Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Medicine

Noninvasiv bestemmelse af Vortex dannelsen tid ved hjælp af Transesophageal ekkokardiografi under hjertekirurgi

Published: November 28, 2018 doi: 10.3791/58374

Summary

Vi beskriver en protokol for at måle vortex dannelsen tid, et indeks af venstre ventrikel påfyldning effektivitet, ved hjælp af standard transesophageal ekkokardiografi teknikker i patienter, der gennemgår hjertekirurgi. Vi anvender denne teknik til at analysere vortex dannelsen tid i flere grupper af patienter med forskellige kardiale patologier.

Abstract

Trans-mitral blodgennemstrømning producerer en tre-dimensionel roterende legeme væske, kendt som en vortex ring, der forbedrer effektiviteten af venstre ventrikel (LV) fylde sammenlignet med en kontinuerlig lineær jet. Vortex ring udvikling er oftest kvantificeres med vortex dannelsen tid (VFT), en dimensionsløs parameter baseret på flydende udslyngning fra et stive rør. Vores gruppe er interesseret i faktorer, der påvirker LV påfyldning effektivitet under hjertekirurgi. I denne betænkning, vi beskriver, hvordan du bruger standard todimensionale (2D) og Doppler transesophageal ekkokardiografi (TEE) at noninvasively udlede variablerne, der kræves for at beregne VFT. Vi beregne atrieflimren påfyldning brøkdel (β) fra velocity-tid integraler trans-mitral tidlige LV påfyldning og atriale systole blod flow hastighed bølgeformer målt i midten af esophageal fire-kammer TEE visningen. Slagtilfælde volumen (SV) beregnes som produktet af diameteren af LV udstrømning spor målt i midten af esophageal længdeakse TEE visning og hastighed-integralet af blodgennemstrømningen gennem udstrømning spor bestemmes i den dybe transgastric visning ved hjælp af puls-bølge Doppler. Endelig bestemmes mitralklap diameter (D) som gennemsnittet af større og mindre akse længder målt i ortogonale midten af esophageal bicommissural og lange akse imaging fly, henholdsvis. VFT beregnes derefter som 4 × (1-β) × SV / (πD3). Vi har brugt denne teknik til at analysere VFT i flere grupper af patienter med forskellige hjerte abnormiteter. Vi diskutere vores anvendelse af denne teknik og dens potentielle begrænsninger og også gennemgå vores resultater til dato. Invasiv måling af VFT ved hjælp af TEE er ligetil i bedøvede patienter, der gennemgår hjertekirurgi. Teknikken kan tillade hjerte narkoselæger og kirurger til at vurdere virkningen af patologiske tilstande og kirurgiske indgreb på LV påfyldning effektivitet i realtid.

Introduction

Fluid mekanik er en kritisk endnu ofte underappreciated determinant af venstre ventrikel (LV) påfyldning. En tre-dimensionel roterende legeme væske, kendt som en vortex ring, genereres, når en væske krydser en blænde1,2,3. Denne vortex ring forbedrer effektiviteten af flydende transport sammenlignet med en kontinuerlig lineær jet4. Flytning af blod gennem mitralklappen ved tidlig LV fyldning forårsager en vortex ring til at danne5,6,7,8 og letter sin udbredelse ind i kammeret ved at bevare væske momentum og kinetisk energi9. Disse foranstaltninger forbedrer LV påfyldning effektivitet4,10,11,12,13. Ringen ikke kun hæmmer blod flow stasis i LV apex14,15,16,17 , men også dirigerer flow fortrinsvis under den forreste mitral indlægsseddel7, 18, effekter, der mindsker risikoen for apikale blodprop dannelse og lette påfyldning af LV udstrømning spore19, henholdsvis. Kontrast ekkokardiografi17, Doppler vektor flow kortlægning6,20,21, magnetisk resonans imaging7og partikel imaging Velocimetri9,22 ,23,24 har været brugt til at påvise udseendet og funktionaliteten af trans-mitral vortex ringe under normale og patologiske betingelser. Den venstre atriale-LV trykgradient, graden af diastolisk mitral ringformede udflugt, den mindste LV tryk opnået under diastolen, samt hastigheden og omfanget af LV afslapning er de fire vigtige determinanter for varighed, størrelse, flow intensiteten og placeringen af trans-mitral ring2,12,25,26,27,28,29.

Vortex ring udvikling er oftest kvantificeres med en dimensionsløs parameter (vortex dannelsen tid; VFT) baseret på flydende udslyngning fra en rigid rør3, hvor VFT er defineret som et produkt af den tid i gennemsnit væske velocity og varigheden af udslyngning divideret med blænde diameter. Den optimale størrelse af en vortex ring er opnået, når VFT er 4 in vitro- fordi trailing jets og energiske begrænsninger forhindre det i at nå en større størrelse3,4. Mitralklap VFT har været tilnærmet klinisk ved hjælp af transthoracic ekkokardiografi8,30,31. Baseret på analyse af trans-mitral blod flow hastighed og mitralklap diameter (D), kan det være let vist8 at VFT = 4 × (1-β) × elementærfilen × α3, hvor β = atrieflimren påfyldning brøkdel, EF = LV uddrivningsfraktion og α = EDV1/3/d, hvor EDV = ende-diastoliske volumen. Uddrivningsfraktion er forholdet mellem slagtilfælde volumen (SV) og EDV, tillader denne ligning forenkles til VFT = 4 × (1-β) × SV / (πD3). Fordi VFT er dimensionsløs (volumen/bind), giver dette indeks direkte sammenligning mellem patienter af varierende størrelse uden justering for vægt eller kroppen overfladearealet8. Optimal VFT svinger mellem 3,3 og 5.5 i raske forsøgspersoner8, og resultaterne er i overensstemmelse med dem, der opnås i fluid dynamics modeller3,32. VFT viste sig at være ≤ 2,0 hos patienter med deprimeret LV systolisk funktion, resultater, der også understøttes af teoretiske forudsigelser8. Reduktioner i VFT forudsagt uafhængigt sygelighed og dødelighed hos patienter med hjertesvigt30. Forhøjede LV afterload33, Alzheimers sygdom34, unormal diastolisk funktion19og udskiftning af den indfødte mitralklap med en protese35 har også vist sig at mindske VFT. Måling af VFT kan også være nyttigt at identificere blod flow stasis eller trombose hos patienter med akut myokardieinfarkt36,37.

