Features of speckle tracking echocardiography for diagnosis of myocardial dysfunction

Full Text

Трансторакальная эхокардиография (ЭхоКГ) является одним из основных методов диагностики сердечной недостаточности (СН), позволяющей оценивать систолическую и диастолическую функцию левого (ЛЖ) и правого желудочка [1]. Основным показателем, который используется для оценки функции ЛЖ, является фракция выброса (ФВ). Однако на точность оценки этого показателя влияют такие факторы, как митральная регургитация, преднагрузка ЛЖ и др. [2]. На протяжении более чем 30 лет неинвазивные ультра- звуковые (УЗ) методы оценки функции миокарда основывались на использовании серой шкалы ЭхоКГ и допплеровского картирования скоростных показателей внутрисердечного кровотока. За счет технологического прогресса обработки УЗ-сигнала можно измерять такие параметры сокращения миокарда, как деформация, ротация, скручивание и раскручивание, которые обеспечивают оценку глобальной и региональной функции ЛЖ и правого желудочка, а также высокую точность диагностики [3]. Концепция тканевого допплера разработана K. Isaaz и соавт. в 1989 г. В 1998 г. описаны понятие и методы расчета в реальном времени скорости деформации миокарда в продольной проекции [3], а W. Harvey и R. Lower описали процесс скручивания сердца [4]. Внедрение таких методик в практику стало возможным после того, как описали фундаментальные особенности механики сердца.

Механика сокращения сердца

О том, что миокард при сокращении совершает скручивающие движения, известно давно, но оценить это явление известными неинвазивными методами не представлялось возможным. В процессе изучения данного механизма стало понятно, что мышечные волокна миокарда различаются по длине, толщине и собраны в пучки, располагающиеся в 3 направлениях. На макроскопическом уровне можно выделить 3 различных слоя миокарда: поверхностный, средний и внутренний. В поверхностном слое мышечные волокна имеют наклонное направление от основания к верхушке относительно вертикальной оси. Мышечные волокна на грудино-реберной поверхности сердца расположены справа налево, тогда как на диафрагмальной – слева направо, при этом они покрывают миокард желудочков в форме спиралей. В момент достижения мышечными волокнами верхушки сердца они проникают в так называемую субэндокардиальную зону. Мышечные волокна среднего слоя имеют преимущественно поперечное направление. Волокна глубокого слоя миокарда ЛЖ имеют ход, противоположный мышечным пучкам поверхностного слоя. Они поднимаются от верхушки к основанию, формируя папиллярно-трабекулярный аппарат и субэндокардиальную зону ЛЖ (рис. 1). Особенности расположения миокардиальных волокон в ЛЖ приводят к тому, что у здорового человека во время сокращения он совершает движение в 3 направлениях: радиальном, циркулярном и продольном [5, 6].

 

Рис. 1. Предсердно-желудочковое отверстие левое (митральный клапан).

 

Такое спиралевидное расположение мышечных волокон генерирует вращательные движения по часовой стрелке на уровне митрального клапана в базальном отделе и против часовой стрелки в апикальном отделе. Скручивание миокарда играет основную роль в механической эффективности сердца, в результате чего ФВ составляет 60% при сокращении волокна только на 15% [7]. Во время сокращения кинетическая энергия накапливается в сердечных белках, таких как титин. Эта накопленная потенциальная энергия впоследствии высвобождается во время раннего расслабления миокарда, тем самым способствуя быстрому раскручиванию, создавая диастолическое наполнение. Таким образом, вращение ЛЖ обеспечивает ключевую механистическую связь между систолой и диастолой. Связь между систолическим скручиванием и диастолическим раскручиванием (механика скручивания ЛЖ) и их роль в развитии сердечно-сосудистых заболеваний (ССЗ) остаются не до конца понятными и являются областью активных научных исследований [8].

Оценка деформации миокарда (strain)

Целостная картина механизма сокращения и расслабления определенных зон миокарда сформирована только в последние годы. В разработке новых технологий значимым моментом стала публикация свода рекомендаций по использованию количественных методов анализа контрактильности ЛЖ, предложенных в 2011 г. Американским эхокардиографическим обществом и Европейской ассоциацией эхокардиографии [9]. Применение пользующегося в последнее время значительной популярностью ЭхоКГ-метода ЭхоКГ speckle tracking дает возможность провести всесторонний анализ деформации миокарда, направленный на обеспечение возможности разно- уровневой оценки показателей контрактильности сердечной мышцы [10]. Кроме того, данная методика предположительно позволяет проанализировать функционирование ЛЖ с точки зрения выполнения диастолической функции и оценить региональную и суммарную функции миокарда в количественных показателях [11, 12].

