Введение
Абсолютная распространенность первичной митральной недостаточности увеличилась на 70% за последние 20 лет, а ревматическая болезнь сердца до сих пор остается ведущей причиной смерти от клапанных пороков сердца [1]. Общепринятые методы протезирования митрального клапана (МК), предлагаемые этим пациентам, имеют ряд ограничений: быстро развивающаяся несостоятельность биологических протезов, высокий риск развития тромбоэмболий или геморрагических осложнений на фоне постоянного приема антикоагулянтов при имплантации механических протезов и прогрессирующая левожелудочковая недостаточность. Пластика МК и его подклапанного аппарата также является одним из эффективных способов лечения приобретенных пороков [2—5]. Однако почти 10% случаев дефектов МК не поддается полному восстановлению с помощью реконструкций, а риск повторных операций в такой ситуации значительно увеличивается. Такие известные клиницисты и исследователи как R. Deac, C. Duran, V. Gasparyan, Prabhu M. и H. Kasegawa [6—12] предлагали различные варианты полной реконструкции МК из аутоперикарда по стандартным пропорциям.
Оптимальным решением проблемы может стать имплантация бескаркасного неоклапана из аутологичного перикарда, который по всем параметрам идентичен нативному клапану пациента. Дальнейшим шагом в реконструктивной хирургии МК должно стать создание неоклапана на основе математического анализа и моделирования.
Для выполнения реконструктивных операций необходимо полное и всестороннее понимание анатомии и физиологии МК, его подклапанного аппарата. Определенным прогрессом в методах реконструкции стало новое видение МК в качестве не изолированной структуры, а части единого «механизма» левого желудочка, тесно взаимодействующей с ним. Истинные соотношения размерных характеристик системы МК: митрального кольца, створок и хорд — обеспечивают наилучшее функционирование левых отделов сердца, поддерживая однонаправленное насосное действие. В процессе формирования неоклапана принципиально важно сохранить индивидуальные размерные характеристики, свойственные каждому пациенту. Однако к моменту проведения реконструктивного хирургического вмешательства створки МК претерпевают выраженные морфологические изменения, делая невозможным прямую морфометрию и использование полученных данных для формирования шаблона неоклапана. Следование за персонализированным подходом ставит перед учеными и врачами задачу поиска альтернативных путей воссоздания естественных размерностей и пропорций МК и его подклапанного аппарата для каждого пациента. Поиск статистически значимых корреляций и регрессий между данными, доступными в клинике или в операционной и необходимыми для формирования новых створок и хорд, может стать решением возникшей проблемы. Основной интерес исследователей и практикующих врачей заключается в возможности неинвазивного анализа морфологии и функции МК.
Трансторакальная двухмерная эхокардиография (ЭхоКГ) является основным наиболее распространенным методом оценки состояния МК в повседневной кардиологической практике. Кроме того, в оценке хирургической коррекции клапанов сердца интраоперационно может применяться чреспищеводная ЭхоКГ (ЧП-ЭхоКГ), для которой требуются специальные навыки и аппаратура. Поэтому даже обычная трансторакальная ЭхоКГ имеет преимущества перед более надежными методами визуализации (ЧП-ЭхоКГ, компьютерная томография — КТ и магнитно-резонансная томография — МРТ) и прямыми анатомическими исследованиями (интраоперационный анализ или аутопсия) в виде широкой доступности аппаратов, быстроты исследования и невысокой стоимости процедуры. Использование 2D-ЭхоКГ в изучении закономерностей строения МК может значительно упростить, ускорить и снизить стоимость создания математических моделей для реконструкции МК. Основным требованием к неинвазивным методам диагностики является сопоставимость получаемых результатов относительно истинной анатомии структур сердца.
Цель исследования — оценка сопоставимости получаемых результатов с помощью ЭхоКГ с относительно истинной анатомией структур сердца на аутопсии.
Материал и методы
В исследование включены данные аутопсий 12 пациентов, поступивших в патологоанатомическое отделение НИИ скорой помощи им. Н.В. Склифосовского, не имевших в анамнезе сердечно-сосудистых заболеваний. В исследование включены также данные ЭхоКГ 20 пациентов клиники аортальной и сердечно-сосудистой хирургии УКБ №1 Первого МГМУ им. И.М. Сеченова (Сеченовский университет).
