СПОСОБ ОЦЕНКИ СОКРАТИМОСТИ МИОКАРДА Российский патент 2000 года по МПК A61B8/00 

Изобретение относится к области медицины (клинической, спортивной и аэрокосмической), в частности к функциональным методам исследования, клинической физиологии. Оно может быть использовано для диагностики функционального состояния сердечной мышцы в покое и при нагрузочных тестах у пациентов, спортсменов, а также у лиц, занимающихся физическим трудом экстремальных условиях, при массовых обследованиях с целью раннего выявления скрытых (доклинических) симптомов сердечной недостаточности, при диагностике и динамическом наблюдении за функциональным состоянием системы кровообращения.

Точная количественная оценка сократимости миокарда необходима для:
- диагностики заболеваний с преимущественным поражением миокарда;
- определения оптимальных сроков оперативного лечения больных с врожденными и приобретенными пороками сердца;
- оценки операционного риска;
- динамического контроля эффективности лечения кардиологических пациентов;
- прогноза (исходов, результатов лечения, качества жизни);
- выявления функциональных резервов миокарда при фармакологических и нагрузочных тестах у спортсменов и лиц, занимающихся физическим трудом в экстремальных условиях.

Сократимость миокарда является важнейшей детерминантой насосной функции сердца и может быть оценена по степени и/или скорости укорочения миокардиальных волокон с учетом пред- и постнагрузки желудочка [1].

Известные и наиболее распространенные методы оценки сократимости миокарда основаны на том, что показатели сократимости, являясь "непрямыми" индексами скорости и степени укорочения миокардиальных волокон [2,3], могут быть получены из данных внутрижелудочкового давления в фазу изоволюмического сокращения (изоволюмические показатели), или из данных изменения объема желудочка (показатели фазы изгнания). Важно отметить, что изоволюмические индексы сократимости менее чувствительные критерии заболеваний миокарда, чем показатели фазы изгнания [3].

Изоволюмические индексы сократимости миокарда характеризуют скорость возрастания давления в левом желудочке (dP/dt) в период от закрытия митрального клапана до открытия аортального. Наличие у пациента недостаточности ("негерметичности") митрального и/или аортального клапанов исключает применение и интерпретацию этих показателей. Кроме того, изоволюмические индексы искажаются при изменениях комплайнса (податливости) миокарда, существенно зависят от преднагрузки (закон Frank-Starling), их определение сложно и небезопасно для больного, так как требует катетеризации левого желудочка.

Индексы фазы изгнания описывают степень или скорость укорочения миокардиальных волокон по изменениям объема желудочка во время систолического выброса крови в аорту. К ним относятся фракция изгнания, фракция укорочения малой оси желудочка, скорость укорочения циркулярных волокон миокарда. Эти показатели могут быть получены как инвазивным (катетеризация левого желудочка), так и неинвазивным (эхокардиография) методами. Однако они в значительной степени зависят от пост- и преднагрузки сердца, что существенно затрудняет их интерпретацию, например, при выраженном аортальном стенозе [4].

Конечно-систолические показатели сократимости миокарда в настоящее время признаны наиболее точными [5, 6, 7], но, вместе с тем, и наиболее сложными для ежедневного клинического использования. В основе определения этих индексов лежит вычисление отношения конечно-систолического давления в левом желудочке к его конечно-систолическому объему, которое "не реагирует" на изменения преднагрузки, "учитывает" постнагрузку и адекватно отражает сдвиги сократимости миокарда. Сложность методики заключается в том, что для определения этих показателей надо произвести несколько измерений конечно-систолического давления и объема желудочка при быстрых изменениях преднагрузки (например, при временном пережатии полой вены во время кардиохирургического вмешательства). Далее на графике по полученным точкам проводят линию, наклон которой пропорционален сократимости миокарда. Еще раз необходимо отметить, что широкое клиническое применение конечно-систолических индексов крайне затруднено из-за сложности метода и последующих расчетов, а также по соображениям безопасности пациента.

