12	11 (8 - 17)	21 (14 - 27)	0.001
Surgical procedure†				0.023
Atrial septum correction	6 (7.4%)	6 (10.7%)	0 (0.0%)
Ventricular septum correction	7 (8.6%)	5 (8.9%)	2 (8.0%)
RV-PA tube procedure	13 (16.1%)	7 (12.5%)	6 (24.0%)
Fontan procedure	16 (19.8%)	9 (16.1%)	7 (28.0%)
Mitral valve replacement	1 (1.2%)	0 (0.0%)	1 (4.0%)
Tricuspide valve replacement	2 (2.5%)	2 (3.6%)	0 (0.0%)
Glenn procedure	2 (2.5%)	1 (1.8%)	1 (4.0%)
Isthmoplast	9 (11.1%)	9 (16.1%)	0 (0.0%)
Arterial duct ligature	1 (1.2%)	1 (1.8%)	0 (0.0%)
Pulmonary Artery Enlargement	6 (7.4%)	5 (8.9%)	1 (4.0%)
Pulmonary valve replacement	3 (3.7%)	1 (1.8%)	2 (8.0%)
TGA correction	2 (2.5%)	1 (1.8%)	1 (4.0%)
Fallot tetralogy correction	2 (2.5%)	0 (0.0%)	2 (8.0%)
Ebstein correction	3 (3.7%)	2 (3.6%)	1 (4.0%)
Blalock-Taussig surgery	1 (1.2%)	1 (1.8%)	0 (0.0%)
Anomalous correction of pulmonar veins	1 (1.2%)	1 (1.8%)	0 (0.0%)
Aortic valve replacement	4 (4.9%)	4 (7.1%)	0 (0.0%)
Others	2 (2.5%)	1 (1.8%)	1 (4.0%)

*: t-Student unpaired;

When SpO2values were divided into groups of cyanotic and non-cyanotic heart disease, the groups showed a significant difference in relation to SpO2at rest, 6MWT and recovery. The non-cyanotic group has significantly higher SpO2values when compared to the cyanotic group ( Table 4 ).

Table 4

– SpO2 values in non-cyanotic and cyanotic heart disease in different moments of the 6MWT

Variable	Current heart disease		pΔ
	Non-cyanotic	Cyanotic
	n=53	n=28
SpO2at rest (%)Δ	97 (93 - 98)	78 (75 -83)	<0.001
SpO26MWT (%)Δ	95 (96 - 97)	63 (56.5 – 68.8)	<0.001
SpO2recovery (%)Δ	97 (93 – 97.5)	80.5 (77 – 83.8)	<0.001

The variables prior surgery, types of current heart disease, RACHS-1, preoperative SpO2at rest, during 6MWT and recovery, and CPB time were selected to compose the multivariate analysis. The preoperative SpO2during recovery remained as an independent risk factor (OR 0.93, 95%CI [0.88 - 0.99], p = 0.02), for increased combined events ( Figure 2 ).

Figure 2

– Probabilities estimated by the logistic regression model for SpO2recovery.

It was observed that the higher the SpO2after recovery time, the lower the probability of combined events. Through the ROC curve, we observed that the cutoff point for SpO2is 96% (OR 3.28, 95%CI [1.21 - 8.90], p = 0.02). This point provides 68.0% sensitivity, 60.7% specificity and 63.0% accuracy. The chances of a patient with SpO2of less than 96% at the time of recovery to present combined events is three times higher than for patients whose SpO2is higher than 96%.

We observed that in the comparison between SpO2values in the three moments (at rest, 6MWT and recovery), in groups with and without a combined event, SpO2was lower, with a statistically significant difference, in the recovery period in the combined event group ( Figure 3 ).

Figure 3

– Box-plot with comparison of 6MWT oxygen saturation at rest, during the test and at recovery in groups with and without combined events.

Discussion

The present study identified that the preoperative SpO2variable after the 6MWT was the only independent predictor of association with the occurrence of postoperative complications in children and adolescents undergoing surgical correction of congenital heart disease, and that HRV was not capable of predicting the same association. These data suggest that measuring SpO2may be an important tool for postoperative prognosis. By observing low preoperative SpO2values, clinical actions can be taken to optimize cardiorespiratory function and, thus, possibly decrease combined events in this patient population.

