Wall Stress

7/29/2019 Wall Stress

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W a l l S t r e s s a n d P a t t e r n s o f H y p e r t r o p h yi n t h e Human L e f t V e n t r i c l eW I L L I A M G R O S S M A N , DONALD J O N E S , a n d LAMBERT P . MCLAURINFrom t h e C . V . R i c h a r d s o n C a r d i a c C a t h e t e r i z a t i o n L a b o r a t o r y a n d t h eD e p a r t m e n t o f M e d i c i n e , U n i v e r s i t y o f N o r t h C a r o l i n a S c h o o l o f M e d i c i n e ,C h a p e l H i l l , N o r t h C a r o l i n a 2 7 5 1 4

A B S T R A C T I t i s g e n e r a l l y r e c o g n i z e d t h a t c h r o n i cl e f t v e n t r i c u l a r ( L V ) p r e s s u r e o v e r l o a d r e s u l t s p r i -m a r i l y i n w a l l t h i c k e n i n g a n d c o n c e n t r i c h y p e r t r o p h y ,w h i l e c h r o n i c L V v o l u m e o v e r l o a d i s c h a r a c t e r i z e d b yc h a m b e r e n l a r g e m e n t a n d a n e c c e n t r i c p a t t e r n o f h y p e r -t r o p h y . To a s s e s s t h e p o t e n t i a l r o l e o f t h e h e m o d y n a m i cf a c t o r s w h i c h m i g h t a c c o u n t f o r t h e s e d i f f e r e n t p a t t e r n so f h y p e r t r o p h y , we m e a s u r e d L V w a l l s t r e s s e s t h r o u g h -o u t t h e c a r d i a c c y c l e i n 3 0 p a t i e n t s s t u d i e d a t t h e t i m eo f c a r d i a c c a t h e t e r i z a t i o n . T h e s t u d y g r o u p c o n s i s t e d o f6 s u b j e c t s w i t h L V p r e s s u r e o v e r l o a d , 1 8 w i t h L V v o l -um e o v e r l o a d , a n d 6 w i t h n o e v i d e n c e o f h e a r t d i s e a s e( c o n t r o l ) . L V p r e s s u r e , m e r i d i o n a l w a l l s t r e s s ( T m ) ,w a l l t h i c k n e s s ( h ) , a n d r a d i u s ( R ) w e r e m e a s u r e d i ne a c h p a t i e n t t h r o u g h o u t t h e c a r d i a c c y c l e . F o r p a t i e n t sw i t h p r e s s u r e o v e r l o a d , L V p e a k s y s t o l i c a n d e n d d i a -s t o l i c p r e s s u r e s w e r e s i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e d ( 2 2 0 6 /2 3 3 mm Hg) c o m p a r e d t o c o n t r o l ( 1 1 7 + 7 / 1 0 + 1 mmH g , P < 0 . 0 1 f o r e a c h ) . H o w e v e r , p e a k s y s t o l i c a n de n d d i a s t o l i c a m w e r e n o r m a l ( 1 6 1 2 4 / 2 3 3 X 1 0 ' d y n /c m 2 ) c o m p a r e d t o c o n t r o l ( 1 5 1 1 4 / 1 7 2 X 1 0 ' d y n /cm , N S ) , r e f l e c t i n g t h e f a c t t h a t t h e p r e s s u r e o v e r l o a dw a s e x a c t l y c o u n t e r b a l a n c e d b y i n c r e a s e d w a l l t h i c k -n e s s ( 1 . 5 0 . 1 cm f o r p r e s s u r e o v e r l o a d v s . 0 . 8 0 . 1 cmf o r c o n t r o l , P < 0 . 0 1 ) . F o r p a t i e n t s w i t h v o l u m e o v e r -l o a d , p e a k s y s t o l i c Y m w a s n o t s i g n i f i c a n t l y d i f f e r e n t f r o mc o n t r o l , b u t e n d d i a s t o l i c o m w a s c o n s i s t e n t l y h i g h e rt h a n n o r m a l ( 4 1 3 X 1 0 ' d y n / c m 2 f o r v o l u m e o v e r l o a d ,1 7 2 X 1 0 ' d y n / c m 2 f o r c o n t r o l , P < 0 . 0 1 ) . L V p r e s -s u r e o v e r l o a d w a s a s s o c i a t e d w i t h c o n c e n t r i c h y p e r -t r o p h y , a n d a n i n c r e a s e d v a l u e f o r t h e r a t i o o f w a l l t h i c k -n e s s t o r a d i u s ( h / R r a t i o ) . I n c o n t r a s t , LV v o l u m e

D r . M c L a u r i n i s t h e r e c i p i e n t o f S p e c i a l R e s e a r c h F e l -l o w s h i p 1 - F 0 3 - H L 5 5 2 4 3 - 0 1 f r o m t h e N a t i o n a l H e a r t a n dL u n g I n s t i t u t e .R e c e i v e d f o r p u b l i c a t i o n 2 2 O c t o b e r 1 9 7 4 a n d i n r e v i s e df o r m 1 4 M a r c h 1 9 7 5 .

o v e r l o a d w a s a s s o c i a t e d w i t h e c c e n t r i c h y p e r t r o p h y , a n da n o r m a l h / R r a t i o . T h e s e d a t a s u g g e s t t h e h y p o t h e s i st h a t h y p e r t r o p h y d e v e l o p s t o n o r m a l i z e s y s t o l i c b u t n o td i a s t o l i c w a l l s t r e s s . We p r o p o s e t h a t i n c r e a s e d s y s t o l i ct e n s i o n d e v e l o p m e n t b y m y o c a r d i a l f i b e r s r e s u l t s i n f i b e rt h i c k e n i n g j u s t s u f f i c i e n t t o r e t u r n t h e s y s t o l i c s t r e s s( f o r c e p e r u n i t c r o s s - s e c t i o n a l a r e a ) t o n o r m a l . I n c o n -t r a s t , i n c r e a s e d r e s t i n g o r d i a s t o l i c t e n s i o n a p p e a r s t or e s u l t i n g r a d u a l f i b e r e l o n g a t i o n o r l e n g t h e n i n g w h i c hi m p r o v e s e f f i c i e n c y o f t h e v e n t r i c u l a r c h a m b e r b u t c a n -n o t n o r m a l i z e t h e d i a s t o l i c w a l l s t r e s s .

INTRODUCTIONI t i s g e n e r a l l y a s s u m e d t h a t h y p e r t r o p h y o f c a r d i a cm u s c l e i s a u s e f u l p h y s i o l o g i c a d a p t a t i o n w h i c h d e v e l o p sw h e n a n i n c r e a s e d w o r k l o a d i s c h r o n i c a l l y i m p o s e d o nt h e m y o c a r d i u m ( 1 ) . A l t h o u g h t h e h y p e r t r o p h i e d m y o -c a r d i u m ma y a l l o w m a i n t e n a n c e o f a d e q u a t e c a r d i a cc o m p e n s a t i o n f o r m a n y y e a r s , e v e n t u a l l y i t b e c o m e s i n -c a p a b l e o f m e e t i n g t h e i n c r e a s e d w o r k l o a d i m p o s e du p o n i t , a n d h e a r t f a i l u r e e n s u e s . F o r t h i s r e a s o n , i t h a sb e e n s u g g e s t e d t h a t m y o c a r d i a l h y p e r t r o p h y may b ec o n s i d e r e d t h e i n t e r f a c e b e t w e e n t h e n o r m a l a n d f a i l i n gh e a r t ( 2 ) .

B e f o r e h e a r t f a i l u r e o c c u r s , h y p e r t r o p h y h a s g e n e r -a l l y b e c o m e w e l l d e v e l o p e d a n d m o r e o v e r i t a p p e a r s t oh a v e d e v e l o p e d i n a p a t t e r n u n i q u e t o t h e i n c i t i n g s t r e s s .T h u s c o n c e n t r i c h y p e r t r o p h y i s s e e n i n a o r t i c s t e n o s i sa n d h y p e r t e n s i o n ( 1 , 3 - 5 ) , e c c e n t r i c 1 h y p e r t r o p h y i na o r t i c o r m i t r a l i n s u f f i c i e n c y ( 1 , 3 ) , a n d a s y m m e t r i ch y p e r t r o p h y i n i d i o p a t h i c h y p e r t r o p h i c s u b a o r t i c s t e n o s i s( 6 ) . A l t h o u g h f a c t o r s w h i c h may a c t a s s t i m u l i t oc a r d i a c h y p e r t r o p h y h a v e b e e n e x t e n s i v e l y s t u d i e d i n

' S o t e r m e d b e c a u s e t h e c a v i t y e n l a r g e s l a t e r a l l y i n t h ec h e s t , a n d b e c o m e s e c c e n t r i c w i t h r e g a r d t o i t s n o r m a lp o s i t i o n ( 4 ) .T h e J o u r n a l o f C l i n i c a l I n v e s t i g a t i o n V o l u m e 5 6 J u l t 1 9 7 5 . 5 6 - 6 46


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t h e e x p e r i m e n t a l a n i m a l ( 2 , 7 - 1 0 ) , l i t t l e i s known a b o u tf a c t o r s w h i c h i n f l u e n c e t h e p a t t e r n o f h y p e r t r o p h y i ne i t h e r a n i m a l s o r man ( 3 - 5 , 1 1 ) . The p r e s e n t s t u d y w a su n d e r t a k e n t o e x a m i n e t h e r o l e o f a l t e r a t i o n s i n d i a -s t o l i c a n d s y s t o l i c w a l l s t r e s s e s i n i n f l u e n c i n g t h e p a t -t e r n a n d e x t e n t o f l e f t v e n t r i c u l a r ( L V ) 2 h y p e r t r o p h yi n m a n .

