Vloga kazalnikov ultrazvočnega vektorskega beleženja toka krvi za oceno srčnega popuščanja z ohranjenim iztisnim deležem levega prekata

Berlot, Boštjan (avtor), Jug, Borut (mentor), Moya Mur, Jose Luis (komentor)

UVOD Diastolična disfunkcija levega prekata je pomemben napovednik hospitalizacij in umrljivosti pri bolnikih s srčnim popuščanjem, zato je ocena relaksacije levega prekata klinično pomembna. Ehokardiografija ima osrednjo vlogo pri oceni diastolične funkcije, ki skupaj s simptomi in znaki ter biološkimi označevalci predstavljajo merila za diagnozo srčnega popuščanja z ohranjenim iztisnim deležem. Medtem ko 'sistolično funkcijo' povečini in zelo grobo lahko ocenimo z iztisnim deležem levega prekata, je ocenjevanje diastolične funkcije bolj zapleteno, saj upošteva štiri glavne in več pomožnih ehokardiografskih kazalnikov, ki posredno odsevajo aktivni proces relaksacije, elastičnost in polnitev prekata. Dodatno težavo predstavlja odvisnost teh kazalnikov od hemodinamskih pogojev (srčnega ritma, srčne frekvence, krvnega tlaka) ter starosti in spola. V sinusnem ritmu diastolo glede na srčni cikel delimo na zgodnjo (E-val) in pozno (A-val); oblika valov razkriva nenormalno polnitev blage stopnje (oblika motene relaksacije - E-val je manjši kot A-val), zmerne stopnje (oblika psevdonormalizacije – E-val je malo višji od A-vala) in hude stopnje (restriktivna oblika polnjenja – visoki, zašiljeni E-val in minimalen A-val). Za natančno oceno diastolične funkcije pa je potrebno poleg značilne dvogrbe oblike diastole upoštevati še i) hitrost E-vala (E), ii) povprečje hitrosti gibanja septalnega in lateralnega roba mitralnega obroča v času zgodnje diastole na tkivnem dopplerju (e') in razmerje E/e', iii) velikost levega preddvora (LAVI) ter iv) maksimalni gradient trikuspidalne regurgitacie (TR grad), ki odseva sistolični tlak v pljučni arteriji. Atrijska fibrilacija je motnja srčnega ritma, ki se tesno prepleta z diastolično disfunkcijo in srčnim popuščanjem z ohranjenim iztisnim deležem. Po eni strani lahko diastolična disfunkcija zaradi povišanega polnilnega tlaka vpliva na povečanje levega preddvora, ki vodi do atrijske fibrilacije, po drugi strani pa atrijska fibrilacija sama – ne glede na stopnjo diastolične disfunkcije – vpliva na povečanje levega preddvora; ocena diastolične funkcije z ehokardiografijo je pri posameznikih z atrijsko fibrilacijo zato zelo zahtevna in slabo validirana. Neorganizirano krčenje preddvorov se kaže v odsotnosti A-vala in izgubi značilnih dvogrbih oblik polnitve v času diastole. Dodatno težavo pa predstavlja tudi neenakost dolžine srčnih utripov, kar močno vpliva na meritve standardnih, zgoraj naštetih parametrov. Na patofiziološkem nivoju je glavna razlika med normalno in okrnjeno diastolično funkcijo ta, da pri normalni levi prekat energetično vsrka kri iz preddvora, medtem ko pri moteni diastolični funkciji povišan tlak v levem preddvoru potisne kri v levi prekat. Razlike med vlekom in potiskom so kažejo v interventrikularnih gradientih hitrosti in tlakov ter v obnašanju vrtincev, ki nastajajo ob mitralni zaklopki v času diastole, vendar jih z konvencionalno ehokardiografijo ne moremo opazovati. Vektorsko beleženje toka krvi (VFM, iz angl. Vector Flow Mapping) je nova tehnologija, ki z združevanjem tehnik barvnega dopplerja in sledenja ultrazvočnega vzorca (ang. speckle tracking) omogoča opazovanje in merjenje turbolentnega toka krvi. Glavna prednost VFM je, da omogoča merjenje hitrosti toka krvi pravokotno na snop žarkov ultrazvočnega aparata. V naši raziskavi smo z VFM želeli neposredno meriti razlike v intraventrikularnih pretokih in tlakih ter parameterih vrtinčenja krvi v zgodnji diastoli; razločevanje stopenj diastolične disfunkcije s pomočjo analize zgodnje diastole bi namreč omogočilo oceno diastolične funkcije pri posameznikih brez atrijske kontrakcije (tj. v atrijski fibrilaciji). HIPOTEZE I) Z VFM tehnologijo je mogoče meriti nelaminarne tokove v votlini levega prekata v času diastole, izbrani VFM kazalniki pa so statistično značilno povezani z konvencionalnimi ehokardiografskimi kazalniki diastolične disfunkcije. II) Kazalniki zgodnje diastole z metodo VFM se značilno razlikujejo pri bolnikih z normalno diastolično funkcijo, blago okrnjeno diastolično funkcijo ter zmerno in hudo okrnjeno diastolično funkcijo levega prekata v sinusnem ritmu. III) Kazalniki zgodnje diastole z metodo VFM se značilno razlikujejo pri bolnikih z atrijsko fibrilacijo s simptomi in znaki srčnega popuščanja oziroma brez njih. METODE V raziskavo smo vključili zaporedne bolnike, ki so prišli v ehokardiografski laboratorij za oceno funkcije srčne mišice in so imeli iztisni delež levega prekata >55 %, sinusni ritem ali atrijsko fibrilacijo ter odsotnost pomembnejših okvar na zaklopkah. Preiskovance smo –upoštevaje veljavne evropske smernicah za oceno diastolične funkcije levega prekata –razdelili v tri skupine: i) blaga diastolična difunkcija (oblika motene relaksacije pretoka krvi preko mitralne zaklopke), ii) huda diastolična disfunkcija (oblika psevdonormalnga ali restriktvnega pretoka preko mitralne zaklopke) ter iii) kotrolna skupina z normalno diastolično funkcijo. Na teh skupinah smo nato testirali predhodno izbrane kazalnike VFM, za katere smo predvideli, da lahko prikažejo razlike v različnih stopnjah diastolčne disfunkcije levega prekata, in sicer: a) Intraventrikularni gradient hitrosti b) Razmerje med intraventrikularnim gradientom hitrosti in hitrostjo pomika roba mitralnega obroča v času zgodnje diastole c) Intraventrikularni gradient tlakov d) Moč vrtinca, izražena s tlakom vleka in hitrostjo vrtenja. V drugem delu raziskave smo kazalnike VFM, ki smo jih validirali v prvem delu raziskave, ocenili pri bolnikih z atrijsko fibrilacijo in ohranjenim iztisnim deležem levega prekata. Preiskovance smo razdelili v dve skupini, in sicer i) brez klinične slike srčnega popuščanja (bolniki, ki so pršli na redno kontrolo v kardiološko ambulanto brez simptomov ali znakov srčnega popuščanja in so bili optimalno zdravljeni z zdravili) oziroma ii) s klinično sliko srčnega popuščanja (bolniki, ki so bili nedavno hospitalizirani z vsaj dvema simptomoma in/ali znakoma srčnega popuščanja – tj. dispnejo, ortopnejo, oteklinami spodnjih okončin, dispnejo, poki nad bazalnimi deli pljuč, napetimi vratnimi venami –, a brez suma na miokardni infarkt). Vse kazalnike VFM smo izrazili z srednjo vrednostjo in standardnim odklonom; analizirali smo razlike med skupinami, ocenili stopnjo statistične korelacije s konvencionalnimi ehokardiografskimi parametri (z metodo po Spearmanu) ter ovrednotili neodvisne napovednike polnilnega tlaka (E/e') levega prekata s pomočjo linearne regresije. Posamezne kazalnike smo dvojno preverili pri 10 % preiskovancev za določitev ujemanja pri istem preiskovalcu in pri različnih preiskovalcih. REZULTATI Vključili smo 121 preiskovancev v sinusnem ritmu: 38 z blago diastolično disfunkcijo, 26 z zmerno ali hudo diastolično disfunkcijo ter 57 zdravih z normalno diastolično funkcijo levega prekata. Testirani VFM parametri so pokazali: a) Intraventrikularni gradient hitrosti (GrIV) se je značilno razlikoval med skupinami; najvišjo vrednost smo zaznali v skupini s hudo diastolično disfunkcijo, sledila je skupina z blago diastolično disfunkcijo, najnižja pa je bila v kontrolni skupini (13.6 +/- 5.0 vs. 6.8 +/- 2.5 vs.5.3 +/- 1.9 /s, p < 0.001). GrIV je bil značilno povezan s konvencionalnimi kazalniki povišanega polnilnega tlaka levega prekata E/e' (r =0.751, p < 0.001). b) Razmerje med intraventrikularnim gradientom hitrosti in hitrostjo pomika roba mitralnega obroča v času zgodnje diastole (GrIV/e’) se je izkazal kot najmočnejši neodvisni napovednik stopnje diastolične disfunkcije (pseudo-R2 = 0.704, p < 0.001), močno je bil povezan s konvencionalnimi kazalniki za oceno polnilnega tlaka levega prekata, v linearni regresiji pa je pojasnil kar 80,5 % variabilnosti E/e'. c) V času pospešitve pretoka v zgodnji diastoli je intraventrikularni gradient tlakov (nPG) lahko ločil med različnimi stopnjami diastolične disfunkcije levega prekata; največjo vrednost je imel v skupini s hudo diastolično disfunkcijo, nato v skupini z blago diastolično disfunkcijo, najmanjšo pa v kontrolni skupini (96.35 +/- 61.78 vs. 38.86 +/- 27.95 vs. 20.82 +/- 12.42 mmHg, p < 0.001). V času pojemanja pretoka je bil viden obrat gradienta tlakov z absolutno najvišjimi vrednostmi v skupini s hudo diastolično disfunkcijo, sledila je kontrolna skupina, najnižji pa je bil v skupini z blago diastolično disfunkcijo (–119.75 +/- 79.23 vs. –36.11 +/- 25.41 vs. –60.34 +/- 39.29 mmHg, p < 0.001). d) Kazalniki, s katerimi smo ocenjevali moč vrtinca v času zgodnje diastole, so bili statistično različni med skupinami. V skupini z blago diastolično disfunkcijo je bila moč vrtinca najmanjša, sledila je kontrolna skupina in nato skupina s hudo diastolično disfunkcijo levega prekata. V drugem delu smo vključili 60 bolnikov z atrijsko fibrilacijo in ohranjenim iztisnim deležem levega prekata, od tega 29 brez srčnega popuščanja in 31 z izraženimi znaki in simptomi srčnega popuščanja. Primerjali smo jih s kontrolno skupino 60 zdravih preiskovancev v sinusnem ritmu. Izbrani kazalniki VFM so pokazali: a) Intraventrikularni gradient hitrosti (GrIV) se je razlikoval med skupinami s srčnim popuščanjem in brez njega v atrijski fibrilaciji ter kontrolami v sinusnem ritmu (11.9 +/- 8.2 vs. 7.8 +/- 4.3 and 5.4 +/- 1.9 /s, p < 0.001). b) Razmerje med intraventrikularnim gradientom hitrosti in hitrostjo pomika roba mitralnega obroča v času zgodnje diastole (GrIV/e’) se je izkazal kot najmočnejši VFM-napovednik diastolične disfunkcije; najvišjo vrednostjo smo zaznali v skupini bolnikov z atrijsko fibrilacijo in srčnim popuščanjem, sledila je vrednost v skupini z atrijsko fibrilacijo brez srčnega popuščanja, najnižja pa je bila vrednost pri zdravih preiskovancih v sinusnem ritmu (2.0 +/- 1.2 vs. 0.9 +/- 0.4 vs. 0.5 +/- 0.2 /s, p < 0.001). c) V času pospešitve pretoka v času zgodnje diastole je bil interventrikularni gradient tlaka (nPG) višji pri bolnikih v atrijski fibriliaciji v primerjavi s kontrolno skupino, vendar ni ločil med skupinama s srčnim popuščanjem in brez njega (50.7 +/- 32.7 vs. 72.0 +/- 67.2, p = 0.164). V času pojemanja pretoka smo beležili obrat intraventrikularnega gradienta tlakov, vendar le-ta ni ločil med opazovanimi skupinami. d) Kazalniki VFM, s katerimi smo ocenjevali moč vrtica v času zgodnje diastole, so nakazovali absolutno največje vrednosti v skupini bolnikov z atrijsko fibrilacijo in znaki srčnega popuščanja, vendar skupine niso dosegale statistično pomembnih razlik. ZAKLJUČKI Tehnologija VFM omogoča beleženje in merjenje nelaminarnih in turbolentnih tokov v votlini levega prekata v času diastole. Nekateri kazalniki VFM lahko razločijo med normalno diastolično funkcijo ter različnimi stopnjami diastolične disfunkcije, in sicer zgolj z analizo zgodnje faze diastole. Hkrati so izbrani kazalniki VFM statistično značilno povezani z konvencionalnimi ehokardiografskimi kazalniki diastolične disfunkcije. Razmerje med intraventrikularnim gradientom hitrosti in hitrostjo pomika roba mitralnega obroča v času zgodnje diastole utegne nadomestiti konvencionalne ehokardiografske kazalnike za oceno diastolične funkcije levega prekata v klinični praksi. Le intraventrikularni gradient tlakov v času pospešitve pretoka lahko loči med različnimi stopnjami diastolične disfunkcije; intraventrikularni tlaki v času pojemanja pretoka ter moč vrtinca namreč nista odvisna od diastolične funkcije prekata. Nekateri VFM kazalniki ločijo med bolnike s srčnim popuščanjem od bolnikov brez njega navkljub atrijski fibrilaciji. To potrjuje njihovo vlogo pri določanju diastolične funkcije levega prekata, hkrati pa predstavlja obetavno metodo za ehokardiografsko ocenjevanje diastolične disfunkcije, ki presega omejitve atrijske fibrilacije.

• Jezik: Slovenski jezik
• Ključne besede: vektorsko beleženje toka krvi, diastolična disfunkcija, srčno popuščanje, HFpEF, intraventrikularni gradient, vrtinec, atrijska fibrilacija
• Vrsta gradiva: Doktorsko delo/naloga
• Organizacija: MF - Medicinska fakulteta
• Leto izida: 2021
• PID: 20.500.12556/RUL-125123
• COBISS.SI-ID: 61925123
• Datum objave v RUL: 05.03.2021

Sekundarni jezik

• Jezik: Angleški jezik
• Naslov: Role of novel vector flow mapping parameters to diagnoseheart failure with preserved ejection fraction

Izvleček

INTRODUCTION The assessment of left ventricular (LV) diastolic function is clinically relevant since abnormalities in LV filling have been associated with individuals at higher risk for hospitalisation and mortality and are the main LV functional abnormality among patients with heart failure with preserved ejection fraction (HFpEF). The assessment of left ventricular (LV) diastolic function is clinically relevant since abnormalities during LV filling phase have been associated with individuals at higher risk for hospitalisation and mortality and are the main LV functional abnormality among patients with heart failure with preserved ejection fraction (HFpEF). Echocardiography plays the central role in proposed diagnostic algorithms; however, there is no single parameter that can distinguish among different stages of diastolic dysfunction in sinus rhythm using conventional echocardiography. Atrial fibrillation (AF) can be associated with diastolic dysfunction. In contrast with patients in sinus rhythm, due the loss of organised atrial activity and the consequent loss of the two-peaked pattern in diastole, most of the parameters used by conventional echocardiography are of little use in AF patients. Vector flow mapping (VFM) is a novel technology that uses speckle tracking and colour Doppler to visualise intraventricular fluid dynamics. The primary advantage of this technique is the ability to provide additional information regarding velocities perpendicular to the echocardiographic Doppler beam, facilitating the quantification of blood flow, without angle dependency. We believed that VFM technology can be used to differentiate normal from failing hearts with preserved ejection fraction (EF) by evaluating early diastole alone. We aimed to determine whether VFM might be of clinical use during diastolic functional assessments in situations without late diastole, such as during atrial fibrillation. AIMS In our study we hypothesised that the three principle VFM parameters; 1) intraventricular velocity gradient, 2) normalised intraventricular pressure gradient, and 3) vortex parameters (sucking pressure and vorticity): I) Would be closely associated with conventional echocardiographic parameters used to assess diastolic function; II) Could discriminate between groups with normal diastolic function and groups with mild and advanced diastolic dysfunction (DD) in the sinus rhythm, through the assessment of early diastole only (E wave), with good intra- and interobserver reliability III) Could discriminate between HFpEF and non-HFpEF patients in AF and control group in sinus rhythm with normal diastolic function. METHODS In the first study we included consecutive patients with normal LV EFs who were referred to an echocardiography laboratory for the evaluation of cardiac function. Patients were divided into three groups, based on diastolic function: i) mild DD (impaired relaxation pattern); ii) advanced DD (pseudo-normal or restrictive pattern); and iii) control group (normal diastolic function). We then performed a VFM analysis, examining previously selected principal parameters (intraventricular velocity gradient, normalised intraventricular pressure gradient, vortex sucking pressure, and vorticity), which we believed could be used to describe diastolic function by assessing early diastole alone. In the second study we tested the same VFM parameters in patients with AF and normal LV EFs. Patients with AF were later divided into two groups: i) AF no-HFpEF, consisting of patients who presented at an annual cardiologic check-up in an out-patient clinic, with no history of heart failure symptoms within the last six months and were considered stable and symptom-free; and ii) AF HFpEF, consisting of patients admitted due to heart failure with preserved EF. A third group consisted of healthy controls in sinus rhythm. RESULTS We included 184 consecutive patients of which 124 were in sinus rhythm and 60 in AF. In the first study we tested VFM parameters in 121 patients in sinus rhythm, including 38 with mild DD, 26 with advanced DD, and 57 controls. The results were following: 1) Intraventricular velocities and the calculated intraventricular gradient (GrIV) could discriminate among the three groups, with the highest GrIV values detected in the advanced DD group (13.6 +/- 5.0 vs. 6.8 +/- 2.5 vs. 5.3 +/- 1.9/s, p < 0.001). GrIV values strongly correlated with conventional indices of elevated LV filling pressure, such as E/e’ (r =0.751, p < 0.001). Moreover, the ratio between GrIV and mitral annulus early diastolic velocity (GrIV/e’) was identified as the strongest single predictor for the grade of DD (pseudo-R2 = 0.704, p < 0.001) and was strongly associated with LV filling pressure, 2) during the acceleration time of early diastole, the normalised pressure gradient (nPG) in the left ventricle could distinguish among all three groups (96.35 +/- 61.78 vs. 38.86 +/- 27.95 vs. 20.82 +/- 12.42 mmHg, p < 0.001). During the deceleration of early diastole, the inversion of the gradients was observed, where advanced DD had significantly more negative #nPGLV values compared with the other observed groups (-119.75 +/- 79.23 vs. -36.11 +/- 25.41 in mild DD vs. -60.34 +/- 39.29 mmHg in control group, p < 0.001) and 3) vorticity and vortex sucking pressure were significantly different among groups, with the mild DD group presenting the lowest values and the advanced DD group presenting the highest values. In the second study, we had tested the same VFM parameters in 60 patients with AF, including 29 with no symptoms of heart failure (AF No-HFpEF) and 31 with symptoms of heart failure (AF HFpEF) and compared them to 60 controls in sinus rhythm. We found that: 1) GrIV was significantly higher in the AF HFpEF group compared with the other two groups (11.9 +/- 8.2 vs. 7.8 +/- 4.3 and 5.4 +/- 1.9/s, p < 0.001), and the ratio between GrIV and mitral annulus early diastolic velocity (GrIV/e’) had a power to discriminate among groups, with the highest values in the AF HFpEF group, followed by the AF No-HFpEF and Control groups (2.0 +/- 1.2 vs 0.9 +/- 0.4 vs. 0.5 +/- 0.2/s, p < 0.001). 2) During the acceleration time in early diastole, patients with AF displayed significantly higher normalised pressure gradients compared with those in the control group; however, no significant difference was identified between the No-HFpEF and HFpEF groups (50.7 +/- 32.7 vs. 72.0 +/- 67.2, p = 0.164). During the deceleration time, the inversion of gradients was observed; however, differences among the groups were not significant, and 3) parameters reflecting vortex strength suggested AF HFpEF group having the most negative sucking pressure and the highest vorticity, however only statistical trend was observed (p = 0.066). CONCLUSIONS In our studies we demonstrated that VFM technology can be used to visualise inflow fluid dynamics and to observe and quantify less well-known fluid phenomena during the cardiac cycle in sinus rhythm and AF. First study showed that GrIV was closely associated with conventional echocardiographic indices of elevated left ventricular filling pressure and were able to discriminate between groups with normal diastolic function and patients with mild and advanced DD in sinus rhythm. Particularly, the GrIV/e’ parameter has the potential to be used as a novel DD marker. In contrast, only the normalised intraventricular pressure gradient during the acceleration time of early diastole was able to discriminate among the groups with different stages of DD, whereas the vortex strength parameters appeared to be unaffected by DD. In the second study when tested in patients with AF with normal EF, only GrIV/e’ parameter demonstrated the potential to discriminate between those with and without clinical evidence of heart failure and control group in sinus rhythm, suggesting a potential association between AF and LV diastolic function.

• Ključne besede: vector flow mapping, diastolic dysfunction, heart failure, HFpEF, intraventricular gradient, vortex, atrial fibrillation