In children, the 6MWT was the test of choice in relation to cardiopulmonary tests on treadmills or cycle ergometers for being easy to apply, safe, and not expensive, as it does not require expensive equipment nor highly trained professionals. Studies highlight that the lack of encouragement and overprotection in this patient population have negative impacts on their physical capacity and increase the risk of developing complications over time.

The assessment of the walking distance presented lower values than those presented by Geiger et al.[14] and Priesnitz et al.[15] in healthy children aged more than 8 years, indicating that children with congenital heart disease have lower physical capacity than those in the healthy population. However, the present study observed that the mean walking distance was similar between the patients who presented the occurrence of a combined event and those who progressed without complications.

Monitoring pulse oximetry during the 6MWT is not a standardized procedure; however, it may offer a better estimate of gas exchange during exercise, thus showing a better correlation with the prognosis. The mechanism of oxygen desaturation may be directly related to the cardiac defect that leads to increased vascular resistance, ventricular overload, especially of the right ventricle, resulting in reduced cardiac output. Oxygen desaturation during the 6MWT is well described in patients with Chronic obstructive pulmonary disease (COPD),[4 , 16] and interstitial lung disease,[17 , 18] but these data, to our knowledge, are not well described among chldren to determine prognosis in the postoperative period, and this study may encourage other studies.

Schaan et al.[19] evaluated the functional capacity of children and adolescents with congenital heart disease in a systematic review and meta-analyses, and found that the maximal oxygen consumption (VO2max) was the variable associated with low functional capacity, possibly being influenced by impaired chronotropic response. No measurement of pulse oximetry was reported in the presented studies.

These anatomical and pathophysiological changes may also be associated with decreased chronotropic response in this patient population. The need for reintervention is frequent and, consequently, the chances of desensitization of the β-adrenergic receptor may be directly related to altered autonomic regulation.[9 , 20] In the present study, 72% of the patients had already undergone previous cardiac surgery; however, no statistically significant differences were observed between the patients who did or did not present with postoperative complications.

In a study by Hami et al.,[21] in which HRV was evaluated in surgeries requiring atriotomy, the study was unable to demonstrate the influence of the surgical procedure associated with its reduction. This study observed that the Fontan procedure was the most frequent type of surgery, in 19.8% of the evaluated cases. Studies with these patients have shown a decline in physical capacity over time, attributed to reduced HRV.[22] The use of different techniques (atriopulmonary with lateral tunnel or extracardiac tube) for this procedure does not seem to interfere, at first, with the reduction in HRV. However, the technique using the extracardiac tube seems to preserve the sinoatrial node, reducing the risk of arrhythmias. Although the fenestration technique has reduced the occurrence of postoperative complications,[23] the reduction in SpO2remains a point of concern, as identified in our study.

The mortality rate in the present study was 6.2%, corroborating with other studies that showed an incidence between 3.6% and 15%. Approximately 66% of the patients were classified in Category 3 of RACHS-1, which, according to Jenkins et al.,[10] has a mortality rate of around 9.5%, confirming the complexity of heart diseases. All deaths that occurred in the ICU evolved from postoperative heart failure.

Finally, in this study, other variables were associated with postoperative complications. We identified that times of CPB, MV, ICU stay, hospital discharge and surgical procedure were significantly associated with the occurrence of combined outcomes. Giamberti et al.[24] described that severe morbidity is relatively frequent, and generally associated with the preoperative (high level of hematocrits due to cyanosis, congestive heart failure, and the number of previous operations) and operative (Fontan procedure/conversion and cardiopulmonary bypass duration) conditions of the patient. In fact, 84% of the patients with complications had undergone previous surgery and had more time of CPB, MV and length of hospital stay.

Our study has some potential limitations, such as including a heterogeneous sample and the non-inclusion of other variables, like nutritional status and cardiac function, which could explain the overall functional status of patients. In addition, the results cannot be generalized to other populations, since they were obtained at a single center.

Conclusion

In conclusion, the peripheral oxygen desaturation after the application of the 6MWT in the preoperative period seems to be an independent predictor of prognosis in children and adolescents undergoing surgical correction of congenital heart disease. The walked distance and the variables of heart rate variability did not present the same association.