Таким образом, из краткого обзора существующих методов оценки сократимости миокарда ясно видны следующие основные ограничения для их широкого клинического применения:
- инвазивность большинства методов, сложность определения;
- зависимость результатов измерения от сдвигов пред- и постнагрузки, степени выраженности гипертрофии миокарда, обусловленных особенностями основного заболевания;
- трудоемкость для персонала и опасность для больного исследований в динамике;
- невозможность экспресс-диагностики сократительной функции миокарда.

Из всего сказанного можно заключить, что поиск методов клинической оценки сократимости сердечной мышцы до настоящего времени остается весьма актуальной проблемой.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу определения сократимости миокарда является ультразвуковой метод оценки систолического утолщения задней стенки левого желудочка [8]. Суть метода заключается в том, что при ультразвуковом исследовании (эхокардиография в М-режиме) в одном "срезе" изображения сердца измеряется толщина задней стенки левого желудочка в конце диастолы и в конце систолы, а разница этих измерений (систолического утолщение стенки) относится к исходной толщине в диастоле и выражается в процентах:

где T_s - толщина стенки желудочка в конце систолы в мм;
T_d - толщина стенки желудочка в конце диастолы в мм.

Необходимо отметить, что данный показатель сократимости миокарда относится к группе конечно-систолических индексов.

Многолетняя клиническая практика убедительно показала, что систолическое утолщение стенки адекватно характеризует систолическую функцию миокарда при первичных заболеваниях сердечной мышцы, при ишемии и инфаркте миокарда, при наследственных заболеваниях мышечной системы с вовлечением миокарда [9, 10, 11, 12].

Этот метод, кроме явных преимуществ (неинвазивность, адекватное отражение сократительной функции миокарда, независимость результатов измерений от пространственных перемещений сердца в грудной клетке в течение кардиоцикла) [13] , имеет, к сожалению, существенный недостаток, а именно - зависимость результатов расчета от уровня пред- и постнагрузки, а также ограниченность его применения при региональных (сегментарных) нарушениях сократимости, которые характерны для ишемической болезни сердца и кардиомиопатий.

Задача автора состояла в повышении диагностической точности и информативности неинвазивного способа оценки сократимости миокарда.

Поставленная задача решается тем, что, в отличие от прототипа, в предлагаемом способе оценки сократимости миокарда более информативным методом 2-мерной эхокардиографии определяется систолическое утолщение не только задней стенки левого желудочка, а всех стенок в 3-х срезах (на уровне митрального клапана, папиллярных мышц и апикальных сегментов) путем измерения площадей конечно-диастолического и конечно-систолического изображений миокарда.

Такой новый методический подход позволяет оценить как глобальную (общую), так и региональную (сегментарную) сократимость миокарда, что существенным образом расширяет диагностические возможности предлагаемого способа.

Кроме того, в предлагаемом способе учитывается гемодинамическая нагрузка (постнагрузка), которую испытывает миокард во время изгнания крови. Исходя из классических представлений о механизме сердечного сокращения [1], количественным критерием постнагрузки был принят конечно-систолический размер полости левого желудочка, который в предлагаемом способе оценивался по конечно-систолической площади изображения полости желудочка.

Действительно, при определенном уровне сократимости миокарда и при чрезвычайно высоком сопротивлении в аорте (высокой постнагрузке) ударный выброс левого желудочка будет стремиться к 0, так как желудочек будет сокращаться почти изоволюмически и конечно-систолический размер его будет равен диастолическому. Если же сопротивление в аорте может быть снижено до нуля (отсутствие постнагрузки), то опорожнение желудочка, наоборот, будет почти полным и конечно-систолический его размер будет близок к 0. Между двумя этими "крайними" гемодинамическими ситуациями конечно-систолический размер желудочка при данном уровне сократимости четко определяется величиной постнагрузки.