Vores gruppe er interesseret i faktorer, der påvirker LV påfyldning effektivitet under hjertekirurgi38,39,40,41. Vi bruger standard todimensionalt og Doppler transesophageal ekkokardiografi (TEE) at noninvasively udlede de variabler, der er nødvendige for at beregne VFT. I denne betænkning, vi beskriver denne metode i detaljer og gennemgå vores resultater til dato.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Den institutionelle Review Board af Clement J. Zablocki veteraner anliggender Medical Center godkendt protokollerne. Skriftlig informeret samtykke er frafaldet, fordi invasive hjerte overvågning og TEE er rutinemæssigt anvendes i alle patienter, der gennemgår hjertekirurgi i vores institution. Patienter med relative eller absolutte kontraindikationer for TEE, de gennemgår gentage median sternotomi eller akut kirurgi, og dem med atriale eller ventrikulære hjertebanken blev udelukket fra deltagelse.

1. anæstesi

  1. Give hver patient med intravenøs midazolam (1 til 3 mg) og fentanyl (50-150 µg) for bevidst sedation før operationen.
  2. Bruge lokalbedøvelse (subkutan 1% lidocain) for indsættelse af intravenøs og radiale arterie katetre. Test kvaliteten af lokalbedøvelse med en nålestik.
  3. Sikre, at patienten modtager supplerende ilt ved hjælp af en nasal kanyle (2-4 L/min).
  4. Placer en central venøs eller lungepulsåren kateter med lokalbedøvelse (subkutan 1% lidocain) under sterile forhold gennem højre eller venstre interne halsfedt med ultralyd vejledning baseret på relevante kliniske indikationer.
  5. Fremkalde anæstesi ved hjælp af intravenøs fentanyl (5 mcg/kg), propofol (1 til 2 mg/kg) og rocuronium (0,1 mg/kg). Opretholde anesthesia bruger inhaleret isofluran (end-tidal koncentration på 1%) i en luft-ilt blanding, fentanyl (1 til 2 µg/kg/h) og rocuronium (0,05 mg/kg) titreres til effekt ved hjælp af neuromuskulær kontrol.
  6. Suge maven ved hjælp af en oral-gastrisk røret.
  7. Placer ultralyd gelé i patientens hypopharynx. Løft kæben anteriorly og rykke en TEE sonde ind i spiserøret med blide pres for at overvinde modstand af hypopharygeus muskler.

2. Transesophageal ekkokardiografi

  1. Foretage en omfattende TEE undersøgelse efter amerikanske samfund af ekkokardiografi/samfund af hjerte-kar-narkoselæger retningslinjer42 i hver patient.
  2. Placer en pulse-bølge Doppler sample volumen mellem tips af mitral foldere til optage trans-mitral blod strømningshastighed i midten af esophageal fire-kammer TEE imaging flyet (figur 1).
  3. Identificere tidlige LV påfyldning og atriale systole blod flow kurveformer af trans-mitral blod strømningshastighed, og måle deres tilsvarende peak hastigheder og hastighed-tid integraler (VTIE og VTIA, henholdsvis) ved hjælp af den Ekkokardiografi udstyr integreret softwarepakke (figur 1).
  4. Beregne den atriale påfyldning fraktion (β) som forholdet mellem atrieflimren til samlede LV påfyldning:
    Equation 1
  5. Måle den maksimale diameter af LV udstrømning tarmkanalen umiddelbart under aortaklappen i midten af esophageal aortaklappen længdeakse TEE Se under midten systolen (figur 2A).
  6. Beregne område af LV udstrømning tarmkanalen antager cirkulære geometri som produktet af π/4 og kvadratet af diameter (Se trin 2.5 ovenfor).
  7. Opnå en dyb transgastric længdeakse TEE view, og placere en pulse-bølge Doppler sample volumen i den distale LV udstrømning tarmkanalen optage en blod flow hastighed kuvert (figur 2B) på samme niveau hvor diameter blev målt (Se trin 2.5 ovenfor); integrere område af denne bølgeform ved hjælp af ekkokardiografi udstyr softwarepakke til at opnå VTI.
  8. Multiplicer resulterende velocity-integralet (VTI) af LV udstrømning spor blod flow hastighed bølgeform (figur 2B) af området for udstrømningen spor (Se trin 2.6) for at få slagtilfælde volumen (SV).
  9. Optag video klippe ud i midten af esophageal bicommissural og LV længdeakse TEE imaging fly, henholdsvis42. Sørg for at medtage flere hjerte cyklusser i hver optagelse.
  10. Inspicér visuelt slow-motion billeder af videoklip (Se trin 2.9 ovenfor) efter ECG T-bølge til at vælge den maksimale åbning af mitralklap foldere.
  11. Måle afstanden mellem mitral foldere (tal 3A og 3B) ved hjælp af ekkokardiografi udstyr "skydelære" funktion.
  12. Beregne mitralklap diameter (D) som et gennemsnit af major (transcommissural anterior-lateral-posterior-mediale) og mindre (anterior-posterior) længder.
  13. Beregne VFT ved hjælp af formlen:
    Equation 2
  14. Udføre alle kvantitative ekkokardiografisk målinger i tre eksemplarer ved udgangen-udløb.