Основой разработки ЭхоКГ speckle tracking послужили данные, полученные в результате анализа динамики УЗ-изображения миокарда (серошкального) в В-модальном режиме [13]. На протяжении цикла работы сердца от кадра к кадру в 3 измерениях осуществляется мониторинг серошкальных УЗ-пятен [11, 13]. Сокращение саркомеров при сжатии левого и правого желудочка приводит к деформированию волокон миокарда, проявляющемуся в продольном и циркулярном укорочении и поперечном утолщении, что отображено на рис. 2 и 3. Значение данных процессов в случае удлинения объекта является положительным, в случае сокращения – отрицательным. Изучение циркулярной деформации проводится по короткой оси ЛЖ, продольной – из верхушечного доступа, а радиальной – из обеих позиций. При оценке систолической деформации в каждом из 17 сегментов ЛЖ она расценивается как локальная, в каждом из 3 верхушечных сечений – как средняя, а с учетом всех изученных сегментов – как глобальная [5].

 

Рис. 2. Деформация миокарда происходит в продольном (от основания до вершины), радиальном (или «поперечном») и окружном измерении (окружающем короткую ось сердца) [ 14].

 

Рис. 3. Speckle tracking-ЭхоКГ: определение глобальной продольной деформации.

 

Одним из надежных, хорошо проверенных и воспроизводимых методов измерения продольной функции ЛЖ является метод измерения глобальной продольной деформации (GLPS) с помощью speckle tracking-ЭхоКГ [15]. Эта деформация оценивается посегментарно, а также в субэндокардиальном, радиальном, эпикардиальном слое миокарда [16]. В ряде исследований показано, что GLPS является маркером раннего развития фиброза миокарда. Так, в исследовании, которое включало 86 пациентов c CН с сохраненной ФВ, показано, что GLPS уменьшался у пациентов СН в сравнении с контрольной группой без СН [17].

Ротация, скручивание (twist) и раскручивание ЛЖ

Speckle traсking-ЭхоКГ обеспечивает неинвазивную альтернативу сономикрометрии и меченой магнитно-резонансной томографии для оценки сложного сократительного движения ЛЖ, продиктованного спиральной структурой волокон миокарда. Субэндокард состоит из волокон миокарда, ориентированных в правую спираль, постепенно превращаясь в левую спираль в субэпикарде [18]. Субэндокардиальные волокна – почти продольно ориентированные (угол приблизительно 80° по отношению к направлению по окружности сердца); срединные волокна миокарда параллельны окружному направлению (приблизительно при 0°), а субэпикардиальные волокна – при -60°. Эта желудочковая структура обеспечивает вращательное, или «скручивающее» движение во время систолы (рис. 4, 5) [8, 18].

 

Рис. 4. Модель структуры миофибры и механики кручения [ 14].

 

Рис. 5. Speckle tracking-ЭхоКГ: скручивание миокарда.

 

Во время изоволюмического сокращения верхушка кратковременно вращается в направлении по часовой стрелке, но затем быстро поворачивается в направлении против часовой стрелки во время выброса, если смотреть с верхушки. Тем временем основание вращается по часовой стрелке вокруг длинной оси ЛЖ. Это вращательное движение ЛЖ вызывает утолщение и продольное укорочение миокарда, которое вызывает выброс из ЛЖ. Раскручивание, следующее за скручиванием, происходит во время диастолы и диастолического всасывания, что облегчает раннее наполнение ЛЖ. Большая часть раскручивания происходит во время изоволюмического расслабления и завершается во время ранней диастолы [14]. Нормальное значение для скручивания у здоровых добровольцев составляет 7,7±3,5°. Эти значения увеличиваются с возрастом, вероятно, из-за меньшего сопротивления апикальной ротации [18]. Таким образом, поворот ЛЖ больше у здоровых людей старше 60 лет по сравнению с людьми младше 40 лет (10,8±4,9° против 6,7±2,9° соответственно) [14]. Скручивание и раскручивание ЛЖ оказывают большое влияние на систолическую и диастолическую механику ЛЖ и могут позволить выявить систолические и диастолические нарушения [14].