Таким образом, конечно-систолический размер желудочка или площадь его изображения в конце систолы при определенном уровне сократимости миокарда может быть количественным критерием постнагрузки. Для применения этого показателя у лиц с различными размерами левого желудочка необходимо его нормализовать по конечно-диастолическому размеру желудочка, что, в конечном итоге, дает представление об "остаточной" фракции левого желудочка, характеризующей полноту его опорожнения.

Практически предлагаемый способ оценки сократимости миокарда реализуется следующим образом. Из парастернального доступа с помощью 2-мерной эхокардиографии получают изображения срезов левого желудочка по короткой оси на уровне митрального клапана (фиг. 1a), папиллярных мышц (фиг. 1b) и апикальных сегментов (фиг. 1c) соответственно в конце диастолы и систолы. Планиметрическая обработка каждого изображения по эпи- и эндокардиальному контурам позволяет определить конечно-диастолические и конечно-систолические площади изображений миокарда. На основании полученных данных для каждого из 3-х уровней левого желудочка определяется конечно-систолическое увеличение площади миокарда по формуле:

где dSm - конечно-систолическое увеличение площади изображения миокарда (отн.ед.);
Sms - конечно-систолическая площадь изображения миокарда (см²);
Smd - конечно-диастолическая площадь изображения миокарда (см²);
Планиметрическая обработка изображений по эндокардиальному контуру дает данные о конечно-диастолической и конечно-систолической площади, которые, как говорилось выше, используются для оценки постнагрузки левого желудочка в виде отношения:
Svs/Svd, (3)
где Svs - конечно-систолическая площадь поперечного изображения среза левого желудочка (см²);
Svd - конечно-диастолическая площадь поперечного изображения среза левого желудочка (см²);
Количественная оценка сократимости миокарда производится при расчете конечно-систолического увеличения площади изображения миокарда, приходящегося на "единицу" постнагрузки:

Это соотношение можно назвать индексом сократимости миокарда (ИСМ). ИСМ, полученные при обработке изображений левого желудочка на ранее указанных уровнях, отражают сегментарную сократимость миокарда, а их средний арифметический показатель характеризует глобальную сократимость миокарда левого желудочка.

Для экспресс-оценки сократимости миокарда достаточно рассчитать ИСМ по данным, полученным из изображения левого желудочка на уровне папиллярных мыщц. У здоровых лиц в покое величина ИСМ составляет 0,44±0,13 (M±σ), а после стандартной физической нагрузки - 0,85±0,21. Значения ИСМ в покое более 0,57 свидетельствуют о повышении сократимости, а величины менее 0,31 - о снижении сократимости миокарда.

Преимуществами по сравнению с прототипом и новым в предлагаемом способе сократимости миокарда являются следующие моменты:
1) применение более информативного метода 2-мерной эхокардиографии по сравнению с одномерным ультразвуковым исследованием позволяет оценивать систолическую функцию всех стенок левого желудочка на 3-х уровнях (в зоне митрального клапана, папиллярных мышц и апикальных сегментов), что существенно повышает диагностическую точность получаемого результата;
2) учет систолической нагрузки (постнагрузки), которую испытывает левый желудочек во время изгнания крови в аорту;
3) возможность применения способа у лиц с абсолютно разными размерами сердца, в том числе и у детей, так как в расчетах ИСМ используются относительные величины;
4) оценка не только глобальной (общей) сократимости миокарда левого желудочка, но и сегментарной (региональной) сократимости, что является особенно важным у пациентов с ишемической болезнью сердца;
5) возможность компьютерной обработки получаемых данных при наличии устройства для автоматического контурного анализа эхоизображений;
6) хотя метод разработан для нужд кардиологической клиники, он с успехом может быть применен в спортивной, авиационной и комической медицине.

