Исследование кровотока лазер-допплеровским флоуметром с помощью игольчатого и поверхностного датчиков на сердце

Г.Н. Окунева, Л.М. Булатецкая, А.М. Чернявский, А.В. Бобошко, В.М. Назаров, А.В. Севастьянов, С.О. Лавинюков, А.В. Богачев

ГУ «Новосибирский научно-исследовательский институт патологии кровообращения им. акад. Е.Н. Мешалкина МЗ РФ», Россия

Большинство исследований микроциркуляторного кровотока в различных слоях сердца проводились в условиях экспериментов [1, 2, 3, 10]. Согласно существующим литературным данным на интактных животных установлено, что МЦК в миокарде несколько выше, чем в эпикарде, поэтому эндо-эпикардиальный коэффициент (ЭЭК) в норме составляет 1,1-1,24 [1, 2, 3, 4, 5].

Цель настоящего сообщения: изучить соотношение микроциркуляторного кровотока в эпикарде и миокарде у пациентов с ишемической болезнью сердца (ИБС) и с приобретенными пороками сердца (ППС) во время операции методом лазер-допплер флоуметрии с помощью игольчатого и поверхностного датчиков.

Материал и методы

Исследование проводилось интраоперационно с измерением микроциркуляторного кровотока (МЦК) на 2-х канальном лазер-допплеровском флоуметре BLF–21 фирмы “Transonic System Inc”(США) 2-мя датчиками: игольчатым типа «N» и поверхностным типа «R». Измерения производились в разных отделах сердца: правом желудочке (ПЖ), левом желудочке (ЛЖ), правом предсердии (ПП) и левом предсердии (ЛП). По отношению величины МЦК в миокарде, определяемого с помощью игольчатого датчика, к показаниям поверхностного датчика в эпикарде определялся эндо-эпикардиальный коэффициент (ЭЭК).

Исследовались две группы больных:

I группа – пациенты ИБС со СН II-III степени, перенесших 1-2 инфаркта, средний возраст 52,3± 2 г. Произведено 54 измерения (27 по ПЖ и 27 по ЛЖ);

II группа – пациенты с ППС, с поражением митрального, либо аортального клапанов. Произведено 76 измерений кровотока, средний возраст 50,2±3 г. (22 измерения по ПП, 18 по ЛП и 36 по ПЖ и ЛЖ).

Запись МЦК на компьютере производилась одновременно в эпикарде и в миокарде последовательно в каждом отделе сердца и при дальнейшей обработке полученных записей определялись среднестатистические величины для каждого исследуемого участка и рассчитывался ЭЭК.

Результаты и их обсуждение

В зависимости от величины ЭЭК были выделены 3 степени нарушения адекватности распределения МЦК по миокарду и эпикарду у больных ИБС и ППС:

I степень - при которой соотношение МЦК по миокарду и эпикарду было примерно равным и ЭЭК составлял 1,0-1,22;

2 степень - с умеренным нарушением соотношения кровотока по миокарду и эпикарду, когда ЭЭК повышался до 1,23-1,47;

3 степень - когда отмечалось резкое нарушение соотношения кровотока по миокарду и эпикарду и ЭЭК достигал 1,48-2,00 и выше.

Анализ полученных результатов проводился по группам и по диагнозу. В таблице 2.1. представлены результаты и по диагнозу и по группам.

У больных ИБС при измерении кровотока по миокарду и эпикарду на ПЖ в 60% случаев ЭЭК соответствовал норме и в 41% - был повышен до 1,84±0,07. Противоположные результаты получены для ЛЖ. Только в 33% случаев ЭЭК соответствовал норме. В 20% он был умеренно повышен и в большинстве случаев (47%) резко повышен до 2,33±0,01 (табл. 2.1.).

Аналогичные результаты были получены для пациентов с ППС. На ПЖ ЭЭК был близок к норме в 45% и в 55% значительно повышен до 1,81±0,01, что свидетельствовало о нарушении распределения кровотока между миокардом и эпикардом. Исследование кровотока по миокарду и эпикарду в ЛЖ у больных ППС выявило полное отсутствие случаев нормального распределения кровотока по слоям сердца. Во всех случаях это соотношение было нарушено, либо умеренно - в 45%, либо значительно - в 55%, когда ЭЭК составлял 2,08±0,05 (табл.2.1.).

