Систолическая и диастолическая функция миокарда у больных ишемической болезнью сердца

В. А. Сандриков Т. Ю Кулагина А. В. Гаврилов И. В. Архипов А. А. Варданян

В настоящее время известно, что феноменологические закономерности поведения любых биологических объектов имеют ярко выраженный нелинейный характер. Данное обстоятельство 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, связывающие внешние проявления работы сердца (объемы, потоки, давление) с параметрами, характеризующими состояние миокарда (упругость, инотропизм).

Главным патогенетическим фактором ишемической болезни сердца (ИБС) является стеноз коронарных артерий. Болезнь развивается постепенно, и это обусловливает не только различные методы лечения, но и определяет принципы диагностики. До настоящего времени ангиография считается «золотым стандартом» в оценке состояния коронарных артерий, несмотря на очевидную перспективность спироэргометрии и ультразвуковых методов исследования. Эти методы, несомненно, перспективны, хотя до настоящего времени во многом нуждаются в научном обосновании стандартов неинвазивного контроля коронарного кровообращения у больных ИБС. Вместе с тем результаты исследования коронарного русла, гемодинамики, геометрии полостей сердца и кислородтранспортной функции, а также результаты современных методов исследования сократимости миокарда, можно считать объективными количественными критериями в оценке коронарного кровообращения и прогнозирования результатов операции аортокоронарного шунтирования (стентирования) у больных ИБС 1. В связи с этим целью данного исследования является поиск критериев и методик, которые на ранних стадиях заболевания могли бы количественно характеризовать функцию миокарда в реальном времени.

Материал и методы

Работа основана на анализе результатов клинических исследований у 78 больных ИБС, которым были выполнены операции реваскуляризации миокарда в отделе сердечно-сосудистой хирургии Государственного учреждения «Российский научный центр хирургии имени академика Б.В. Петровского» РАМН. Возраст пациентов составил от 45 до 78 лет (в среднем 55,3±4,1 года). В обследованной группе были 13 (16%) женщин и 65 (84%) мужчин. У 19 (24%) пациентов диагностирована стенокардия покоя и минимальных нагрузок — IV класс по классификации Нью-Йоркской кардиологической ассоциации (NYHA). Основными сопутствующими заболеваниями, диагностированными у пациентов данной группы, были артериальная гипертензия — у 46 (58%), сахарный диабет 2-го типа — у 6 (7%), ожирение II степени — у 5 (6%), хронические неспецифические заболевания легких (бронхит, пневмосклероз) — у 12 (15%), хронический гастрит — у 18 (23%), язвенная болезнь желудка или двенадцатиперстной кишки — у 13 (16%) и мочекаменная болезнь — у 9 (11%) пациентов.

Исследование, включающее эхокардиографию в покое, спировелоэргометрию и синхронизированный эхокардиографический мониторинг во время нагрузочного теста, проводили до операции, а также в ближайшем и отдаленном послеоперационном периодах (7—30 дней и более 1 года соответственно).

Все исследования выполнены на ультразвуковом сканере Vivid 7-Dimension (GE, США) с использованием трансторакального матричного мультичастотного датчика 2,5—4,7 МГц. Протокол включал регистрацию и оценку следующих показателей: конечный систолический и конечный диастолический объемы левого желудочка (ЛЖ) и фракцию изгнания, которые определяли из апикальной четырех- и двухкамерной позиции по модифицированному методу Sуmpson 3. Мы отказались от анализа локальной систолической функции миокарда в режиме тканевого допплера, так как в предварительных исследованиях не получили желаемого диагностического результата и применили метод векторного анализа, отражающий скорость смещения миокарда в различные фазы сердечного цикла.