При планировании исследования протокол был одобрен этическим комитетом Первого МГМУ им. И.М. Сеченова (Сеченовский университет). Респонденты из клиники аортальной и сердечно-сосудистой хирургии УКБ №1 подписывали информированное согласие и лист информации для пациента в соответствии с протоколом.
Ультразвуковое исследование проводили на аппарате Philips CX50. Структуры клапана визуализировали через стандартные парастернальные и апикальные позиции. Изучали следующие параметры:
— диаметр митрального клапана (дМК; переднезадний диаметр);
— длина передней створки (ДПС);
— длина задней створки (ДЗС);
— высота передней створки (ВПС);
— высота задней створки (ВЗС);
— длина хорд от заднемедиальной сосочковой мышцы к передней створке;
— длина хорд от заднемедиальной сосочковой мышцы к задней створке.
Показатели створок и подклапанных структур группы аутопсии представлены в табл. 1, а группы ЭхоКГ — в табл. 2. На рис. 1 показаны эхокардиографические параметры МК в норме.
Таблица 1. Группа аутопсии, измерение размеров створок и подклапанных структур, см
| № | Диаметр митрального клапана | Длина передней створки | Длина задней створки | Высота передней створки | Высота задней створки | Длина хорд к передней створке | Длина хорд к задней створке |
| 1 | 3,34 | 5,50 | 5,00 | 2,50 | 1,80 | 2,20 | 2,50 |
| 2 | 2,86 | 3,20 | 5,80 | 2,20 | 1,20 | 1,50 | 1,50 |
| 3 | 2,86 | 4,50 | 4,50 | 2,60 | 1,80 | 1,50 | 2,60 |
| 4 | 3,06 | 4,70 | 6,30 | 2,30 | 1,40 | 1,40 | 1,70 |
| 5 | 3,18 | 4,80 | 5,20 | 2,00 | 1,70 | 1,80 | 1,70 |
| 6 | 3,12 | 5,00 | 4,50 | 2,50 | 1,50 | 1,80 | 2,00 |
| 7 | 3,18 | 4,90 | 5,00 | 2,50 | 1,70 | 1,80 | 1,00 |
| 8 | 3,34 | 4,50 | 6,50 | 2,20 | 2,00 | 2,10 | 2,00 |
| 9 | 2,86 | 4,50 | 4,00 | 2,40 | 1,50 | 1,50 | 2,20 |
| 10 | 3,50 | 6,00 | 6,00 | 3,50 | 0,50 | 2,00 | 2,00 |
| 11 | 2,93 | 4,00 | 6,00 | 2,30 | 1,70 | 2,00 | 2,00 |
| 12 | 3,34 | 4,50 | 6,00 | 2,30 | 1,10 | 1,30 | 1,50 |
| M | 3,13 | 4,68 | 5,40 | 2,44 | 1,49 | 1,74 | 1,89 |
| σ | 0,22 | 0,70 | 0,81 | 0,37 | 0,41 | 0,30 | 0,45 |
| Me | 3,15 | 4,60 | 5,50 | 2,35 | 1,60 | 1,80 | 2,00 |
Таблица 2. Группа ЭхоКГ, измерение створок и подклапанных структур, см
| № | Диаметр митрального клапана | Длина передней створки | Длина задней створки | Высота передней створки | Высота задней створки | Длина хорд к передней створке | Длина хорд к задней створке |
| 1 | 3,10 | 3,70 | 4,30 | 2,40 | 1,00 | 1,80 | 1,90 |
| 2 | 3,20 | 4,20 | 5,20 | 2,80 | 0,90 | 1,90 | 1,50 |
| 3 | 3,50 | 4,90 | 6,00 | 3,30 | 1,00 | 2,10 | 1,60 |
| 4 | 3,40 | 5,00 | 6,00 | 3,20 | 1,10 | 2,30 | 2,20 |
| 5 | 3,40 | 4,00 | 5,50 | 3,60 | 1,10 | 2,50 | 1,90 |
| 6 | 3,30 | 4,20 | 4,50 | 2,70 | 1,00 | 2,10 | 1,70 |
| 7 | 3,20 | 4,40 | 5,40 | 2,40 | 1,00 | 2,20 | 1,60 |
| 8 | 3,40 | 4,30 | 5,10 | 3,40 | 1,10 | 2,30 | 1,70 |
| 9 | 3,20 | 4,50 | 5,30 | 3,20 | 1,00 | 2,20 | 1,70 |
| 10 | 2,90 | 4,00 | 3,40 | 2,30 | 1,70 | 1,80 | 1,90 |
