Новые визуализирующие методики в диагностике сердечной недостаточности с сохранной фракцией выброса | Е.К. Сережина, А.Г. Обрезан

   Введение

    В настоящее время сердечная недостаточность (СН) — одна из наиболее распространенных кардиологических патологий, частота которой за последние десятилетия лишь возрастает [1, 2]. Существует теория, что СН представлена двумя патологическими процессами: систолической и диастолической дисфункцией. Данная гипотеза подтверждается структурными, функциональными и молекулярными изменениями, связанными с диастолической функцией сердца [3], а также клиническими фармакологическими исследованиями, которые показывают, что у пациентов с СН с сохранной фракцией выброса (HFpEF) эффект от проводимой терапии отличен от такового у пациентов с СН со сниженной фракцией выброса (HFrEF). Это указывает на существование различных патофизиологических механизмов возникновения и прогрессирования СН [4].

   Дифференцирование HFpEF и HFrEF

    На данный момент дифференциальная диагностика между HFpEF и HFrEF основана на измерении фракции выброса (ФВ) с помощью допплеровской эхокардиографии (ЭхоКГ). Однако благодаря новым методам оценки сердечной функции, таким как измерение скорости деформации длинной оси и тканевая допплеровская визуализация, появляются новые, более корректные критерии оценки систолической функции, чем ФВ [5]. Таким образом, HFpEF на текущем этапе можно оценивать как по различным характеристикам гемодинамического выброса и нарушению продольной сократимости левого желудочка (ЛЖ), так и по характеру ФВЛЖ отдельно от кинетики ЛЖ [5, 6].
    Согласно текущим клиническим рекомендациям Европейского сообщества кардиологов необходимыми компонентами для постановки диагноза HFpEF являются:
    клиническая картина;
    диастолическая дисфункция ЛЖ или структурные изменения миокарда   (увеличение размеров левого предсердия и/или гипертрофия ЛЖ);
    повышенный уровень натрийуретического пептида;
    нормальная или немного измененная систолическая функция ЛЖ [7].
    В 2018 г. профессором B. Pieske была предложена четырехступенчатая модель диагностики HFpEF.
    1-я ступень — анализ симптомов, факторов риска СН, клинический анализ крови, pro-BNP, выполнение ЭКГ и стандартного ЭхоКГ;
    2-я ступень — выполнение расширенного протокола ЭхоКГ (оценка вероятности наличия HFpEF по 6-балльной шкале). Если набрано более 3 баллов, то переходят к    3-й ступени исследования;
    3-я ступень — стресс-ЭхоКГ (проба с физической нагрузкой);
    4-я ступень — МРТ, сцинтиграфия или биопсия миокарда для определения    этиопатогенеза СН [8].
    Приведенные в данном обзоре углубленные визуализирующие методики позволяют: выявлять изменения сократительных и деформационных свойств миокарда, определять ранние нарушения систолической и диастолической функции, оценивать риски как госпитализации, так и смерти по кардиальным причинам, а также рассчитывать прогноз для пациентов с HFpEF.
    Для количественного и качественного анализа функции миокарда при помощи визуализирующих методик необходимо понимать архитектуру волокон, компоненты деформации и движение миокарда в пространстве.

   Ориентация волокон миокарда, их движение в пространстве и компоненты деформации миокарда

    Архитектура волокон ЛЖ состоит из нескольких слоев. Субэндокардиальные волокна проходят в продольном направлении и закручены против часовой стрелки, волокна среднего слоя проходят продольно и закручены по часовой стрелке. Вследствие перекрестного расположения волокон этих двух слоев происходит утолщение стенки в радиальном направлении и укорочение в продольном и циркулярном направлении [9]. Существует три принципиальных компонента деформации: продольное, радиальное и циркулярное укорочение [10]. Считается, что эти плоскости деформации связаны с ориентацией волокон миокарда ЛЖ, которая преимущественно проходит в продольном направлении субэндокардиально и преимущественно в косой ориентации субэпикардиально [11].
    Кроме того, к этим деформациям добавляется вращение, представляющее собой угловое смещение сегмента миокарда в поперечном направлении вокруг продольной оси ЛЖ вследствие перекрестного хода мышечных волокон. Апикальное систолическое вращение происходит в направлении против часовой стрелки и выражается в градусах с положительными значениями при просмотре из вершины. И наоборот, базальное вращение происходит по часовой стрелке с отрицательными значениями. Из-за этого возникает угловое различие между апикальным и базальным вращением [12].
    Продольная деформация и скручивание желудочков могут не в равной мере влиять на их дисфункцию [13], поэтому их оценка может представлять собой ценный инструмент для клинической практики даже в случаях начальных и умеренных патологических изменений, которые не обнаруживаются при анализе классических параметров гемодинамики [14–18].
    Профили продольных скоростей просты и малоизменяемы. Они чаще используются в функциональной диагностике ввиду их большой исследованности и валидности, в то время как профили радиальной и циркулярной деформации менее постоянны и реже используются в исследованиях.
    Известно, что компонент продольной деформации миокардиальной функции реагирует быстрее, чем циркулярный или радиальный вследствие большей чувствительности эндокарда и субэндокардиальных слоев к ишемии [19–21].
    Ввиду невозможности различить пассивную и активную деформацию на основании числовых значений нельзя делать вывод о сокращении или расслаблении миокарда [9].
    Рассмотрим некоторые из визуализирующих методик.