Таким образом, предлагаемый способ оценки сократимости миокарда по своим методическим (технологическим) особенностям и диагностическим возможностям существенным образом отличается от прототипа и позволяет достаточно быстро и точно оценивать сократимость миокарда при любых ситуациях, в том числе, и во время операции (при наличии трансэзофагеального ультразвукового датчика).

Общеизвестно, что основное заболевание, гипоксия, ишемия, операционная травма, анестезия и перфузия во время кардиохирургического вмешательства могут существенно изменять (чаще угнетать) сократимость миокарда. Поэтому в этих условиях для проведения адекватной, целенаправленной терапии становится особенно важной точная оценка сократимости миокарда.

Приведем примеры, подтверждающие осуществимость и возможности заявляемого способа.

Пример 1: больной Ж-в, 23 лет, N истории болезни 1/2008. Диагноз: Вторичный септический эндокардит с поражением аортального клапана. Аортальная недостаточность 3 степени. Митральзация порока с развитием митральной недостаточности 1 степени. Активность 3. Подострое течение. Токсическая фаза.

Данные эхокардиографического исследования от 26.05.94: Множественные вегетации на створках аортального клапана. Аортальная регургитация 3 степени, митральная - 1 степени.

Планиметрические измерения на уровне папиллярных мышц:
Smd = 69,03 - 32,23 = 36,80 см²
Svd = 32,23 см²
Sms = 57,73 - 18,09 = 39,64 см²
Svs =18,09 см²
Расчеты:

Svs/Svd = 18,09/32,23 = 0,561 отн.ед.

Заключение: снижение ИСМ более чем в 3 раза по сравнению с нормой (0,44±0,13), свидетельствующее о резко выраженной миокардиальной недостаточности на фоне интоксикации (токсический миокардит).

Важно отметить преимущество предлагаемого метода, что по сравнению с традиционной оценкой "сократимости" по фракции изгнания он позволил выявить резкое снижение сократимости миокарда на фоне недостаточности как аортального, так и митрального клапанов.

Пример 2: больной В-в, 51 года, диагноз: ишемическая болезнь сердца. Стенокардия напряжения и покоя. 3-4 функциональный класс по NYHA. Инфаркт миокарда. Аневризма левого желудочка.

Данные эхокардиографии:
Smd = 21 см², Sms = 23 см², Svd = 13 см², Svs = 10 см².

Расчеты:
dSm = 0,095 отн.ед. Svs/Svd = 0,769 отн.ед., ИСМ = 0,124 отн.ед.

Данные вентрикулографии N 749: большая аневризма левого желудочка. Фракция изгнания 0,35. Dp/dt = 750 мм рт.ст./с.

Заключение: значительное снижение сократительной функции левого желудочка, о чем свидетельствуют результаты ультразвукового исследования (ИСМ = 0,124) и вентрикулографии (dP/dt = 750 мм рт.ст./с).

Анализ этого случая убедительно показывает полное соответствие результатов, получаемых с помощью заявляемого способа, данным "эталонного" метода оценки сократимости.

Пример 3: Л-в, 37 лет, практически здоров.

Данные эхокардиографии в состоянии покоя:
Smd = 29 см², Sms = 36 см², Svd = 20 см², Svs = 11 см².

Расчеты:
dSm = 0,194 отн.ед. Svs/Svd = 0,550 отн.ед., ИСМ = 0,353 отн.ед.

Данные эхокардиографии после стандартной физической нагрузки (50 раз сесть-лечь):
Smd = 24 см², Sms = 32 см², Svd = 16 см², Svs = 6 см².

Расчеты:
dSm = 0,333 отн.ед. Svs/Svd = 0,375 отн.ед., ИСМ = 0,888 отн.ед.

Как следует из данного примера, сократимость миокарда у практически здорового человека, судя по ИСМ, после физической нагрузки увеличилась более чем в 2 раза.