| 11 | 3,20 | 4,50 | 5,30 | 3,20 | 1,00 | 2,20 | 1,70 |
| 12 | 3,20 | 4,50 | 6,40 | 2,50 | 1,50 | 2,20 | 2,00 |
| 13 | 3,20 | 4,30 | 6,10 | 2,40 | 1,50 | 2,30 | 1,90 |
| 14 | 3,20 | 4,00 | 4,90 | 2,30 | 1,40 | 1,80 | 1,70 |
| 15 | 3,30 | 4,60 | 5,70 | 2,70 | 1,50 | 2,30 | 2,10 |
| 16 | 3,10 | 4,30 | 5,30 | 2,20 | 1,50 | 2,20 | 1,90 |
| 17 | 3,30 | 4,40 | 5,50 | 2,40 | 1,40 | 2,30 | 2,00 |
| 18 | 3,30 | 4,70 | 5,80 | 2,80 | 1,50 | 2,20 | 2,10 |
| 19 | 3,10 | 4,50 | 5,80 | 2,70 | 1,40 | 2,30 | 2,00 |
| 20 | 3,20 | 4,30 | 5,00 | 2,90 | 1,40 | 2,20 | 1,90 |
| M | 3,24 | 4,37 | 5,33 | 2,77 | 1,25 | 2,16 | 1,85 |
| Sigma | 0,13 | 0,31 | 0,69 | 0,42 | 0,25 | 0,19 | 0,19 |
| Me | 3,20 | 4,35 | 5,35 | 2,70 | 1,25 | 2,20 | 1,90 |
Рис. 1. Эхокардиографические параметры нормального митрального клапана (МК).
а — переднезадний диаметр МК; б — межкомиссуральный диаметр; в — длина передней створки; — длина задней створки, измеряемая косвенным методом триангуляции; д — высота передней створки; е — высота задней створки; ж — длина хорд к передней створке; з — длина хорд к задней створке.
Статистический анализ проведен с помощью редактора данных IBM SPSS Statistics версии 23. Применены следующие методы: одновыборочный критерий Колмогорова—Смирнова, критерий t Стьюдента для независимых выборок, критерий U Манна—Уитни для независимых выборок, коэффициент корреляции r Пирсона, коэффициент ранговой корреляции Спирмена и линейная регрессионная модель.
Исследован тип распределения полученных данных с помощью одновыборочного критерия Колмогорова—Смирнова для математического обоснования применимости данных ЭхоКГ в прогнозировании истинных размерных характеристик МК. Гипотеза о нормальном распределении данных была подтверждена в группах «длина задней створки» и «длина хорд от задней сосочковой мышцы (ЗСМ) к задней створке»: асимптотическая (двусторонняя) значимость равнялась более 0,05. В оставшихся группах данные распределялись не по закону Гаусса—Лапласа.
Для групп с нормальным распределением использовали критерий t Стьюдента, определивший значение p=0,201 для группы «длина задней створки» и p=0,009 для «длина хорд к задней створке». Тем самым не было выявлено статистически значимых межгрупповых различий в данных аутопсии и ЭхоКГ при измерении длины задней створки.
Для остальных параметров был применен критерий U Манна—Уитни, который отклонил нулевую гипотезу о равенстве данных аутопсии и ЭхоКГ в группах «длина передней створки», «высота передней створки», «высота задней створки», «длина хорд к передней створке». Соответственно в дальнейшем данные аутопсии и ЭхоКГ будут рассматриваться по отдельности. Однако для группы «длина передней створки» значение p=0,044 было близко к пороговому, поэтому дополнительно был применен медианный критерий для независимых выборок. По результатам медианного теста, полученный показатель был равен 0,168, что подтверждало нулевую гипотезу о равенстве подгрупп.