Такие же результаты получены и при измерении МЦК по предсердиям (табл.2.2.). У 77% обследуемых ЭЭК был резко повышен на ЛП и 55% - на ПП.

В таблице 2.3. представлены объединенные результаты измерения ЭЭК по ПЖ и ЛЖ. Как видно из представленной таблицы, МЦК по миокарду в ЛЖ несколько выше (112-116 мл/мин/100г), чем по ПЖ (105-106 мл/мин/100г) и ЭЭК в III группе также выше для ЛЖ, по сравнению с ПЖ 2,24 и 1,81 соответственно.

Сравнение по диагностическим группам ИБС и ППС представлено в таблице 2.4. Как видно из таблицы, МЦК по миокарду у больных ИБС несколько выше, чем у ППС 114-117 и 100-104 мл/мин/100г соответственно. В тоже время нарушение соотношения кровотока между миокардом и эпикардом в III группе более выражено у больных ИБС (2,06 и 1,95).

Сопоставление полученных результатов с литературными данными позволили прийти к следующему заключению. Выделение I степени нарушения ЭЭК в пределах 1,00-1,22 основано на литературных данных. Так, эндо-эпикардиальный кровоток по ЛЖ, измеренный с помощью трития на собаках составил в норме 1,03-1,11 [12], по другим данным 1,12 [7]. По мнению большинства авторов нормальные величины соотношений эндо-эпикардиального кровотока составляют 1,13-1,23 [8, 9].

Таким образом, внутренние эндокардиальные слои миокарда получают на 10-20% больший кровоток, чем внешние эпикардиальные [5].

К I степени нарушения распределения МЦК отнесены результаты измерений ЭЭК для ПЖ – 60% ИБС и 45% ППС. Важно отметить, что I степень для ЛЖ составила 33% для ИБС и полностью отсутствовала для ППС, т.е. у этой группы пациентов нормальные соотношения кровотока в миокарде и эндокарде для ЛЖ вообще не встречались. Ко 2 степени отнесены пациенты с ЭЭК от 1,23 до 1,47, т.е. умеренно повышенным.

Следует отметить, что в условиях эксперимента эндо-эпикардиальный коэффициент равный 1,42±0,06 был обнаружен у собак с умеренной гипертрофией ЛЖ [1, 2]. У больных ППС эта группа составила 28%, у больных ИБС только 4% и только для ЛЖ.

Наибольшее количество результатов имело 3-ю степень нарушения с резко повышенным ЭЭК от 1,48 до 2,00 и выше. Повышение ЭЭК было обусловлено снижением эпикардиального кровотока, в то время, как миокардиальный кровоток оставался достаточно высоким и колебался в небольших пределах 115-104 мл/мин/100 г. Однако, следует отметить, что более высокие цифры миокардиального кровотока отмечены для ЛЖ по сравнению с ПЖ. 3-ю степень нарушения ЭЭК имели 50% пациентов с ППС и 41% ИБС с высоким ЭЭК и соответственно нарушенным соотношением кровотока между миокардом и эпикардом.

Как можно интерпретировать полученные результаты? Из литературных данных известно, что разные слои миокарда вносят не одинаковый вклад в функционирование сердца: субэндокардиальный отдел формирует рельеф внутренней поверхности сердца, от которого зависит возникновение циркуляторных токов крови, интрамуральный слой связан с обеспечением развития давления в полостях желудочков, субэпикардиальный может участвовать в организации внутристеночного кровотока [10]. Экспериментальные данные также показали, что в различных регионах миокарда (эпикард, эндокард) в норме распределение потока эритроцитов была примерно одинаковым [12].

Следовательно, исходя из полученных данных, можно заключить, что нормальное соотношение кровотока по миокарду и эпикарду у больных ИБС отмечается в 44% для ПЖ и в 33% для ЛЖ. Значительное нарушение кровоснабжения в разных слоях миокарда отмечается в большинстве случаев в 45% для ПЖ и в 47% для ЛЖ.

