Cardiopulmonary Test As A Component in the Diagnostic Algorithm for Heart Failure with Preserved Left Ventricular Ejection Fraction in Patients with Atrial Fibrillation

Cover Page

Cite item

Abstract

Background: Patients with heart failure with preserved ejection fraction account for more than half of all hospitalizations because of heart failure. On the other hand, atrial fibrillation and heart failure are quite often diagnosed together and one disease influences the development of the other. Timely and accurate diagnosis of heart failure with preserved ejection fraction is the basis for effective treatment of this category of patients. In 2019, the HFA-PEFF algorithm of diagnosis heart failure with preserved ejection fraction (including patients with atrial fibrillation) was proposed. However, the algorithm implies cardiac catheterization in patients at intermediate risk, which involves certain difficulties and cannot be used in routine practice. As an alternative to cardiac catheterization in the diagnosis of heart failure with preserved ejection fraction, we proposed a noninvasive diagnostic method — cardiopulmonary test. However, the value of cardiopulmonary test technique has not been conclusively studied, especially in patients with a combination of chronic heart failure and atrial fibrillation. Aim: The aim of the study was to evaluate the role of the cardiopulmonary test in the diagnosis of heart failure with preserved ejection fraction in patients with atrial fibrillation. Methods: 138 patients with atrial fibrillation were included in our study. Using HFA-PEFF algorithm (algorithm for diagnosis of heart failure with preserved left ventricular ejection fraction) all patients were initially divided into 3 groups: low probability of heart failure — 23 patients, intermediate probability — 96 and high probability — 19 patients. The stress-test allowed to precisely assess of patients at intermediate risk and finally form the groups: Group 1 without heart failure, 85 patients (61.6%); Group 2 patients with heart failure and preserved ejection fraction, 53 patients (38.4%). The next diagnostic stage was cardiopulmonary test. Results: During cardiopulmonary test, the anaerobic exercise threshold was 6.8 and 4.85 METs for the first and second groups, respectively (p <0.001), reflecting lower exercise tolerance in the second group of patients. Analysis of variance (ANOVA) demonstrated a statistically significant increase in pro-BNP levels with a decrease in peak VO2 (p <0.001). Also, analysis of variance demonstrated a significant statistical difference with respect to systolic pulmonary artery pressure in the subgroups with severely, moderately reduced oxygen consumption and in the group with normal peak VO2 (p=0.01). ROC analysis determined a peak VO2 of 20 ml/kg/min, above which the HFA-PEFF algorithm was unlikely to detect heart failure (AUC 0.73; confidence interval 0.65–0.82; p=0.043; sensitivity 85%; specificity 51%). Conclusion: The cardiopulmonary test is a reliable instrumental non-invasive method in the diagnosis of heart failure with preserved ejection fraction.

About the authors

Alexander S. Zotov

Federal Scientific and Clinical Center for Specialized Medical Assistance and Medical Technologies of the Federal Medical Biological Agency

Author for correspondence.
Email: zotov.alex.az@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-0494-0211
SPIN-code: 9315-6570

MD, PhD

Russian Federation, Moscow

Elena S. Gorbacheva

Federal Scientific and Clinical Center for Specialized Medical Assistance and Medical Technologies of the Federal Medical Biological Agency

Email: leave9@bk.ru
ORCID iD: 0000-0002-9266-356X
SPIN-code: 2351-1294
Russian Federation, Moscow

Irina A. Mandel

Federal Scientific and Clinical Center for Specialized Medical Assistance and Medical Technologies of the Federal Medical Biological Agency; I.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: irina.a.mandel@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-9437-6591
SPIN-code: 7778-2184

MD, PhD

Russian Federation, Moscow; Moscow

Emil R. Sakharov

Federal Scientific and Clinical Center for Specialized Medical Assistance and Medical Technologies of the Federal Medical Biological Agency

Email: sakharoom@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1057-2777
SPIN-code: 6744-9462
Russian Federation, Moscow

Oleg O. Shelest

Federal Scientific and Clinical Center for Specialized Medical Assistance and Medical Technologies of the Federal Medical Biological Agency

Email: toshelest@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0087-9049
SPIN-code: 1195-2022
Russian Federation, Moscow

Aleksandr V. Troitskiy

Federal Scientific and Clinical Center for Specialized Medical Assistance and Medical Technologies of the Federal Medical Biological Agency

Email: dr.troitskiy@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-2143-8696
SPIN-code: 2670-6662

MD, PhD, Dr. Sci. (Med.)