3. eksperimentelle Design

  1. Bestemme VFT, indeks af LV diastolisk funktion og Hæmodynamik under steady-state-betingelser 30 minutter før og 15, 30 og 60 minutter efter hjertemassage bypass (CPB) hos 10 patienter med normal præoperativ LV uddrivningsfraktion under koronararterie operation for at teste hypotesen at CPB forbigående falder VFT39.
  2. Teste hypotesen at LV pres-overload hypertrofi produceret af aorta ventil stenose reducerer VFT ved at undersøge (i en gruppe af 8 patienter, der gennemgår aortaklappen udskiftning) til svær aorta stenose og sammenligning af bemærkninger til en anden gruppe af 8 patienter med normal LV væg tykkelse gennemgår koronararterie kirurgi40. Måler VFT, LV diastolisk funktion, Hæmodynamik og ende-diastolisk posterior vægtykkelse under steady-state-betingelser 30 minutter før CPB.
  3. Teste hypotesen at unormale diastoliske blod flyde ind i LV påvirker trans-mitral LV fylde effektivitet hos 8 patienter med aorta ventil stenose og moderat aorta insufficiens versus 8 patienter med aorta stenose, der ikke har regurgitant ventiler 38. foranstaltning VFT og andre parametre som beskrevet ovenfor (trin 3.2).
  4. Test den hypotese, at fremskreden alder er forbundet med en reduktion i LV påfyldning effektivitet kvantificeres ved hjælp af VFT i 7 octogenarians (82 ± 2 år) i forhold til 7 yngre patienter (55 ± 6 år)41 undergår koronararterie kirurgi. Sikre, at begge grupper har normal præoperativ LV uddrivningsfraktion. Måle VFT og andre parametre, som beskrevet ovenfor (trin 3.2).

4. statistik

  1. Præsentere data som gennemsnit ± standardafvigelse.
  2. Evaluere data ved hjælp af variansanalyse (ANOVA) efterfulgt af Bonferronis ændring af Student's t-test.
  3. Bruge lineær regressionsanalyse til at bestemme forholdet mellem VFT og ende-diastolisk posterior vægtykkelse og mellem VFT og alder.
  4. Forkaste nulhypotesen når p < 0,05.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Den nuværende teknik tillod os at pålideligt måle VFT under hjertekirurgi under en række kliniske tilstande ved at opnå hver determinant fra blodgennemstrømning og dimensionelle optagelser i standard TEE imaging fly. En puls-bølge Doppler sample volumen var placeret på spidsen af mitral foldere i visningen midten af esophageal fire-kammer at opnå trans-mitral blod flow hastighed profil nødvendigt at beregne atrieflimren påfyldning brøkdel (β; Figur 1). Slagtilfælde volumen var fedtfrie kontinuitet ligning (velocity time integral af LV udstrømning spor blod flow hastighed bølgeform multipliceret med området af sporet, udstrømning) og LV udstrømning spor diameter blev målt i midten af esophageal LV long-axis view ( Figur 2A), blodgennemstrømning gennem udstrømning tarmkanalen var fastsat i den dybe transgastric korte akse imaging fly (figur 2B). Endelig, gennemsnitlige mitralklap diameter blev beregnet som gennemsnittet af større og mindre akse diametre måles i midten af esophageal bicommissural og LV long-akse fly (figur 3A og 3B, henholdsvis). Måling af VFT var forbundet med intra- og interobserver variation på 5% og 7%, henholdsvis, svarer til andre indeks af dimension og blood flow, målt ved hjælp af TEE (data ikke vist). Brug af denne teknik, vi først viste, at eksponering for CPB reduceret VFT (5,3 ± 1.8 før vs 4,0 ± 1,5 15 minutter efter bypass, p < 0,05; Figur 4) i patienter i kranspulsåren kirurgi. VFT nyttiggøres til baseline værdier inden for 60 minutter efter CPB. En stigning i β (0,33 ± 0,04 før vs 0,41 ± 0,07 15 minutter efter CPB, p < 0,05) overensstemmelse med større atrieflimren bidrag til LV påfyldning var hovedansvarlig for faldet i VFT, fordi SV og mitralklap diameter forblev uændret.

Vi viste også, at et fald i VFT forekommer hos patienter med svær aorta ventil stenose og LV pres-overload hypertrofi sammenlignet med dem med normal LV vægtykkelse (3,0 ± 0,6 vs 4,3 ± 0,5, henholdsvis; p < 0,05; Figur 5). Tidlig LV fyldet var svækket (fx., E/A, 0,77 ± 0,11 sammenlignet med 1,23 ± 0,13; β, 0,43 ± 0,09 sammenlignet med 0,35 ± 0,02 p < 0,05 for hver), og SV blev reduceret (72 ± 12 mL sammenlignet med 95 ± 10 mL; p < 0,05) hos patienter med vs uden LV hypertr ophy; men mitralklap diameter var ens mellem grupper. En betydelig invers korrelation mellem VFT og bageste vægtykkelse (PWT) var vist med lineær regressionsanalyse (VFT =-2.57 × PWT + 6.81; r = 0.408; p = 0.017). Derudover vores resultater med denne teknik vist, at tilstedeværelsen i forhold til fravær af moderat aorta insufficiens i patienter med svær aorta ventil stenose øget VFT (5,7 ± 1.7 vs 3,0 ± 0,6, henholdsvis; p < 0,05; Figur 5) samtidig med en nedgang i mitralklap diameter (2,2 ± 0,2 vs 2.6 ± 0,1 cm, henholdsvis; p < 0,05), der henviser til, at indeksene LV diastolisk dysfunktion og SV var ens mellem grupper. Endelig kunne vi bruge vores teknik til måling af VFT til at vise, at VFT var lavere i octogenarians sammenlignet med yngre patienter (3,0 ± 0,9 vs 4.5 ± 1,2; p < 0,05) samtidig med en nedsat afslapning mønster af LV diastolisk dysfunktion (fx ., E/A på 0,81 ± 0,16 vs1.29 ± 0,19; Β på 0,44 ± 0,05 vs0,35 ± 0,03, p < 0,05 for hver). En betydelig invers korrelation mellem VFT og alder blev også påvist (VFT =-0.0627 × alder + 8.24; r = 0.639; p = 0.0139; Figur 6).