Использовали алгоритм слежения за движением спекл-структуры ультразвукового изображения. От кадра к кадру серии эхокардиографических изображений производили слежение за смещением точек, располагающихся на контуре ЛЖ. На каждом кадре при помощи регуляризирующих алгоритмов контур корректировали для того, чтобы он оставался гладким, а точки не «разбегались» в тех местах контура, где желудочек плохо лоцируется. В автоматическом режиме выполняли слежение за движением контура по векторам, направления которых совпадают с направлениями движения каждой точки, а длины векторов соответствуют величинам скоростей движения точек. Для сравнения скоростей у разных больных было предложено представлять скорость движения в виде мм⊘кардиоцикл. Таким образом, время при анализе движения тканей миокарда изменяется от 0 (начало кардиоцикла) до 1 (конец кардиоцикла). Мгновенная величина скорости движения показывает, на какую величину (в мм) перемещается участок контура, при условии движения его с одинаковой скоростью на протяжении всего цикла. Это дает возможность более объективно проводить оценку состояния различных пациентов, которые различаются между собой по интервалу R—R.

Алгоритм обусловливает необходимость хорошей локации ЛЖ и работает более надежно при высокой частоте регистрации кадров. Так, при частоте сердечных сокращений 60 в минуту необходимо до 80 кадров, что позволяет более детально и точно рассмотреть все особенности движения миокарда.

Результаты и обсуждение

Систолическая и диастолическая дисфункция миокарда проявляется увеличением конечного систолического и конечного диастолического объемов ЛЖ, ростом давления в малом круге кровообращения в ответ на изменение силы сокращения сердечной мышцы и изменение периферического сопротивления. Это приводит к более выраженному нарушению процессов сокращения и расслабления, изменениям метаболических процессов в кардиомиоцитах и в конечном итоге — к сердечной недостаточности (СН). Механизмы компенсации и декомпенсации кровообращения, наблюдающиеся у ряда пациентов, не всегда являются ранними признаками недостаточности сердечной мышцы.

Так, при исследовании скоростей смещения миокарда ЛЖ было выявлено, что при выполнении нагрузочных тестов наибольшие изменения наблюдались в области перегородки и боковой стенки (табл. 1). Снижение скорости смещения миокарда было статистически значимо (р<0,05), причем как в период изоволюмического сокращения, так и расслабления.

Таблица 1. Динамика скоростей смещения миокарда сегментов левого желудочка на пике нагрузки у пациентов

Примечание. * — p<0,05 при сравнении показателей в покое и на пике нагрузки.

При векторном анализе скоростей смещения миокарда выявлены следующие изменения. Исходно векторы скоростей смещения сегментов перегородки и боковой стенки ЛЖ в фазу максимального изгнания обращены внутрь его полости и не имеют строгой направленности к верхушке (рис. 1, здесь и далее рисунки см. на цв. вклейке). На пике нагрузки направление векторов меняется, при этом скорость и амплитуда снижаются. Наибольшие изменения наблюдаются в области боковой стенки.

Рисунок 1. Векторы скоростей смещения миокарда в фазу максимального изгнания до нагрузки (А) и на пике нагрузки (Б) до операции.

Примечание. Цвет векторов: желтый — перегородочный базальный сегмент; синий — перегородочный средний; оранжевый — перегородочный верхушечный; красный — боковой базальный; зеленый — боковой средний; фиолетовый — боковой верхушечный.

На рис. 2 показаны реальные кривые векторов смещения миокарда в систолу в покое и на пике нагрузки. Обращают на себя внимание асинхронное сокращение верхушечных сегментов перегородки и боковой стенки и запаздывание пиковой систолической скорости базального и среднего сегмента боковой стенки. Нагрузка сопровождается значительным снижением скоростей смещения с максимальным проявлением по боковой стенке.

Рисунок 2. Кривые скоростей смещения сегментов перегородки и боковой стенки ЛЖ за один сердечный цикл в фазу максимального изгнания до нагрузки (А) и на пике нагрузки (Б) до операции.

Примечание. По оси x — частота кадров в одном сердечном цикле, по оси y — скорость смещения миокарда (мм/кардиоцикл). Цвет кривых — см. обозначения к рис. 1. S — систолический пик.

