Strain and conventional echocardiographic parameters as predictors of successful VA ECMO weaning

Introduction: Venoarterial extracorporeal membrane oxygenation (VA ECMO) is a type of temporary mechanical circulatory support and gas exchange device for acute cardiovascular and respiratory failure. The population of VA ECMO patients has high mortality rates. No protocol for VA ECMO weaning has been validated worldwide. The decision to wean a patient from VA ECMO is particularly challenging because it is necessary to understand whether the patient can survive without VA ECMO support, but it is also important to avoid any delays to reduce the risk of complications. Objectives: the aim of this pilot study was to assess whether strain obtained through speckle tracking could give additional information to hemodynamic, and conventional echocardiographic parameters in identifying patients who will develop adverse outcomes within 3 (± 1) months from VA ECMO removal. Methods: observational prospective pilot study delivered over 3 years at Royal Brompton and Harefield NHS Foundation Trust and Azienda Ospedaliera Universitaria Integrata Verona. The VA ECMO patients who underwent VA ECMO removal (not for palliation) after a VA ECMO weaning trial have been recruited and followed up. Conventional echocardiographic, haemodynamic and speckle tracking (strain) parameters of patients developing a composite clinical outcome (ClO+) within 3 (± 1) months post VA ECMO removal have been compared with those of patients free from clinical outcomes (ClO–). Furthermore, a sub-analysis on composite cardiac outcome (CaO) development and exploratory ROC analysis have been performed. Results: Over 3 years of recruitment, 92 VA ECMO patients have been screened. 21 patients met the eligibility criteria for the study. Of these, 19 patients could be analysed. 5 patients experienced the composite clinical outcome (3 had CaO, 2 were complicated by septic shock). At the lowest flow of VA ECMO support, the median ejection fraction (EF) of the ClO+ patients was 23.9% (IQR 15.4), conversely it was 45.8% (IQR 18.7) in ClO– patients (p = 0.06). Considering right ventricular (RV) function, strain and haemodynamic parameters, no significant differences were found between ClO+ and ClO– patients. The indexed end diastolic volume (iEDV) was significantly lower for ClO– patients compared to the others (respectively 44.7 ml m-2 IQR 17.9; 70.4 ml m-2 IQR 43.0, p < 0.01). Analysing the recruited patients on the basis of CaO development, the median iEDV remained significantly higher in CaO+ patients (112.5 ml min-1m-2 IQR 47.1; p = 0.01). Furthermore, the median circumferential strain was -5.6% (IQR 1.0) and the EF 23.0% (IQR 4.2) in CaO+ patients. Conversely, circumferential strain was -15.5% (IQR 6.5) and EF was 45.8% (IQR 15.6) in CaO– patients. Graphically organising the echocardiographic findings, it was possible to observe that compared to outcome free patients, the absolute values of EF and circumferential strain were lower in CaO+ , while RV free wall longitudinal strain was lower in ClO+ patients. At the ROC analysis, the best cut point to discriminate ClO+ patients and ClO– patients at the lowest flow of VA ECMO support was for EF 26.32% (AUC 0.79), for left ventricle outflow track velocity time integral 14.36cm, (AUC 0.78), for cardiac index 2.5ml min-1 m-2 (AUC 0.71) and for RV free wall longitudinal strain -12.0%. (AUC 0.75). Conclusions: the decision to wean a patient from VA ECMO is complex and require the assessment of multiple variables (echocardiographic, haemodynamic and respiratory). According to our analysis, large iEDV and low EF predispose to the ClO development. Furthermore, low values of circumferential strain and RV free wall longitudinal strain may be indicative of development of cardiac and clinical outcomes respectively. It is also important to discriminate the reasons for VA ECMO implantation and the causes of VA ECMO weaning failure to properly identify, in a future study, the predictors of VA ECMO weaning success.