METHODS3 0 p a t i e n t s u n d e r g o i n g c o m p l e t e l e f t a n d r i g h t h e a r t c a t h e -t e r i z a t i o n f o r d i a g n o s t i c p u r p o s e s f o r m e d t h e s t u d y p o p u l a -t i o n . I n c l u d e d w e r e 1 8 p a t i e n t s w i t h L V v o l u m e o v e r l o a d , 6p a t i e n t s w i t h p r e s s u r e o v e r l o a d , a n d 6 p a t i e n t s w i t h n oh e m o d y n a m i c o r a n g i o g r a p h i c e v i d e n c e o f h e a r t d i s e a s e ,w h o s e r v e d a s n o r m a l c o n t r o l s . D i a g n o s t i c a n d h e m o d y -n a m i c d a t a f o r e a c h p a t i e n t a r e d e t a i l e d i n T a b l e I . A tt h e t i m e o f c a r d i a c c a t h e t e r i z a t i o n , a l l p a t i e n t s w e r e w e l lc o m p e n s a t e d w i t h r e g a r d t o c o n g e s t i v e h e a r t f a i l u r e , w i t ht h e e x c e p t i o n o f v o l u m e o v e r l o a d p a t i e n t s 4 , 7 , a n d 1 2 ,w h o s e d a t a a r e g i v e n i n T a b l e I . P a t i e n t s 4 a n d 1 2 h a d* p e r s i s t e n t s e v e r e o r t h o p n e a a n d p a r o x y s m a l n o c t u r n a ld y s p n e a d e s p i t e d i g i t a l i s a n d d i u r e t i c t r e a t m e n t , a n d p a t i e n t7 w a s d e c o m p e n s a t e d f r o m a c u t e a o r t i c i n s u f f i c i e n c y s e c -o n d a r y t o b a c t e r i a l e n d o c a r d i t i s .C a t h e t e r i z a t i o n w a s c a r r i e d o u t i n t h e f a s t i n g s t a t e a f t e rd i a z e p a m ( 5 - 1 0 mg i . m . ) p r e m e d i c a t i o n . B r a c h i a l a r t e r i -o t o m y a n d r e t r o g r a d e l e f t h e a r t c a t h e t e r i z a t i o n w e r e p e r -f o r m e d w i t h s t a n d a r d n o . 8 F r e n c h c a t h e t e r s i n 1 8 p a t i e n t s ,a n d w i t h h i g h f i d e l i t y m i c r o m a n o m e t e r - t i p p e d c a t h e t e r s( M i k r o t i p , M i l l a r I n s t r u m e n t s , H o us t o n , T e x . ) i n 1 2 p a -t i e n t s . F r e q u e n c y r e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e s t a n d a r df l u i d - f i l l e d c a t h e t e r s y s t e m u s e d i n o u r l a b o r a t o r y h a v e b e e np r e v i o u s l y r e p o r t e d ( 1 2 ) ; t h e u n d a m p e d n a t u r a l f r e q u e n c yi s 3 1 H z , a n d t h e d a m p i n g s y s t e m u s e d g i v e s a m e a s u r e dd a m p i n g c o e f f i c i e n t o f 0 . 6 0 3 , i n d i c a t i n g a f r e q u e n c y r e s p o n s ef l a t t o a p p r o x i m a t e l y 2 5 H z . Z e r o r e f e r e n c e f o r p r e s s u r em e a s u r e m e n t w a s t a k e n a s t h e m i d c h e s t w i t h t h e p a t i e n ts u p i n e . L V c i n e a n g i o g r a p h y w a s p e r f o r m e d i n e a c h s t u d y ,a n d p a t i e n t s w i t h r e g i o n a l a b n o r m a l i t i e s o f c o n t r a c t i o n w e r ee x c l u d e d .I m m e d i a t e l y b e f o r e a n g i o g r a p h y a s i m u l t a n e o u s s t r i pc h a r t r e c o r d i n g o f e l e c t r o c a r d i o g r a m ( E C G ) , L V p r e s s u r e ,a n d u l t r a s o n i c a l l y d e t e r m i n e d s e p t a l a n d p o s t e r i o r w a l l m o -t i o n ( F i g . 1 ) i n t h e p l a n e o f t h e m i t r a l v a l v e ( r e c o r d e dw i t h a n E k o l i n e 2 0 - A u l t r a s o n o s c o p e [ S m i t h K l i n e I n -s t r u m e n t s , P a l o A l t o , C a l i f . ] i n t e r f a c e d t o a D R - 1 2 r e -c o r d e r [ E l e c t r o n i c s f o r M e d i c i n e , I n c . , W h i t e P l a i n s ,N . Y . ] ) w a s o b t a i n e d a s p r e v i o u s l y d e s c r i b e d f r o m t h i sl a b o r a t o r y ( 1 3 - 1 6 ) . T h e u s e o f p u l s e d r e f l e c t e d u l t r a -s o u n d t o m e a s u r e L V d i m e n s i o n s a n d w a l l t h i c k n e s s i n ma nh a s b e e n v a l i d a t e d no w b y s e v e r a l i n v e s t i g a t o r s ( 1 7 - 2 3 ) ,a n d i s d i s c u s s e d i n d e t a i l i n t h e D i s c u s s i o n s e c t i o n . I n t h i ss t u d y , t h e L V i n t e r n a l d i a m e t e r , D , w a s m e a s u r e d a s t h ev e r t i c a l d i s t a n c e b e t w e e n e c h o e s f r o m t h e e n d o c a r d i a l s u r -f a c e s o f t h e i n t e r v e n t r i c u l a r s e p t u m a n d L V p o s t e r i o r w a l l ,a n d p o s t e r i o r w a l l t h i c k n e s s , h , w a s m e a s u r e d a s t h e d i s -t a n c e b e t w e e n e n d o c a r d i a l a n d e p i c a r d i a l e c h o e s o n t h e u l t r a -s o n i c t r a c i n g ( F i g . 1 ) . L V m a s s i n d e x w a s e s t i m a t e d f o re a c h p a t i e n t f r o m D a n d h a c c o r d i n g t o t h e m e t h o d o f T r o y ,P o m b o , a n d R a c k l e y ( 2 4 ) . T h i s m e t h o d h a s b e e n r e p o r t e d

2 A b b r e v i a t i o n s u s e d i n t h i s p a p e r : ECG, e l e c t r o c a r d i o -g r a m ; h , l e f t v e n t r i c u l a r w a l l t h i c k n e s s ; L V , l e f t v e n t r i c u -l a r ; a m , m e r i d i o n a l w a l l s t r e s s .

SEPTUM

E D D'TL VPpW E N D O C A R D I U M + .W L E P I C A R D I U M h

P E R I C A R D l U M

~ w FF I G U R E 1 S t r i p c h a r t r e c o r d i n g o f L V p r e s s u r e ( L V P )a n d s i m u l t a n e o u s u l t r a s o n i c t r a c i n g o f L V s e p t u m a n d p o s -t e r i o r w a l l (PW) e n d o c a r d i u m a n d e p i c a r d i u m i n a p a t i e n tw i t h m i t r a l i n s u f f i c i e n c y a r o u n d t h e b a s e o f a p r o s t h e t i cv a l v e . L V c h a m b e r d i a m e t e r i s m e a s u r e d a s t h e d i s t a n c eb e t w e e n s e p t a l a n d PW e n d o c a r d i a l s u r f a c e s , a n d t h e e n dd i a s t o l i c d i a m e t e r i s i l l u s t r a t e d a s E DD. L V w a l l t h i c k n e s s ,h , i s m e a s u r e d a s t h e d i s t a n c e b e t w e e n PW e n d o c a r d i a l a n de p i c a r d i a l s u r f a c e s . S e e t e x t f o r d e t a i l s o f t e c h n i q u e . L VPi s m e a s u r e d w i t h a m i c r o m a n o m e t e r - t i p p e d c a t h e t e r .b y t h e m t o s h o w e x c e l l e n t c o r r e l a t i o n w i t h L V m a s s c a l -c u l a t e d f r o m b i p l a n e L V a n g i o g r a m s .T h e o r e t i c c o n s i d e r a t i o n s a n d c a l c u l a t i o n s . L V w a l l s t r e s si s a f u n c t i o n o f c h a m b e r s i z e a n d c o n f i g u r a t i o n , t h i c k n e s so f t h e v e n t r i c u l a r w a l l , a n d i n t r a v e n t r i c u l a r p r e s s u r e . F o re i t h e r a n e l l i p s o i d a l o r a s p h e r i c a l m o d e l , a n a v e r a g em e r i d i o n a l s t r e s s ( O a . ) c a n b e d e f i n e d ( F i g . 2 ) a s t h e f o r c ep e r u n i t a r e a a c t i n g a t t h e m i d p l a n e t o t h e h e a r t , i n t h ed i r e c t i o n o f t h e a p e x t o b a s e l e n g t h ( 2 5 ) . A s s e e n i n F i g . 2t h i s may b e d e r i v e d b y e q u a t i n g t h e m e r i d i o n a l w a l l f o r c e s( ( T m X 7 r [ R 2 -R 2 ] ) t o t h e p r e s s u r e l o a d i n g ( P 7 r R 2 ) ,s i n c e t h e s e m u s t b e e x a c t l y e q u a l i f t h e v e n t r i c l e i s t o h o l dt o g e t h e r . T h u s ,

U m X 7 r ( R 0 2 -R 2 ) = P r R , 2 ,U m = PR 2 I R 2 - R , 2 ) ,

a n d i f ( R - R j ) = h , t h e w a l l t h i c k n e s s , t h e nPR 2 P R i

(R o - R ) ( R o + R j ) 2 h ( 1 + h / 2 R i ) '

( 1 )( 2 )

( 3 )T h u s , a n a v e r a g e m e r i d i o n a l o r l o n g i t u d i n a l s t r e s s may b ec a l c u l a t e d t h r o u g h o u t t h e c a r d i a c c y c l e f r o m t h e c o m b i n e du l t r a s o n i c a n d h e m o d y n a m i c d a t a d e s c r i b e d a b o v e w h i c hm a k e a v a i l a b l e s i m u l t a n e o u s L V p r e s s u r e , w a l l t h i c k n e s s( h ) , a n d r a d i u s ( D / 2 ) . I t s h o u l d b e p o i n t e d o u t t h a t t h e r ea r e t w o s t r e s s e s a c t i n g a t t h e e q u a t o r i a l p l a n e i l l u s t r a t e d i nF i g . 2 ; t h e m e r i d i o n a l s t r e s s , a c t i n g p a r a l l e l t o t h e l o n g

W a l l S t r e s s a n d P a t t e r n s o f H y p e r t r o p h y i n t h e Human L e f t V e n t r i c l e

L - % - \j '. " l i p -

5 7


3/9

C 7 m ( R R 2 2 ) R o. R i h .

O m 7 r ( R R D )P R ?o m = P R i / 2 h ( O + h / 2 R i )

F I G U R E 2 D i a g r a m m a t i c r e p r e s e n t a t i o n o f an i d e a l i z e d LVc h a m b e r i n c o r o n a l s e c t i o n , l o o k i n g f r o m t h e f r o n t ( l e f t )a n d a b o v e ( r i g h t ) . W a l l t h i c k n e s s ( h ) , i n n er r ad i u s ( R , ) ,a n d o u t e r r a d i u s ( R . ) a r e r e q u i r e d t o c a l c u l a t e m e r i d i o n a lw a l l s t r e s s ( a . ) . T h i s i s a c c o m p l i s h e d b y e q u a t i n g t h em e r i di o n al w a ll f o r c e s ( a m X r [ R . 2 - R i f ] ) t o t h e pressurel o a d i n g ( P i r R 2 ) , s i n c e t h e s e must b e e x ac t ly e q ua l i f t h ev e n t r i c l e i s t o h o l d t o g e t h e r . T h e same c a l c u l a t i o n a p p l i e sf o r e i t h e r a n e l l i p s o i d a l o r a s p h e r i c a l m o d e l . S e e t e x t f o rd e t a i l s .a x i s , a n d t h e c i r c u m f e r e n t i a l s t r e s s a c t i n g p e r p e n d i c u l a r t ot h e l o n g a x i s . F o r a s p h e r i c a l m o d e l , t h e tw o ar e e q u a l ,w h i l e f o r an e l l i p s o i d a l m o d e l t h e c i r c u m f e r e n t i a l s t r e s st e n d s t o b e l a r g e r t h a n t h e m e r i d i o n a l s t r e s s .L V m e r i d i o n a l s t r e s s ( a m ) was c a l c u l a t e d t h r o u g h o u tt h e c a r d i a c c y c l e i n e a c h o f t h e 3 0 s u b j e c t s b y u s i n g E q . 3a n d v a l u e s f o r P . h , a n d R , o b t a i n e d a t 2 0 - m s i n t e r v a l s .E n d d i a s t o l i c m e a s u r e m e n t s w e r e t a k e n a t t h e t i m e o f t h ep e a k o f t h e R wave o f t h e E C G , w h i l e p e a k s y s t o l i c amwas d e t e r m i n e d as t h e h i g h e s t v a l u e f o r am o c c u r r i n g i ns y s t o l e . I t s h o u l d b e e m p h a s i z e d t h a t p e a k s y s t o l i c a . m usu-a l l y o c c u r r e d e a r l y i n e j e c t i o n ( w i t h i n 4 0 - 6 0 ms o f a o r t icv a l v e o p e n i n g ) a n d was q u i t e d i f f e r e n t f r o m e n d s y s t o l i ca m , w h i c h was o f much s m a l l e r m a g n i t u d e . M e an s y s t o l i cam w as a l s o d e t e r m i n e d f o r e a c h s u b j e c t b y a v e r a g i n g v a l u e sf o r am f r o m e n d d i a s t o l e t o e n d s y s t o l e . M e a s u r e m e n t s w e r ea v e r a g e d over a t l e a s t 3 - 5 b e a t s f o r e a c h p a t i e n t , an d o v e ran e n t i r e r e s p i r a t o r y c y c l e i f s i g n i f i c a n t r e s p i r a t o r y v a r i a t i o ni n pressures w as o b s e r v e d . S t a t i s t i c a l a n a l y s i s w as c a r r i e do u t b y u s i n g t h e s t a n d a r d u n p a i r e d t t e s t f o r a n a l y s i s o fv a r i a n c e ( 2 6 ) .V a l i d i t y o f t h e m e t h o d . To v a l i d a t e t h e s t r e s s measure-m e n t s m a d e b y t h i s c o m b i n e d h e m o d y n a m i c - u l t r a s o n i c t e c h -n i q u e , we m e a s u r e d m e r i d i o n a l s t r e s s u s i n g a ng i o g r ap h i cd a t a t h r o u g h o u t t h e c a r d i a c c y c l e i n r e p r e s e n t a t i v e normals u b j e c t s as w e l l as t h o s e w i t h volume o v e r l o a d o r p r e s s u r eo v e r l o a d o f t h e l e f t v e n t r i c l e ( 2 7 ) . A n g i o g r a p h i c w a l lt h i c k n e s s , l o n g a x i s , and mi no r a x i s w e r e measured fromLV c i n e a n g i o g r a m s t a k e n i n t h e r i g h t a n t e r i o r o b l i q u ep r o j e c t i o n , a n d c o r r e c t e d f o r m a g n i f i c a t i o n b y u s e o f ac a l i b r a t e d g r i d . M e r i d i o n a l w a l l s t r e s s w as c a l c u l a t e d byu s i n g E q . 3 a b o v e . I t s h o u l d b e r e c o g n i z e d t h a t minor a x i sa n d w a l l t h i c k n e s s measured b y e c h o c a r d i o g r a m b e s t c o r r e -s p o n d a n a t o m i c a l l y t o t h o s e seen i n a l e f t a n t e r i o r o b l i q u e

a n g i o g r a m . A g r e e m e n t o f e c h o c a r d i o g r a p h i c a n d a n g i o -g r a p h i c m e a s u r e m e n t s t h e r e f o r e d e p e n d s n o t o n l y o n t h ev a l i d i t y o f b o t h m e t h o d s , b u t o n t h e p r e s e n c e o f v e n t r i c u l a rs y m m e t r y w i t h r e g ar d t o m i n o r a x i s a n d w a l l t h i c k n e s s .G o o d a g r e e m e n t o f t h e m e t h o d s w a s o b s e r v e d , w i t h c o r r e l a -t i o n c o e f f i c i e n t s f o r e c h o c a r d i o g r a p h i c a n d a n g i o g r a p h i cm e a s u r e m e n t s a v e r a g i n g 0 . 9 1 f o r d i a m e t e r s , 0 . 8 1 f o r w a l lt h i c k n e s s , a n d 0 . 9 6 f o r m e r i d i o n a l w a l l s t r e s s ( 2 7 ) . A ne x a m p l e o f w a l l s t r e s s m e a s u r e m e n t s t h r o u g h o u t t h e c a r d i a cc y c l e i n a r e p r e s e n t a t i v e n o r m a l s u b j e c t i s s h o w n i n F i g . 3 .A l t h o u g h t h e a n g i o g r a p h i c d a t a w a s u s e d a s a r e f e r e n c es t a n d a r d , we f e e l t h a t i t i s i m p o r t a n t t o p o i n t o u t t h a t t h es t r e s s c a l c u l a t i o n s m a d e b y u s i n g t h e h e m o d y n a m i c - u l t r a -s o n i c t e c h n i q u e may b e s u p e r i o r i n t h e i r p h y s i o l o g i c a c c u -r a c y t o t h e s o c a l l e d " r e f e r e n c e " s t a n d a r d . F i r s t , t h e h e m o -d y n a m i c a n d u l t r a s o n i c d a t a a r e o b t a i n e d s i m u l t a n e o u s l y( F i g . 1 ) , a l l o w i n g t r u l y i n s t a n t a n e o u s p r e s s u r e - d i a m e t e r -w a l l t h i c k n e s s m e a s u r e m e n t s f o r c a l c u l a t i o n o f s t r e s s . F o rt h e a n g i o g r a p h i c d a t a , d i a m e t e r a n d w a l l t h i c k n e s s m e a s u r e -m e n t s f r o m t h e l e f t v e n t r i c u l o g r a m a r e m a t c h e d u p w i t hp r e s s u r e m e a s u r e m e n t s m a d e a t a n e a r l i e r t i m e . S l i g h t v a r i -a t i o n s i n c y c l e l e n g t h , e j e c t i o n t i m e , a n d s y s t o l i c a n d d i a s -t o l i c L V p r e s s u r e s may s i g n i f i c a n t l y a f f e c t t h e c o m p a r a -b i l i t y o f t h e s e m e as u r e m e nt s . F u rt h e r m o r e , t h e i n j e c t i o n o f3 0 - 50 c m 3 o f v i s c o u s c o n t r a s t m e d i a i n t o a L V c h a m b e rc o n t a i n i n g 8 0 - 1 0 0 c m 3 o f b l o o d ma y a l t e r L V g e o m e t r y ,, v o l u m e , a n d w a l l s t r e s s e s i n a n u n k n o w n a n d u n p r e d i c t a b l ef a s h i o n . N o n e o f t h e s e p a r t i c u l a r d e f i c i e n c i e s a p p l y t o t h eu l t r a s o n i c t e c h n i q u e , a n d we f e e l t h a t t h e s e c o n s i d e r a t i o n s