Нормализация деятельности сердца наступает в случае активизации метаболических процессов в кардиомиоцитах. В послеоперационном периоде мы отметили улучшение средних показателей спироэргометрии в исследуемой группе (табл. 2). Так, после операции выполняемая нагрузка в среднем достигла 119±32 Вт (увеличение на 33% по сравнению с дооперационными результатами). Статистически значимое повышение пикового потребления кислорода сопровождалось сдвигом уровня анаэробного порога вправо, и его средние значения достигли нормы. Данные изменения характеризуют повышение толерантности к нагрузке и сопровождаются снижением функционального класса СН по классификации NYHA.

Таблица 2. Средние показатели спироэргометрии у пациентов с ИБС до операции и после (>1 года)

Примечание. V'O2 —пиковое потребление кислорода; V’O2⊘кг — пиковое потребление кислорода; V'O2θ⊘V'O2max — потребление кислорода на уровне анаэробного порога, отнесенное к максимальному потреблению кислорода; V'CO2 — продукция углекислого газа на пике нагрузки. * — p<0,05 при сравнении до- и послеоперационных показателей.

Результаты оценки систолической функции по данным векторного анализа скорости смещения миокарда ЛЖ в покое подтверждены в ходе нагрузочного тестирования (табл. 3). Статистически значимое повышение средних систолических скоростей боковой стенки ЛЖ в отдаленном периоде сопровождается уменьшением процента изменения этих скоростей в ответ на возрастающую нагрузку. Другими словами, ишемия миокарда боковой стенки ЛЖ, возникавшая при нагрузке у больных этой группы до операции, подтвержденная клиническими данными, результатами ЭКГ и векторной оценки скоростей смещения миокарда, в отдаленном послеоперационном периоде при нагрузке не выявляется.

Таблица 3. Динамика скоростей смещения миокарда сегментов левого желудочка на пике нагрузки после операции (>1 года)

Согласно данным, приведенным в табл. 3, положительные результаты реваскуляризации миокарда отражаются и в реакции диастолических скоростей смещения миокарда боковой стенки и перегородки ЛЖ в отдаленном периоде (рис. 3). Были выявлены не только статистически значимое повышение средних значений по сравнению с дооперационными данными в покое, но и увеличение реакции на нагрузку в исследуемых сегментах.

Рисунок 3. Векторы скорости смещения миокарда в фазу максимального сокращения (А) и ранней диастолы (Б) в отдаленном послеоперационном периоде.

Анализ скоростей смещения миокарда (рис. 4) позволил выявить положительную динамику систолических и диастолических показателей.

Рисунок 4. Кривые скоростей смещения сегментов перегородки и боковой стенки ЛЖ в одном сердечном цикле в фазу максимального изгнания (А) и ранней диастолы (Б) в отдаленном послеоперационном периоде.

Примечание. По оси Х — частота кадров в одном сердечном цикле, по оси y — скорость смещения миокарда (мм/кардиоцикл). Цвет кривых — см. обозначения к рис. 3. Точками на кривых обозначены пиковые значения систолических и диастолических скоростей. S — систолический пик; D — диастолический пик.

Однако для того чтобы иметь полное представление о региональной миокардиальной скорости, необходимо регистрировать и измерять все 3 компонента вектора сегментарной миокардиальной скорости в реальном времени 4. Подобные измерения дают представление о радиальной, циркумференциальной и продольной скоростях деформации (strain rate) и деформации (strain) для любого миокардиального сегмента. Однако эта методика в настоящее время не нашла широкого применения в качестве неинвазивного метода визуализации. В связи с новым подходом к измерению скоростей смещения миокарда такая возможность становится более реальной.

Известно, что сокращение сердца сопровождается циклическими изменениями его объемов и конфигураций, которые отражают механическую деятельность этого органа. Вполне естественно, что между геометрией этих изменений и внутрисердечной гемодинамикой должна прослеживаться количественная взаимосвязь. Объективная регистрация сокращений сердца с одновременной оценкой гемодинамики является ключом к анализу поцикловой работы сердца. Однако на практике проблема заключается в том, что точная документация стереометрической динамики достаточно сложна. Изучение линейных и нелинейных характеристик сокращений сердца возможно при построении и оценки векторов скорости смещения миокарда. Отдавая себе отчет в сложности проблемы, мы подошли к ее решению с новых позиций, позволивших на основе регистрации локальных изменений скорости смещения миокарда воссоздавать целостную картину механики сокращения сердца, как по направлению, так и по величине векторов.

