Главными патогенетическими факторами заболеваний сердца являются ишемические повреждения миокарда, миокардиты, пороки сердца различной этиологии и др. Заболевание развивается постепенно и это обусловливает не только различные методы диагностики, но и лечения. Современные методы диагностики - ультразвуковые, компьютерная томография, нагрузочные тесты - несомненно, перспективны, хотя до настоящего времени во многом нуждаются в научном обосновании предлагаемых протоколов. Вместе с тем возможности одновременного исследования гемодинамики, геометрии полостей сердца и кислородтранспортной функции крови, наряду с новыми современными методами регистрации сократимости миокарда, можно считать объективными количественными критериями в оценке кровообращения и прогнозирования результатов операции по ремоделированию миокарда, пластических операций на клапанах сердца и сосудов.

По данным ряда авторов [2, 3, 6], дисфункция миокарда на доклиническом уровне практически не диагностируется, а через год-два пациенты нуждаются уже в сложном и дорогостоящем лечении.

Выявление ранних признаков заболевания и использование современных терапевтических и хирургических технологий способствует улучшению результатов лечения и прогноза жизни больных. В связи с этим разработка диагностических методов, позволяющих, с одной стороны, прогнозировать течение заболевания, а с другой, достоверно оценивать результаты лечения остается стратегическим направлением кардиологии и кардиохирургии.

Вопрос оптимального выбора критериев своевременной диагностики является до настоящего времени наиболее сложным и мало изученным.

Обследованы 133 пациента с хронической сердечной недостаточностью и 29 практически здоровых людей (средний возраст 41±6 лет). Ишемическая болезнь сердца была у 51 больного (средний возраст 54±8 лет), пороки сердца - у 53 (средний возраст 52±6 лет) и дилатационная кардиомиопатия - у 30 пациентов (средний возраст 38±5 лет).

В состоянии покоя выполняли трансторакальную эхокардиографию на приборе экспертного класса Vivid-7 Dimencion (GE HC, USA) мультичастотным матричным датчиком 3,5 МГц по стандартной методике. Эхокардиографию проводили одновременно с регистрацией ЭКГ.

Для определения механических характеристик сокращения левого желудочка нами был разработан инструмент, который позволяет по динамическим сериям ультразвуковых изображений производить слежение за контуром левого желудочка и оценить движения миокарда.

В основе анализа лежит информация о скорости кровотока, векторе скорости, линии оси кровотока, движении стенок и других переменных в течение сердечного цикла. Регистрация потока выполняется в период раннего изгнания, в середине и в конце изгнания крови из левого желудочка, а также в период диастолы. Особое внимание уделяли получению качественных изображений (частота кадров не менее 48-50/с) для последующей обработки их на персональном компьютере. Для получения потоков и оценки турбулентности в левом желудочке выполнялась регистрация скорости кровотока в различных отделах левого желудочка - в области фиброзного кольца, срединной и верхушечной областях. Измеряли размеры полостей сердца и основные показатели центральной гемодинамики: конечный диастолический и конечный систолический объемы полостей сердца, толщину межжелудочковой перегородки, ударный выброс, среднее давление в легочной артерии.

Ультразвуковые изображения сохраняли в цифровом формате DICOM, а затем экспортировали в базу данных стандартного персонального компьютера для последующего анализа в разработанной программе MultiVox. После выбора оптимального по качеству изображения одного кардиоцикла из числа записанных и сохраненных кинопетель выполняли оконтуривание эндокарда левого желудочка, покадрово отслеживая соответствие проведенной линии с линией границы эндокарда. Затем автоматически выстраивались изображения скоростей смещения миокарда. Полученные изображения характеризуют изменения потока и объема желудочка за сердечный цикл, а также скорости смещения миокарда в базальном, срединном и верхушечном отделах левого желудочка. Проведен сравнительный анализ клинических данных и результатов исследования с использованием статистических методов обработки.

До настоящего времени глобальная насосная функция сердца оценивается с помощью измерения внутрижелудочкового давления и объемов полостей сердца. Однако изменения потоков крови в пространственном распределении (в данном случае в полости левого желудочка) не анализируются в связи с отсутствием технологии измерения. Существует ряд экспериментальных исследований внутрисердечного кровотока, выполняемых на виртуальных и искусственных моделях [9]. Для решения данной проблемы мы качественно оцениваем локальные структуры потоков и их динамику с использованием эхокардиографии.

В большинстве наблюдений дисфункция миокарда обусловлена поражением одного или обоих желудочков сердца. Основополагающими работами по изучению механизмов контрактильности здорового и поврежденного миокарда является работа E. Braunwald и соавт. [5]. Это так называемая миокардиальная сердечная недостаточность. Данную сердечную недостаточность следует отличать от развития клинических симптомов и признаков хронической недостаточности кровообращения у больных без поражения миокарда желудочков, для обозначения которых A. Katz и соавт. [6] предложили использовать термин циркуляторная недостаточность. Примерами циркуляторной недостаточности могут служить клапанные пороки сердца, констриктивный и выпотной перикардит, тяжелая анемия и др. При миокардиальной недостаточности в большинстве наблюдений нарушается главным образом функция левого желудочка.