2 0 0 -1 8 0 X1 6 0 'I1 4 0 -

E 12 0e n 1 0 0 _ ' l -ANGIO STRESSen0C H O STRESSw

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T I M EF I G U R E 3 M e r i d i o n a l w a l l s t r e s s c a l c u l a t e d t h r o u g h o u t t h ec a r d i a c c y c l e i n a n o r m a l s u b j e c t f r o m s i m u l t a n e o u s mea-s u r e m e n t s o f L V p r e s s u r e , w a l l t h i c k n e s s , a n d m i n o r a x i s .W a l l s t r e s s c a l c u l a t e d f r o m a n g i o g r a p h i c ( a n g i o ) a n du l t r a s o n i c ( e c h o ) d a t a s h o w e x c e l l e n t a g r e e m e n t w i t h c l o s es u p e r i m p o s i t i o n o f s t r e s s - t i m e p l o t s c o n s t r u c t e d b y t h ed i f f e r e n t m e t h o d s . S i m i l a r a g r e e m e n t w as s e e n f o r p r e s s u r ea n d v o l u m e o v e r l o a d v e n t r i c l e s ( 2 7 ) .

5 8 W. G r o s s m a n , D . J o n e s , a n d L . P . M c L a u r i n


4/9

s u p p o r t t h e u s e f u l n e s s o f t h e c o m b i n e d h e m o d y n a m i c - u l t r a -s o n i c a p p r o a c h d e s c r i b e d h e r e i n .RESULTS

D a t a r e l a t i n g t o d i a g n o s i s , h e m o d y n a m i c s , w a l l s t r e s s ,a n d L V c h a m b e r d i m e n s i o n s a r e s u m m a r i z e d i n T a b l eI . A s c a n b e s e e n , L V m a s s i n d e x w as m or e t h a n t w i c en o r m a l f o r b o t h t h e p r e s s u r e a n d v o l u m e o v e r l o a dg r o u p s , i n d i c a t i n g s i g n i f i c a n t h y p e r t r o p h y . W a l l t h i c k -n e s s w a s s i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e d f o r b o t h p r e s s u r e a n dv o l u m e o v e r l o a d g r o u p s , b u t i t was d i s p r o p o r t i o n a t e l yi n c r e a s e d i n t h e p r e s s u r e o v e r l o a d e d v e n t r i c l e s , i n d i -c a t i n g t h e p r e s e n c e o f c o n c e n t r i c h y p e r t r o p h y . T h i s i sb o r n e o u t b y e x a m i n a t i o n o f t h e h/R r a t i o ( T a b l e I ,F i g . 4 ) , w h i c h i s i n c r e a s e d i n p a t i e n t s w i t h p r e s s u r eo v e r l o a d , b u t n o r m a l i n t h e v o l u m e o v e r l o a d e d v e n t r i c l e s ,i n d i c a t i n g c o n c e n t r i c h y p e r t r o p h y i n t h e f o r m e r a s o p -p o s e d t o a n e c c e n t r i c o r m a g n i f i c a t i o n p a t t e r n o f h y p e r -t r o p h y i n t h e l a t t e r g r o u p . I t i s i n t e r e s t i n g t o n o t e t h a tt h e h / R r a t i o s a t e n d d i a s t o l e a n d a t p e a k s y s t o l i c s t r e s sw e r e q u i t e s i m i l a r ( F i g . 4 ) .T h e t i m e - c o u r s e o f c h a n g e s i n L V p r e s s u r e , w a l lt h i c k n e s s , a n d a r n i s s h o w n i n F i g . 5 f o r r e p r e s e n t a t i v en o r m a l , p r e s s u r e o v e r l o a d e d , a n d v o l u m e o v e r l o a d e dv e n t r i c l e s . P e a k s y s t o l i c o c o n s i s t e n t l y o c c u r r e d e a r l y i ne j e c t i o n , g e n e r a l l y w i t h i n 8 0 - 1 2 0 ms o f t h e o n s e t o fv e n t r i c u l a r s y s t o l e , a t a t i m e w h e n s i g n i f i c a n t w a l l

0 . 70 . 6

- Jc: DC )HzL >L LL d- I

0 . 50 . 40 . 30 . 20 . 1 - I W1

N O R M A L VOLUME PRESSURE' OVERLOADF I G U R E 4 R a t i o o f L V w a l l t h i c k n e s s t o i n t e r n a l r a d i u s( h I R ) a t e n d d i a s t o l e ( c l e a r b a r s ) a n d a t t h e t i m e o f p e a ks y s t o l i c s t r e s s ( h a t c h e d b a r s ) . h / R i s n o r m a l i n p a t i e n t sw i t h L V v o l u m e o v e r l o a d , b u t s i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e d i np a t i e n t s w i t h p r e s s u r e o v e r l o a d . B a r s a n d b r a c k e t s r e p r e -s e n t mean v a l u e s a n d t h e i r s t a n d a r d e r r o r s , r e s p e c t i v e l y .S e e t e x t f o r d e t a i l s . * P < 0 . 0 0 1 c o m p a r e d t o n o r m a l .t h i c k e n i n g h a d n o t y e t o c c u r r e d . I n c o n t r a s t , a t e n de j e c t i o n w h e n w a l l t h i c k n e s s was maximum i t c a n b e

-W a l l T h i c k n e s sI -- P r e s s u r e- S t r e s s

3 4 0 -3 2 0 -3 0 0 -2 8 0 -2 6 0 -2 4 0 -2 2 0 -2 0 0 -1 8 0 -1 6 0 -1 4 01 2 0 -1 0 0 -8 0 -

B . PRESSURE OVERLOAD4

I 11ii I I

C . VOLUME OVERLOAD

T I M E TIME TIMEF I G U R E . 5 A c o m p a r i s o n o f c h a n g e s i n LV pressure ( s o l i d d o t s ) , w a l l t h i c k n e s s (open d o t s ) ,a n d m e r i d i o n a l s t r e s s ( o p e n s q u a r e s ) t h r o u g h o u t t h e c a r d i a c c y c l e f o r r e p r e s e n t a t i v e n o r m a l ,p r e s s u r e - o v e r l o a d e d , a n d v o l u m e - o v e r l o a d e d l e f t v e n t r i c l e s . Measurements are p l o t t e d h e r e at4 0 - m s i n t e r v a l s . I n t h e p r e s s u r e - o v e r l o a d e d v e n t r i c l e ( B ) , t h e marke d ly e l e v a t e d s y s t o l i c pres-sure i s e x a c t l y c o u n t e r b a l a n c e d b y i n c r e a s e d w a l l t h i c k n e s s w i t h t h e r e s u l t that wall stressr e m a i n s n o r m a l . I n t h e v o l u m e - o v e r l o a d e d v e n t r i c l e ( C ) , peak s y s t o l i c stress i s no rmal b ute n d d i a s t o l i c s t r e s s i s s i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e d . S e e text f o r d e t a i l s .

W a l l S t r e s s a n d P a t t e r n s o f H y p e r t r o p h y i n t h e Human Left V e n t r i c l e

A . N O R M A L3 2 0 -3 0 0 -2 8 0 -2 6 02402202 0 01 8 0

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c uU ) n .