Достаточно высокая точность данного измерения подтверждается результатами многих клинических исследований. Так, операция по восстановлению коронарного кровообращения приводит к росту толерантности к физической нагрузке и повышению метаболического порога (рис. 5).

Рисунок 5. Динамика толерантности к физической нагрузке (wt) и пикового потребления кислорода (V’O2/кг/мин) у больных ИБС после реваскуляризации миокарда.

Снижение систолической сократительной функции миокарда может быть результатом нескольких причин: ИБС, кардиомиопатий, патологии клапанов, гипертензии и различных инфильтративных процессов. Коронарная патология может быть общим одним из ключевых моментов в развитии СН. Заболевание приводит к ремоделированию сердца и прогрессированию СН. Постинфарктная дилатация желудочков сердца сопровождается гипертрофией миокарда и перегрузкой ЛЖ объемом, в результате чего появляются признаки и симптомы прогрессирующей недостаточности кровообращения. В итоге происходит снижение перфузии миокарда, ведущее к его дисфункции.

Ранняя диагностика ишемического повреждения миокарда позволяет при своевременном начале лечения предупредить развитие дисфункции миокарда ЛЖ. Одним из способов лечения является аортокоронарное шунтирование пораженных бассейнов. Известно, что развитие атеросклеротического процесса коронарных артерий служит этиологическим фактором ишемической кардиомиопатии. Современные методы диагностики, которые в настоящее время используются в клинической практике, позволяют достаточно точно определить состояние коронарного русла. Однако ни коронарография, ни нагрузочная эхокардиография в том виде, которые используются в настоящее время в клинической практике, не позволяют оценить и диагностировать доклинические изменения в структуре сокращения миокарда пораженного бассейна. Использование векторного анализа с оценкой скорости смещения миокарда в различные фазы сердечного цикла — один из путей к решению данной проблемы, а применение позитронноэмиссионной томографии — один из ранних путей в решении этой задачи. Однако в повседневной клинической практике он малодоступен. Использование нагрузочной эхокардиографии 2 в сочетании со спироэргометрией с применением различных видов нагрузок (физических, медикаментозных) позволяет получить представление о состоянии миокарда. Коронарокардиосклероз приводит к мозаичности поражения миокарда, что может быть использовано в диагностике по выявлению дисфункции миокарда. Различная локализация дисфункции миокарда у больных ИБС приводит к патологическим сдвигам в деформации сегментов сердечной мышцы. Это достаточно хорошо прослеживается при регистрации векторов скоростей смещения миокарда в отделах с недостаточной перфузией. Несомненно, выявление дисфункции миокарда на ранних стадиях заболевания может быть одним из самых достоверных признаков начала развития коронарной патологии, т.е. когда отсутствуют клинические проявления и при коронарографии не выявляются признаки поражения артерий.

Таким образом, современный методологический подход к оценке функции миокарда базируется не только на анатомических размерах полостей сердца, но и на изменениях скорости смещения миокарда (векторный анализ) и напряжения. Эти показатели могут характеризовать не только региональные отделы миокарда, но и дают возможность приблизиться к оценке глобальной функции сердца путем построения обобщенных параметров, каковыми являются диаграммы, годографы скорости смещения, а также реконструкция трехмерного отображения работы сердца за цикл.

Литература

Константинов Б.А., Сандриков В.А., Кулагина Т.Ю. Деформация миокарда и насосная функция сердца. М: Стром 2006;304.
Krahwinkel W., Haltern G., Gulker H. Echocardiographic quantification of regional left ventricular wall motion with color kinesis. Am J Cardiol 2000;85:245—250.
Otto C.M., Pearlman A.S. Textbook of clinical echocardiography. Philadelphia—London —Toronto: W.B. Saunders Co. 1995;255—263.
Sutherland G., Hatle L., Claus P. et al. Doppler myocardial imaging. A Textbook Brussels 2005; 210.