Estimation of the Operative Risk of Mitral Valve Replacement by Multivariate Logistic Regression Analysis

Summary

The knowledge of factors determining the risk of postoperative myocardial failure (MF) should allow a more rational approach to the timing and the management of mitral valve replacement (MVR). Using multivariate logistic regression analysis the influence of 41 preoperative and perioperative variables on MF was assessed in a training group of 353 consecutive patients undergoing isolated primary MVR between 6/76 and 12/82. Early MF mortality was 4.2%. Strongest independent preoperative predictors of MF were advanced NYHA functional class (p < 0.001), hepatomegaly (p = 0.001), and reduced body weight (p = 0.01). Amongst preoperative and perioperative variables independent determinants of MF were NYHA functional class (p < 0.001), hepatomegaly (p = 0.002), hypotension during extracorporeal circulation (ECC) (p = 0.005), body weight (p = 0.007), ECC duration (p = 0.008), female sex (p = 0.061) and the absence of cardioplegia (p = 0.065). From the combination of these determinants estimates of the probability of MF were calculated and adjoined to low or high risk by means of an optimum cutoff point. The sensitivity of this test performed before and after operation was 0.80 and 0.93, the specificity 0.92 and 0.94, respectively. The reliability of this prognostic test was prospectively evaluated on data of 107 consecutive MVR patients between 1/83 and 12/84. The observed diagnostic characteristics of the test group were comparable to those predicted from the training group. Multivariate logistic regression analysis selects independent determinants, estimates the risk of MF or other modes of postoperative events and identifies patients with low or high risk with a definable validity as an objective aid for medical decisionmaking.

Zusammenfassung

Neben dem durchschnittlichen Risiko beim primären Mitralklappenersatz gibt es Untergruppen von Patienten mit wesentlich niedrigerem oder höherem Risiko. Es sollten daher unabhängige Determinanten dieses Risikos, insbesondere hinsichtlich des letalen postoperativen Myokardversagens (MV), identifiziert und eine statistische Methode erprobt werden, mit dem Ziel, Werte dieser Determinanten in einen quantitativen Risikoindex zu transformieren, um die Höhe des MV-Risikos schätzen und Empfehlungen zur Optimierung beim Mitralklappenersatz ableiten zu können.

In einer Trainingsgruppe wurden 353 konsekutive Patienten von Juni 1976 bis Dezember 1982 vor und nach primärem isolierten Mitralklappenersatz untersucht. 338 Patienten überlebten, 15 Patienten verstarben früh infolge myokardialen Versagens, die MV-Letalität war 4,2%. Patienten, die infolge anderer, nicht primär kardialer Ursachen verstarben, wurden ausgeschlossen. Die Daten von 41 prä- und perioperativen, sowohl kontinuierlichen als auch dichotomen Variablen wurden zunächst univariat analysiert und, sofern in signifikanter Relation zu MV, einer multivariaten, schrittweisen logistischen Regressionsanalyse unterzogen. Dieses Verfahren wählte diejenigen voneinander unabhängigen Determinanten von MV aus, welche die beiden Untergruppen, d.h. Patienten mit und ohne MV, so scharf wie möglich voneinander trennten. Die am besten diskriminierenden präoperativen Determinanten von MV in dieser Trainingsgruppe waren in absteigender Reihenfolge die fortgeschrittene funktionelle Klasse (p < 0.001), Hepatomegalie (p = 0.001) und vermindertes Körpergewicht (p = 0.01). Präoperativ unter Ruhebedingungen erhobene hämodynamische Daten trugen nicht zu einer signifikant besseren Diskriminierung bei. Wurden prä- und perioperative Variable gleichzeitig analysiert, ergaben sich als unabhängige Determinanten wiederum die funktionelle Klasse (p < 0.001), Hepatomegalie (p = 0.002), sowie arterielle Hypotension während der extrakorporalen Zirkulation (EKZ) (p = 0.005), reduziertes Körpergewicht (p = 0.007), verlängerte EKZ-Dauer (p = 0.008), und mit grenzwertiger Signifikanz weibliches Geschlecht (p = 0.061) und nicht angewandte Kardioplegie (p = 0.065). Anhand der Kombination dieser Determinanten wurden mittels einer Diskriminanzfunktionsgleichung Schätzwerte für die Wahrscheinlichkeit P von MV berechnet, präoperativ mit den Daten der präoperativen, und postoperativ mit den Daten der prä- und perioperativen Determinanten. Die P(MV)-Werte wurden mittels eines optimalen Trennungskriteriums als negatives oder positives Testergebnis klassifiziert bzw. niedrigem oder hohem MV-Risiko zugeordnet. Die Sensitivität dieses Testes war präoperativ 80% und stieg postoperativ auf 93% an, die Spezifität war 92 bzw. 94%. Die Testzuverlässigkeit wurde anschließend prospektiv an Daten von 107 konsekutiven Patienten des nachfolgenden Zeitraumes von Januar 1983 bis Dezember 1984 geprüft. Die Sensitivität war prä- bzw. postoperativ jeweils 100%, die Spezifität 96 bzw. 94%. Die beobachteten Charakteristiken dieser unabhängigen Testgruppe waren somit denen, vorhergesagt in der Trainingsgruppe, vergleichbar.

Schlußfolgerung:

Postoperatives MV nach Mitralklappenersatz wurde primär durch Parameter des Schweregrades und der Chronizität der präoperativen kardialen Funktionseinschränkung bestimmt (funktionelle Klasse, Hepatomegalie infolge zusätzlichen Rechtsherzversagens und kardiale Kachexie infolge chronischer zellulärer Hypoxie). In diesem Zustand scheinen perioperative Traumen (verlängerte EKZ-Dauer), hypotensionsinduzierte endokrine Dysregulation und myokardiale Schädigung infolge inadequater Myokardprotektion kumulativ die Entwicklung von letalem MV zu fördern. Anhand einer optimalen Kombination prognostischer Parameter kann das Risiko mit einer bestimmbaren Validität reproduzierbar geschätzt werden. Je weniger eingeschränkt die präoperative kardiale Funktion, desto niedriger ist das initiale Risiko und um so höher ist die Toleranz perioperativer Risiken und umgekehrt, je weiter fortgeschritten die funktionelle Einschränkung des Patienten, desto höher ist das initiale Risiko und um so geringer ist die Toleranz perioperativer Risiken. Die Verwendung von Kardioplegie kann, bis zu einem gewissen Grad, erhöhtes präoperatives Risiko neutralisieren. Der Ersatz der Mitralklappe sollte jedoch vor Eintritt irreversibler myokardialer Schäden ausgeführt werden. Ein mathematisches Modell, wie das hier vorgestellte, kann dabei den Prozeß der Entscheidungsbildung mit objektiven Daten unterstützen. Es sollte dabei helfen, prä- und penoperative Zustände zu definieren, die entweder mit niedrigem oder mit hohem MV-Risiko verbunden sind. Darüber hinaus sollte weiter nach zusätzlichen, unabhängigen Determinanten gesucht werden, um die bisher erreichte Validität des Testes noch weiter zu erhöhen und das zu erwartende operative Risiko mit dem des natürlichen Verlaufes der Erkrankung, zur Optimierung des Zeitpunktes des Klappenersatzes, vergleichen zu können.

Key words

Mitral valve replacement - Multivariate logistic regression analysis - Estimation of risk