6/9

s e e n t h a t a m h a d d e c l i n e d s u b s t a n t i a l l y , a l t h o u g h LVp r e s s u r e w a s a t o r n e a r p e a k l e v e l s .LV p e a k a n d m e a n s y s t o l i c s t r e s s w e r e r e m a r k a b l ys i m i l a r f o r a l l t h r e e g r o u p s ( T a b l e I , F i g . 6 ) . T h e r ew a s n o s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e b e t w e e n e i t h e r t h e p r e s -s u r e o v e r l o a d o r v o l u m e o v e r l o a d g r o u p a n d n o r m a l ,a l t h o u g h p e a k s y s t o l i c s t r e s s t e n d e d t o b e h i g h e s t i nt h o s e w i t h v o l u m e o v e r l o a d . A s m e n t i o n e d a b o v e , t h e 1 8p a t i e n t s w i t h v o l u m e o v e r l o a d i n c l u d e d t h r e e p a t i e n t s( 4 , 7 , a n d 1 2 i n T a b l e I ) w i t h d e c o m p e n s a t e d c o n g e s -t i v e f a i l u r e a t t h e t i m e o f s t u d y . P a t i e n t s 4 a n d 1 2 h a dp e r s i s t e n t s e v e r e o r t h o p n e a a n d p a r o x y s m a l n o c t u r n a ld y s p n e a d e s p i t e d i g i t a l i s a n d d i u r e t i c s , w h i l e p a t i e n t 7h a d a c u t e , r e c e n t o n s e t a o r t i c i n s u f f i c i e n c y d u e t o b a c -t e r i a l e n d o c a r d i t i s . I n g e n e r a l , w a l l s t r e s s t e n d e d t o b e

n PEAK S Y S T O L I CEN D D I A S T O L I C

1 9 0 NS NS1 8 0 T1 7 0 -1 6 01 5 0 -1 4 01 3 0W 7 1 2 0 -E 0 1 1 01 0 0

90 n=6 n = 1 8 n=60' _80 _E 7 0b 6050-

4 0-30 -2 0-I 0

0 N O R M A L VOLUM E PRESSUREL . O V E R L O A D - JF I G U R E 6 E n d d i a s t o l i c a n d p e a k s y s t o l i c m e r i d i o n a l w a l ls t r e s s ( a m ) i n p a t i e n t s w i t h LV v o l u m e o v e r l o a d , p r e s s u r eo v e r l o a d , a n d n o r m a l s . T h e r e i s n o s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e i np e a k s y s t o l i c o m b e t w e e n e i t h e r t h e p r e s s u r e o r v o l u m eo v e r l o a d g r o u p a n d n o r m a l . P e a k s y s t o l i c a m t e n d e d t o b eh i g h e s t i n t h o s e w i t h LV v o l u m e o v e r l o a d , r e f l e c t i n g t h ei n c l u s i o n i n t h i s g r o u p o f p a t i e n t s w i t h d e c o m p e n s a t i o n o ra c u t e o n s e t o f t h e v o l u m e o v e r l o a d , a s d i s c u s s e d i n t h et e x t . I n c o n t r a s t t o p e a k s y s t o l i c a m , e n d d i a s t o l i c o m w a sc o n s i s t e n t l y a n d s i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e d i n p a t i e n t s w i t h L Vv o l u m e o v e r l o a d , a n d t h i s a p p e a r e d u n r e l a t e d t o d e c o m -p e n s a t i o n o r t h e r e c e n c y o f o n s e t o f t h e v c l u m e o v e r l o a d .S e e t e x t f o r d i s c u s s i o n . * P < 0 . 0 1 .

H Y P O T H E S S

P r i m a r y S t i m u l u s

_ I n c r e a s e d P e a k P a r a l l e l R e p l i c a t i o n W a l l C O N C E N T R I CP r e s s u r e O v e r l o a d S y s t o l i c am o f S a r c o m e r e s T h i c k e n i n g H Y P E R T R O P H Y

I n c r e a s e d E n d S e r i e s R e p l i c a t i o n C h a m b e r E C C E N T R I CVo l u m e ovrlo di a s t o l i c m d S a r c o m e r e s E n l a r g e m e n t H Y P E R T R O P H YF I G U R E 7 H y p o t h e s i s r e l a t i n g w a l l s t r e s s a n d p a t t e r n s o fh y p e r t r o p h y . S e e t e x t f o r d e t a i l s .h i g h e s t i n t h e s e d e c o m p e n s a t e d p a t i e n t s ( T a b l e I ) , a n di f t h e y a r e e x c l u d e d p e a k s y s t o l i c w a l l s t r e s s f o r t h ev o l u m e o v e r l o a d g r o u p ( 1 6 7 6 X 1 0 3 d y n / c m 2 ) morec l o s e l y a p p r o x i m a t e s t h a t s e e n i n t h e c o n t r o l s u b j e c t s .

I n c o n t r a s t t o p e a k a n d mean s y s t o l i c s t r e s s e s , e n dd i a s t o l i c w a l l s t r e s s w a s c o n s i s t e n t l y a n d s i g n i f i c a n t l ye l e v a t e d i n p a t i e n t s w i t h v o l u m e o v e r l o a d a s c o m p a r e dw i t h e i t h e r p r e s s u r e o v e r l o a d o r n o r m a l ( T a b l e I , F i g .6 ) . F u r t h e r , t h e l e v e l o f e n d d i a s t o l i c s t r e s s a p p e a r e du n r e l a t e d t o d e c o m p e n s a t i o n , t h e r e c e n c y o f o n s e t o fv o l u m e o v e r l o a d , w a l l t h i c k n e s s , o r t h e e x t e n t o f o v e r -a l l h y p e r t r o p h y a s j u d g e d b y t h e LV m a s s i n d e x .A s e x p e c t e d , LV p e a k s y s t o l i c p r e s s u r e w a s s i g n i f i -c a n t l y i n c r e a s e d f o r t h e p r e s s u r e o v e r l o a d g r o u p ( 2 2 0 6mm H g , P < 0 . 0 1 ) , b u t n o t f o r t h e v o l u m e o v e r l o a dg r o u p ( 1 3 9 7 mm H g , NS) a s c o m p a r e d t o n o r m a l( 1 1 7 7 mm H g ) . LV e n d d i a s t o l i c p r e s s u r e w a s s i g -n i f i c a n t l y i n c r e a s e d f o r b o t h p r e s s u r e o v e r l o a d ( 2 3 3mm H g , P < 0 . 0 0 1 ) a n d v o l u m e o v e r l o a d ( 2 4 2 mmHg) p a t i e n t s a s c o m p a r e d t o n o r m a l ( 1 0 + 1 mm H g ) ,i n d i c a t i n g t h e s e v e r i t y o f t h e l e s i o n s i n b o t h g r o u p s .

D I S C U S S I O NL i n z b a c h ( 3 ) b e l i e v e d t h a t t h e m o s t i m p o r t a n t f a c t o rc o n t r o l l i n g c a r d i a c h y p e r t r o p h y i s t h e s y s t o l i c f o r c eo r t e n s i o n g e n e r a t e d b y t h e m y o c a r d i a l f i b e r s . H i s o b -s e r v a t i o n s o n a u t o p s y s p e c i m e n s s u g g e s t e d t h a t t h ep a t t e r n o f h y p e r t r o p h y i s r e l a t e d t o t h e i n c i t i n g s t r e s s ,w i t h p r e s s u r e o v e r l o a d l e a d i n g t o c o n c e n t r i c h y p e r -t r o p h y a n d v o l u m e o v e r l o a d t o e c c e n t r i c h y p e r t r o p h y .S a n d l e r a n d D o d g e ( 2 8 ) r e p o r t e d t h a t s y s t o l i c w a l ls t r e s s e s i n t w o p a t i e n t s w i t h a o r t i c s t e n o s i s w e r e n o th i g h e r t h a n t h o s e s e e n i n o t h e r p a t i e n t s i n t h e i r s t u d y ,a n d t h e y s p e c u l a t e d t h a t t h e h e a r t may h y p e r t r o p h y t om a i n t a i n w a l l s t r e s s w i t h i n c e r t a i n l i m i t s . T h e i r s t u d yd i d n o t i n c l u d e s u f f i c i e n t n u m b e r s o f p a t i e n t s w i t h LVp r e s s u r e o v e r l o a d , v o l u m e o v e r l o a d , a n d n o r m a l h e m o -d y n a m i c s f o r m e a n i n g f u l i n t e r g r o u p c o m p a r i s o n s . H o o d ,R a c k l e y , a n d R o l e t t ( 2 9 ) i n v e s t i g a t e d t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e n w a l l s t r e s s a n d h y p e r t r o p h y i n a l a r g e g r o u p o f

W a l l S t r e s s a n d P a t t e r n s o f H y p e r t r o p h y i n t h e Human L e f t V e n t r i c l e 6 1


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p a t i e n t s a n d f o u n d t h a t p e a k s y s t o l i c s t r e s s w a s n o t s i g -n i f i c a n t l y g r e a t e r t h a n n o r m a l i n 1 8 p a t i e n t s w i t h c o m -p e n s a t e d v o l u m e o v e r l o a d a n d 1 p a t i e n t w i t h c o m p e n -s a t e d p r e s s u r e o v e r l o a d , b u t w a s i n c r e a s e d i n 4 p a t i e n t sw i t h d e c o m p e n s a t e d p r e s s u r e o r v o l u m e o v e r l o a d . Hoods u b s e q u e n t l y r e p o r t e d a s m a l l b u t s t a t i s t i c a l l y s i g n i f i c a n ti n c r e a s e i n p e a k s y s t o l i c w a l l s t r e s s i n 9 p a t i e n t s w i t hc o m p e n s a t e d p r e s s u r e o v e r l o a d ( 3 0 ) . G r a n t , G r e e n e ,a n d B u n n e l l ( 4 ) e x a m i n e d LV c h a m b e r s i z e a n d w a l lt h i c k n e s s i n 5 p a t i e n t s w i t h L V p r e s s u r e o v e r l o a d a n d1 0 w i t h v o l u m e o v e r l o a d . T h e i r d a t a i n d i c a t e d t h a t e c -c e n t r i c h y p e r t r o p h y i s a n a l o g o u s t o t h e n o r m a l g r o w t hp r o c e s s b y w h i c h a n e o n a t a l l e f t v e n t r i c l e i s c o n v e r t e di n t o t h e a d u l t c h a m b e r , m a i n t a i n i n g r e l a t i v e w a l l t h i c k -n e s s c o n s t a n t . T h e y e m p h a s i z e d t h e i m p o r t a n c e o f t h eh I R r a t i o , a n d a l t h o u g h w a l l s t r e s s w a s n o t m e a s u r e di n t h e i r s t u d y , t h e y s u g g e s t e d t h a t i n e i t h e r p r e s s u r e o rv o l u m e o v e r l o a d t h e p a t t e r n o f L V h y p e r t r o p h y " t e n d e dt o r e s t o r e t h e c a r d i a c m y o f i b r i l s t o t h e i r n o r m a l w o r k -i n g c o n d i t i o n s o f t e n s i o n a n d l e n g t h " ( 4 ) .

I n o u r s t u d y , d i f f e r e n c e s i n t h e p a t t e r n o f h y p e r t r o p h yw e r e c l e a r l y e v i d e n t . P r e s s u r e o v e r l o a d e d l e f t v e n t r i c l e ss h o w e d c o n c e n t r i c h y p e r t r o p h y a s i n d i c a t e d b y t h e i n -c r e a s e d h I R r a t i o ( F i g . 4 ) , w h i l e v o l u m e - o v e r l o a d e dv e n t r i c l e s s h o w e d e c c e n t r i c h y p e r t r o p h y w i t h a n i n -c r e a s e d d i a m e t e r b u t n o r m a l h / R r a t i o ( T a b l e I , F i g .4 ) . P e a k s y s t o l i c w a l l s t r e s s w a s s i m i l a r i n n o r m a l ,p r e s s u r e - o v e r l o a d e d , a n d v o l u m e - o v e r l o a d e d l e f t v e n -t r i c l e s , a n d b e c a m e n e a r l y i d e n t i c a l i f p a t i e n t s w i t h d e -c o m p e n s a t e d o r r e c e n t o n s e t , a c u t e v o l u m e o v e r l o a dw e r e e x c l u d e d f r o m a n a l y s i s . I n c o n t r a s t t o p e a k s y s -t o l i c s t r e s s , e n d d i a s t o l i c s t r e s s w a s c o n s i s t e n t l y a n ds i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e d i n p a t i e n t s w i t h v o l u m e o v e r -l o a d , i n d e p e n d e n t o f t h e l e v e l o f c o m p e n s a t i o n o r t h er e c e n c y o f o n s e t o f t h e m e c h a n i c a l l e s i o n . T h e s e o b -s e r v a t i o n s a r e c o n s i s t e n t w i t h t h e c o n c e p t p r e v i o u s l y a d -v a n c e d b y o t h e r s ( 1 , 4 , 2 8 , 2 9 ) t h a t i n r e s p o n s e t o ac h r o n i c s t r e s s m y o c a r d i a l h y p e r t r o p h y d e v e l o p s i n s u c ha m a n n e r a s t o m a i n t a i n p e a k s y s t o l i c w a l l s t r e s s w i t h i nn o r m a l l i m i t s .

E x p e r i m e n t a l s u p p o r t f o r t h e i m p o r t a n c e o f s y s t o l i cv e n t r i c u l a r w a l l t e n s i o n a s a s t i m u l u s t o h y p e r t r o p h yh a s b e e n p r e s e n t e d b y M e e r s o n ( 7 ) a n d o t h e r s ( 2 , 8 ) .P e t e r s o n a n d L e s c h ( 9 ) f o u n d t h a t b o t h a c t i v e o r " d e -v e l o p e d " t e n s i o n a n d p a s s i v e o r r e s t i n g t e n s i o n s e r v e da s s t i m u l i t o p r o t e i n s y n t h e s i s i n t h e r a b b i t p a p i l l a r ym u s c l e . I n c o n t r a s t , H j a l m e r s o n a n d I s a k s s o n f o u n d noe f f e c t o n t h e r a t e o f p r o t e i n s y n t h e s i s o f t h e i s o l a t e dw o r k i n g r a t h e a r t p r e p a r a t i o n w h e n L V p r e l o a d a l o n ew a s i n c r e a s e d ( 1 0 ) . I n o u r s t u d y , r e s t i n g o r d i a s t o l i cs t r e s s r e m a i n e d h i g h w h e n v o l u m e o v e r l o a d w as t h ep r i n c i p a l c a u s e o f h y p e r t r o p h y .

To a c c o u n t f o r t h e s e o b s e r v a t i o n s , w e p r o p o s e t h ef o l l o w i n g h y p o t h e s i s ( F i g . 7 ) . W hen t h e p r i m a r y

s t i m u l u s t o h y p e r t r o p h y i s L V p r e s s u r e o v e r l o a d , w es u g g e s t t h a t t h e r e s u l t a n t a c u t e i n c r e a s e i n p e a k s y s -t o l i c w a l l s t r e s s l e a d s t o p a r a l l e l r e p l i c a t i o n o f s a r c o -m e r e s , w a l l t h i c k e n i n g , a n d c o n c e n t r i c h y p e r t r o p h y .T h e w a l l t h i c k e n i n g i s j u s t s u f f i c i e n t t o r e t u r n p e a ks y s t o l i c s t r e s s t o n o r m a l , t h u s a c t i n g a s a f e e db a c k i n -h i b i t i o n . I n c o n t r a s t , w h e n t h e p r i m a r y s t i m u l u s i s LVv o l u m e o v e r l o a d , i n c r e a s e d e n d d i a s t o l i c w a l l s t r e s s l e a d si n t h i s s c h e m e t o s e r i e s r e p l i c a t i o n o f s a r c o m e r e s , f i b e re l o n g a t i o n a n d c h a m b e r e n l a r g e m e n t , a n d e c c e n t r i ch y p e r t r o p h y ( F i g . 7 ) . I t s h o u l d b e n o t e d t h a t c h a m b e re n l a r g e m e n t w i l l l e a d a c u t e l y t o i n c r e a s e d p e a k s y s t o l i cw a l l s t r e s s ( b y t h e L aw o f L a P l a c e ) , w h i c h i n t h e p o s -t u l a t e d s y s t e m t h e n c a u s e s w a l l t h i c k e n i n g o f s u f f i c i e n tm a g n i t u d e t o n o r m a l i z e t h e s y s t o l i c s t r e s s . W a l l t h i c k e n -i n g t h e n , a s w e l l a s f i b e r e l o n g a t i o n , c o n t r i b u t e s t o t h ep a t t e r n o f e c c e n t r i c h y p e r t r o p h y a n d t h i s a c c o u n t s f o rt h e o b s e r v a t i o n i n o u r p a t i e n t s t h a t v o l u m e o v e r l o a d w a sa s s o c i a t e d w i t h c o m p a r a b l e i n c r e a s e s i n b o t h w a l l t h i c k -n e s s a n d r a d i u s s o t h a t t h e i r r a t i o , h / R , r e m a i n e d n o r -m a l . A p o t e n t i a l m e c h a n i s m f o r t h e s e r i e s r e p l i c a t i o n o fs a r c o m e r e s e s s e n t i a l t o t h i s s c h e m e m i g h t b e f o u n d i nt h e r e c e n t o b s e r v a t i o n s o f L e g a t o ( 3 1 ) c o n c e r n i n g s a r -c o m e r o g e n e s i s b y e x p a n s i o n a n d d i f f e r e n t i a t i o n o f t h eZ s u b s t a n c e . I n o u r c o n c e p t , t h e e c c e n t r i c h y p e r t r o p h yb y w h i c h a c h i l d ' s h e a r t b e c o m e s t h a t o f a n a d u l tr e p r e s e n t s a p h y s i o l o g i c " v o l u m e o v e r l o a d , " a n d mayv e r y w e l l u t i l i z e t h e s a m e m e c h a n i s m s a s s e e n w i t h t h ep a t h o l o g i c v o l u m e o v e r l o a d o f v a l v u l a r i n s u f f i c i e n c y .O n e i m p o r t a n t s h o r t c o m i n g , h o w e v e r , i s t h a t we h a v ee x a m i n e d a n a v e r a g e w a l l s t r e s s a c r o s s t h e e n t i r e t h i c k -n e s s o f t h e L V w a l l . M o r e a p p r o p r i a t e t o t h e s t u d y o fm e c h a n i s m s o f h y p e r t r o p h y w o u l d b e a s s e s s m e n t o f a" f i b e r - c o r r e c t e d s t r e s s , " s u c h a s h a s b e e n r e c e n t l y d e -s c r i b e d b y F a l s e t t i , M a t e s , G r a n t , G r e e n e , a n d B u n n e l l( 3 2 ) .