Figure 1
Figur 1: Trans-mitral blod flow hastighed bølgeformer. Trans-mitral blod flow hastighed bølgeformer under tidlige LV fyldning (E) og atriale systole (A) er fremstillet i midten af esophageal fire-kammer TEE visningen (venstre side af billedet); inden for hver konvolut var integreret bruger det udstyr software til at opnå hastighed-tid integraler (højre side af billedet) og den atriale påfyldning fraktion (β) blev beregnet. I dette eksempel, β = 4,28 cm / (4.28 cm + 6.73 cm) = 0,39 (Se tekst). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: måling af LV udstrømning spor diameter. Måling af LV udstrømning spor diameter under midten systole i aortaklappen længdeakse TEE Se (A) (diameter = 2,23 cm); (B) blod flow hastighed blev målt i den i den distale LV udstrømning spor ved hjælp af dybe transgastric længdeakse TEE Vis og inden for den resulterende kuvert (venstre side af panelet B) integreret ved hjælp af udstyrets software til at få en hastighed-tid Integral (hvid pil, højre side af panelet B). I dette eksempel, slagtilfælde volumen = π/4 × (2,23 cm)2 × 19,8 cm = 77 mL (Se tekst). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3: gennemsnitlig mitralklap diameter blev beregnet som gennemsnittet af større og mindre akse diametre måles i midten af esophageal bicommissural og LV long-akse fly. Midten af esophageal bicommissural (A) og LV udstrømning tarmkanalen (B) TEE billeder blev brugt til at bestemme major (transcommissural anterior-lateral-posterior-mediale) og mindre (anterior-posterior) akse diametre, henholdsvis. I dette eksempel, mitralklap diameter = (3.04 cm + 2.18 cm) / 2 = 2,61 cm. Denne figur er gengivet med tilladelse fra Elsevier38. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4: tidsmæssige ændringer i VFT. Temporal ændringer i VFT før og 15, 30 og 60 minutter efter hjertemassage bypass (CPB) i patienter, der gennemgår koronararterie kirurgi; * Angiver signifikant (p < 0,05) forskel fra "før CPB" måling. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5: effekter af LV pres-overload hypertrofi som følge af svær aorta ventil stenose i fravær (-) eller tilstedeværelse (+) af moderat aorta insufficiens (AI) i patienter, der gennemgår aortaklappen udskiftning. Patienter med normal LV vægtykkelse gennemgår koronararterie kirurgi fungerede som kontrolelementer (normal). * Signifikant (p < 0,05) adskiller sig fra normale; †Significantly (p < 0,05) adskiller sig fra både normale og hypertrofi-AI. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 6
Figur 6: sammenhæng mellem alder og VFT i 14 patienter i kranspulsåren kirurgi. VFT =-0.0627 × alder + 8.24; r = 0.639; p = 0.0139. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

De aktuelle resultater illustrerer, at VFT kan måles pålideligt i hjertekirurgi ved hjælp af TEE teknikker beskrevet her. Tidligere beskrivelser af VFT brugt transthoracic ekkokardiografi i bevidst fag, men denne fremgangsmåde kan ikke blive udnyttet, når brystet er åben. Vi brugte intraoperativ TEE til at bestemme VFT i de bedøvede patienter, der gennemgår hjertekirurgi, hvor ændringer i LV påfyldning dynamics er ofte stødt på grund af iskæmi-reperfusion skade eller kirurgiske indgreb. Vores resultater viser, at VFT målinger afspejler ændringer i LV påfyldning effektivitet produceret af forbigående CPB-induceret nedsat afslapning mønster diastolisk dysfunktion, aortaklappen sygdom og ældning. Den nuværende teknik til beregning af VFT under hjertekirurgi kræver høj kvalitet TEE billeder og videoklip under steady-state hæmodynamiske forhold at sikre nøjagtige målinger af mitralklap og LV udstrømning tarmkanalen dimension og blood flow ( Figur 1, figur 2og figur 3). Ikke alle patienter får optimale Billeddannende vinduer på grund af teleskopets akse rotation af hjertet eller patologiske ændringer i hjertets geometri. Trods disse potentielle begrænsninger, bør erfarne intraoperativ echocardiographers kunne nemt få nødvendige midten af esophageal fire-kammer, midten af esophageal bicommissural, midten af esophageal LV længdeakse og dybe transgastric længdeakse visninger under den omfattende TEE undersøgelse42. Teknikken kan også være upålidelige når hurtigt skiftende hæmodynamiske forhold er til stede. Det giver ikke direkte visualisering af blod flow bevægelse inden for LV forbundet med vortex, som tidligere karakteriseret ved hjælp af Doppler vektor flow kortlægning6,20,21 eller partikel imaging Velocimetri 9 , 22 , 23 , 24. nøjagtig måling af LV udstrømning spor diameter ved hjælp af to-dimensional ekkokardiografi er især vigtigt, fordi denne variabel er firkantede i beregningen af området og fejl er forstørret som følge. Tilsvarende er nøjagtige målinger af mitralklap mindre og store akse længde afgørende fordi terning af gennemsnittet af disse to dimensioner vises i nævneren i formlen VFT. To-dimensional ekkokardiografi undervurderer konsekvent aorta og mitralklap områder sammenlignet med tre-dimensionelle genopbygning teknikker43,44. Virkningen af disse forskelle mellem to - og tre - dimensionelle TEE på VFT er et område af Aktuel forskning af vores gruppe.

Derudover blev isofluran brugt til vedligeholdelse af anæstesi i vores undersøgelser. Denne flygtige anæstesi er en karudvidende negativ inotrop, der reducerer LV preload og afterload, nedsætter myokardiets kontraktilitet, og påvirker LV diastolisk funktion i en dosis-relateret måde45,46. Disse hjerte-kar-ændringer kan have påvirket atrieflimren påfyldning fraktion og slagtilfælde volumen i vores undersøgelser. Ikke desto mindre fremstillet værdier af VFT i bedøvede patienter med normal præoperativ LV uddrivningsfraktion gennemgår koronararterie kirurgi før CPB var de samme som dem i raske bevidste forsøgspersoner8. Disse data tyder på, at baseline anæstesi ændrer ikke væsentligt LV påfyldning effektivitet, men vi er i øjeblikket ved at undersøge denne hypotese. VFT har tidligere vist sig at være en uafhængig prædiktor for dødelighed hos patienter med hjerteinsufficiens30, men det vides ikke om intraoperativ ændringer i VFT er forprogrammeret perioperative sygelighed eller dødelighed i hjertekirurgi patienter. Dette emne er også et område af interesse, at vi aktivt forfølger.