Следует также отметить, что повышение эндо-эпикардиального коэффициента у больных ИБС до 1,78-2,33 происходит за счет снижения кровотока по наружному эпикардиальному отделу миокарда. У больных ППС нормальные величины ЭЭК для ЛЖ вообще не наблюдались: ЭЭК либо был умеренно повышен в 45%, либо резко повышен до 2,085 в 55%. Точно также для ППС повышение ЭЭК происходило за счет сниженного кровотока по эпикарду. Миокардиальный кровоток в условиях сокращающегося сердца, очевидно, всегда поддерживается на достаточно высоком уровне с колебаниями от 91,1 до 123 мл/мин/100 г. Только в одном случае при возникновении острого инфаркта миокарда ПЖ мы зафиксировали снижение миокардиального кровотока до 65 мл/мл/100 г.

Таким образом, измерения МЦК методом лазер-допплеровской флоуметрии с помощью игольчатого и поверхностного датчиков у кардиохирургических больных позволяют объективно оценивать по эндо-эпикардиальному коэффициенту степень нарушения микроциркуляции между разными слоями миокарда, между эпикардом и миокардом.

Выводы

Выявлены III степени нарушения адекватности микроциркуляторного кровотока по миокарду и эпикарду у больных ИБС и ППС: I степень соответствует поддержанию адекватного кровотока в миокарде и эпикарде; II степень соответствует умеренному нарушению адекватности миокардиального кровотока по сердцу; III степень характеризуется значительным нарушением нормального распределения кровотока по сердцу и резким повышением эндо-эпикардиального коэффициента.

Одновременная регистрация МЦК в эпикарде и миокарде с использованием игольчатого и поверхностного датчиков на двухканальном лазер-допплеровском флоуметре позволяет определять степень нарушения адекватности кровотока по отдельным слоям миокарда у кардиохирургических больных.

Литература

1.         Bache R.J. Effects of Hypertrophy on Coronary Circulation //Progress in Cardiovascular Diseases, 1988, - v.30, N6. P.403-440.

2.         Alyono D., Anderson R.W., Parrish D. et al. Effect of experimental canine left ventricular hypertrophy produced by valvular aortic stenosis on myocardial blood flow //Cir. Res. 1986, N 58. P 47-57.

3.         Thomas D.P., Phillips S J., Bove A.A. Myocardial morphology and blood flow distribution in chronic volume overload hypertrophy in dog //Basic Res. Cardiol., 1984, N79. P. 379-388.

4.         Badke F.R., White F.C., Le Winter M. et al. Effects of experimental volume-overload hypertrophy on myocardial blood flow and cadiac function // Am. J. Physiol., 1981, N241 (Heart Circ. Physiol.). P.564-570.

5.         Feigel E.O., Coronary Physiology //Physiolog. Rev., 1983, v.63, N1. P. 3-205.

6.         Baird R.Y., Goldbach M.M., Rocha D.L. Intramiocardial pressure. The persistence of its trasmural gradient in the empty heart and its relationship to myocardial oxygen consumption //J. Thorac. Cardiovasc., 1972, N64. P.635-646.

7.         Malsky P.M., Vokonas P.S., Paul S.J., Robbins S.L., Hood W.B. Autoradiographie measurement of regional blood flow in normal and ishemic myocardium // Am. J. Physiol., 1977. P. 576-583.

8.         Hess D.S., Bache R.J. Transmural distribution of myocardial blood flow during systole in the awake dog //Circ. Res., 1976, N38. P.5-15.

9.         Hess D.S., Bache R.J. Trasmural right venricular myocardial blood flow during systole in the awake dog // Circ.Res., 1979, N45. P.88-94.

10.     Федосеев В.А., Писцова Т.В., Ладыгина Г.А. Роль слоев миокарда в организации сокращения левого желудочка сердца крыс //Актуальные проблемы экологии, экспериментальной и клинической медицины. Материалы 2-ой Российской научно-клинической конференции, г. Орел, 2001. С. 116-117.

11.     Klassen Jerald A., Barlay Katherine D., Wong Rene et al. Red cell flux during the cardiac cycle in rabbit myocardial microcirculation //Cardiov. Res. 1979, v.34, N3. P. 504-514.

12.     Tripp M.P., Meyer M.W., Einzig S. Leonard J.J., et al. Simultaneous regional myocardial blood flow by tritirated water and microspheres //Am. J. Physiol., 1977, v.232. P. 173-190.

Таблица 2.1. Данные измерения МЦК игольчатым и поверхностным датчиком в мл/мин/100 г по ПЖ и ЛЖ у больных ИБС.

