Determination of central hemodynamic parameters by Doppler echocardiography

Full Text

Допплерэхокардиография (ультразвуковая импульсно-допплеровская локация) применяется в медицинской практике у нас в стране и за рубежом главным образом для диагностики различных пороков сердца. С помощью этого метода можно неинвазивно исследовать кровоток в камерах сердца, устье магистральных сосудов, обнаруживать изменения гемодинамики и точно диагностировать пороки сердца, в том числе и сочетанные [1, 2, 4, 5]. Применение допплерэхокардиографии в клинической практике показало, что ее информативность увеличивается при количественной оценке допплеровских частот, сравнении изменения их спектра во времени. Так, Дьеболд и др. [8] выделили в зависимости от степени стеноза 4 типа кривых, характеризующих кровоток через митральный клапан, и 3 вида спектрограмм для кровотока через трикуспидальный клапан [9]. Оценка степени стеноза по предложенной ими методике находится в хорошем соответствии с данными катетеризации сердца (для трикуспидального клапана коэффициент корреляции равен 0,84). Тайлер и др. [38] также предложили оценивать степень митрального стеноза по виду спектра допплеровских частот, зарегистрированных при исследовании кровотока через митральный клапан.

По спектрограмме допплеровских частот можно выявить легочную гипертензию у пациентов с недостаточностью клапанов легочной артерии. В этом случае значение верхней границы спектра находится на одном уровне в течение всей диастолы. При отсутствии легочной гипертензии верхняя граница спектра к концу диастолы снижается [31].

Показана перспективность применения в клинической практике количественной оценки верхней границы спектра допплеровских частот и определения значения радиальной, то есть направленной вдоль ультразвукового луча, составляющей максимальной линейной скорости потока. С помощью такой оценки можно дифференцировать различные пороки сердца у детей, органические и функциональные шумы сердца [3].

С начала 80-х годов разрабатывается новое направление использования допплерэхокардиографии в кардиологии, в частности для количественных оценок основных параметров центральной гемодинамики: ударного и минутного объема кровообращения, объемного кровотока через все клапаны сердца, градиента давления в устье магистральных сосудов и вблизи клапанов сердца. Разрабатываются методики определения величины сброса при септальных дефектах, регургитации при недостаточности клапанов сердца, степени стеноза клапанов и устья магистральных сосудов. Усовершенствование аппаратуры (двухмерное изображение структур сердца, многостробовые системы для исследования кровотока) и методов исследования дает возможность проводить количественные оценки с помощью допплерэхокардиографии с точностью, приближающейся к точности результатов измерений, полученных при инвазионном исследовании сердца.

Возможность оценивать ударный и минутный объем кровообращения при ультразвуковой локации кровотока в аорте была показана с помощью систем непрерывного излучения ультразвука. В последние годы также используются импульсные ультразвуковые локаторы [28, 36], что позволяет измерять кровоток не только через аортальный, но и другие клапаны сердца: митральный [40], трикуспидальный [41], клапан легочной артерии [27, 36].

Фишер и др. [10] в экспериментах на животных определяли ударный объем кровообращения (УО) по формуле 1.

$УО=\frac{V\times S_a(R-R)}{\cos \Theta }$,

где R — R — продолжительность кардиоцикла, S_a - площадь поперечного сечения аорты, потока и ультразвукового луча, V — средняя скорость, 0 — угол между направлением определенная с помощью допплерэхокардиографии.

Выяснено, что величина стробируемого объема не влияет на величину ударного объема кровообращения. Значения минутного объема, выявленные с помощью допплерэхокардиографии и при использовании электромагнитного флоуметра, тесно коррелируют (r = 0,98—0,99).

Ханстман и др. [17] предложили оценивать ударный объем кровообращения по формуле 2.

$УО=S_a\times \int V\left(t\right) dt,$

где V — скорость в аорте в систолу.

Установлена высокая взаимосвязь величин ударного объема, измеренных этим способом, и при использовании метода терморазведений (r = 0,94). Показано, что угол 6 (формула 1) можно считать равным нулю, так как при исследовании кровотока в аорте этот угол чаще всего меньше 20°, то есть введение его в формулу 2 незначительно изменяет величину ударного объема кровообращения.

Возможность количественной оценки минутного и ударного объемов, производимой с помощью допплерэхокардиографии, расширяет область применения этого метода в кардиологии. Его достоинством является возможность определять ударный объем в нескольких последовательных кардиоциклах.

Допплерэхокардиографию можно также использовать в мониторных системах наблюдения за ударным и минутным объемом у пациентов со стимуляторами ритма сердца [15, 37]. Причем данный метод контроля за ударным объемом применяется в системах автоматического подбора оптимального режима работы искусственных пейсмейкеров сердца [15].

Перспективной она может оказаться и для определения параметров центральной гемодинамики у больных с инфарктом миокарда и предынфарктным состоянием, поскольку позволяет своевременно выявлять критическое состояние [17], при кардиомиопатии в детском возрасте [11] и для оценки тяжести состояния у больных со стенозом каротидных артерий [14].

Эффективен указанный метод для контроля влияния различных вазодилататоров у больных с легочной гипертензией [7].