Клиническое применение speckle tracking-ЭхоКГ для диагностики дисфункции ЛЖ

Фиброз миокарда является патологическим состоянием, связанным с ремоделированием внеклеточного матрикса, что может привести к повышению жесткости миокарда и усугублению систолической и диастолической дисфункции (ДД) ЛЖ [19]. Однако наиболее распространенная ЭхоКГ-мера функции миокарда, ФВ ЛЖ, имеет важные ограничения. Измерение ФВ ЛЖ ограничено субъективной интерпретацией, которая снижает точность и воспроизводимость [14]. Считается, что у пациентов с СН и сохраненной ФВ систолическая функция ЛЖ сохранена. При помощи рутинного ЭхоКГ-исследования нельзя детально оценить сократительную способность миокарда, поскольку ФВ отвечает только за изменения так называемых объемных параметров. Основным преимуществом speckle tracking-ЭхоКГ является количественная оценка деформации миокарда во всех имеющихся сегментах. За счет этого можно выявить начальные нарушения систолической функции ЛЖ. Ко всему прочему, выявлена корреляционная зависимость между ФВ ЛЖ и показателями продольной деформации миокарда. Таким образом, с целью оценки систолической функции ЛЖ может быть использована миокардиальная деформация [1]. Оценка GLPS с помощью speckle tracking-ЭхоКГ стала клинически возможной альтернативой измерения ФВ для изучения функции миокарда. Данные, собранные за последнее десятилетие, показали, что GLPS более чувствителен к дисфункции ЛЖ, чем традиционное определение ФВ, и предоставляет дополнительную прогностическую информацию. Также определение данного параметра может быть использовано для выявления бессимптомного нарушения функции ЛЖ, вызванного различными этиологическими факторами [20]. В ряде исследований получены убедительные доказательства ценности GLPS, которая превосходит прогностическую ценность по сравнению с определением ФВ для прогнозирования неблагоприятных сердечно-сосудистых событий [15, 21]. Определение нормальных значений GLPS, глобальной радиальной и глобальной циркулярной деформации имеет большое значение для клинического применения. Проведен метаанализ 24 исследований (2597 пациентов), где изучались нормальные значения деформации. Нормальные значения GLPS варьировали от -15,9 до -22,1%, средняя -19,7%; циркулярной деформации – от -20,9 до -27,8%, среднее значение -23,3%; радиальная деформация – от 35,1 до 59,0%, среднее значение -47,3% [22, 23]. В одном из исследований показано, что у больных с СН как с сохраненной, так и со сниженной ФВ ЛЖ имеются корреляционные связи между GLPS и уровнем сывороточного мозгового натрийуретического пептида. Также показано, что GLPS снижается у больных с диастолической СН, а по мере прогрессирования СН наблюдается еще и снижение радиальной и циркулярной деформации ЛЖ [24]. Снижение GLPS отражает прогрессирование заболевания, связано с худшими исходами и является предиктором повторной госпитализации и сердечной смерти [25]. Нарушение GLPS предсказывает смертность у пациентов с СН более точно, чем ФВ ЛЖ [26]. Нарушение деформации миокарда может быть выявлено на ранних стадиях нарушений систолической функции ЛЖ, даже если ФВ ЛЖ измеряется в пределах нормы при 2D-ЭхоКГ. Speckle tracking-ЭхоКГ позволяет оценить субклиническое повреждение миокарда с помощью параметров деформации. Известно, что субклиническая дисфункция ЛЖ может встречаться у лиц с ожирением [27–30]. Однако в другом исследовании показано, что не только у лиц с ожирением встречается субклиническая дисфункция миокарда ЛЖ, но и у лиц с избыточной массой тела, причем по мере увеличения индекса массы тела функция миокарда ухудшалась [27].