Vi først brugt denne teknik til noninvasively beregning af VFT i en undersøgelse, undersøge virkningen af CPB på VFT hos isofluran-fentanyl-bedøvede patienter med normal præoperativ LV uddrivningsfraktion gennemgår koronararterie kirurgi39. LV diastolisk dysfunktion opstår efter hjertemassage bypass globale iskæmi-reperfusion skade og en dyb systemisk inflammatorisk respons47,48,49. Denne diastolisk dysfunktion gendanner til sidst inden for minutter til timer baseret på effekten af Myokardie beskyttelse under og varigheden af CPB50. Vores resultater bekræftet, at LV diastolisk dysfunktion opstår efter CPB. Denne effekt blev ledsaget af forbigående reduktioner i VFT, der inddrives inden for en time efter separation fra CPB. Nedgangen i VFT skyldes en stigning i β og et beskedent fald i SV fordi mitralklap diameter var uændret. Tilbagebetalinger af VFT, β, E/A og SV efter CPB var ens. Især, observeret VFT her ikke falder ind under den normale vifte af VFT (3.3 til 5.5) hos raske personer. Vores patienter havde normal præoperativ LV systolisk og diastolisk funktion, blev udsat for relativt korte CPB gange (93 ± 27 min), og blev behandlet med regelmæssige doser af antegrad og retrograd cardioplegia. Disse faktorer kombineret sandsynligvis for at reducere iskæmi-reperfusion skade under aorta cross-clamp ansøgning39. CPB har også vist sig at forårsage forbigående falder i trans-mitral blod flow formering hastighed (Vp) overensstemmelse med svækkede tidlige LV udfylde patienter undergår koronararterie kirurgi49 som følge af fald i LV overholdelse 51 og reduktioner i tidlige diastolisk intraventrikulært tryk gradienter52. En relation mellem vortex ring dannelse og VPetersen var tidligere påviste53, og vores resultater understøttes af andre efterforskere49 i lignende patientgrupper.

Vi har efterfølgende undersøgt virkningerne af pres-overload LV hypertrofi produceret af svær forkalkede degenerative aorta ventil stenose hos patienter med bevarede LV systolisk funktion gennemgår aortaklappen udskiftning40. En anden gruppe af patienter med normal LV vægtykkelse gennemgår koronararterie kirurgi fungerede som kontrol. Kronisk forhøjet LV ende-systolisk wall stress forårsager LV pres-overload hypertrofi som en kompenserende indsats i overværelse af aorta ventil stenose54. LV væg fortykkelse uden dilatation opstår som følge af en stigning i diameter af individuelle myocytes. Denne LV remodellering er forbundet med interstitiel fibrose55,56. Også opstå forsinkelser i apikale rekyl57,58 , der yderligere dæmpe tidlige LV fylder58,59, som forårsager LV diastolisk dysfunktion ved at forsinke LV afslapning og reducere LV overholdelse55 , 60. således, VFT er reduceret i overværelse af forsinket afslapning i patienter med LV pres-overload hypertrofi vs dem med normal LV væg tykkelse. Vores resultater blev tilskrevet en stigning i β og tilbagegang i SV på lignende påfyldning pres overensstemmelse med et fald i LV overholdelse. En markant sammenhæng mellem falder i VFT, og sværhedsgraden af hypertrofi blev vist, ved hjælp af lineær regressionsanalyse. Denne observation tyder på, at graden af pres-overload hypertrofi er omvendt relateret til LV påfyldning effektivitet kvantificeres ved hjælp af vortex dannelsen tid.

Utætte hjerteklapper insufficiens opstår ofte i forbindelse med svær forkalkede degenerative aorta ventil stenose, fordi fremtrædende indlægsseddel forkalkning forhindrer komplet coaptation. Vi har gennemført en anden undersøgelse for at fastslå, om regurgitant blodgennemstrømningen i LV gennem en inkompetent aortaklappen påvirker LV påfyldning effektivitet ved at gribe ind med trans-mitral blod flow38. Vi sammenlignede patienter med svær aorta ventil stenose gennemgår ventil udskiftning, der havde moderat centralt instrueret aorta insufficiens med en anden gruppe af patienter, der ikke har opstød. Vi kvantificeret aorta insufficiens med farve Doppler M-mode ekkokardiografi61regurgitant jet bredde LV udstrømning spor diameter forholdet foranstaltning. Vores resultater viste, at moderat aorta insufficiens øger VFT hos patienter med aorta ventil stenose. Men denne stigning i VFT tyder ikke på en forbedring af LV påfyldning effektivitet er opstået på grund af unormale regurgitant flow i LV gennem aortaklappen. LV diastolisk tryk stiger hurtigt i moderat til svær aorta insufficiens62, formildende trans-mitral LV påfyldning og reducere mitralklap område63,64,65. Resultaterne tyder på, at mitralklap diameter og området var reduceret hos patienter med moderat aorta insufficiens versus dem uden gylp. Disse observationer sandsynligvis på grund af et fald i mindre akse længde, som følge af svækkede forreste mitral indlægsseddel åbning forårsaget af aorta regurgitant under LV fylde, dermed, falsk forhøjede VFT. VFT rapporteret i vores undersøgelse (5,7 ± 1,7) var faktisk større end den øvre grænse for normale VFT (5.5) i sunde bevidste individer8 og patienter med normal LV geometri under anæstesi (4,3 ± 0,5)40. Derfor er det meget sandsynligt, at unormale diastolisk flow i LV ugyldiggør VFT som et indeks af LV påfyldning effektivitet.