Корреляция Пирсона между ДЗС и диаметром фиброзного кольца (ФК) МК была средней силы и составила 0,435. Полученная регрессионная модель описывается формулой ДЗС=1,79·дМК — 0,37; R2=0,189. При отдельном рассмотрении показателей ЭхоКГ по методу Пирсона сила корреляции была средней и составила 0,554, уравнение линейной регрессии описывается как ДЗС(э)=2,84·дМК — 3,87; R2=0,306. Отдельное рассмотрение корреляции данных аутопсии Пирсона выявило статистическую связь средней силы, равную 0,409. Линейная регрессия описывается формулой ДЗС(а)=1,495·дМК + 0,72; R2=0,167.
Согласно результатам медианного теста мы рассмотрим группу длины передней створки как единое целое. Корреляция Спирмена между ДПС и диаметром ФК МК была средней силы и составила 0,363. Полученная регрессионная модель описывается формулой ДПС=1,45·дМК — 0,165; R2=0,257. При отдельном рассмотрении показателей ЭхоКГ сила корреляции Пирсона была средней и составила 0,519, уравнение линейной регрессии описывается как ДПС(э) = 1,2· дМК + 0,484; R2=0,269. По данным аутопсии, корреляция Пирсона была сильной и равнялась 0,724. Уравнение линейной регрессии описывается как ДПС(а)=2,29·дМК — 2,49; R2=0,525.
В группе длины хорд к задней створке (ХЗС) корреляция Спирмена была слабой, составив 0,002. Уравнение линейной регрессии имело вид: ХЗС=–0,178· дМК + 2,43; R2=0,011. При отдельном рассмотрении показателей ЭхоКГ сила корреляции была слабой и составила 0,029. Полученная регрессионная модель описывается формулой ХЗС(э) = –0,043·дМК + 1,99; R2=0,001. По данным аутопсии, корреляция Пирсона была слабой и равнялась 0,114. Уравнение линейной регрессии описывается как ХЗС(а) = –0,23·дМК + 2,613; R2=0,013.
В остальных группах параметров МК гипотеза о равенстве подгрупп аутопсии и ЭхоКГ не была принята, поэтому их анализ следует проводить отдельно. Корреляция Пирсона (распределение показатей является нормальным по тесту Колмогорова—Смирнова) между эхокардиографическими данными ВПС и диаметром МК была средней силы и составила 0,680. Уравнение регрессии описывалось как ВПС(э) = 2,12·дМК — 4,075; R2=0,463. При анализе данных аутопсии корреляция Спирмена была слабой, равной 0,123. Уравнение регрессии описывалось как ВПС(а) = 0,698·дМК + 0,256; R2=0,171.
Корреляция Спирмена между эхокардиографическими данными ВЗС и диаметром МК оказалась отрицательной слабой, равной –0,229. Уравнение регрессии описывалось как ВЗС(э) = 0,184·дМК + 0,82; R R2=0,008. При анализе аутопсии корреляция Пирсона была средней стилы и составила 0,303. Уравнение регрессии описывалось как ВЗС(а)=3,23·дМК — 0,556; R2=0,092.
Корреляция Спирмена между эхокардиографическими данными длины хорд к передней створке (ХПС) и диаметром МК была средней силы и составила 0,432. Уравнение линейной регрессии описывалось следующим образом: ХПС(э) = 0,75·дМК — 0,256; R2=0,272. При анализе аутопсии корреляция связь Пирсона была средней величины и составила 0,481. Уравнение регрессии описывалось как ХПС(а) = 0,646·дМК — 0,281; R2=0,232. Показатели корреляционно-регрессионного анализа представлены в табл. 3. Графики линейной регрессии показаны на рис. 2.
