Applications of arterial stiffness markers in peripheral arterial disease

Abstract

Arterial stiffness has been analyzed in many different population groups with the objective of identifying cardiovascular risk early and performing specific therapeutic interventions. Increased arterial stiffness affects the capacity of the aorta and elastic arteries to adapt to pressure variations during the cardiac cycle. The main markers of arterial stiffness are pulse wave velocity (PWV), augmentation index (AIx) and central aortic pressure. They can be measured noninvasively. Patients with coronary disease or on hemodialysis who have elevated PWV or AIx have increased mortality. The association with peripheral arterial disease has been studied little. The objective of this review is to demonstrate the applicability and utility of assessing measures of arterial stiffness in patients with peripheral arterial disease.

Keywords: arterial stiffness; peripheral arterial disease; pulse wave velocity.

Figure 1. Difference between pulse waves in the carotid and common femoral arteries and calculation of the carotid-femoral pulse wave velocity. PWV: pulse wave velocity; △x: distance between two points in the arterial system; △t: time taken for the pulse wave to travel this distance. Adapted from Laurent

Figure 2. Pulse pressure amplification. Diastolic pressure and mean arterial blood pressure are relatively constant in the arterial system, but systolic pressure increases in the direction of the peripheral circulation. This phenomenon is known as pulse pressure amplification and is calculated by dividing systolic pressure central (SysPc) by peripheral systolic pressure (SysPp). Adapted from García-Espinosa et al.

Figure 3. Composition of aortic pulse wave by the ejected wave and the reflected wave. The aortic pulse wave comprises the sum of the ejected wave and thee reflected wave. PP: pulse pressure. Pe: amplitude of ejected wave. Pr: amplitude of reflected wave. Adapted from García-Espinosa et al.

Figure 4. Pulse wave in a rigid proximal aorta over a cardiac cycle. The augmentation pressure (PAo) reflects the increase in pressure caused by the arrival of the reflected wave during systole. P1: systolic peak attributed to the ejected wave. P2: second systolic peak attributed to the increase in pressure caused by the reflected wave. The dicrotic notch corresponds to the final phase of ventricular ejection and is produced by closure of the aortic valve. AIx: augmentation index. Adapted from Husmann et al.

Figure 5. Graphs illustrating the ejected and reflected waves in the proximal aorta. (A) In a young person with elastic arteries, the reflected wave arrives during diastole, does not increase the systolic peak and preserves diastolic flow. (B) In the elderly person with a rigid aorta, the reflected wave arrives during systole, causing the systolic peak to increase and diastolic flow to reduce. Adapted from Husmann et al.

Figura 1. Diferença de ondas de pulso entre as artérias carótida e femoral comum e cálculo da velocidade de onda de pulso carótida-femoral. VOP: velocidade de onda de pulso; △x: distância entre dois pontos do sistema arterial; △t: tempo gasto pela onda de pulso para percorrer essa distância. Adaptado de Laurent .

Figura 2. Amplificação da pressão de pulso. A pressão diastólica e a pressão arterial média são relativamente constantes no sistema arterial, mas, a pressão sistólica aumenta em direção à circulação periférica. Este fenômeno é chamado de amplificação da pressão de pulso e é quantificado pela razão entre a pressão sistólica periférica (PASp) e a pressão sistólica central (PASc). Adaptado de García-Espinosa et al. .

Figura 3. Composição da onda de pulso aórtica pela onda ejetora e onda refletida. A onda de pulso aórtica é composta pelo somatório da onda ejetora e da onda refletida. PP: pressão de pulso. Pe: amplitude da onda ejetora. Pr: amplitude da onda refletida. Adaptado de García-Espinosa et al. .

Figura 4. Onda de pulso em uma aorta proximal rígida em um ciclo cardíaco. A pressão de aumentação (PAo) reflete o aumento da pressão decorrente da chegada da onda refletida durante a sístole. P1: pico sistólico atribuído à onda ejetora. P2: segundo pico sistólico atribuído ao aumento de pressão causado pela onda refletida. A incisura dicrótica corresponde à fase final da ejeção ventricular e é produzida pelo fechamento da valva aórtica. AIx: índice de aumentação. Adaptado de Husmann et al. .

Figura 5. Esquema gráfico das ondas ejetora e refletida na aorta proximal. (A) No jovem com artérias elásticas, a onda refletida chega na diástole, não causa aumento do pico sistólico e preserva o fluxo diastólico. (B) No idoso com aorta rígida, a onda refletida chega na sístole, causando aumento do pico sistólico e redução do fluxo diastólico. Adaptado de Husmann et al.