В экспериментах на животных и при обследовании пациентов с септальными дефектами показана возможность использования допплерэхокардиографии для расчета Qp/Qs и величины сброса при септальных дефектах [18, 23, 34]. Кровоток в магистральных сосудах измеряли по произведению интеграла скорости потока в систолу в аорте (для Q_s) и легочной артерии (Q_p) на площадь поперечного сечения соответствующего сосуда. По Qp/Qs оценивали величину сброса при септальных дефектах. Китабатеке и соавт. обнаружили, что при дефекте межпредсердной перегородки вычисленное таким образом Qp/Qs тесно коррелировало с этим показателем, полученным при катетеризации сердца. Предложено с помощью допплерэхокардиографии находить отношение легочного сопротивления к системному (R_p/R_s) [23].

Моделируя септальные пороки на животных и обследуя больных с данными пороками сердца, ряд авторов [30, 40, 42] пришли к выводу о возможности применения в клинической практике оценки Q_p/Q_s с помощью допплерэхокардиографии.

Кавабори и др. [19] показали перспективность использования допплерэхокардиографии для выявления реканализации и оценки величины сброса у пациентов, оперированных по поводу дефекта межжелудочковой перегородки.

Предложено оценивать градиент давления в магистральных сосудах вблизи клапанов сердца по упрощенному уравнению Бернулли — формула 3 [16, 26, 33].

ΔР = 4V_max

где V_max — максимальная линейная скорость, найденная с помощью допплерэхокардиографии.

Сахи и др. [33] в экспериментах на животных и при обследовании детей со стенозом легочной артерии и аорты обнаружили тесную корреляцию значений ДР в магистральных сосудах, определенного при катетеризации сердца и методом допплерэхокардиографии (r=0,88).

Кван и др. [24] применяли формулу 3 для оценки градиента давления вблизи протезированных клапанов сердца.

Таким образом, все исследователи считают, что метод оценки градиента давления с помощью допплерэхокардиографии достаточно точен и может применяться в клинической практике.

Китабатаке и др. [20, 21] предложили использовать для оценки легочной гипертензии индексы, вычисленные по данным допплерэхокардиографии: ускорение потока (отношение максимальной скорости ко времени изгнания крови) и время ускоренного кровотока (время, за которое скорость кровотока достигает наибольшего значения). Рекомендованы уравнения регрессии для расчета среднего давления в легочной артерии по этим индексам. По данным Махан и др. [29], тесная корреляция имеется также между временем ускоренного кровотока, его отношением ко времени изгнания крови, определенными по спектрограммам допплеровских частот, и средним давлением в легочной артерии (г = 0,86—0,87).

Левис и др. [25] показали возможность с помощью допплерэхокардиографии оценивать выраженность митральной или аортальной недостаточности по разности объемов кровотока, измеренных через аортальный и митральный клапаны.

Голдберг и др. [12] предложили количественно оценивать недостаточность полулунных клапанов измерением прямого и обратного потока в крупных сосудах. По их разности они определяли «чистый» поток. Обнаружено, что он был равен потоку в той части сердца, где клапаны сердца функционировали нормально.

Вейрат и др. [43] измеряли регургитацию при недостаточности аортального клапана по отношению площадей регургитации и поверхности тела или просвета аорты. Площадь регургитации находили, «картируя» просвет аорты, то есть последовательно перемещая стробируемый объем. Определенные но этой методике индексы хорошо коррелировали с аортографическими оценками по 3-балльной шкале.

Тоуч и др. [39] оценивали недостаточность аортального клапана по произведению отношений площади поперечного сечения аорты в диастолу к ее площади в систолу и интегралу скорости потока в диастолу к интегралу скорости потока в систолу. Полученные результаты тесно коррелировали с данными терморазведения (r = 0,94).

Готдинер и др. [13] предлагают оценивать недостаточность трикуспидального клапана по 4-балльной шкале, подсчитывая интеграл скорости потока в правом предсердии. Для нахождения размера фракции регургитации при этом пороке Миятаке и др. [32] рекомендуют методику, основанную на «картировании» правого предсердия и определении наибольшего расстояния, на котором обнаруживается струя регургитации.

Китабатаке и др. [22] для оценки степени регургитации через клапаны сердца использовали допплеровские системы, которые обеспечивают 2-мерное изображение структур сердца и цветокодированную информацию о кровотоке. В этом приборе регистрировали допплеровские частоты из 9 последовательно расположенных стробируемых объемов. При обработке частот на микрокомпьютере подсчитывали индекс турбулентности и информацию о его величине в цветокодированном виде отображали на эхокардиограмме, то есть осуществляли визуализацию регургитации и ее количественную оценку. Получено хорошее соответствие с данными ангиокардиографии (для митрального клапана r = 0,82, для аортального — 0,88).

Обзор данных литературы свидетельствует о возможности и перспективности применения допплерэхокардиографии для количественных оценок основных параметров центральной гемодинамики. Применение этого метода в клинической практике и научных исследованиях дает возможность безопасно, не влияя на деятельность сердца и кровоток в нем, изучать и количественно оценивать состояние гемодинамики у здоровых и у лиц с заболеваниями сердечно-сосудистой системы, а также определять эффективность терапевтических воздействий.

About the authors

I. V. Vdovina

Kirov Gorky Medical Institute; Lobachevsky Gorky University

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

E. F. Lukushkina

Kirov Gorky Medical Institute; Lobachevsky Gorky University

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

E. A. Efimova

Kirov Gorky Medical Institute; Lobachevsky Gorky University

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

B. N. Orlov

Kirov Gorky Medical Institute; Lobachevsky Gorky University

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

E. I. Romanov

Kirov Gorky Medical Institute; Lobachevsky Gorky University

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation

References

Supplementary files