Left ventricular performance is closely related to the physical properties of the arterial system: Landmark clinical investigations in the 1970s and 1980s

SummaryLeft ejection fraction (LVEF) – resulting from the difference between end-diastolic volume (EDV) and end-systolic volume (ESV), divided by EDV – is a poor index of left ventricular (LV) systolic performance due to its dependency on load conditions, inotropic state and LV remodelling. The characteristic impedance of the ascending aorta (Zc) integrates factors opposing LV ejection during the early ejection period when arterial wave reflection can be neglected. Zc is related to the pressure wave velocity (C) and the cross-sectional area of the aorta. The aim is to demonstrate that LV performance and geometry are closely related to the physical properties of the arterial system. LV pressure-volume loops were obtained from simultaneous measurements of LV (or aortic) pressure and LV volume. The slope Ees (also called LV end-systolic elastance) of the ESP-ESV relationship was assessed. Aortic diameters, pressure and flow measurements were synchronized to evaluate C, aortic forward and backward pressure waves, the elasticity of the aorta (Ep) and thereby Zc. In contrast to LVEF, LV end-systolic elastance (Ees), which reflects the stiffness of the chamber at maximal myofilament activation, is relatively insensitive to load conditions and may be considered as an index of ventricular chamber contractility. For a given Ees value, the end-systolic pressure (ESP) determines the LV end-systolic volume. Ees is determined by cardiac myocytes contractility and density, and thereby concentric remodelling. A tight correlation between Zc and the degree of LV concentric remodelling was found in hypertensive and in normal subjects. Zc was found to increase throughout the full lifespan and also with hypertension. Both Zc and wave reflections determine aortic input impedance estimated from the aortic pressure-flow relationship. Increased arterial stiffness resulted in increasing C and overlap of forward and backward waves and thereby in greater pulse pressure and ESP and a greater difference between ESP and diastolic pressure. Ees is an accurate index of LV systolic performance. Besides the inotropic state of myofibers, Ees depends on the concentric remodelling and thereby on the characteristic impedance of the aorta.

RésuméLa fraction d’éjection (FE) du ventricule gauche (VG), rapport entre le volume systolique (VS) (différence entre le volume télédiastolique [VTD] et le volume télésystolique [VTS]) et le VTD, est un mauvais indice de fonction systolique VG. La FE dépend certes de la qualité de pompe VG mais aussi de son remodelage et est étroitement dépendante des conditions de charge du VG. L’élastance télésystolique (ETS), rapport entre pression télésystolique (PTS) et VTS, est indépendante des conditions de charge du VG. Elle exprime la qualité du VG à développer de la pression. ETS est fonction de la qualité des fibres myocardiques et de leur nombre (remodelage concentrique). Le remodelage concentrique est étroitement en rapport avec les propriétés physiques du système artériel et en particulier avec l’impédance caractéristique de l’aorte (Zc). Zc exprime les « forces » qui s’opposent à l’éjection VG en début de systole avant le retour des ondes de réflexion (OR). Zc est d’autant plus élevée que la rigidité aortique est grande (augmentation de la vitesse d’onde C) et que la section aortique est petite. Une relation étroite relie Zc et le remodelage concentrique aussi bien chez des sujets normotendus lors du vieillissement que chez les patients hypertendus indépendamment de l’âge. En fin de systole le chevauchement des ondes de pression incidentes (OI) et réfléchies (OR) détermine la PTS. Le chevauchement des OI et OR est d’autant plus important que l’amplitude des ondes est importante et la vitesse d’onde est grande. Pour une valeur de ETS, PTS détermine le VTS. Zc, OI et OR interviennent ainsi tout au long de l’éjection. Zc et les ondes de réflexion sont les principaux éléments de l’impédance aortique. Cette dernière relie de façon quantitative pression et débit dans l’aorte. La performance et le remodelage ventriculaire gauche sont étroitement liés aux propriétés physiques du système artériel.