Introduzione: Venoarterial extracorporeal membrane oxygenation (VA ECMO) è un tipo di supporto di circolo e respiratorio temporaneo usato in caso di gravi insufficienze cardiovascolari e respiratorie. La popolazione di pazienti (pz) supportati da VA ECMO ha un alto tasso di mortalità. Non esiste un protocollo di svezzamento da VA ECMO validato internazionalmente. La decisione di svezzare un pz da VA ECMO è complessa perché è necessario sia capire se il pz è in grado di sopravvivere senza VA ECMO, sia evitare qualsiasi ritardo nello svezzamento per ridurre il rischio di complicanze. Obiettivi: lo scopo di questo studio pilota era quello di valutare se lo strain ottenuto tramite speckle tracking fosse in grado di fornire delle informazioni aggiuntive ai parametri ecocardiografici convenzionali ed emodinamici nell’identificazione di pz che svilupperanno eventi avversi entro 3 (± 1) mesi dalla rimozione del VA ECMO. Metodi: studio pilota osservazionale prospettico condotto presso Royal Brompton and Harefield NHS Foundation Trust e l’Azienda Ospedaliera Universitaria Integrata Verona nell’arco di 3 anni. I pz supportati da VA ECMO sono stati screenati e quelli sottoposti a rimozione di VA ECMO (non per palliazione) dopo una prova di svezzamento sono stati reclutati nello studio e seguiti nel tempo. I valori dei parametri ecocardiografici convenzionali, emodinamici e speckle tracking (strain) dei pazienti che hanno sviluppato un outcome clinico composito (ClO+) entro 3 (± 1) mesi dalla rimozione di VA ECMO sono stati confrontati con quelli dei pz che non hanno sviluppato outcome (ClO–). Sono stati inoltre eseguite una sub-analisi sullo sviluppo di eventi cardiaci (CaO) e una analisi ROC. Risultati: nell’arco di 3 anni sono stati screenati 92 pz supportati da VA ECMO. 21 pz sono stati reclutati e, di questi, 19 analizzati. 5 pz sono risultati ClO+ (3 CaO+, 2 shock settici). Al più basso flusso di VA ECMO, la mediana della frazione di eiezione (EF) del gruppo di pz ClO+ era 23.9% (IQR 15.4), invece era pari al 45.8% (IQR 18.7) nei pz ClO– (p = 0.06). Considerando invece la funzione del ventricolo destro (RV), lo strain e i parametri emodinamici, non sono state riscontrate differenze significative tra i 2 gruppi di pz. Il volume telediastolico indicizzato (iEDV) era significativamente più basso nei pz ClO– rispetto ai pz ClO+ (44.7 ml m-2 IQR 17.9; 70.4 ml m-2 IQR 43.0, p < 0.01). Analizzando i pz reclutati sulla base dello sviluppo di CaO, la mediana dell’iEDV è significativamente più alta nel gruppo di pz CaO+ (112.5 ml min-1m-2 IQR 47.1; p = 0.01). Il valore mediano dello strain circonferenziale (circ.) era -5.6% (IQR 1.0) e quello della EF 23.0% (IQR 4.2) per i pz CaO+. Mentre, il valore mediano dello strain circ. era -15.5% (IQR 6.5) e quello della EF era 45.8% (IQR 15.6) per i pz CaO–. Organizzando graficamente i risultati è stato possibile osservare che, rispetto ai pz liberi da eventi, il valore assoluto della EF e dello strain circ. è minore nei pz CaO+, mentre è minore lo strain longitudinale della parete libera (long. FW) del RV nei pz ClO+. All’analisi ROC, i migliori cut point per discriminare i pz ClO+ da quelli ClO– erano per l’EF 26.32% (AUC 0.79), per l’integrale velocità tempo al tratto di efflusso del ventricolo sinistro 14.36cm, (AUC 0.78), per l’indice cardiaco 2.5ml min-1 m-2 (AUC 0.71) e per lo strain long. FW del RV -12.0%. (AUC 0.75). Conclusioni: la decisione di svezzare un pz da VA ECMO è complessa e richiede una valutazione multiparametrica. Sulla base del nostro studio, elevati valori di iEDV e basse EF predispongono allo sviluppo di outcome clinici, tuttavia anche valori bassi di strain circ. e di strain long. FW del RV possono essere indicativi di sviluppo di CaO e ClO rispettivamente. E’ fondamentale distinguere le ragioni per cui un VA ECMO viene impiantato e le cause di fallimento dello svezzamento per identificare correttamente, in uno studio futuro, i predittori di successo per lo svezzamento da VA ECMO.