Vi har for nylig undersøgt fremskreden alder indflydelse på VTF i ældre patienter i kranspulsåren kirurgi41. Progressive LV diastolisk stiv66, faldt intraventrikulært diastolisk kinetisk energi67, og svækkede diastolisk suge68 forårsage LV diastolisk funktion i ældre69,70, 71,72. Octogenarians med normal præoperativ LV udslyngning blev sammenlignet med en yngre kohorte af patienter (≤ 62 år). Vi fandt, at VFT var lavere i octogenarians sammenlignet med yngre patienter. Disse observationer blev forventet og opstod i forbindelse med en nedsat afslapning mønster af LV diastolisk dysfunktion og en beskeden reduktion i SV på lignende LV påfyldning pres. Mitralklap diameter var ens i octogenarians versus yngre patienter og bidrog ikke til forskelle i VFT mellem grupper. Det er bemærkelsesværdigt, at VFT var ens i octogenarians sammenlignet med patienter med svær aorta ventil stenose, vi tidligere rapporteret38,40. Aorta stenose er en tilstand karakteriseret ved nedsat afslapning LV diastolisk dysfunktion og reduktioner i LV overholdelse. En betydelig invers korrelation mellem VFT og alder blev også påvist trods den lille stikprøvestørrelse (n = 7 pr. gruppe; Figur 6). Nedgangen i VFT, der opstår med alderen, som kan ende med at blive umulig at skelne fra hjertesvigt produceret af patologiske processer såsom restriktive diastolisk dysfunktion19 eller forstørrede kardiomyopati8. Vores resultater var i overensstemmelse med reduktioner i tidlige peak diastolisk intraventrikulært kinetiske energi hos ældre patienter med deprimeret LV funktion67.

I sammendrag, invasiv måling af VFT er ved hjælp af standard todimensionalt og Doppler TEE ligetil i bedøvede patienter, der gennemgår hjertekirurgi. Denne teknik kan tillade hjerte narkoselæger og kirurger til at vurdere virkningen af patologiske tilstande og kirurgiske indgreb på LV påfyldning effektivitet i realtid.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingen konkurrerende finansielle interesser eller andre interessekonflikter i henhold til dette arbejde.

Acknowledgments

Dette materiale er et resultat af arbejde støttes med ressourcer og brug af faciliteterne på de Clement J. Zablocki veteraner anliggender Medical Center i Milwaukee, Wisconsin.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Echocardiography Machine Philips Ultrasound, Bothall, WA iE33
Transesophageal Echocardiography Probe Philips Ultrasound, Bothall, WA X7-2t
Statistical Software AnalystSoft, Walnut, CA StatPlus:mac Pro