В настоящее время известно, что феноменологические закономерности поведения любых биологических объектов имеют ярко выраженный нелинейный характер. Это значительно усложняет анализ их функции и состояния при исследованиях, осуществляемых в медицинской практике. В связи с этим разрабатываются различные способы оценки этих закономерностей. Так, при исследовании функции сердца и состояния миокарда с помощью феноменологических закономерностей осуществляются многочисленные попытки получить простые и ясные количественные параметры, которые во многом зависят от структуры и анатомического строения миокарда [1, 8].

Исследуя послойное строение миокарда, H. Matsumura и соавт. [8] выявили определенную закономерность в строении и направлении миокардиальных волокон.

Авторы определили разнонаправленность волокон миокарда от базального слоя к верхушке. Продольные волокна миокарда левого желудочка практически параллельны друг другу и вращаются по часовой стрелке от эндокарда к эпикарду под углом от +60 град. Это наталкивает на мысль о необходимости доказательства их синфазности до –60 град.

Поперечные волокна (это срединный слой стенок левого желудочка) отклоняются под разными углами по отношению к эпикарду. В настоящее время не существует окончательной ясности относительно величины и изменчивости этого угла. Наши исследования [3] показали, что волокна поперечных слоев расходятся под углом от 7,5 до 37,5 град. к эпикарду. Установлено, что правое предсердие в норме сокращается на 0,02 с раньше левого, а систола левого желудочка начинается позднее правого и заканчивается несколько раньше. Такой механизм с учетом того, что верхушка сердца сокращается раньше его базальных отделов, свидетельствует о последовательном характере сокращений. Это так называемый физиологический асинхронизм сокращения.

В последнее время, выполняя исследования по регистрации скорости смещения миокарда в различные фазы сердечного цикла [4], мы обратили внимание на тот факт, что наибольшие скорости смещения миокарда отмечаются в базальном и срединном сегментах левого желудочка в период максимального изгнания.

При этом угол ротации левого желудочка (0xF6;) при максимальном изгнании крови в продольном сокращении достигает 24, а в поперечном составляет 6-8 град. (рис. 1 и далее на цв. вклейке).

Во время систолы срединный уровень миокарда вращается в противоположную сторону по сравнению с базальным отделом и верхушкой. При этом угол ротации в эндокардиальных и эпикардиальных слоях направлен также в противоположные стороны. Верхушка смещается минимально, тогда как движения основания сердца достаточно велики. Этот феномен может показаться парадоксальным, т.к. основание сердца, которое фиксировано к аорте, предсердиям и легочной артерии, смещается, а верхушка остается малоподвижной. По данным эхокардиографии и компьютерной томографии мы отметили, что ротация сердца осуществляется последовательно, от правого к левому сегменту базального отдела, к нисходящему и восходящему сегментам верхушки сердца.

Такое сокращение миокарда приводит к направленному изменению потоков крови во время сердечного цикла. Данное сокращение сопровождается возникновением феномена турбулентности с очень высокими скоростями потока (внутрижелудочковое «торнадо» кровотока; рис. 2).

В период максимальной скорости изгнания крови из левого желудочка в аорту в норме отмечается высокая скорость кровотока в области базального отдела. При этом скорость потока в области верхушки значительно меньше. В период средней систолы турбулентность с высокой скоростью изгнания перемещается ближе к основанию и поток крови еще в большей степени закручивается. Средний период систолы и окончание систолы характеризуется еще большим возрастающим и концентрирующимся турбулентным потоком, направленным в выходной тракт левого желудочка.

Диастолическая фаза сердечного цикла характеризуется максимальной скоростью заполнения желудочка и эта скорость достаточно высока, как в области фиброзного кольца, так и в срединной части желудочка. В период сокращения предсердия турбулентный поток полностью перемещается к выходному тракту левого желудочка.

Поток крови в левом желудочке характеризуется сильной компактной струей, которая входит в камеру через митральный клапан во время диастолической фазы. Струя попадает в полость левого желудочка в течение двух различных импульсов: раннее наполнение (Е-волна), при релаксации желудочка, а затем в период сокращения предсердия. В конце диастолы начинается период изоволюмического сокращения. Левый желудочек приходит в активное состояние в результате сокращения мышечных волокон миокарда. Во время систолы повышается давление в камере, митральный клапан закрывается, аортальный клапан открывается и начинается активная систола.