В настоящее время идет поиск методов ЭхоКГ для выявления ДД на ранних стадиях. В одном из исследований проводилась оценка систолической и диастолической функции ЛЖ у пациентов с СН с сохраненной ФВ с использованием speckle tracking-ЭхоКГ-методики. Показано, что у больных с СН функциональных классов различной выраженности (от I до III), у которых при помощи использования двухмерного режима по методу Симпсона не выявлено снижения показателей сократимости миокарда ЛЖ, а именно ФВ, с помощью speckle tracking-ЭхоКГ зарегистрировано изменение (снижение) значений глобальной и посегментарной систолической деформации. По мере увеличения функционального класса СН отмечалось значимое снижение продольной систолической деформации, тогда как показатель ФВ ЛЖ оставался в пределах нормальных значений. Полученные результаты в данном исследовании соответствуют данным M. Sengeløv и соавт., свидетельствующим, что по сравнению с другими стандартными ЭхоКГ-параметрами глобальная и по сегментарная систолическая деформация обладают более высокой информативностью в оценке функционального состояния миокарда и диагностики нарушений на ранних стадиях СН и у пациентов с СН с сохраненной ФВ [1, 31].

Возможно, использование оценки диастолической функции с помощью применения таких показателей, как скручивание и раскручивание ЛЖ, даст возможность понять механизмы расслабления ЛЖ и нагнетания крови [4]. Ввиду того что при помощи ЭхоКГ может быть измерена скорость раскручивания, она может являться маркером диастолической функции ЛЖ или эффективности терапевтического лечения, направленного на ее коррекцию [4]. Исследователями доказано, что методы speckle tracking-ЭхоКГ и магнитно-резонансной томографии сердца для оценки механики скручивания ЛЖ являются сопоставимыми [32].

Уже при небольшой ДД показатели скручивания и раскручивания увеличиваются, а далее по мере прогрессирования ДД и увеличения давления наполнения ЛЖ эти показатели обычно снижаются [24]. Однако уточнение механизмов, приводящих к изменению показателей скручивания и раскручивания при прогрессировании ДД, является объектом предстоящих исследований [24]. На ранних стадиях ДД нарушается раскручивание миокарда, а нарушение скручивания ЛЖ ассоциируется с более поздними нарушениями функции ЛЖ [14].

Миокардиальная деформация может дать более точную информацию о функции миокарда, а также может быть использована для выявления ранних стадий ССЗ, мониторинга изменений миокарда при различных методах лечения, чтобы дифференцировать кардиомиопатии и прогнозировать прогноз некоторых ССЗ [33]. В настоящее время признается, что раннее выявление ССЗ может улучшить качество жизни пациентов и снизить как заболеваемость, так и смертность [34]. Недавние исследования доказали, что такой глобальный показатель, как ФВ, является лишь индикатором глобальной функции сердца и не может быть использован для определения региональной функции или выявления какой-либо дисфункции желудочков на самых ранних стадиях заболеваний [34]. Speckle tracking-ЭхоКГ ограничена ее зависимостью от качества ЭхоКГ-изображений, которые влияют на способность отслеживать рисунок спекл и границы эндокарда. Может происходить неадекватное отслеживание, потому что сложное трехмерное движение сердца вызывает неплоскостное движение, что затрудняет отслеживание спеклов от изображения к изображению. Кроме того, акустическое затенение и реверберация мешают по кадровому отслеживанию, что снижает точность измерения [14]. Таким образом, тонкая оценка механической функции сердца позволяет более точно определить состояние глобальной и региональной функций миокарда и выявить изменения, возникающие на ранних стадиях заболеваний.

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Conflict of interests. The authors declare no conflict of interest.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ДД – диастолическая дисфункция

ЛЖ – левый желудочек

СН – сердечная недостаточность

ССЗ – сердечно-сосудистые заболевания

УЗ – ультразвуковой

ФВ – фракция выброса

ЭхоКГ – эхокардиография

GLPS – глобальная продольная деформация

About the authors

Olesia V. Gritsenko

Altai Regional Cardiology Dispensary

Author for correspondence.
Email: qritzenko.olesia@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5937-4128

Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, Barnaul

Galina A. Chumakova

Altai State Medical University; Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases

Email: g.a.chumakova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-2810-6531

D. Sci. (Med.), Prof., Altai State Medical University, Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases

Russian Federation, Barnaul; Kemerovo

Elena V. Trubina

Altai Regional Cardiology Dispensary

Email: tev1967.88@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4655-2068

Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, Barnaul

References

Supplementary files