   Тканевая допплерография

    Тканевая допплерография (TDI) — это надежный и воспроизводимый эхокардиографический метод, позволяющий провести количественную оценку не только глобальной и регионарной функции миокарда, но и времени миокардиальных событий [22, 23]. Существует несколько модальностей TDI.
    Импульсно-волновая TDI используется для измерения пиковых скоростей миокарда и особенно хорошо подходит для измерения продольной деформации желудочков ввиду параллельности ориентации эндокардиальных волокон ультразвуковому лучу в апикальных позициях [24]. Митральные кольцевые или базальные скорости ЛЖ отражают продольную деформацию миокарда, что является важным показателем систолической и диастолической функции ЛЖ [25].
    Импульсно-волновая TDI позволяет получить несколько показателей, которые имеют клиническое и прогностическое значение:
    Sʹ — систолическая скорость миокарда выше базовой линии, отражающая сокращение миокарда, когда кольцевое пространство смещается к вершине;
    Eʹ — ранняя диастолическая скорость релаксации миокарда ниже базовой линии, когда кольцевое пространство смещается от вершины;
    Aʹ — скорость миокарда, связанная с позднедиастолическим сокращением предсердий.
    Пиковая систолическая скорость миокарда, усредненная по 6 участкам вокруг митрального кольца, хорошо коррелирует с ФВЛЖ [26], а также является чувствительным маркером его слабонарушенной систолической функции даже у пациентов с нормальной ФВЛЖ или c сохраненной его систолической функцией с нарушением диастолического расслабления. Кроме того, изменение пиковой систолической скорости миокарда является маркером неблагоприятного прогноза [27].
    Wang et al. [28] обнаружили, что кардиальная смертность была значительно выше, когда и Sʹ, и Eʹ были менее 3 см/с (отношение рисков [HRs] 7,5 и 5,3 соответственно), хотя в многомерном анализе Eʹ сильнее влиял на смертность, чем Sʹ.
    Импульсно-волновая TDI имеет высокое временное разрешение, но не позволяет проводить одновременный анализ нескольких сегментов миокарда [24].
    В режиме цветовой TDI на изображение в градациях серого накладывается информация о скоростях и направлениях движения, кодированная цветом [9, 24]. Данный режим имеет преимущество увеличенного пространственного разрешения и возможность оценки нескольких структур в одной позиции [24]. В 3D-TDI цветовой код TDI применяется в трехмерном изображении, полученном в проекции из апикального окна в трехплоскостном режиме, одновременно получаются апикальные четырех-, двух- и трехкамерные позиции. Метод 3D также позволяет оценивать диссинхронию ЛЖ путем одновременного получения TDI из всех сегментов ЛЖ в течение одного и того же сердечного цикла [29].
    Хотя большинство методик TDI фокусируются лишь на измерении скоростей, некоторые исследователи использовали TDI для получения систолического и диастолического интервалов времени [30–35]. Временными интервалами TDI, измеренными с участков (боковых или медиальных) в митральном кольце, являются (рис. 1):