T h i s s t u d y c o n f i r m s G r a n t ' s o b s e r v a t i o n s ( 4 ) o n t h ei m p o r t a n c e o f t h e h / R r a t i o . He p o i n t e d o u t t h a t p u r ee c c e n t r i c h y p e r t r o p h y may b e v i e w e d a s a " m a g n i f i c a -t i o n " t y p e o f e n l a r g e m e n t , c h a r a c t e r i z e d b y c h a m b e re n l a r g e m e n t w i t h o u t a l t e r a t i o n i n r e l a t i v e w a l l t h i c k -n e s s , w h i l e p u r e c o n c e n t r i c h y p e r t r o p h y i s c h a r a c t e r i z e db y i n c r e a s e d r e l a t i v e w a l l t h i c k n e s s , w i t h o u t s i g n i f i c a n tc h a m b e r e n l a r g e m e n t . L e v i n e , R o c k o f f , a n d B r a u n w a l d( 5 ) e x a m i n e d t h e r a t i o o f L V d i a m e t e r t o w a l l t h i c k -n e s s ( t h e i n v e r s e o f o u r h / R r a t i o ) a n d n o t e d t h a t t h i sr a t i o was d i s t i n c t l y l o w i n p a t i e n t s w i t h L V p r e s s u r eo v e r l o a d , b u t i n v o l u m e o v e r l o a d " d i d n o t d i f f e r i n a n yc o n s i s t e n t f a s h i o n f r o m t h o s e o b s e r v e d i n p a t i e n t s w i t h -o u t v e n t r i c u l a r d i s e a s e . " T h e h I R r a t i o i s t h u s r e l e v a n tt o t h e p a t t e r n a n d a p p r o p r i a t e n e s s o f h y p e r t r o p h y a n dh a s t h e g r e a t a d v a n t a g e t h a t i t ca n b e n o n i n v a s i v e l y d e -t e r m i n e d a n d f o l l o w e d i n a g i v e n p a t i e n t b y t h e u l t r a -s o n i c t e c h n i q u e s u t i l i z e d i n t h i s s t u d y .



8/9

I n s u p p o r t o f t h e u l t r a s o n i c a p p r o a c h f o r m e a s u r i n gL V c h a m b e r d i m e n s i o n s , i t s h o u l d b e p o i n t e d o u t t h a tu l t r a s o n i c t e c h n i q u e s h a v e b e e n e x t e n s i v e l y u t i l i z e d t om e a s u r e L V d i m e n s i o n s i n e x p e r i m e n t a l a n i m a l s ( 3 3 )a n d i n man ( 1 7 - 2 3 ) . R e c e n t l y , R a t s h i n , R a c k l e y , a n dR u s s e l l h a v e r e p o r t e d ( 3 4 ) o n t h e u s e o f a c o m -b i n e d h e m o d y n a m i c a n d u l t r a s o n i c t e c h n i q u e , s i m i l a rt o t h a t u s e d i n o u r s t u d y , f o r t h e m e a s u r e m e n t o f L Vw a l l s t r e s s . I n t h e i r s t u d y c l o s e c o r r e l a t i o n w a s d e m o n -s t r a t e d b e t w e e n w a l l s t r e s s e s c a l c u l a t e d f r o m b i p l a n ea n g i o g r a p h i c a n d u l t r a s o n i c t e c h n i q u e s . To v a l i d a t et h e w a l l s t r e s s , w a l l t h i c k n e s s , a n d d i a m e t e r m e a s u r e -m e n t s m a d e i n o u r own l a b o r a t o r y b y t h e c o m b i n e d h e -m o d y n a m i c - u l t r a s o n i c t e c h n i q u e , we m e a s u r e d m e r i d i -o n a l s t r e s s w a l l t h i c k n e s s , a n d m i n o r a x i s u s i n g a n g i o -g r a p h i c d a t a t h r o u g h o u t t h e c a r d i a c c y c l e i n r e p r e s e n t a -t i v e n o r m a l , p r e s s u r e o v e r l o a d , a n d v o l u m e o v e r l o a ds u b j e c t s . T h e r e s u l t s ( F i g . 3 ) s h o w e d a n e x c e l l e n t c o r -r e l a t i o n o f t h e t w o m e t h o d s ( 2 7 ) . I n f a c t . , t h e p r e s e n tm e t h o d f o r m e a s u r i n g m e r i d i o n a l s t r e s s may h a v eg r e a t e r p h y s i o l o g i c a c c u r a c y t h a n t h e t r a d i t i o n a l a n g i o -g r a p h i c m e t h o d , f o r t h e r e a s o n s d i s c u s s e d a b o v e i n t h eM e t h o d s s e c t i o n o f t h i s r e p o r t .

I n c o n c l u s i o n , t h e p a t t e r n a n d e x t e n t o f L V h y p e r -t r o p h y w e r e e x a m i n e d i n 3 0 p a t i e n t s s t u d i e d d u r i n gc a r d i a c c a t h e t e r i z a t i o n . L V p r e s s u r e o v e r l o a d w a s a s -s o c i a t e d w i t h c o n c e n t r i c h y p e r t r o p h y , n o r m a l p e a k s y s -t o l i c a n d e n d d i a s t o l i c w a l l s t r e s s e s , a n d a n i n c r e a s e dh / R r a t i o . L V v o l u m e o v e r l o a d w a s a s s o c i a t e d w i t h e c -c e n t r i c h y p e r t r o p h y , i n c r e a s e d e n d d i a s t o l i c w a l l s t r e s s ,n o r m a l h / R r a t i o , a n d i n g e n e r a l n o r m a l p e a k s y s t o l i cw a l l s t r e s s . On t h e b a s i s o f t h e s e o b s e r v a t i o n s , a n h y -p o t h e s i s i s p r o p o s e d r e l a t i n g w a l l s t r e s s a n d p a t t e r n s o fh y p e r t r o p h y .

ACKNOWLEDGMENTST h i s w o r k w a s s u p p o r t e d i n p a r t b y U . S . P u b l i c H e a l t hS e r v i c e g r a n t HL 1 4 8 8 3 .

REFERENCES1 . B a d e e r , H . S . 1 9 6 4 . B i o l o g i c a l s i g n i f i c a n c e o f c a r d i a ch y p e r t r o p h y . Am. J . C a r d i o l . 1 4 : 1 3 3 - 1 3 8 .2 . A l p e r t , N . R . 1 9 7 1 . P r e f a c e . C a r d i a c H y p e r t r o p h y . N .R . A l p e r t , e d i t o r . A c a d e m i c P r e s s , I n c . N e w Y o r k . XV-X V I .3 . L i n z b a c h , A . J . 1 9 6 0 . H e a r t f a i l u r e f r o m t h e p o i n t o fv i e w o f q u a n t i t a t i v e a n a t o m y . Am. J . C a r d i o l . 5 : 3 7 0 -3 8 2 .4 . G r a n t , C . , D . G . G r e e n e , a n d I . L . B u n n e l l . 1 9 6 5 . L e f tv e n t r i c u l a r e n l a r g e m e n t a n d h y p e r t r o p h y . A c l i n i c a la n g i o c a r d i o g r a p h i c s t u d y . Am. J . M c d . 3 9 : 8 9 5 - 9 0 4 .5 . L e v i n e , N . D . , S . D . R o c k o f f , a n d E . B r a u n w a l d . 1 9 6 3 .An a n g i o c a r d i o g r a p h i c a n a l y s i s o f t h e t h i c k n e s s o f t h el e f t v e n t r i c u l a r w a l l a n d c a v i t y i n a o r t i c s t e n o s i s a n do t h e r v a l v u l a r l e s i o n s . C i r c u l a t i o n . 2 8 : 3 3 9 - 3 4 5 .6 . H e n r y , W. L . , C . E . C l a r k , a n d S . E . E p s t e i n . 1 9 7 3 .A s y m m e t r i c s e p t a l h y p e r t r o p h y (ASH): t h e u n i f y i n g

