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Influence of critical closing pressure on systemic vascular resistance and total arterial compliance: A clinical invasive study - 25/11/17

Doi : 10.1016/j.acvd.2017.03.008 
Denis Chemla a, b, c, , Edmund M.T. Lau d, Philippe Hervé e, Sandrine Millasseau f, Mabrouk Brahimi a, b, Kaixian Zhu a, b, Caroline Sattler a, b, c, Gilles Garcia a, b, c, Pierre Attal g, Alain Nitenberg a, b
a Service de physiologie, hôpital de Bicêtre, hôpitaux universitaires Paris-Sud, 94275 Le Kremlin-Bicêtre, France 
b Université Paris-Sud, 94275 Le Kremlin-Bicêtre, France 
c Inserm UMR_S999, LabEx Lermit, centre chirurgical Marie-Lannelongue, 92350 Le Plessis Robinson, France 
d Sydney medical school, university of Sydney, Camperdown, Australia 
e Departement de chirurgie thoracique, vasculaire et de transplantation pulmonaire, hôpital Marie-Lannelongue, 92350 Le Plessis Robinson, France 
f Pulse wave consulting, 95320 Saint-Leu-la-Forêt, France 
g Department of otolaryngology, head and neck surgery, Shaare-Zedek medical centre, Hebrew university medical school, Jerusalem, Israel 

Corresponding author. Service des explorations fonctionnelles cardiovasculaires, Broca 4, hôpital de Bicêtre, 78, rue du Général-Leclerc, 94275 Le Kremlin-Bicêtre, France.

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Summary

Background

Systemic vascular resistance (SVR) and total arterial compliance (TAC) modulate systemic arterial load, and their product is the time constant (Tau) of the Windkessel. Previous studies have assumed that aortic pressure decays towards a pressure asymptote (P∞) close to 0mmHg, as right atrial pressure is considered the outflow pressure. Using these assumptions, aortic Tau values of ∼1.5seconds have been documented. However, a zero P∞ may not be physiological because of the high critical closing pressure previously documented in vivo.

Aims

To calculate precisely the Tau and P∞ of the Windkessel, and to determine the implications for the indices of systemic arterial load.

Methods

Aortic pressure decay was analysed using high-fidelity recordings in 16 subjects. Tau was calculated assuming P∞=0mmHg, and by two methods that make no assumptions regarding P∞ (the derivative and best-fit methods).

Results

Assuming P∞=0mmHg, we documented a Tau value of 1372±308ms, with only 29% of Windkessel function manifested by end-diastole. In contrast, Tau values of 306±109 and 353±106ms were found from the derivative and best-fit methods, with P∞ values of 75±12 and 71±12mmHg, and with ∼80% completion of Windkessel function. The “effective” resistance and compliance were ∼70% and ∼40% less than SVR and TAC (area method), respectively.

Conclusion

We did not challenge the Windkessel model, but rather the estimation technique of model variables (Tau, SVR, TAC) that assumes P∞=0. The study favoured a shorter Tau of the Windkessel and a higher P∞ compared with previous studies. This calls for a reappraisal of the quantification of systemic arterial load.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Résumé

Contexte

La résistance vasculaire systémique (RVS) et la compliance artérielle totale (CAT) modulent la charge artérielle. Leur produit est la constante de temps (Tau) de la décroissance de la pression aortique diastolique selon le modèle du Windkessel. Les travaux antérieurs font l’hypothèse d’une asymptote de pression en débit nul (P∞) égale à 0mmHg, aboutissant à des valeurs de Tau d’environ 1,5 secondes. Une valeur nulle de P∞ n’est cependant pas physiologique.

Objectifs

Calculer précisément Tau et P∞ à l’aide de nouvelles méthodes numériques.

Méthodes

La pression aortique a été acquise par sondes haute-fidélité chez 16 patients. Tau a été d’abord calculée par la méthode semi-logarithmique en faisant l’hypothèse que P∞=0mmHg, puis par deux méthodes ne faisant pas d’hypothèse sur P∞ : la méthode des dérivées et la méthode du meilleur ajustement.

Résultats

En faisant l'hypotthèse P∞=0mmHg, la valeur de Tau est de 1372±308ms et l’utilisation de la fonction Windkessel en télé-diastole est très incomplète (29 %). Avec les méthodes des dérivées et du meilleur ajustement, Tau=306±109 et 353±106ms, respectivement, P∞=75±12 et 71±12mmHg, et la fonction Windkessel est utilisée à ∼80 % en télédiastole. Avec ces deux dernières méthodes, la résistance « effective » était ∼70 % plus basse que la RVS et la compliance ∼40 % plus basse que CAT (méthode des surfaces).

Conclusion

L’existence d’une pression critique de fermeture élevée pourrait être responsable d’une surestimation franche de la RVS (et à un moindre degré de CAT) par les méthodes classiques qui font l’hypothèse d’une pression d’aval négligeable.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Arterial Windkessel, Systemic vascular resistance, Total arterial compliance, Exponential aortic pressure decay

Mots clés : Windkessel artériel, Résistance vasculaire systémique, Compliance artérielle totale, Pression aortique diastolique

Abbreviations : Pd, Pes, Pm, P∞, SVR, TAC, Tau


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Vol 110 - N° 12

P. 659-666 - décembre 2017 Retour au numéro
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