    IVCT — время изоволюмического сокращения (от конца волны Aʹ до начала волны S’);
    ET — время выброса (от начала до конца волны Sʹ);
    IVRT — время изоволюмической релаксации (от конца волны Sʹ до начала волны Eʹ).
    На основе систолических и диастолических интервалов времени высчитывается индекс активности миокарда (MPI), определяемый как отношение суммы времени изоволюмического сокращения (IVCT) и релаксации (IVRT) ко времени выброса (ET). Этот показатель является простым и хорошо воспроизводимым [36, 37].
    В ходе ряда исследований было определено, что увеличение MPI служит надежным предиктором ранней внутрибольничной СН у пациентов, перенесших инфаркт миокарда с подъемом сегмента ST [38–40]. Кроме того, MPI оказался независимым предиктором смертности среди населения в целом [37].
    Таким образом, TDI играет фундаментальную роль в диагностике СН, поскольку клинически HFpEF неотличима от HFrEF, и требует измерения ФВ. В свою очередь, Eʹ является достоверным предиктором прогноза СН, а также используется для ее дифференциальной диагностики, поскольку отражает как систолическую, так и диастолическую функцию ЛЖ [41–44]. Кроме того, субэндокардиальные волокна, которые ответственны за сокращение по длинной оси, могут быть более восприимчивыми к ишемии, фиброзу и гипертрофии вследствие их положения, и это объясняет, почему Eʹ является достоверным маркером СН [44].
    Разработка новых методов TDI [45] обеспечила большую точность в оценке функции желудочков. M. Wang et al. [46] показали, что изменение скорости релаксации в ранней диастоле (Eʹ) является достоверным предиктором смертности по сравнению с клиническими данными и стандартной ЭхоКГ. Это измерение легко воспроизводится и делает более эффективной оценку результатов лечения пациентов с СН [46, 47].
    Таким образом, TDI можно считать надежным методом количественной оценки как глобальной, так и регионарной систолической и диастолической функции ЛЖ. Полученные с помощью этого метода данные позволяют прогнозировать риски различных сердечно-сосудистых заболеваний.

   Спектральная следящая эхокардиография (STE)