Таблица 3. Показатели корреляционно-регрессионного анализа
| Показатель | Критерий t Стьюдента/критерий U Манна—Уитни | Корреляции Пирсона/Спирмена | R-квадрат Уравнение линейной регрессии R2 |
| Диаметр МК (дМК) | p>0,05; H0 «+» | — | — |
| Длина передней створки (ДПС) | p<0,05; Me—K >0,05; H0 «+/–» | 0,363 | 0,257 ДПС=1,45·дМК—0,165 |
| ДПС ЭхоКГ | — | 0,519 | 0,269 ДПС(э)=1,2·дМК+0,484 |
| ДПС Аутопсия | — | 0,724 | 0,525 ДПС(а)=2,29·дМК—2,49 |
| Длина задней створки (ДЗС) | p>0,05; H0 «+» | 0,435 | 0,189 ДЗС=1,79·дМК—0,37 |
| ДЗС ЭхоКГ | — | 0,554 | 0,306 ДЗС(э)=2,84·дМК—3,87 |
| ДЗС Аутопсия | — | 0,409 | 0,167 ДЗС(а)=1,495·дМК+0,72 |
| Высота передней створки (ВПС) | p<0,05; H0 «–» | — | — |
| ВПС ЭхоКГ | — | 0,680 | 0,463 ВПС(э)=2,12·дМК—4,075 |
| ВПС Аутопсия | — | 0,123 | 0,171 ВПС(а)=0,698·дМК+0,256 |
| Высота задней створки (ВЗС) | p<0,05; H0 «–» | — | — |
| ВЗС ЭхоКГ | — | —0,229 | 0,008 ВЗС(э)=0,184·дМК+0,82 |
| ВЗС Аутопсия | — | 0,303 | 0,092 ВЗС(а)=3,23·дМК—0,556 |
| Длина хорд к передней створке (ХПС) | p<0,05; H0 «–» | — | — |
| ХПС ЭхоКГ | — | 0,432 | 0,272 ХПС(э)=0,75·дМК—0,256 |
| ХПС Аутопсия | — | 0,481 | 0,232 ХПС(а)=0,646·дМК—0,281 |
| Длина хорд к задней створке (ХЗС) | p<0,05; H0 «–» | — | — |
| ХЗС ЭхоКГ | — | 0,029 | 0,001 ХЗС(э)= –0,043·дМК+1,99 |
| ХЗС Аутопсия | — | 0,114 | 0,013 ХЗС(а)= –0,23·дМК+2,613 |
Рис. 2. Графики линейной регрессии.
Было проведено первичное статистическое исследование морфометрических данных МК, полученных методом ЭхоКГ и методом прямого анатомического изучения кадаверных сердец. Применение ЭхоКГ с целью прогнозирования идеальных размерных характеристик неоклапана представляет большой практический интерес для развития реконструктивной хирургии МК.
Так как основным требованием к любым неинвазивным методам диагностики является сопоставимость получаемых результатов относительно истинной анатомии, то в нашем исследовании мы сравнивали группу пациентов с нормальными показателями МК с данными аутопсии пациентов без патологии сердечно-сосудистой системы в анамнезе. Определение длины передней и задней створок ультразвуковым методом оказалось достаточно информативным: межгрупповые различия данных ЭхоКГ и аутопсии не были статистически значимы. Совместное и раздельное рассмотрение ультразвуковых и анатомических данных в корреляционно-регрессионном анализе доказало наличие математической взаимосвязи средней силы между диаметром МК и длинами его створок. Изучение длин створок МК и их отношения к диаметру методом ЭхоКГ имеет перспективу в связи с хорошей чувствительностью метода. При искусственном удалении пограничных значений (статистических выбросов): случаи с запредельно малым диаметром МК (менее 2,7 см) или большим диаметром МК (более 3,7 см) — показатели корреляции и регрессии среди среднестатистических для популяции значений возрастали до сильных значений. Однако итоговая математическая модель должна быть применима для всех групп пациентов, что требует одновременного рассмотрения всех случаев вне зависимости от конституциональных особенностей конкретного человека.
В случае измерения высоты передней или задней створки мы обнаружили статистически значимое различие в полученных данных, группы ЭхоКГ и аутопсии были достоверно неоднородными. Отдельное рассмотрение данных ЭхоКГ по высоте передней створки показало значительные результаты, корреляция с диаметром МК была средней величины. При включении или исключении части наблюдений в общей группе (ЭхоКГ + аутопсия) медианный критерий и критерий U Манна—Уитни принимали значения более 0,05, что в дальнейшем делает возможным доказательство эффективности ЭхоКГ в определении высоты передней створки.
