Сайт издательства «Медиа Сфера»
содержит материалы, предназначенные исключительно для работников здравоохранения. Закрывая это сообщение, Вы подтверждаете, что являетесь дипломированным медицинским работником или студентом медицинского образовательного учреждения.

Сандриков В.А.

2 отделение лучевой диагностики ФГБУ РНЦХ им. акад. Б.В. Петровского РАМН

Дземешкевич С.Л.

РНЦХ им. акад. Б.В. Петровского РАМН, Москва

Кулагина Т.Ю.

РНЦХ им. акад. Б.В. Петровского РАМН, Москва

Ятченко А.Н.

Российский научный центр хирургии им. акад. Б.В. Петровского РАМН, Москва

Ван Е.Ю.

Отделение хирургического лечения дисфункции миокарда и сердечной недостаточности Российского научного центра хирургии им. акад. Б.В. Петровского РАМН, Москва

Неинвазивная регистрация турбулентных потоков в левом желудочке

Авторы:

Сандриков В.А., Дземешкевич С.Л., Кулагина Т.Ю., Ятченко А.Н., Ван Е.Ю.

Подробнее об авторах

Журнал: Хирургия. Журнал им. Н.И. Пирогова. 2013;(2): 45‑48

Просмотров: 661

Загрузок: 9

Как цитировать:

Сандриков В.А., Дземешкевич С.Л., Кулагина Т.Ю., Ятченко А.Н., Ван Е.Ю. Неинвазивная регистрация турбулентных потоков в левом желудочке. Хирургия. Журнал им. Н.И. Пирогова. 2013;(2):45‑48.
Sandrikov VA, Dzemeshkevich SL, Kulagina TIu, Iatchenko AN, Van EIu. Noninvasive registration of turbulent flows in the left ventricle. Pirogov Russian Journal of Surgery = Khirurgiya. Zurnal im. N.I. Pirogova. 2013;(2):45‑48. (In Russ.).

?>

Введение

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.

Материал и методы

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.

Результаты и обсуждение

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).

Рисунок 1. Продольные (х) и поперечные (у) деформации и угол ротации 0xF6; базальной части миокарда в норме. 1 - закрытие аортального клапана; 2 - открытие атривентрикулярного клапана.

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).

Рисунок 2. Эхограмма. Нормальная функция миокарда. Верхняя часть рисунка - потоки крови и турбулентность кровотока в левом желудочке. а - максимальная скорость изгнания крови из левого желудочка в аорту; б - скорость изгнания крови из левого желудочка в аорту и скорость смещения миокарда левого желудочка в период средней части изгнания; в - скорость изгнания из левого желудочка в аорту и скорость смещения миокарда левого желудочка в период окончания изгнания; г - скорость заполнения левого желудочка и скорость смещения миокарда левого желудочка в диастолу; д - скорость заполнения левого желудочка и скорость смещения миокарда левого желудочка в период окончания диастолы.
Рисунок 2. Эхограмма. Нормальная функция миокарда.Нижняя часть рисунка - скорости смещения миокарда левого желудочка в период максимального изгнания. а - максимальная скорость изгнания крови из левого желудочка в аорту; б - скорость изгнания крови из левого желудочка в аорту и скорость смещения миокарда левого желудочка в период средней части изгнания; в - скорость изгнания из левого желудочка в аорту и скорость смещения миокарда левого желудочка в период окончания изгнания; г - скорость заполнения левого желудочка и скорость смещения миокарда левого желудочка в диастолу; д - скорость заполнения левого желудочка и скорость смещения миокарда левого желудочка в период окончания диастолы.желудочка в аорту и скорость смещения миокарда левого желудочка в период средней части изгнания; в - скорость изгнания из левого желудочка в аорту и скорость смещения миокарда левого желудочка в период окончания изгнания; г - скорость заполнения левого желудочка и скорость смещения миокарда левого желудочка в диастолу; д - скорость заполн

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).

Рисунок 3. Ишемическая болезнь сердца. Верхняя часть рисунка - потоки крови и турбулентность кровотока в левом желудочке. а - максимальная скорость изгнания крови из левого желудочка в аорту; б - скорость изгнания крови из левого желудочка в аорту и скорость смещения миокарда левого желудочка в период средней части изгнания; в - скорость изгнания из левого желудочка в аорту и скорость смещения миокарда левого желудочка в период окончания изгнания; г - скорость заполнения левого желудочка и скорость смещения миокарда левого желудочка в диастолу; д - скорость заполнения левого желудочка и скорость смещения миокарда левого желудочка в период окончания диастолы.
Рисунок 3. Ишемическая болезнь сердца. Нижняя часть рисунка - скорости смещения миокарда левого желудочка в период максимального изгнания. а - максимальная скорость изгнания крови из левого желудочка в аорту; б - скорость изгнания крови из левого желудочка в аорту и скорость смещения миокарда левого желудочка в период средней части изгнания; в - скорость изгнания из левого желудочка в аорту и скорость смещения миокарда левого желудочка в период окончания изгнания; г - скорость заполнения левого желудочка и скорость смещения миокарда левого желудочка в диастолу; д - скорость заполнения левого желудочка и скорость смещения миокарда левого желудочка в период окончания диастолы.

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);

Рисунок 4. Схема хордосохраняющих операций при протезировании митрального клапана: сокращение расстояния между верхушками папиллярных мышц и фиброзным кольцом (Аа и Бб) в сочетании с одновременным сближением оснований папиллярных мышц (В). Симметричная объемная редуцирующая пластика левого предсердия (Б) - «Мерседес»-пластика.
Рисунок 4. Схема хордосохраняющих операций при протезировании митрального клапана: сокращение расстояния между верхушками папиллярных мышц и фиброзным кольцом (Аа и Бб) в сочетании с одновременным сближением оснований папиллярных мышц (В). Симметричная объемная редуцирующая пластика левого предсердия (Б) - «Мерседес»-пластика.
«Мерседес» - пластика левого предсердия; имплантация кардиовертера - дефибриллятора.

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).

Рисунок 5. Эхограмма (а) до операции. Перегрузка сердца объемом (конечный диастолический объем 260 мл). Скорости смещения миокарда снижены.
Рисунок 5. кривая «поток-объем» (б) до операции. Перегрузка сердца объемом (конечный диастолический объем 260 мл). Скорости смещения миокарда снижены.
Рисунок 5. Эхограмма (в) через месяц после операции обратного ремоделирования сердца (конечный диастолический объем 180 мл). Скорости смещения миокарда увеличены. Диаграмма «поток – объем» нормализуется.
Рисунок 5. кривая «поток-объем» (г) через месяц после операции обратного ремоделирования сердца (конечный диастолический объем 180 мл). Скорости смещения миокарда увеличены. Диаграмма «поток – объем» нормализуется.

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).

Рисунок 6. а - эхограмма скорости внутрижелудочковых потоков крови у пациентов с перегрузкой сердца объемом; слева до операции, справа после операции (период диастолы)
Рисунок 6. б - распределение давления в полости левого желудочка; слева до операции, справа после операции. Цветная шкала калибрована в мм рт. ст.

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.

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail