Клинико-физиологическая оценка насосной функции сердца — задача не новая. Попытки решить ее с помощью анализа гемодинамических индексов, косвенно характеризующих сократительную функцию, не увенчались успехом. Самыми простыми и общими показателями насосной функции сердца являются сердечный индекс (СИ), ударный индекс (УИ), конечный диастолический (КДО) и конечный систолический (КСО) объемы левого желудочка (ЛЖ). Многие исследователи склонны рассматривать в качестве показателя сократительной функции желудочков фракцию выброса (ФВ), представляющую собой отношение УИ/КДО. ФВ не всегда коррелирует с другими показателями гемодинамики, в част-
ности, с КДО в ЛЖ [1]. Определение ФВ методом Simpson является полуколичественным, зависит от врача-исследователя и обусловливает необходимость оптимальной визуализации верхушки сердца и границы эндокарда [2].
До настоящего времени используется визуальная оценка сегментарной сократимости миокарда с помощью эхокардиографии (ЭхоКГ). Однако этот метод является субъективным, поскольку проводится врачом-исследователем исходя из собственных, т.е. индивидуальных впечатлений и имеет относительно низкую чувствительность [2]. Попытки количественно оценить сократительную способность миокарда с применением тканевого допплера не нашли широкого применения из-за технических проблем — зависимости от угла сканирования, «шумовых помех», низкой чувствительности [3].
История начала объективной оценки сократительной функции миокарда относится к 1989 г., когда N. Isаaz зарегистрировал движение стенки ЛЖ с помощью импульсного допплера. Технологический прогресс середины 90-х годов прошлого века в области цифровых технологий обработки сигналов и построения изображений позволил усовершенствовать визуализацию — появилась Strain(стрейн)-ЭхоКГ. Позднее группа ученых Норвежского университета внедрила анализ деформации и скорости деформации в реальном времени с помощью технологии тканевой допплер-сонографии и показали их практическую применимость [2, 4].
Недавние усовершенствования двухмерной ЭхоКГ позволили регистрировать тканевые точки и прослеживать эти акустические маркеры от кадра к кадру. Метод известен как «speckletraking», что означает «отслеживание точек» [4—9]. Данная методика имеет ряд преимуществ, в частности,
независимость от угла сканирования. Благодаря этому, исследователь может проанализировать деформацию миокарда и скорость деформации вдоль трех пространственных осей соответственно физиологии сердечной мышцы [7], что позволяет дифференцировать пассивное движение и активное сокращение каждого сегмента миокарда. Если все участки сегмента имеют одинаковое движение,
он изменяет положение (смещается), если же отдельные участки сегмента имеют различное движение, то происходит деформация соответствующего участка [6]. Данная методика отличается высокой воспроизводимостью [5]. Целью настоящего исследования являлась оценка программного обеспечения — X-Strain (Esaote, Италия) и получение значений для миокардиальной скорости, продольной, циркулярной и радиальной деформации, а также скорости деформации ЛЖ у здоровых людей и сравнение этих показателей в разных возрастных группах.
Материал и методы
В исследование были включены 60 здоровых добровольцев: 27 мужчин, 33 женщины, в возрасте от 19 до 58 лет (средний возраст 32,4±11,9 года). Исследуемых разделили на 2 группы: 1-я группа включала 35 человек в возрасте от 19 до 30 лет (средний возраст 24,6±3,1 года), средняя частота сердечных сокращений (ЧСС) 71,6±5,2 уд/мин, систолическое артериальное давление (САД) 119,2±6,0 мм рт.ст., диастолическое артериальное давление (ДАД) 78,1±4,0 мм рт.ст.; 2-я группа — 25 человек, в возрасте от 30 до 58 лет (средний возраст 43,2±9,1 года), ЧСС 65,6±10,2 уд/мин, САД 125,4±8,0 мм рт.ст.,
ДАД 81,2±5,0 мм рт.ст.
До проведения исследования были получены информированное письменное согласие у включенных добровольцев и соответствующее одобрение локального этического комитета. Всем субъектам проводили общеклиническое обследование, регистрацию электрокардиограммы (ЭКГ) в 12 отведениях и 3-кратное офисное измерение АД.
Критериями исключения являлись: артериальная гипертензия, любая форма ишемической болезни сердца, врожденные и приобретенные пороки сердца, нарушения ритма и проводимости сердца, хронические болезни органов дыхания, сахарный диабет, травмы грудной клетки, плохая визуализация эхограммы.
ЭхоКГ выполняли в положении обследуемого лежа на левом боку ультразвуковым сканером MyLab90 Esaote, мультичастотным датчиком 2,5—3,5 МГц с синхронизированной ЭКГ от конечностей.
Регистрировали видеоклипы по короткой оси на уровне митрального клапана и папиллярных мышц, из апикальной позиции 5-, 4- и 2-камерные изображения. Компьютерный анализ основывался на обработке цифрового сигнала динамического изображения сердца с частотой кадров в диапазоне 40—64 кадров в секунду, с использованием программного обеспечения X-Strain (Esaote, Италия), которое дает возможность оценивать миокардиальную скорость, а также продольную и циркулярную деформацию эндокарда и радиальную деформацию и скорость деформации миокарда.
Региональная деформация (strain) представляет собой безразмерную величину изменения длины объекта, выраженную в процентах его начальной формы. Для одномерных объектов деформация может быть представлена удлинением или укорочением. Относительное изменение длины и будет являться деформацией, что выражается формулой:
где l— мгновенное значение длины, l0 — первоначальное значение длины, Δl— изменение длины.
В соответствии с анатомическим строением слоев миокарда различают следующие виды деформации: продольную, циркулярную и радиальную. Продольная и циркулярная деформации представляют собой систолическое укорочение соответствующих миокардиальных волокон и имеют отрицательные значения, а радиальная — систолическое утолщение периферических волокон и характеризуется положительными величинами. Миокардиальная скорость — это скорость распространения деформации
миокарда (см/с).
Скорость деформации (strainrate) — скорость, с которой происходит деформация в единицу времени (с–1):
где Va и Vb— мгновенные значения скорости движения миокарда в точках a и b. Расстояние d определяет взаимную удаленность двух точек измерения скорости в определенный момент.
Собственно скорость деформации, как и определение деформации, дают возможность оценить степень локальной деформации миокарда [10, 11].
Для каждого пациента выбирали стартовое изображение в конце диастолы с хорошей визуализацией внутрисердечной границы. Границы эндокарда и эпикарда трассировали в виде последовательности точек полуавтоматическим режимом с визуальной коррекцией врачом-исследователем. Выбор точек — самое важное условие для качественной последующей обработки, требующее от исследователя соответствующих навыков. Оценивали показатели деформационных характеристик миокарда в 6 сегментах для каждой позиции.
Для каждой точки автоматически вычислялась скорость, показанная в виде векторов (см. рисунок), добавленных на двухмерное изображение.
Регистрировали значения деформации и скорость деформации в графическом и цифровом формате. Для оценки воспроизводимости методики у ряда случайно отобранных лиц повторно определяли показатели, характеризующие деформационные свойства миокарда, одним специалистом и двумя разными специалистами. С этой целью у 15 субъектов определяли показатели для всех 16 сегментов ЛЖ, двукратно с интервалом 30 дней в одинаковых условиях, на одном ультразвуковом сканере.
Статистическую обработку данных проводили с помощью пакета программ Statistika 6.0. Значения миокардиальной скорости, деформации и скорости деформации представлены в виде Ме±SD. Воспроизводимость результатов двукратного исследования оценивали методом вычисления абсолютной разности между соответствующими повторными измерениями как процент от их среднего значения. Сравнительный анализ показателей между группами проводили с помощью параметрического t-критерия Стьюдента, непараметрического критерия Манна—Уитни, теста ANOVA. Статистически значимыми считали различия при p<0,05 [12].
Рисунок. Парастернальная позиция на уровне митрального клапана. Трассирование границы эндокарда и эпикарда. Графики циркулярной деформации эндокарда и скорости деформации миокарда.