Russian Federation, Moscow

Robert I. Khabazov

Federal Scientific and Clinical Center for Specialized Medical Assistance and Medical Technologies of the Federal Medical Biological Agency

Email: khabazov119@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-6801-6568
SPIN-code: 8264-7791

MD, PhD, Dr. Sci. (Med.)

Russian Federation, Moscow

References

  1. Van Riet EE, Hoes AW, Wagenaar KP, et al. Epidemiology of heart failure: The prevalence of heart failure and ventricular dysfunction in older adults over time. A systematic review. Eur J Heart Failure. 2016;18(3):242–252. doi: 10.1002/ejhf.483
  2. Kotecha D, Chudasama R, Lane DA, et al. Atrial fibrillation and heart failure due to reduced versus preserved ejection fraction: A systematic review and meta-analysis of death and adverse outcomes. Int J Cardiol. 2016;(203):660–666. doi: 10.1016/j.ijcard.2015.10.220
  3. Hindricks G, Potpara T, Dagres N, et al. 2020 ESC Guidelines for the diagnosis and management of atrial fibrillation developed in collaboration with the European Association for Cardio-Thoracic Surgery (EACTS) The Task Force for the diagnosis and management of atrial fibrillation of the European Society of Cardiology (ESC) Developed with the special contribution of the European Heart Rhythm Association (EHRA) of the ESC. Eur Heart J. 2021;42(5):373–498. doi: 10.1093/eurheartj/ehaa612
  4. Gorenek B, Halvorsen S, Kudaiberdieva G, et al. Atrial fibrillation in acute heart failure: A position statement from the Acute Cardiovascular Care Association and European Heart Rhythm Association of the European Society of Cardiology. Eur Heart J Acute Cardiovasc Care. 2020;9(4):348–357. doi: 10.1177/2048872619894255
  5. Pieske B, Tschöpe C, De Boer RA, et al. How to diagnose heart failure with preserved ejection fraction: The HFA-PEFF diagnostic algorithm: A consensus recommendation from the Heart Failure Association (HFA) of the European Society of Cardiology (ESC). Eur Heart J. 2020;22(3):391–412. doi: 10.1002/ejhf.1741
  6. Paulus WJ. H2FPEF score: at last, a properly validated diagnostic algorithm for heart failure with preserved ejection fraction. Circulation. 2018;138(9):871–873. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.118.035711
  7. Постникова Л.Б., Гудим А.Л., Костров В.А., и др. Диагностические возможности кардиопульмонального нагрузочного тестирования у пациентов с саркоидозом // Пульмонология. 2019. Т. 28, № 6. С. 736–745. [Postnikova LB, Gudim AL, Kostrov VA, et al. Diagnostic possibilities of cardiopulmonary stress testing in patients with sarcoidosis. Pulmonology. 2019;28(6):736–745. (In Russ).] doi: 10.18093/0869-0189-2018-28-6-736-745
  8. Reddy YN, Olson TP, Obokata M, et al. Hemodynamic correlates and diagnostic role of cardiopulmonary exercise testing in heart failure with preserved ejection fraction. JACC: Heart Failure. 2018;6(8):665–675. doi: 10.1016/j.jchf.2018.03.003
  9. Кропотов С.П., Кабанов М.В., Мордовин И.С., и др. Нагрузочные протоколы при тестировании физической работоспособности методом спироэргометрии // Биотехносфера. 2014. № 1-2. С. 12–17. [Kropotov SP, Kabanov MV, Mordovin IS, et al. Load protocols for testing physical performance by the method of spiroergometry. Biotechnosphere. 2014;(1-2):12–17. (In Russ).]
  10. Ross RM. ATS/ACCP statement on cardiopulmonary exercise testing. Am J Res Critical Care Med. 2003;167(10):1451; author reply 1451. doi: 10.1164/ajrccm.167.10.950
  11. Rassouli F, Thurnheer R. Spiroergometrie--indikation, durchführung und interpretation. Swiss Med Forum. 2015; 15(1415):315–321. doi: 10.4414/smf.2015.02227
  12. McDonagh TA, Metra M, Adamo M, et al. ESC Guidelines for the diagnosis and treatment of acute and chronic heart failure: Developed by the Task Force for the diagnosis and treatment of acute and chronic heart failure of the European Society of Cardiology (ESC) with the special contribution of the Heart Failure Association (HFA) of the ESC. Eur Heart J. 2022;24(1): 4–131. doi: 10.1002/ejhf.2333
  13. Ibrahim NE, Burnett JC, Butler J, et al. Natriuretic peptides as inclusion criteria in clinical trials: A JACC: heart failure position paper. Heart Failure. 2020;8(5):347–358. doi: 10.1016/j.jchf.2019.12.010
  14. Go AS, Mozaffarian D, Roger VL, et al. Executive summary: Heart disease and stroke statistics-2014 update: A report from the American Heart Association. Circulation. 2014;129(3): 399–410. doi: 10.1161/01.cir.0000442015.53336.12
  15. Owan TE, Hodge DO, Herges RM, et al. Trends in prevalence and outcome of heart failure with preserved ejection fraction. New En J Med. 2006;355(3):251–259. doi: 10.1056/NEJMoa052256
  16. Mountantonakis SE, Grau-Sepulveda MV, Bhatt DL, et al. Presence of atrial fibrillation is independently associated with adverse outcomes in patients hospitalized with heart failure: An analysis of get with the guidelines-heart failure. Circ Heart Fail. 2012;5(2):191–201. doi: 10.1161/CIRCHEARTFAILURE.111.965681
  17. Kotecha D, Chudasama R, Lane DA, et al. Atrial fibrillation and heart failure due to reduced versus preserved ejection fraction: A systematic review and meta-analysis of death and adverse outcomes. Int J Cardiol. 2016;(203):660–666. doi: 10.1016/j.ijcard.2015.10.220
  18. Khazanie P, Liang L, Qualls LG, et al. Outcomes of medicare beneficiaries with heart failure and atrial fibrillation. JACC Heart Fail. 2014;2(1):41–48. doi: 10.1016/j.jchf.2013.11.002
  19. Kelly JP, DeVore AD, Wu J, et al. Rhythm control versus rate control in patients with atrial fibrillation and heart failure with preserved ejection fraction: insights from get with the guidelines--heart failure. J Am Heart Association. 2019;8(24): e011560. doi: 10.1161/JAHA.118.011560