Когорты высоты задней створки значительно отличались друг от друга, показатели ЭхоКГ были стабильно меньше данных аутопсии. Подобную закономерность описали M. Jolley и соавт. [13], показатели 2D-ЭхоКГ в среднем были на 20% меньше, чем данные, полученные с помощью 3D-ЭхоКГ. Сложное анатомическое строение задней створки и затрудненная визуализация через стандартные позиции датчика привели к разночтениям при определении высоты. Мы отмечаем отсутствие статистически значимой корреляции и возможности построения достоверной линейной регрессии по данным ЭхоКГ.
Визуализация хорд была самым технически трудным этапом исследования, 2D-аппарат УЗИ не распознавал сухожильные хорды на всем их протяжении, поэтому при анализе исследователь одновременно ориентировался на расстояние между стандартным местом отхождения хорды от сосочковой мышцы и местом ее прикрепления к створке клапана. Однако показатели длины хорд к передней сосочковой мышце демонстрировали корреляцию средней силы относительно диаметра МК, что превзошло наши ожидания относительно точности метода. Хотя статистически группы ЭхоКГ и аутопсии были все так же неоднородны, что потребует дальнейших исследований для верификации чувствительности и специфичности метода. Наиболее нерезультативной категорией стала группа «длина хорд к задней сосочковой мышце». На протяжении всего исследования полученные данные отображали скорее случайный характер распределения, чем сколь-либо упорядоченную систему. Показатели корреляционно-регрессионного анализа стремились к 0 как в группе аутопсии, так и в группе ЭхоКГ.
Обсуждение и выводы
S. Grbic и соавт. [14] указывали на невозможность получения персонализированной топологии хорд in vivo методом ЭхоКГ, исследователи обозначили необходимость применения МРТ (по данным M. Stevanella и соавт [15]) или КТ (по данным Q. Wang и W. Sun [16]) для создания геометрических моделей МК [14—19]. Сами S. Grbic и соавт. [14] применяли метод микро-КТ с высоким разрешением для верификации данных, полученных с помощью 3D-ЭхоКГ [14]. Необходимость всесторонней проверки упрощенных двухмерных геометрических моделей МК перед их применением в клинической практике описана T. Mansi и соавт. [20, 21]. Таким образом, сохранение изначальных пропорций и персонализированный подход в реконструкции МК имеют первостепенное значение для формирования анатомически и физиологически полноценного неоклапана. Невозможно исчерпывающе охарактеризовать трехмерную форму МК и сложную геометрию его подклапанного аппарата с помощью анализа в одной плоскости. Компромиссным решением между всеми достоинствами 2D-ЭхоКГ и ее неточностью в изучении анатомии МК может стать применение контрольных методов высокоточной лучевой диагностики (КТ или МРТ) или исследование in vitro кадаверных сердец с целью формирования первичной модели, служащей ориентиром для двухмерной ЭхоКГ. Таким образом, 2D-ЭхоКГ в перспективе может стать методом изучения анатомии МК для совершенствования хирургических техник протезирования, однако первостепенно необходимо увеличение точности исследования и параллельный контроль полученных данных с помощью анатомических исследований или высокоточных методов лучевой диагностики.
Участие авторов:
Концепция и дизайн исследования — Р.Н. Комаров, С.С. Дыдыкин, С.В. Чернявский
Сбор и обработка материала — Н.М. Бабакулова, И.М. Васалатий
Статистическая обработка — И.М. Васалатий
Написание текста — И.М. Васалатий, О.В. Дракина
Редактирование — Р.Н. Комаров, С.В. Чернявский, О.В. Дракина, М.Д. Нуждин
Participation of authors:
Concept and design of the study — R.N. Komarov, S.S. Dydykin, S.V. Cherniavskii
Data collection and processing — N.M. Babakulova, I.M. Vasalatii
Statistical processing of the data — I.M. Vasalatii
Text writing — I.M. Vasalatii, O.V. Drakina
Editing — R.N. Komarov, S.V. Cherniavskii, O.V. Drakina, M.D. Nuzhdin
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.