Результаты
Воспроизводимость результатов при проведении исследования двумя специалистами для продольной и циркулярной деформации эндокарда и скорости деформации составила соответственно 94,2 и 93,6%, для радиальной деформации и скорости деформации — 94,8%. При парном наблюдении одним специалистом эти показатели составили 97, 96,8 и 97,2% соответственно.
Продольная деформация имела следующие значения: в базальных сегментах 20,36±1,59 и 21,96±4,70%, в средних — 20,11±2,34 и 19,69 ±3,18%, в апикальных — 21,86±4,46 и 20,89±4,22; скорость деформации 1,43±0,20 и 2,06±3,29 с–1; 1,37±0,33 и 1,25±0,24 с–1; 1,42±0,31 и 2,21±4,93 с–1 в 1-й и 2-й группах соответственно. Продольная деформация на разных уровнях ЛЖ в 1-й группе достоверно не различалась (p<0,074), а во 2-й группе имела статистические различия (p<0,016).
Причем, в базальных сегментах этот показатель был максимальным. Скорость деформации на базальном, среднем и апикальном уровнях внутри групп различалась достоверно. Значения циркулярной деформации базальных сегментов ЛЖ в 1-й и 2-й группах составляли 23,75±3,70% и 24,46±6,00% соответственно, в средних сегментах 24,46±3,64% и 25,48±5,01%, скорости деформации
соответственно 1,63±0,31 и 1,71±0,35 с–1; 1,64±0,27 с–1 и 1,61±0,32 с–1. Показатели циркулярной деформации и скорости деформации на базальном и среднем уровнях внутри групп также достоверно не различались.
Таблица 1. Показатели деформации и скорости деформации миокарда ЛЖ.
В 1-й и 2-й группах радиальная деформация в базальных сегментах составила 34,51±8,51 и 30,84±6,25% соответственно, в средних — 33,92±7,21 и 31,15 ±5,61%, в апикальных — 32,48±8,05 и 34,84±9,05%, скорость деформации — 2,32±0,46 и 2,31±0,45 с–1, 2,14±0,42 и 2,06±0,37 с–1 1,85±0,40 и 2,11±0,41 с–1 соответственно. Для радиальной деформации на отдельных уровнях ЛЖ не было получено достоверных различий (p<0,7 и p<0,1). Скорость радиальной деформации на базальном, среднем и апикальном уровнях внутри групп достоверно различалась .
Расчет миокардиальной скорости проводился в систолу автоматически по формулам, заложенным в программном обеспечении. Показатели продольной миокардиальной скорости в базальных сегментах составили 5,46±0,77 и 5,33±0,74 см/с, в средних — 3,52±0,56 и 3,48±0,63 см/с, в апикальных — 1,77±0,38 и 1,80±0,64 см/с .
Продольная миокардиальная скорость на отдельных уровнях ЛЖ в 1-й и 2-й группах достоверно различалась, уменьшаясь от базальных к апикальным отделам.
При статистической оценке деформационных характеристик миокарда у всех 60 включенных в исследование лиц циркулярная и радиальная деформация достоверно не различались на разных уровнях ЛЖ (p<0,6 и p<0,7), однако имелись статистически значимые различия продольной деформации эндокарда (p<0,017). Скорость продольной и радиальной деформации достоверно различалась на всех трех уровнях (p<0,01 и p<0,01), однако по скорости циркулярной деформации статистически значимых различий не было (табл. 1.).
Продольная миокардиальная скорость на базальном, среднем и апикальном уровнях, а также между стенками ЛЖ статистические значимо различалась (р<0,05). Максимальная миокардиальная скорость наблюдалась по передней и боковой стенке (табл. 2).
Таблица 2. Миокардиальная скорость, см/с.