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Diagnostic algorithm of heart failure with preserved ejection fraction in patients with atrial fibrillation. CH — heart failure.

Download (1MB)
3. Fig. 2. Relationship between peak oxygen consumption and NT-proBNP levels (mean values) (p <0,001). NT-proBNP — N-terminal brain prohormone natriuretic peptide; VO2 — oxygen consumption.

Download (1MB)
4. Fig. 3. Relationship between peak oxygen consumption and pulmonary artery pressure (p=0.01, Scheffe test). ФП — atrial fibrillation.

Download (1MB)
5. Fig. 4. Diagnosis of heart failure by peak oxygen consumption (VO2).

Download (1MB)
6. Fig. 5. Algorithm for diagnosing heart failure [5]: Use of cardiopulmonary testing to confirm heart failure in patients with atrial fibrillation. СН — heart failure; ОТС — is the relative wall thickness; ЛЖ — left ventricle; e' — early diastolic speed of the mitral ring; E/e' — ratio of peak velocities of early transmitral blood flow and early diastolic movement of the mitral ring; ИММЛЖ — left ventricular myocardial mass index; МЖП — interventricular septum; ЗСЛЖ — posterior wall of the left ventricle; pro-BNP — brain natriuretic peptide; VO2 — oxygen consumption; VE/VCO2 — minute ventilation/carbon dioxide production.

Download (1MB)

Copyright (c) 2023 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».