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Collier, E., Hertzberg, J., Shandas, R. Regression analysis for vortex ring characteristics during left ventricular filling. Biomedical Sciences Instrumentation. 38 (2), 307-311 (2002).
  2. Kheradvar, A., Gharib, M. Influence of ventricular pressure drop on mitral annulus dynamics through the process of vortex ring formation. Annals of Biomedical Engineering. 35 (12), 2050-2064 (2007).
  3. Gharib, M., Rambod, E., Shariff, K. A universal time scale for vortex ring formation. Journal of Fluid Mechanics. 360 (1), 121-140 (1998).
  4. Krueger, P. S., Gharib, M. The significance of vortex ring formation to the impulse and thrust of a starting jet. Physics of Fluids. 15 (5), 1271-1281 (2003).
  5. Reul, H., Talukder, N., Muller, W. Fluid mechanics of the natural mitral valve. Journal of Biomechanics. 14 (5), 361-372 (1981).
  6. Kim, W. Y., et al. Two-dimensional mitral flow velocity profiles in pig models using epicardial Doppler echocardiography. Journal of the American College of Cardiology. 24 (2), 532-545 (1994).
  7. Kilner, P. J., et al. Asymmetic redirection of flow through the heart. Nature. 404 (6779), 759-761 (2000).
  8. Gharib, M., Rambod, E., Kheradvar, A., Sahn, D. J., Dabiri, J. O. Optimal vortex formation as an index of cardiac health. Proceedings of the National Academy of Sciences USA. 103 (16), 6305-6308 (2006).
  9. Rodriguez Munoz, D., et al. Intracardiac flow visualization: current status and future directions. European Heart Journal Cardiovascular Imaging. 14 (11), 1029-1038 (2013).
  10. Martinez-Legazpi, P., et al. Contribution of the diastolic vortex ring to left ventricular filling. Journal of the American College of Cardiology. 64 (16), 1711-1721 (2014).
  11. Dabiri, J. O., Gharib, M. The role of optimal vortex formation in biological fluid transport. Proceedings of the Royal Society B. 272 (1572), 1557-1560 (2003).
  12. Kheradvar, A., Gharib, M. On mitral valve dynamics and its connection to early diastolic flow. Annals of Biomedical Engineering. 37 (1), 1-13 (2009).
  13. Linden, P. F., Turner, J. S. The formation of "optimal" vortex rings, and the efficiency of propulsion devices. Journal of Fluid Mechanics. 427 (1), 61-72 (2001).
  14. Domenichini, F., Pedrizzetti, G., Baccani, B. Three-dimensional filling flow into a model left ventricle. Journal of Fluid Mechanics. 539 (1), 179-198 (2005).
  15. Sengupta, P. P., et al. Left ventricular isovolumic flow sequence during sinus and paced rhythms: new insights from use of high-resolution Doppler and ultrasonic digital particle imaging velocimetry. Journal of the American College of Cardiology. 49 (8), 899-908 (2007).
  16. Rodriguez Munoz, D., et al. Flow mapping inside a left ventricular aneurysm: a potential tool to demonstrate thrombogenicity. Echocardiography. 31 (1), E10-E12 (2014).
  17. Son, J. W., et al. Abnormal left ventricular vortex flow patterns in association with left ventricular apical thrombus formation in patients with anterior myocardial infarction: a quantitative analysis by contrast echocardiography. Circulation Journal. 76 (11), 2640-2646 (2012).
  18. Kheradvar, A., Falahatpisheh, A. The effects of dynamic saddle annulus and leaflet length on trans-mitral flow pattern and leaflet stress of a bileaflet bioprosthetic mitral valve. The Journal of Heart Valve Disease. 21 (2), 225-233 (2012).
  19. Kheradvar, A., Assadi, R., Falahatpisheh, A., Sengupta, P. P. Assessment of trans-mitral vortex formation in patients with diastolic dysfunction. Journal of the American Society of Echocardiography. 25 (2), 220-227 (2012).
  20. Chen, R., et al. Assessment of left ventricular hemodynamics and function of patients with uremia by vortex formation using vector flow mapping. Echocardiography. 29 (9), 1081-1090 (2012).
  21. Hendabadi, S., et al. Topology of blood transport in the human left ventricle by novel processing of Doppler echocardiography. Annals of Biomedical Engineering. 41 (12), 2603-2616 (2013).
  22. Sengupta, P. P., Pedrizetti, G., Narula, J. Multiplaner visualization of blood flow using echocardiographic particle imaging velocimetry. Journal of the American College of Cardiology Cardiovascular Imaging. 5 (5), 566-569 (2012).
  23. Sengupta, P. P., et al. Emerging trends in CV flow visualization. Journal of the American College of Cardiology Cardiovascular Imaging. 5 (3), 305-316 (2012).
  24. Hong, G. R., Kim, M., Pedrizzetti, G., Vannan, M. A. Current clinical application of intracardiac flow analysis using echocardiography. Journal of Cardiovascular Ultrasound. 21 (4), 155-162 (2013).
  25. Kheradvar, A., Milano, M., Gharib, M. Correlation between vortex ring formation and mitral annulus dynamics during ventricular rapid filling. American Society for Artificial Internal Organs Journal. 53 (1), 8-16 (2007).
  26. Hong, G. R., et al. Characterization and quantification of vortex flow in the human left ventricle by contrast echocardiography using vector particle image velocimetry. Journal of the American College of Cardiology Cardiovascular Imaging. 1 (6), 705-717 (2008).
  27. Zhang, H., et al. The evolution of intraventricular vortex during ejection studied by using vector flow mapping. Echocardiography. 30 (1), 27-36 (2013).
  28. Nogami, Y., et al. Abnormal early diastolic intraventricular flow 'kinetic energy index' assessed by vector flow mapping in patients with elevated filling pressure. European Heart Journal Cardiovascular Imaging. 14 (3), 253-260 (2013).
  29. Zhang, H., et al. The left ventricular intracavity vortex during the isovolumic contraction period as detected by vector flow mapping. Echocardiography. 29 (5), 579-587 (2012).
  30. Poh, K. K., et al. Left ventricular filling dynamics in heart failure: echocardiographic measurement and utilities of vortex formation time. European Heart Journal Cardiovascular Imaging. 13 (5), 385-393 (2012).
  31. Belohlavek, M. Vortex formation time: an emerging echocardiographic index of left ventricular filling efficiency? European Heart Journal Cardiovascular Imaging. 13 (5), 367-369 (2012).
  32. Dabiri, J. O., Gharib, M. Starting flow through nozzles with temporally variable exit diameter. Journal of Fluid Mechanics. 538 (1), 111-136 (2005).
  33. Jiamsripong, P., et al. Impact of acute moderate elevation in left ventricular afterload on diastolic trans-mitral flow efficiency: analysis by vortex formation time. Journal of the American Society of Echocardiography. 22 (4), 427-431 (2009).
  34. Belohlavek, M., et al. Patients with Alzheimer disease have altered trans-mitral flow: echocardiographic analysis of the vortex formation time. Journal of Ultrasound in Medicine. 28 (11), 1493-1500 (2009).
  35. Pedrizzetti, G., Domenichini, F., Tonti, G. On the left ventricular vortex reversal after mitral valve replacement. Annals of Biomedical Engineering. 38 (3), 769-773 (2010).
  36. Martinez-Legazpi, P., et al. Stasis mapping using ultrasound: a prospective study in acute myocardial infarction. Journal of the American College of Cardiology Cardiovascular Imaging. 11 (3), 514-515 (2018).
  37. Harfi, T. T., et al. The E-wave propagation index (EPI): a novel echocardiographic parameter for prediction of left ventricular thrombus. Derivation from computational fluid dynamic modeling and validation on human subjects. International Journal of Cardiology. 227 (1), 662-667 (2017).
