Применение эхокардиографии и транскраниальной допплерографии для оценки состояния больных при имплантации систем вспомогательного кровообращения
Аннотация
Представлены данные из ведущих зарубежных кардиологических центров о высокой диагностической ценности применения ультразвуковых методов исследования (УМИ) у больных с тяжелой сердечной недостаточностью на различных этапах имплантации систем вспомогательного кровообращения (СВК).
Введение
Использование УМИ при имплантации СВК вошло в повседневную практику за рубежом, в РФ этот процесс только начинается
Количество случаев применения в клинике СВК в качестве «моста» к трансплантации донорского сердца, восстановления функции миокарда у больных с тяжелой сердечной недостаточностью различной этиологии или альтернативы трансплантации донорского сердца благодаря высокой гемодинамической их эффективности во всем мире постоянно растет [1, 2].
Все более широкое применение различных типов СВК с пульсирующим и постоянным кровотоком у больных показало, что имплантация СВК приводит наряду с улучшением или даже восстановлением насосной функции сердца к образованию новой гемодинамической реальности - биомеханическому насосу (желудочек / желудочки естественного сердца + искусственный насос крови / искусственные насосы крови). При этом возникают новые разнообразные взаимодействия между компонентами биомеханического насоса, в частности, «борьба за кровь» между естественным и искусственным желудочком сердца / насосом крови. Перераспределение крови между камерами сердца, изменение физиологического характера кровотока при работе СВК вызывает ранее редко встречающееся в клинике явление fusion - сращения створок аортального клапана с развитием недостаточности или стеноза, открытию foramen ovale в межпредсердной перегородке со сбросом венозной крови из правого в левое предсердие с развитием системной гипоксемии. Нередким осложнением при работе СВК является образование тромбов в желудочках сердца и насосах крови с последующей тромбоэмболией в жизненно важные органы, прежде всего в сосуды головного мозга.
В этой ситуации совершенно естественным стало обращение к ультразвуковым методам исследования сердечно-сосудистой системы - трансторакальной, чреспищеводной эхокардиографии (ЭхоКГ) и транскраниальной допплерографии (ТКДГ), как одним из самых информативных неинвазивных методов диагностики в кардиологии. Этим объясняется актуальность применения средств УМИ на всех этапах применения СВК для получения данных о взаимоотношениях естественного сердца больного и СВК [3, 4].
Применение ЭхоКГ у больных с имплантированными СВК
У больных с имплантированными СВК применяется два вида ЭхоКГ - трансторакальная (ТТЭ) и чреспищеводная (ЧПЭ), которые позволяют получить практически всю необходимую информацию о состоянии естественного сердца и ряд важнейших показателей работы насосов крови.
ТТЭ и ЧПЭ различаются между собой по методу проведения, используемым датчикам и разрешающей способности получаемого изображения.
ТТЭ при имплантации СВК проводят по стандартной методике ультразвуковыми сканерами с датчиками 2.5 МГц, стандартные изображения сердца получают с помощью 2-мерного и М-режимов на уровне аорты и митрального клапана, а также субмитральном уровне согласно рекомендациям American Society of Echocardiography [5].
Методика ЧПЭ отличается от ТТЭ двумя основными чертами - методом съема информации и ее качеством. ЧПЭ является "полуинвазивным" методом ЭхоКГ, поскольку при ее проведении требуется введение ультразвукового датчика в пищевод. Поэтому чаще всего она проводится во время операции имплантации СВК и применяется не только для диагностики, но и для мониторинга имплантации СВК. Ультразвуковой датчик вводится в пищевод на разную глубину, в некоторых случаях его проводят в желудок. Близость датчика к сердцу позволяет применять датчики с большей частотой - до 7.5 MHz, благодаря чему получать большее разрешение и изображение лучшего качества.
ЧПЭ позволяет получить полную информацию об анатомическом строении сердца (включая состояние папиллярных мышц и хорд), функциях миокарда, сердечных клапанов, определить характер внутрисердечного кровотока (выявить наличие внутрисердечных шунтов, трансвальвулярный градиент и оценить регургитацию на аортальном клапане), а также наличие внутрисердечных тромбов, при инфекционном эндокардите (наличие вегетаций на клапанах и паравальвулярную патологию). Серьезные осложнения при введении внутрипищеводного ультразвукового датчика происходят крайне редко (< 0.02%), хотя иногда и возможны легкие повреждения слизистой по пути продвижения датчика и аритмии сердца [3].
До начала имплантации СВК всем больным проводят ЧПЭ. Оценивают функцию правого и левого желудочков (сократимость миокарда, размеры желудочков в конечно-систолической и конечно-диастолической фазе их сокращения), исследуют камеры сердца на предмет наличия тромбов. Особое внимание уделяют верхушке левого желудочка, куда будет вставляться входная канюля насоса или сам насос (DeBakey MicroMed). Исключают недостаточность аортального клапана (так как после начала работы насоса она может резко усилиться), обследуют межпредсердную перегородку для исключения открытого овального окна (его наличие может привести к появлению право-левостороннего шунта и снижению системной оксигенации в условиях снижения давления в левом предсердии при работе насоса на больших оборотах). Большое внимание уделяют выявлению в грудной аорте кальцификатов, бляшек и аневризматического расширения [6].
После вставления в левый желудочек канюли насоса или самого насоса (Jarvick-2000) определяют правильность их положения относительно внутренних структур левого желудочка (рис. 1) [7, 8].
В конце операции с помощью ЧПЭ исключали возможное наличие воздуха в полостях желудочков сердца [9].
В послеоперационном периоде с помощью ЭхоКГ можно диагностировать осложнения работы СВК и оценить функциональное состояние желудочков естественного сердца.
При длительной работе СВК у некоторых больных возникает снижение расчетного минутного объема кровообращения (МОК). Как оказалось, основными причинами такого осложнения являются: тромбоз насоса, нарушение работы механических или биологических искусственных клапанов (у мембранных или мешотчатых СВК), соединительных магистралей насоса, а также дисфункция аортального клапана естественного сердца. Одной из причин нарушения работы искусственного желудочка сердца (ИЖС) является образование тромбов в полости насоса, желудочке сердца или входной и выходной магистралях насоса [10, 11, 12].
Компоненты СВК с помощью ультразвука не визуализируются, поэтому наличие тромбоза насоса или его магистралей можно заподозрить в том случае, когда при работе СВК размеры желудочка не уменьшаются (адекватная декомпрессия не происходит). Непосредственно идентифицировать тромб можно только в тех случаях, когда он находится в полости желудочка естественного сердца. Reilly M. с соавторами за 2 года наблюдения больных с имплантированными СВК с помощью ЧПЭ выявили тромбоз левого желудочка у 16 из 51 больного с СВК [13]. Delgado R. с соавторами [14] приводят два случая появления у больных на 9-ый и 116-ый день после имплантации Jarvik-2000 нарастающей сердечной слабости. На ЭхоКГ были выявлены признаки тромбоза левого желудочка. Обоим больным была проведена прямая тромболитическая терапия путем введения в левый желудочек активатора рекомбинантного тканевого плазминогена со скоростью 1 мг/мин с полным восстановлением нормальной работы СВК.
Гораздо более частой причиной снижения МОК при работе СВК является развитие недостаточности аортального клапана, которая приводит к сбросу крови из аорты в левый желудочек и возникновению патологической рециркуляции значительного объема крови из левого желудочка через насос в аорту и из аорты в левый желудочек. Впервые о такой «болезни аортального клапана естественного сердца», возникающей в различные сроки работы СВК, сообщено в [15].
Формирование недостаточности, стеноза аортального клапана или их сочетание происходит из-за срастания (fusion) его створок и фиксацией их в закрытом или открытом положении, что очень хорошо определяется (рис. 2) на ЭхоКГ [16, 17, 18].
Основной целью имплантации СВК больным с тяжелой рефрактерной сердечной недостаточностью является восстановление сократительной способности миокарда и насосной функции сердца. Наряду с рентгенологическим исследованием, нагрузочными, биохимическими и некоторыми гемодинамическими пробами для оценки функционального состояния сердца как в период работы СВК, так и для решения вопроса о его отключении и удалении из грудной клетки, применяются различные виды ЭхоКГ [19, 20].
В первое время после имплантации СВК желудочек резко ослабленного естественного сердца больного в гемодинамическом отношении представляет собой пассивный кондуит, сокращения его настолько слабы, что он не в состоянии выбрасывать кровь в аорту через аортальный клапан. При этом на ЭхоКГ выявляются только минимальные движения створок аортального клапана. Через различные сроки (от нескольких дней до нескольких месяцев) разгрузки левого желудочка начинается процесс обратного функционального и морфологического ремоделирования, приводящего к восстановлению его сократительной способности, что приводит (в случае применения ИЖС с постоянным кровотоком) к появлению практически нормальной пульсации периферических артерий [21, 22]. Этот процесс наглядно представлен на рисунке 3.
С помощью ЭхоКГ можно определить региональную сократимость миокарда желудочков сердца, диаметр желудочков в конечно - диастолическую и конечно - систолическую фазы их сокращения, рассчитать показатель объем - давление. Удалить СВК можно в том случае, если на кривой артериального давления появляются высокоамплитудные пульсовые волны, свидетельствующие о полном выбросе левого желудочка, а его диастолический диаметр не превышает 6 см [23].
Применение ТКДГ у больных с имплантированными СВК
Риск развития мозговых нарушений у больных после имплантации СВК составляет 14% - 39% [1, 24]. Развитие таких осложнений у больных, ожидающих трансплантацию сердца, может стать для них настоящей катастрофой, поскольку развитие устойчивой неврологической дисфункции (делирий, инсульт и особенно судорожный припадок) является противопоказанием для спасительной операции. Основной причиной неврологических осложнений у больных с СВК, как показывает клиническая практика, является эмболия мозговых артерий фрагментами внутрисердечных тромбов или тромбов, образовавшихся в насосе крови.
Одним из наиболее полных исследований оценки клинической значимости микроэмболических сигналов (МЭС) у 6 больных с имплантированными СВК Novacor N100 LVAD является исследование, результаты которого даны в [25].
В течение 177 послеоперационных дней было проведено 170 30-минутных сеансов мониторинга мозговых эмболов, при этом МЭС выявлялись в 143 сеансах. Количество МЭС было высоким в те дни, когда у больных появлялись клинические признаки мозговой эмболии (9 транзиторных атак длительностью от 30 минут до 8 часов и один фатальный тромбоз базилярной артерии, который произошел на 24-ый день после имплантации искусственного желудочка сердца) и двух периферических тромбоэмболий. Статистический анализ показал, что прогностически значимым является появление 7 МЭС, что обеспечивает 75%-ую чувствительность и 74%-ую специфичность возникновения тромбоэмболических осложнений.
В [26] сообщается о проведении визуализации МЭС с помощью ТКДГ у 36 больных, которым был имплантирован искусственный желудочек сердца Novacor N100. Клинические признаки церебральных эмболов были выявлены у 17 больных (47%), у 8 больных они были единичными, а у 9 -множественными. Ведущими неврологическими симптомами были: односторонние гемиплегии - у 11 больных, глазные симптомы и афазия - у 12 больных. При проведении компьютерной томографии повреждения головного мозга были выявлены у 58% больных. Отдаленные мозговые последствия остались у 2 больных.
В случае подозрения на реальную возможность развития серьезных мозговых осложнений тромбоэмболического характера рекомендовано для локализации тромба провести контрастную ангиографию мозговых артерий с последующей тромболитической терапией с введением тромболитика в мозговую артерию к месту расположения тромба [27].
ТКДГ до настоящего времени применяется у кардиохирургических больных достаточно редко, но имеет огромные возможности диагностики церебральных осложнений. Представим основные технические и диагностические характеристики этого метода исследования мозгового кровотока и тромбоэмболии мозговых артерий.
Для проведения ТКДГ с автоматической детекцией эмболов применяют такие системы, как Multi-Dop X фирмы DWL, Sonos-2500 фирмы Hewlett-Packard, Pioneer TC8080 фирмы EME/Nicolet , Explorer CVS фирмы DMS и другие.
В России для исследования гемодинамики церебрального кровотока и автоматической детекции эмболов в мозговых артериях хорошо зарекомендовала себя специализированная ультразвуковая диагностическая система «АНГИОДИН-2К» (НПФ БИОСС) (рис. 4).
«АНГИОДИН-2К» предназначен для билатерального транскраниального мониторинга с автоматической детекцией эмболий и повседневных (транс / экстракраниальных / периферических) исследований. Программное обеспечение комплекса включает медицинскую базу данных WinPatientExpert® и систему мониторинга Monitex® с автоматической детекцией эмболий.
Комплекс адаптирован для решения широкого круга задач мониторинга. Апробация прибора в ведущих центрах сердечно-сосудистой хирургии России показала его высокую практическую ценность. По сравнению с аналогичными разработками «АНГИОДИН-2К» имеет развитые средства настройки пользовательского интерфейса, расширенный набор функций мониторинга и постпроцессорной обработки тренда. Пользователям предоставляются возможности анализа сигналов микроэмболии, включая режимы визуализации данных в окрестности сигнала микроэмбола, прослушивания аудио-записи в стерео формате, масштабирования Фурье - преобразований в окрестности сигнала, изменения настройки алгоритма автодетекции и воспроизведения результатов мониторинга. Система предоставляет пользователю уникальные возможности архивирования данных мониторинга на внешние носители формата DVD и поддержку сетевого обмена информации. Программное обеспечение «АНГИОДИН 2К» может быть функционально расширено под требования заказчика.
Комплекс может быть выполнен в настольном и переносном варианте исполнения. Последний вариант предполагает быструю установку и инсталляцию рабочего режима системы, как в амбулаторных условиях, так и при работе в операционных боксах.
«АНГИОДИН-2К» функционирует в двух режимах: мониторинга данных и их обработки.
В режиме мониторинга выполняется визуализация и запись на диск вычислительным модулем комплекса синхронизированного объема зарегистрированной информации, включающей тренды параметров кровотока, аудиосигналы в стереоформате и спектрограммы по каждому каналу общей продолжительностью до 5 часов.
Дополнительно сохраняются все нативные сигналы в окрестности зарегистрированного микроэмбола (метка красного цвета на тренде), комментарии, диаграммы распределения эмболий, параметры настройки прибора и пользовательские установки. Все параметры синхронизированы во времени и позволяют создать динамическую картину эмболизации мозга.
Режим постпроцессорной обработки данных ТКДГ предназначен для
детального анализа мониторинга и результатов детекции эмболов (рис. 5). Позволяет в различных временных масштабах просмотреть тренды всех параметров гемодинамики церебрального кровотока с синхронизированным воспроизведением спектрограмм и аудиозаписей произвольной длительности. Наиболее полно восстанавливается информационная картина эмболизации головного мозга как по количественным (подсчитывается общее количество зарегистрированных эмболов и их распределение по каждому каналу), так и качественным (морфологический состав эмболов, их длительность) критериям оценки.
В отличие от зарубежных разработок аналогичного класса система «АНГИОДИН-2К» обладает рядом преимуществ.
Она имеет высокую чувствительность системы эмболодетекции, позволяющую детектировать фрагменты эмболов низкой эхогенности за счет встроенного режима маркировки на тренде транзиторных сигналов слабой мощности.
Система обладает высокой информативностью моделей визуализации МЭС, позволяющих в режиме реального времени одновременно с автоматической установкой меток на тренде выводить пользователю данные о времени регистрации эмболов, их мощности, длительности, частоте, асимметричности распределения мощности сигнала в кровотоке, локализации в кровотоке ядра эмбола.
Система выполняет автоматическое построение в режиме реального времени развернутую диаграмму распределения количества эмболов по каждому каналу и их характеристик: частоты, длительности, мощности. Это позволяет в режиме реального времени оценить какой канал (справа/слева) наиболее перегружен эмболией, а также приблизительно оценить морфологический состав эмболов и их размер. На практике это преимущество дает возможность реализации адекватной терапии для снижения риска церебральных осложнений.
В «АНГИОДИН-2К» реализована возможность одновременной регистрации и сохранение в памяти системы до 14 трендов основных параметров гемодинамики кровотока синхронизированных с записью по двум каналам спектрограмм, аудио-сигналов, параметров эмболодетекции и трендов системного давления общей продолжительностью непрерывной записи до 5 часов.
«АНГИОДИН-2К» обеспечивает экспорт данных выбранных участков мониторинга в приложения MS Word и MS Excel для обработки результатов.
Система располагает встроенным редактором формул для построения математических моделей обработки данных трендов кровотока при выполнении функциональных проб различного назначения.
В «АНГИОДИН-2К» встроено автотестирование параметров конфигурации комплекса ТКДГ-мониторинга, прогноз длительности мониторирования и автосохранение данных при исчерпании системных ресурсов системы.
Система обеспечивает расширенную поддержку функций ручной обработки сигналов (режим «обсервера») с развернутой визуализацией данных и детальным анализом характеристик сигналов в окрестности эмболов: кинопетля спектрограммы эмбола, масштабирование приборного окна эмбола, удаление эмбола с тренда, установка эмбола на тренде, отображение графиков мощности и аудиосигнала эмбола, комментирование эмболии, прослушивание звука в окрестности эмбола.
Комплекс реализует проигрывание в режиме «магнитофон» выбранных участков тренда с одновременным воспроизведением всего контекста данных мониторинга - трендов, спектрограмм, звука, сигналов эмболов.
При использовании в «АНГИОДИН-2К» модуля тонометра в память системы дополнительно заносится тренд системного давления и его составляющих.
Заключение
Применение ЭхоКГ у больных с имплантированными системами вспомогательного кровообращения позволяет получить исчерпывающую информацию как о структуре и функции естественного сердца, так и работе насоса крови.
Использование ЧПЭ дает возможность в дополнение к диагностическим исследованиям сердца во время имплантации СВК получить картину расположения насоса крови в полости левого желудочка сердца. Дальнейшее усовершенствование метода ТТЭ состоит в использовании трехмерного изображения сердца; применение контрастных веществ позволит оценить перфузию миокарда, повысить точность определения формы и размеров камер сердца, сердечных клапанов и регургитации крови, более точным станет выявление внутрисердечных тромбов [3].
Несомненно, что уже в ближайшее время для оценки мозгового кровотока и мозговых тромбоэмболий более широкое применение найдет ТКДГ, что даст дополнительную информацию для оптимизации проведения антикоагулянтной терапии и своевременной реализации адекватных профилактических и лечебных мероприятий при угрозе развития неврологических осложнений [28, 29].
Список литературы
1. Deng M., Edwards L., Hertz M. et al. Mechanical Circulatory Support Device Database of the International Society for Heart and Lung Transplantation: Second Annual Report // JHLT. 2004. V. 23. P. 1027-1034.
2. Wood H., Thockmoton A., Untaoroiu A. et al. The medical physics of ventricular assist devices // Rep. Prog. Phys. V. 68. P. 545 - 576.
3. Peterson G., Brickner E., Reimold S. Transesophageal Echocadiography. Clinical Indication and Applications // Circulation. 2003. V. 107. P. 2398-2402.
4. Lim M. The Role of Echocardiography in the Evaluation of Patients with Left Ventricular Assist Devices: A Literary Review // J. Diagnostic Medical Sonography. 2002. V. 18. p. 61-70.
5. Sahn D., DcMaria A., Kisslo J. et al. Recommendations regarding quantitation in M-mode echocardiography: results of a survey measurements // Circulation. 1978. V. 58. P. 1072-1083.
6. Marcel R., Meyer D. An overview of approved and investigational left ventricular assist devices // BUMC Proceeding. 2004.V. 17. P. 407 - 410.
7. Nussmeir N., Probert C., Hurch D. et al. Anesthetic management for implantation of the Jarvik 2000 left ventricular assist system // 2002. V. 97. P. 964 - 971.
8. Baldwin R., Duncan M., Frazier O. et al. Patent foramen ovale: a cause of hypoxemia in patients on left ventricular support // Ann Thorac Surg. 1991. V. 52. P. 865-867.
9. Noon G., Morley D.. Irwin S. et al. Clinical Experience With the MicroMed DeBakey Ventricular Аssist Device // Ann Thorac Surg. 2001. V. 71. Suppl. P. S133 - S138.
10. Szymanski P., Religa G., Klisiewicz A. et al. Dagnosis of Biventricular Assist Device Inflow Canula Obstruction // Echocardiography. 2007. V. 24. P. 420.
11. Suqioka K., Bussey C., Di Tullio M. et al. Left ventricular mobile thrombus associated with ventricular assist device: diagnosis by transesophageal echocardiography // Circ. J. 2004. V. 68. P. 383 - 384.
12. Croitoru M., Stainback R., Radovancevic B. et al. Echocardiography for early detection of left ventricular assist system inlet and outlet conduit dysfunction // J Congestive Heart Failure & Circulatory Support. 2001. V.2. P. 19 - 22.
13. Reilly M.,Weigers S., Cuchiara A. et al. Frequency, risk factors and clinical outcomes of left ventricular assist device-associated ventricular thrombosis // Am J Cardiol. 2000. V. 86. P. 1156 -1159.
14. Delgado R., Frazier O., Muers T. et al. Direct Thrombolytic Therapy for Intraventricular Thrombosis in Patients With the Jarvik-2000 LVAD // JHLT. 2005. V. 24. p. 231-233.
15. Rose A., Park S., Bank A., Miller L. Partial aortic valve fusion induced by left ventricular assist device // Ann Thorac Surg. 2000. V. 70. P. 1270 - 1274.
16. Nishimura M., Ohtake S., Sawa Y. et al. Severe aortic valve fusion after nearly three years of support with the Novacore left ventricular assist system // J Thorac Cardiovasc Surg. 2002. V. 124. P. 179 - 180.
17. Samuels L., Matthew P., Thomas B. et al. Insufficiency of the native aortic valve and left ventricular assist system inflow valve after support with an implantable left ventricular assist system: Signs, symptoms and concerns // Thoracic Cardiovascular Surgery. 2001. V. 122. P. 380-381.
18. Myers J., Bull A., Kastl D., Pierce W. Fusion of prosthetic valve during left heart bypass // J Thorac Cardiovasc. Surg. 1981. V. 82. P. 263-267.
19. Horton S., Khodoverdian R., Chatelian P. et al. Left ventricular assist device malfunction: An approach to diagnosis by echcardiography // J Am Coll Cardiol. 2005. V. 45. P. 1435 - 1440.
20. Helman D., Maybaum S., Morales D. et al. Reccurent remodeling after ventricular assistance. Is long term myocardial recovery attainable ? // Ann Thorac Surg. 2000. V. 70. P. 1255 - 1258.
21. Hetzer R., Muller J., Weng Y. et al. Cardiac recovery in dilated cardiomyopathy by unloading with a left ventricular assist device // Ann Thorac Surg. 1999. V. 68. P. 742 - 749.
22. Potapov E., Loebe M., Nasseri B. et al. Pulsatile Flow in Patients With a Novel Nonpulsatile Implantable Ventricular Assist Device // Circulation. 2000. V.102. P. III183-III187.
23. Mudge G., Fang J., Smith C., Couper G. The Physiologic Basis for the Management of Ventricular Assist Device // Clin Cardiol. 2006. V. 29. P. 285 - 289.
24. Thomas C., Jichici D., Petrucci R. et al. Neurological complications of Novacor left ventricular assist device // Ann Thorac Surg. 2001. V. 72. P. 1311-1315.
25. Nabavi D., Georgiadis D., Mumme T. et al. Cinical Relevance of Intracranial Microembolic Signals in Patents With Left Ventrcular Assist Device. A Prospective Study.// Stroke. 1996. V. 27. P. 891-896.
26. Schmid C., Weyand M., Navabi D. et al. Cerebral and systemic embolization during left ventricular support with Novacor N100 device // Ann Thorac Surgery. 1998. V. 65. P. 1703-1710.
27. Fukuda I., Imazuru T., Osaka M. et al. Thrombolytic therapy for delayed in-hospital stroke after cardiac surgery // Ann Thorac Surg. 2003. V. 76. P. 1293-1295.
28. Moazami N., Smedira N., McCarthy et al. Safety and efficiecy of the thrombolysis for perioperative stroke after cardiac operation // Ann Thorac Surg. 2001. V. 72. P. 1933-1939.
29. Thoennissen N., Schneider M., Alloggen A. et al. High level cerebal microembolization in patients supported wth the DeBaky LVAD // Thorac Cardiovasc Surg. 2005. V. 130. P. 1159 - 1166.