l i n k i n t h e IHSS d i s e a s e s p e c t r u m . C i r c u l a t i o n . 4 7 : 8 2 7 -8 3 2 .7 . M e e r s o n , F . Z . 1 9 6 9 . T h e m y o c a r d i u m i n h y p e r f u n c t i o n ,h y p e r t r o p h y a n d h e a r t f a i l u r e . C i r c . R e s . 2 5 ( S u p p l .I I ) : 1 - 1 6 3 .8 . F a n b u r g , B . L . 1 9 7 0 . E x p e r i m e n t a l c a r d i a c h y p e r t r o p h y .N . E n g l . J . M e d . 2 8 2 : 7 2 3 - 7 3 2 .9 . P e t e r s o n , M . B . , a n d M . L e s c h . 1 9 7 2 . P r o t e i n s y n t h e s i sa n d a m i n o a c i d t r a n s p o r t i n t h e i s o l a t e d r a b b i t r i g h tv e n t r i c u l a r p a p i l l a r y m u s c l e . C i r c . R e s . 3 1 : 3 1 7 - 3 2 7 .1 0 . H j a l m a r s o n , A . , a n d 0 . I s a k s s o n . 1 9 7 2 . I n v i t r o w o r kl o a d a n d r a t e h e a r t m e t a b o l i s m . I . E f f e c t o n p r o t e i ns y n t h e s i s . A c t a . P h y s i o l . S c a n d . 8 6 : 1 2 6 - 1 4 4 .1 1 . S p o t n i t z , H . M . , a n d E . H . S o n n e n b l i c k . 1 9 7 3 . S t r u c -t u r a l c o n d i t i o n s i n t h e h y p e r t r o p h i e d a n d f a i l i n g h e a r t .Am. J . C a r d i o l . 3 2 : 3 9 8 - 4 0 6 .1 2 . G r o s s m a n , W. 1 9 7 4 . P r e s s u r e m e a s u r e m e n t . I n C a r d i a cC a t h e t e r i z a t i o n a n d A n g i o g r a p h y . W. G r o s s m a n , e d i t o r .L e a & F e b i g e r , P h i l a d e l p h i a . 7 3 - 8 2 .1 3 . M c L a u r i n , L . P . , W. G r o s s m a n , M . A . S t e f a d o u r o s ,E . L . R o l e t t , a n d D . T . Y o u n g . 1 9 7 3 . A ne w t e c h n i q u ef o r t h e s t u d y o f l e f t v e n t r i c u l a r p r e s s u r e - v o l u m e r e l a -t i o n s i n m a n . C i r c u l a t i o n . 4 8 : 5 6 - 6 4 .1 4 . G r o s s m a n , W . , M . A . S t e f a d o u r o s , L . P . M c L a u r i n , E .L . R o l e t t , a n d D . T . Y o u n g . 1 9 7 3 . T h e q u a n t i t a t i v ea s s e s s m e n t o f l e f t v e n t r i c u l a r d i a s t o l i c s t i f f n e s s i n m a n .C i r c u l a t i o n . 4 7 : 5 6 7 - 5 7 4 .1 5 . G r o s s m a n , W . , L . P . M c L a u r i n , S . P . M o o s , M . A .S t e f a d o u r o s , a n d D . T . Y o u n g . 1 9 7 4 . W a l l t h i c k n e s sa n d d i a s t o l i c p r o p e r t i e s o f t h e l e f t v e n t r i c l e . C i r c u l a -t i o n . 4 9 : 1 2 9 - 1 3 5 .1 6 . G r o s s m a n , W . , L . P . M c L a u r i n , a n d M . A . S t e f a d o u r o s .1 9 7 4 . L e f t v e n t r i c u l a r s t i f f n e s s i n p r e s s u r e a n d v o l u m eo v e r l o a d s t a t e s i n m a n . C i r c . R e s . 3 5 : 7 9 3 - 8 0 0 :1 7 . P o p p , R . L . , S . B . W o l f e , T . H i r a t a , a n d H . F e i g e n -b a u m . 1 9 6 9 . E s t i m a t i o n o f r i g h t a n d l e f t v e n t r i c u l a r s i z eb y u l t r a s o u n d . A m . J . C a r d i o l . 2 4 : 5 2 3 - 5 3 0 .1 8 . P o m b o , J . F . , B . L . T r o y , a n d R . 0 . R u s s e l l , J r . 1 9 7 1 .L e f t v e n t r i c u l a r v o l u m e s a n d e j e c t i o n f r a c t i o n b y e c h o -c a r d i o g r a p h y . C i r c u l a t i o n . 4 3 : 4 8 0 - 4 9 0 .1 9 . F e i g e n b a u m , H . , R . L . P o p p , S . B . W o l f e , B . L . T r o y ,J . F . P o m b o , C . L . H a i n e , a n d H . T . D o d g e . 1 9 7 2 .U l t r a s o u n d m e a s u r e m e n t s o f t h e l e f t v e n t r i c l e : a c o r -r e l a t i v e s t u d y w i t h a n g i o c a r d i o g r a p h y . A r c h . I n t e r n .M e d . 1 2 9 : 4 6 1 - 4 6 7 .2 0 . M u r r a y , J . A . , W. J o h n s t o n , a n d R . M . R e i d . 1 9 7 2 .E c h o c a r d i o g r a p h i c d e t e r m i n a t i o n o f l e f t v e n t r i c u l a r d i -m e n s i o n s , v o l u m e s , a n d p e r f o r m a n c e . A m . J . C a r d i o l .3 0 : 2 5 2 - 2 5 7 .2 1 . P o p p , R . L . , a n d D . C . H a r r i s o n . 1 9 7 0 . U l t r a s o n i c c a r -d i a c e c h o c a r d i o g r a p h y f o r d e t e r m i n i n g s t r o k e v o l u m ea n d v a l v u l a r r e g u r g i t a t i o n . C i r c u l a t i o n . 4 1 : 4 9 3 - 5 0 2 .2 2 . F o r t u i n , N . J . , W. P . H o o d J r . , M . E . S h e r m a n , a n dE . C r a i g e . 1 9 7 1 . D e t e r m i n a t i o n o f l e f t v e n t r i c u l a r v o l -u m e s b y u l t r a s o u n d . C i r c u l a t i o n . 4 4 : 5 7 5 - 5 8 4 .2 3 . M a r t i n , H . A . , a n d J . P . M u r g o . 1 9 7 3 . C o n t i n u o u s l e f tv e n t r i c u l a r v o l u m e , c i r c u m f e r e n t i a l f i b e r s h o r t e n i n g r a t ea n d p r e s s u r e v o l u m e l o o p s b y e c h o c a r d i o g r a p h y a n d am u l t i s e n s o r c a t h e t e r . C i r c u l a t i o n . 4 8 : I V - 4 8 .2 4 . T r o y , B . L . , J . P o m b o , a n d C . E . R a c k l e y . 1 9 7 2 . M e a -s u r e m e n t o f l e f t v e n t r i c u l a r w a l l t h i c k n e s s a n d m a s s b ye c h o c a r d i o g r a p h y . C i r c u l a t i o n . 4 5 : 6 0 2 - 6 1 1 .2 5 . W a l k e r , M . L . , J r . , E . W. H a w t h o r n e , a n d H . S a n d l e r .1 9 7 1 . M e t h o d s f o r a s s e s s i n g p e r f o r m a n c e f o r t h e i n t a c th y p e r t r o p h i e d h e a r t . I n C a r d i a c H y p e r t r o p h y . N . R .A l p e r t , e d i t o r . A c a d e m i c P r e s s , I n c . , N e w Y o r k . 3 8 7 -4 0 5 .

W a l l S t r e s s a n d P a t t e r n s o f H y p e r t r o p h y i n t h e Human L e f t V e n t r i c l e 6 3


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2 6 . R e m i n g t o n , R . D . , a n d M . A . S c h o r k . 1 9 7 0 . S t a t i s t i c sw i t h A p p l i c a t i o n s t o t h e B i o l o g i c a l S c i e n c e s . P r e n t i c e -H a l l , I n c . , E n g l e w o o d C l i f f s , N . J .2 7 . B r o d i e , B . R . , W. G r o s s m a n , a n d L . P . M c L a u r i n .1 9 7 5 . C o m b i n e d h e m o d y n a m i c - u l t r a s o n i c m e t h o d f o rs t u d y i n g l e f t v e n t r i c u l a r w a l l s t r e s s : c o m p a r i s o n w i t ha n g i o g r a p h y . Am. J . C a r d i o l . 3 5 : 1 2 4 . ( A b s t r . )2 8 . S a n d l e r , H . , a n d H . T . D o d g e . 1 9 6 3 . L e f t v e n t r i c u l a rt e n s i o n a n d s t r e s s i n m a n . C i r c . R e s . 1 3 : 9 1 - 1 0 4 .2 9 . H o o d , W. P . , J r . , C . E . R a c k l e y , a n d E . L . R o l e t t .1 9 6 8 . W a l l s t r e s s i n t h e n o r m a l a n d h y p e r t r o p h i e dh u m a n l e f t v e n t r i c l e . A m . J . C a r d i o l . 2 2 : 5 5 0 - 5 5 8 .3 0 . H o o d , W. P . , J r . 1 9 7 1 . D y n a m i c s o f h y p e r t r o p h y i n t h el e f t v e n t r i c u l a r w a l l o f m a n . I n C ar di a c H y p e r t r o p h y .

N . R . A l p e r t , e d i t o r . A c a d e m i c P r e s s , I n c . , Ne w Y o r k .4 4 5 4 5 2 .3 1 . L e g a t o , M . J . 1 9 7 0 . S a r c o m e r o g e n e s i s i n h u m a n m y o -c a r d i u m . J . M o l . C e l l . C a r d i o l . 1 : 4 2 5 4 3 7 .3 2 . F a l s e t t i , H . L . , R . E . M a t e s , C . G r a n t , D . G . G r e e n e , a n dI . L . B u n n e l l . 1 9 7 0 . L e f t v e n t r i c u l a r w a l l s t r e s s c a l -c u l a t e d f r o m o n e - p l a n e c i n e a n g i o g r a p h y : a n a p p r o a c h t of o r c e - v e l o c i t y a n a l y s i s i n m a n . C i r c . R e s . 2 6 : 7 1 - 8 3 .3 3 . B i s h o p , V . S . , a n d L . D . H o r w i t z . 1 9 7 0 . L e f t v e n t r i c u -l a r t r a n s v e r s e i n t e r n a l d i a m e t e r : v a l u e i n s t u d y i n g v e n -t r i c u l a r f u n c t i o n . A m . H e a r t J . 8 0 : 5 0 7 - 5 1 4 .3 4 . R a t s h i n , R . A . , C . E . R a c k l e y , a n d R . 0 . R u s s e l l , J r .1 9 7 4 . D e t e r m i n a t i o n o f l e f t v e n t r i c u l a r p r e l o a d a n da f t e r l o a d b y q u a n t i t a t i v e e c h o c a r d i o g r a p h y i n m a n . C i r c .R e s . 3 4 : 7 1 1 - 7 1 8 .


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