    Спекл-трекинг эхокардиография (speckle-tracking echocardiography — STE) — метод оценки сердечной функции [48], позволяющий визуализировать каждую область миокарда как определенную, относительно стабильную и уникальную структуру паттернов, что позволяет ей дифференцироваться от других областей миокарда в течение сердечного цикла. При использовании данного метода измеряются такие параметры миокардиального сокращения, как деформация и скорость деформации. Эти параметры количественно определяют систолическую и диастолическую функцию миокарда в трех взаимоперпендикулярных плоскостях [49, 50].
    Было также обнаружено, что STE полезна для количественной оценки глобальной и регионарной функции ЛЖ с использованием таких параметров, как миокардиальная деформация, модели движения ЛЖ и диссинхронизация [51]. STE обладает высоким временным и пространственным разрешением, хорошей воспроизводимостью [52] и не зависит от угла сканирования и ограниченного окна, что позволяет количественно определять деформацию миокарда в нескольких плоскостях [53]. Важен и тот факт, что поступательные движения сердца не влияют на результаты измерений. Кроме того, благодаря своему трехмерному режиму метод позволяет одновременно оценивать весь миокард ЛЖ. Значения, полученные с помощью STE, специфически связаны с функцией миокарда ЛЖ и позволяют описывать механизм сокращения и его компоненты, такие как: продольная и циркулярная деформация, радиальное утолщение и вращательные движения.
    Под деформацией понимают процентное изменение длины волокна миокарда относительно исходной длины. Систолическое укорочение миокардиального волокна обозначается отрицательным значением, тогда как систолическое удлинение — положительным [54].
    Продольная деформация (global longitudinal strain — GLS) — это укорочение мышечных волокон в направлении от основания до верхушки в систолу. Она измеряется в двухкамерной и четырехкамерной позиции по длинной оси [55]. Исследуя GLS, можно оценить как глобальную сократимость, так и локальную деформацию ЛЖ [56]. Радиальная деформация (global radial strain — GRS) — укорочение мышечных волокон к центру полости ЛЖ, отражающая его утолщение и истончение во время сердечного цикла [55]. Параметры GRS определяются с помощью исследования коротких осей ЛЖ как из базального, так и из апикального доступа [57].
    У пациентов с HFpEF, несмотря на сохраненную систолическую функцию миокарда, имеют место существенные нарушения отдельных параметров деформации [58–60].
    Следует отметить, что компонент GLS миокардиальной функции реагирует быстрее, чем циркулярный или радиальный. Это объясняется большей подверженностью ишемии субэндокардиальных слоев [61]. Как показано в исследованиях, циркулярная и продольная дисфункция деформации имеют место у 25% пациентов с HFpEF, в то время как радиальная остается сохранной [62, 63]. Кроме того, R.W.J. van Grootel et al. показали, что диастолическая функция левого желудочка, оцененная с помощью STE, снижается с возрастом даже у людей без кардиологической патологии. В связи с этим в повседневной клинической практике необходимо сравнивать полученные данные с эталонными для соответствующего возраста и пола значениями [64].
    При отдельных измерениях оценка GLS доказала свою прогностическую значимость как наиболее важный эхокардиографический предиктор сердечно-сосудистой смерти и/или СН в исследованиях PARAMOUNT и TOPCAT у пациентов с HFpEF [65–67]. Есть мнение, что GLS является лучшим предиктором неблагоприятных событий у пациентов с HFpEF, чем ФВЛЖ [68]. По данным исследований показано, что у пациентов с GLS ≤-15% риск неблагоприятных событий в течение года (повторная госпитализация и сердечная смерть) выше, чем у пациентов с GLS >-15% [69]. Другие работы показывают, что снижение GLS миокарда предоставляет важную прогностическую информацию и для пациентов с ФВЛЖ >35%, являясь предиктором смертности по кардиологическим причинам, а также госпитализации ввиду СН и желудочковых аритмий [70–72].
    Некоторые исследования [73] демонстрируют высокую распространенность нарушенной GLS ЛЖ при HFpEF даже среди пациентов с ФВЛЖ >55%, причем ухудшение GLS отчетливо связано с более высокими уровнями мозгового натрийуретического пептида NT-proBNP даже после корректировки ФВЛЖ и диастолической функции. ФВЛЖ и глобальная периферическая деформация — основные определяющие компоненты желудочкового скручивания — сохранялись в популяции пациентов с HFpEF в качестве компенсаторного механизма [74].
    Более того, в настоящее время 2D-STE активно используется для динамической оценки восстановления систолической и диастолической функции миокарда, нарушенной вследствие ишемии. Так, K. Wdowiak-Okrojek et al. показали восстановление систолической функции миокарда в регионе успешной реперфузии в течение 2 дней, в то время как восстановление диастолической функции занимает больше времени: наиболее значительная часть улучшения происходит в течение первых 7 дней. Кроме того, параметры STE являются значимыми для прогнозирования улучшения систолической функции в зоне реперфузии в течение 180 дней [75].
    Интересно, что включение STE в клиническую практику способствовало исследованию вращательной механики ЛЖ [76–78], также отмечена очень хорошая корреляция данных STE с МРТ миокарда [76, 77]. Было высказано предположение о том, что в будущем комплексный подход, в котором оцениваются и интерпретируются изменения механики вращательного движения ЛЖ и GLS, необходим для установления эталонных значений функции ЛЖ [79–81]. Вычленение скручивания желудочка отдельно от вращения и продольной деформации с помощью STE может предоставить дополнительную информацию о систолической функции желудочка помимо традиционных параметров, используемых в повседневной практике, таких как ФВЛЖ [82].
    Таким образом, STE делает возможной количественную оценку глобальной и регионарной функции ЛЖ в нескольких плоскостях при помощи таких параметров, как миокардиальная деформация, модели движения ЛЖ и диссинхронизация [49]. STE обладает высоким временным и пространственным разрешением [53, 83]. Однако расчет деформации с помощью этого метода имеет свои ограничения ввиду таких факторов, как субоптимальная воспроизводимость [54], зависимость адекватного отслеживания меток от качества и скорости кадра [47], а также неоднородность толщины миокарда, вариабельность сердечного ритма, дыхания, геометрии ЛЖ, разрешения боковой стенки.
    3D-STE с одновременным анализом разнонаправленной деформации, включая оценку вращательной механики, с использованием полномасштабного сбора данных о движении миокарда ЛЖ, является перспективным методом функциональной оценки систолической и диастолической функции ЛЖ [51]. Хотя у данного метода много преимуществ, он также имеет ряд ограничений. Одним из них является его зависимость от качества изображения, в частности его способности определять эндокардиальную границу [84]. Кроме того, в настоящий момент сканирование 3D обычно имеет более низкое пространственное и временное разрешение, чем 2D, что является дополнительным потенциальным ограничением [51]. Более того, результаты трехмерного эхокардиографического измерения деформаций с помощью STE могут быть занижены, потому что частота кадров в реальном времени 3D-ЭхоКГ недостаточно высока, чтобы точно фиксировать все фазы сердечного цикла [85]. Поэтому 3D-STE по-прежнему рассматривается как экспериментальный метод.
    В клинических условиях 3D-STE была применена для оценки функции ЛЖ и регионарных нарушений стенокардии, включая уменьшенную функцию ишемического миокарда, диастолическую функцию у пациентов с СН и сердечную диссинхроничность, которая может использоваться для прогнозирования ответов на ресинхронизирующую терапию [84].

   Заключение

    Таким образом, приведенные в данном обзоре углубленные методики позволяют: выявлять изменения сократительных и деформационных свойств миокарда, определять ранние нарушения систолической и диастолической функции, оценивать риски как госпитализации, так и смерти по кардиальным причинам, а также рассчитывать прогноз для пациентов с HFpEF.