Обсуждение
Для новой инструментальной методики исследования большое значение имеет воспроизводимость результатов. Представленные данные свидетельствуют о том, что метод оценки деформационных характеристик миокарда отличается достаточно хорошей воспроизводимостью, что подтверждается результатами других авторов [5, 13]. У лиц разного возраста показатели деформации миокарда существенно не различались. В целом деформация миокарда характеризовалась однородностью на всех 3 уровнях ЛЖ: базальном, среднем и апикальном. Однако в группе старшего возраста продольная деформация эндокарда достоверно различалась на разных уровнях. Циркулярная скорость деформации миокарда не различалась в базальном и среднем отделах, вероятно, за счет однородного строения циркулярного слоя миокарда в соответствующих отделах. Продольная и радиальная
скорости деформации статистически значимо различались на разных уровнях ЛЖ и наиболее высокая скорость отмечалась в базальных отделах, что можно объяснить особенностями хода мышечных волокон ЛЖ [1, 14]. Миокардиальная скорость характеризует скорость продольного движения миокарда. В нашем исследовании этот показатель уменьшался от базального к апикальным отделам миокарда. Максимальная миокардиальная скорость наблюдалась по передней и боковой стенке ЛЖ.
Миокардиальная скорость — малоизученный показатель. В литературе отсутствует четкое описание и определение функции, которую он характеризует [15]. Полученная в настоящем исследовании информация послужит дополнительным вкладом в изучение данного показателя.
Сердце работает столь слаженно, что обычно говорят о сердечной мышце в единственном числе, тогда как мышечная оболочка сердца имеет трехслойное строение и довольно сложную конфигурацию.
Субэпикардиальные и субэндокардиальные волокна, ориентированные продольно, во время систолы движутся в противоположные стороны. В субэпикардиальном слое движение происходит в направлении леворукой спирали, в субэндокардиальном — в направлении праворукой спирали. Праворукое спиральное движение субэндокарда присуще и трабекулам ЛЖ. Средний слой миокарда состоит из мощных волокон, сокращающихся циркулярно. Вследствие такой биомеханики сокращение миокарда происходит в трех направлениях: поперечном, продольном и циркулярном. Причем
в основании желудочков мышечные волокна расположены спирально — в направлении от эпикарда к эндокарду, а в верхушке их направленность противоположна. В связи с этим миокард имеет конфигурацию скрученной мышечной ленты. В систолу все сегменты миокарда сокращаются и движутся по направлению к центру тяжести сердца. Наоборот, в диастолу все сегменты движутся от центра тяжести, который в норме расположен в точке, равной 69% расстояния от переднебокового края аортального клапана до верхушки [1, 12]. В нашем исследовании особенности деформационных характеристик миокарда у здоровых лиц можно объяснить особенностями анатомического строения
и хода миокардиальных волокон.
X-Strain — неинвазивный инструмент для исследования и количественного определения сегментарной
и глобальной функции миокарда [6, 16, 17].
Определение миокардиальной скорости, деформации миокарда и скорости деформации дают возможность кардиологам на ранней стадии обнаружить ухудшение сократительной функции миокарда. Независимость технологии от угла сканирования позволяет оценить движения волокон миокарда во всех направлениях: продольном, циркулярном и радиальном [5, 6].
Ранняя диагностика вовлечения в патологический процесс сердца крайне важна для своевременного
обращения к терапевтическим стратегиям, улучшения качества жизни и выживания пациентов в различных клинических ситуациях [9].
Бесспорно, очевидный интерес для клинической практики представляет оценка показателей сократимости миокарда ЛЖ по всем видам деформации и их скорости между отдельными сегментами (и соответствующими стенками ЛЖ) на каждом из уровней у конкретного индивидуума и в группе здоровых лиц в целом. Этим данным и их сравнительному анализу мы планируем посвятить отдельную публикацию.
Выводы
1. Метод X-Strain имеет достаточно хорошую воспроизводимость при парном исследовании, выполненном одним или двумя разными специалистами.
2. Деформация миокарда на базальном, среднем и апикальном уровнях ЛЖ существенно не различалась между группами лиц разного возраста.
3. Циркулярная скорость деформации миокарда не зависела от возраста и не различалась на всех уровнях левого желудочка. Радиальная скорость деформации уменьшалась от базальных к апикальным отделам левого желудочка. Продольная скорость деформации различалась по отделам левого желудочка только у лиц старше 30 лет.
4. Миокардиальная скорость уменьшалась от базального к апикальным отделам миокарда. Максимальная миокардиальная скорость наблюдалась по передней и боковой стенке левого желудочка.