Несмотря на кажущуюся простоту сердечного цикла, динамика кровотока в полости желудочка чрезвычайно интенсивна: струя крови входит в полость длиной несколько сантиметров со скоростью до 1 м/с, почти мгновенно достигая стенки желудочка. Диастолический кровоток имеет вихревой характер, направленный вдоль перегородки, а ядро потока превращается в компактный кольцевой вихрь, который направлен к верхушке. Митральный клапан смещается и поток крови направляется к передней стенке. Изменения диастолических градиентов давления в приносящем и выносящем трактах левого желудочка описаны S. Kjetil и соавт. [7].

Длина струи и ее вихревая структура во время сердечного цикла зависят от состояния миокарда и от ряда факторов. Основную роль играет геометрия камеры, размеры и объемы полости, состояние клапанного аппарата и др.

Совершенно противоположную картину мы наблюдаем у больных с ишемической болезнью сердца (рис. 3).

Дисфункция миокарда определяется рядом факторов, таких как сила сокращения сердечной мышцы, объемы желудочков и периферическое сопротивление. Механизмы компенсации и декомпенсации кровообращения, наблюдающиеся у ряда пациентов, не всегда являются ранними признаками недостаточности сердечной мышцы.

Направление потока крови в левом желудочке значительно изменяется при гипертрофии миокарда и папиллярных мышц, дисфункции клапанного аппарата и других изменениях в структурах сердца.

Отдавая предпочтение новым направлениям в исследовании функции миокарда и хирургическим технологиям по моделированию миокарда и геометрии полостей сердца у больных с дисфункцией миокарда, нами выбран подход к оценке турбулентных потоков в желудочках с последующим расчетом градиентов давления в полостях сердца и, как следствие всего этого, расчет кинетической энергии миокарда во время систолы и диастолы. Это позволяет у конкретного больного представить картину сокращения, изменение камер и потоков крови в сердце.

Таким образом, измерение ускорения потоков крови в полости левого желудочка с целью оценки изменения направления кровотока есть не что иное как силовая характеристика, отражающая кинетическую энергию миокарда. Определение вихревых потоков и вектора скорости характеризует изменения направления кровотока.

Методика обратного ремоделирования сердца основана на современных методах диагностики дисфункции миокарда у больных с хронической сердечной недостаточностью. Это позволило нам разработать принципиально новую методику хирургического лечения, позволяющую сохранить собственное сердце пациента, изменив его размеры, форму и восстановив нормальную внутрисердечную гемодинамику. Суть методики заключается в одномоментном выполнении семи хирургических приемов: объемная редуцирующая пластика правого желудочка; объемная редуцирующая пластика правого предсердия; аннулопластика трикуспидального клапана; объемная редуцирующая пластика задней стенки левого желудочка; универсальные сохраняющие операции на хордальном аппарате митрального клапана (рис. 4);

В результате такого ремоделирования удается значительно уменьшить объемы сердца и устранить застойные зоны в полостях, устранить клапанные дисфункции и нормализовать форму желудочков, вернув их из патологически шаровидных к нормальным конусовидным. Подход заключается в изменении геометрии полостей сердца, пластических операциях на клапанах и подклапанных структурах, а также на миокарде желудочков и предсердий. В основе предложенного метода лежит концепция необходимости восстановления физиологической формы камер сердца (рис. 5).

Скорости смещения миокарда и построение обобщающих диаграмм позволяют количественно оценивать функцию сердца у больных с сердечной недостаточностью до операции и эффективность хирургического лечения еще на госпитальном этапе восстановительного периода.

Формирование геометрии полостей сердца, основанное на анализе гемодинамики и структуры потоков крови в желудочках, предсердиях и крупных сосудах, позволили нам планировать и оптимизировать объем хирургического вмешательства с индивидуальным подходом в каждом конкретном случае.

Для исключения осложнений и оценки адекватности хирургической операции интраоперационно с помощью собственной методики оценивали функцию клапанного аппарата сердца и миокарда. Нами разработан и впервые предложен новый метод оценки эффективности реконструктивных операций на клапанах сердца у больных с дисфункцией миокарда. В основе данного метода лежит принцип измерения давления в полости левого желудочка в течение кардиоцикла по данным неинвазивных методик (эхокардиографии) (рис. 6).

Исследование потоков крови в полостях сердца дает возможность более глубокого понимания физических явлений в оценке гемодинамики и функции миокарда. Это исследование является одним из методов оценки сократительной функции миокарда через анализ градиента давления внутри полости с последующим расчетом потенциальной и кинетической энергии. Анализ потоков крови в полостях сердца предоставляет уникальную возможность для новых хирургических технологий, оценки результатов лечения.

Таким образом, скорость смещения миокарда, оценка потоков крови в полостях сердца, расчет градиентов давления в левом желудочке позволяет объективно оценивать степень гемодинамических нарушений при дисфункции миокарда, определить риск хирургического лечения, планировать объем и тактику операций c прогнозированием течения послеоперационного и восстановительного периодов.