Таблица 2.2. Измерение кровотока игольчатым и поверхностным датчиками по ЛП и ПП у больных ППС

Оценка ЭЭК

ЛП

К-во
изм.

Игольч.

Поверхн.

ЭЭК

n

M±m

M±m

M±m

I степень
1,00-1,22

6

77,0± 1,5

73,4± 1,2

1,03± 0,04

2 степень
1,23-1,47

-

-

-

-

3 степень
1,48-2,00 и выше

12

90,3± 1,4***

43,3± 2,5***

2,09± 0,2

Всего:

18

ПП

I степень
1,00-1,22

6

89,6± 2,5

88,7± 3,5

1,00± 0,5

2 степень
1,23-1,47

4

69,3± 4,2***

50,2± 4,6***

1,38± 0,4

3 степень
1,48-2,00 и выше

12

106,3± 5,2**

55,7± 3,2***

1,95± 0,6

Всего:

22

 ** - р < 0.01 (1-3) *** - p < 0.001 (1-2; 1-3)

Таблица 2.3. Исследование кровотока игольчатым и поверхностным датчиками по ПЖ и ЛЖ

Оценка

ЭЭК

ПЖ

К-во изм.

Игольч.

Поверхн.

ЭЭК

n

M±m

M±m

M±m

I степень
1,00-1,22

20

106,9± 3,1

90,4± 3,3

1,18± 0,01

2 степень
1,23-1,47

-

-

-

-

3 степень
1,48-2,00 и выше

20

106,5± 2,8

58,7± 2,4***

1,81± 0,05***

Всего:

40

ЛЖ

I степень
1,00-1,22

10

112,3± 2,4

94,1± 1,9

1,19± 0,01

2 степень
1,23-1,47

18

116,6± 3,2

78,7± 2,5*

1,35± 0,02***

3 степень
1,48-2,00 и выше

22

112,4± 2,1

49,9± 2,0***

2,24± 0,05***

Всего:

50

 * - р < 0.05 (1-2) *** - p < 0.001 (1-3)

Таблица 2.4. Сравнительные результаты измерения кровотока игольчатым и поверхностным датчиками

у больных ИБС и ППС

Оценка ЭЭК

ИБС

К-во изм.
n

Игольч.
M±m

Поверхн.
M±m

ЭЭК
M±m

I степень
1,00-1,22

24

114± 2,2

92,3± 2,5

1,19± 0,01

2 степень
1,23-1,47

8

117,4± 1,3

87,2± 2,0

1,34± 0,04**

3 степень
1,48-2,00 и выше

22

114± 1,5

56,5± 3,1***

2,06± 0,05***

Всего:

54

ППС

I степень
1,00-1,22

8

104,9± 5,4

90,4± 3,2

1,17± 0,02

2 степень
1,23-1,47

10

100,2± 5,1

73,7± 3,2**

1,36± 0,01***

3 степень
1,48-2,00 и выше

18

103,5± 2,0

52,4± 2,3***

1,95± 0,05***

Всего:

36

 ** - р < 0.01 (1-2) *** - p < 0.001 (1-3)

Laser doppler flowmetric cardiac examinations with use of needle and surface probes

G.N. Okuneva, L.M. Bulatetskaya, A.M. Chernyavski, A.V. Boboshko, V.M. Nazarov,, A.V. Sevastyanov, S.O. Lavinukov, A.V. Bogachev, E.G. Pankov, P.A. Chubakov

Academician E. Meshalkin Novosibirsk Research Institute of Circulation Pathology MH RF, Novosibirsk, Russia
Research Institute of Automatics and Electrometrics SB RAS, Novosibirsk, Russia

Blood flow intraoperative mesurements carried out using two Laser Doppler Flowmeter “Transonic Int” probes: needle”N” and surface”R” on the two chanal in the different cardiac sections: right and left venricles, rigt and left atriums. Endo-epicadiac coefficient was calculated. It was examinated 2 groups of patients with Ischemic Heart Disease(54 mesurements) and patients with Acquired Heart Diseases(76 mesurements).

The data of endo-epicardiac coefficient found out the III degrees of the disturbances in blood flow miocardial and epicardiac adequacy.

It was concluded the diagnostic importance of the Laser Doppler flowmetric needle and surface probes for disturbance degree determination of the blood flow adequacy on separate cardiac slices in the cardiosurgical patients.