Из приведенных примеров следуют два важных вывода:
1) заявляемый способ позволяет выявить разнонаправленные изменения сократимости миокарда как у здоровых людей, так и у больных;
2) определение сократимости миокарда по предлагаемому методу дает результаты, сопоставимые с данными исследований, проведенных "эталонным" инвазивным методом.

Таким образом, определение сократимости миокарда согласно заявляемому способу в приведенных примерах свидетельствует о достоверности получаемых результатов и адекватности метода.

Из вышеизложенного следуют со всей очевидностью достоинства способа:
- неинвазивность, безопасность и простота применения;
- большая диагностическая точность по сравнению с прототипом;
- оперативность получения результатов;
- возможность динамического контроля эффективности различных программ лечения острой и хронической сердечной недостаточности.

Литература
1. Браунвальд Е., Росс Дж., Зонненблик Е.Х. Механизмы сокращения сердца в норме и при недостаточности. -Пер. с анг. -М.: Медицина, 1974. -176 с.

2. Folland ED. Assessment of left ventricular funotion. -In: Noninvasive approaches to cardiovascular diagnosis/ Ed. by AF Parisi, DE Tow. New York: Appleton-Centrury-Crofts, 1979, p. 51-82.

3. Contractility. -In: Cardiac anesthesia / Ed. by JA Kaplan. 3-d ed. Philadelphia etc.: W.B. Saunders Company, 1993, p. 221-228.

4. Hemodynamic monitoring. -In: Cardiac anesthesia / Ed by JA Kaplan. 2-nd ed. Philadelphia etc.: W.B. Saunders Company, 1987, Vol. 1, p. 179-225.

5. Fifer MA, Braunwald E. End-systolio pressure-volume and stress-length relations in the assessment of ventricular function in man. -In: Assessment of ventricular function / Ed. by DH Spodnick. Basel etc.: Karger, 1985, p. 36-55.

6. Pouleur H, Roussean MF, van Eyll Ch. et al. Assessment of left ventricular contractility from late systolic stress-volume relations. -Circulation, 1982, Vol. 65, p. 1204-1212.

7. Sagawa K. A fundamental similarity between isolated musole mechanics and cardiac chamder dynamics. -In: Cardiac dynamics / Ed. by J Baan, AC Arntzenins, EL Yellin. Hague etc., 1980, p. 81-94.

Способ может быть использован в медицине, в частности в функциональных методах исследования. Методом 2-мерной эхокардиографии и планиметрии определяют изменения площади изображения миокарда и полости левого желудочка на уровне митрального клапана, папиллярных мышц и апикальных сегментов. По полученным значениям вычисляется индекс сократимости миокарда (ИСМ) по математическим формулам. При ИСМ = 0,31 - 0,57 сократимость соответствует норме. При ИСМ < 0,31 оценивают сократимость миокарда как сниженную, а при ИСМ > 0,57 - повышенную. Способ позволяет повысить точность и оперативность оценки. 1 ил.

Способ оценки сократимости миокарда путем проведения эхокардиографии левого желудочка и планиметрической обработки полученных изображений с последующим расчетом индекса сократимости миокарда, отличающийся тем, что получают эхокардиографические изображения желудочка в 2-мерном режиме на уровне митрального клапана, папиллярных мышц и апикальных сегментов, определяют площади изображения миокарда и полости левого желудочка в конце систолы и диастолы и по формуле определяют индекс сократимости миокарда (ИСМ)

где dSm - конечно-систологическое увеличение площади изображения миокарда;
Svs/Svd - критерий постнагрузки (отношение конечно-систолической площади изображения полости желудочка к конечно-диастолической площади)

где dSm - конечно-систолическое увеличение площади изображения миокарда;
Sms - конечно-систолическая площадь изображения миокарда;
Smd - конечно-диастолическая площадь изображения миокарда,
и при ИСМ = 0,31 - 0,57 считают, что сократимость миокарда соответствует норме, при ИСМ < 0,31 - снижена, при ИСМ > 0,57 - повышена.