  38. Pagel, P. S., Boettcher, B. T., De Vry, D. J., Freed, J. K., Iqbal, Z. Moderate aortic valvular insufficiency invalidates vortex formation time as an index of left ventricular filling efficiency in patients with severe degenerative calcific aortic stenosis undergoing aortic valve replacement. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 30 (5), 1260-1265 (2016).
  39. Pagel, P. S., Gandhi, S. D., Iqbal, Z., Hudetz, J. A. Cardiopulmonary bypass transiently inhibits intraventricular vortex ring formation in patients undergoing coronary artery bypass graft surgery. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 26 (3), 376-380 (2012).
  40. Pagel, P. S., Hudetz, J. A. Chronic pressure-overload hypertrophy attenuates vortex formation time in patients with severe aortic stenosis and preserved left ventricular systolic function undergoing aortic valve replacement. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 27 (4), 660-664 (2013).
  41. Pagel, P. S., Dye, L., Boettcher, B. T., Freed, J. K. Advanced age attenuates left ventricular filling efficiency quantified using vortex formation time: a study of octogenarians with normal left ventricular systolic function undergoing coronary artery surgery. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 32 (4), 1775-1779 (2018).
  42. Shanewise, J. S., et al. ASE/SCA guidelines for performing a comprehensive intraoperative multiplane transesophageal echocardiography examination: recommendations of the American Society of Echocardiography Council for Intraoperative Echocardiography and the Society of Cardiovascular Anesthesiologists Task Force for Certification in Perioperative Transesophageal Echocardiography. Journal of the American Society of Echocardiography. 12 (10), 884-900 (1999).
  43. Gaspar, T., et al. Three-dimensional imaging of the left ventricular outflow tract: impact on aortic valve area estimation by the continuity equation. Journal of the American Society of Echocardiography. 25 (7), 749-757 (2012).
  44. Karamnov, S., Burbano-Vera, N., Huang, C. C., Fox, J. A., Shernan, S. A. Echocardiographic assessment of mitral stenosis orifice area: a comparison of a novel three-dimensional method versus conventional techniques. Anesthesia and Analgesia. 125 (3), 774-780 (2017).
  45. Pagel, P. S., Kampine, J. P., Schmeling, W. T., Warltier, D. C. Comparison of end-systolic pressure-length relations and preload recruitable stroke work as indices of myocardial contractility in the conscious and anesthetized, chronically instrumented dog. Anesthesiology. 73 (2), 278-290 (1990).
  46. Pagel, P. S., Kampine, J. P., Schmeling, W. T., Warltier, D. C. Alteration of left ventricular diastolic function by desflurane, isoflurane, and halothane in the chronically instrumented dog with autonomic nervous system blockade. Anesthesiology. 74 (6), 1103-1114 (1991).
  47. De Hert, S. G., Rodrigus, I. E., Haenen, L. R., De Mulder, P. A., Gillebert, T. C. Recovery of systolic and diastolic left ventricular function early after cardiopulmonary bypass. Anesthesiology. 85 (5), 1063-1075 (1996).
  48. Gorcsan, J., Diana, P., Lee, J., Katz, W. E., Hattler, B. G. Reversible diastolic dysfunction after successful coronary artery bypass surgery. Assessment by transesophageal Doppler echocardiography. Chest. 106 (5), 1364-1369 (1994).
  49. Djaiani, G. N., et al. Mitral flow propagation velocity identifies patients with abnormal diastolic function during coronary artery bypass graft surgery. Anesthesia and Analgesia. 95 (3), 524-530 (2002).
  50. Casthely, P. A., et al. Left ventricular diastolic function after coronary artery bypass grafting: a correlative study with three different myocardial protection techniques. Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery. 114 (2), 254-260 (1997).
  51. Tulner, S. A., et al. Perioperative assessment of left ventricular function by pressure-volume loops using the conductance catheter method. Anesthesia and Analgesia. 97 (4), 950-957 (2003).
  52. Firstenberg, M. S., et al. Relationship between early diastolic intraventricular pressure gradients, an index of elastic recoil, and improvements in systolic and diastolic function. Circulation. 104 (12 Suppl 1), I330-I335 (2001).
  53. Cooke, J., Hertzberg, J., Boardman, M., Shandas, R. Characterizing vortex ring behavior during ventricular filling with Doppler echocardiography: an in vitro study. Annals of Biomedical Engineering. 32 (2), 245-256 (2004).
  54. Grossman, W., Jones, D., McLaurin, L. P. Wall stress and patterns of hypertrophy in the human left ventricle. Journal of Clinical Investigation. 56 (1), 56-64 (1975).
  55. Hess, O. M., et al. Diastolic function and myocardial structure in patients with myocardial hypertrophy. Special reference to normalized viscoelastic data. Circulation. 63 (2), 360-371 (1981).
  56. Hess, O. M., et al. Diastolic stiffness and myocardial structure in aortic valve disease before and after valve replacement. Circulation. 69 (5), 855-865 (1984).
  57. Sandstede, J. J. W., et al. Cardiac systolic rotation and contraction before and after valve replacement for aortic stenosis: a myocardial tagging study using MR imaging. American Journal of Roentgenology. 178 (4), 953-958 (2002).
  58. Stuber, M., et al. Alterations in the local myocardial motion pattern in patients suffering from pressure overload due to aortic stenosis. Circulation. 100 (4), 361-368 (1999).
  59. Nagel, E., et al. Cardiac rotation and relaxation in patients with aortic valve stenosis. European Heart Journal. 21 (7), 582-589 (2000).
  60. Rakowski, H., et al. Canadian consensus recommendations for the measurement and reporting of diastolic dysfunction by echocardiography: from the Investigators of Consensus on Diastolic Dysfunction by Echocardiography. Journal of the American Society of Echocardiography. 9 (5), 736-760 (1996).
  61. Homeyer, P., Oxorn, D. C. Aortic regurgitation: echocardiographic diagnosis. Anesthesia and Analgesia. 122 (1), 37-42 (2016).
  62. Landzberg, J. S., et al. Etiology of the Austin Flint murmur. Journal of the American College of Cardiology. 20 (2), 408-413 (1992).
  63. Flint, A. On cardiac murmurs. American Journal of Medical Sciences. 91 (1), 27 (1886).
  64. Botvinick, E. H., Schiller, N. B., Wickramasekaran, R., Klausner, S. C., Gertz, E. Echocardiographic demonstration of early mitral valve closure in severe aortic insufficiency. Its clinical implications. Circulation. 51 (5), 836-847 (1975).
  65. Mann, T., McLaurin, L., Grossman, W., Craige, E. Assessing the hemodynamic severity of acute aortic regurgitation due to infective endocarditis. New England Journal of Medicine. 293 (3), 108-113 (1975).
  66. Borlaug, B. A., et al. Longitudinal changes in left ventricular stiffness: a community-based study. Circulation Heart Failure. 6 (5), 944-952 (2013).
  67. Wong, J., et al. Age-related changes in intraventricular kinetic energy: a physiological or pathological adaptation? American Journal of Physiology Heart Circulatory Physiology. 310 (6), H747-H755 (2016).
  68. Carrick-Ranson, G., et al. Effect of healthy aging on left ventricular relaxation and diastolic suction. American Journal of Physiology Heart Circulatory Physiology. 303 (3), H315-H322 (2012).
  69. Iskandrian, A. S., Hakki, A. H. Age-related changes in left ventricular diastolic performance. American Heart Journal. 112 (1), 75-78 (1986).
  70. Schulman, S. P., et al. Age-related decline in left ventricular filling at rest and exercise. American Journal of Physiology. 263 (6 Pt 2), H1932-H1938 (1992).
  71. Stork, M., et al. Age-related hemodynamic changes during diastole: a combined M-mode and Doppler echo study. Internal Journal of Cardiovascular Imaging. 6 (1), 23-30 (1991).
  72. Sanders, D., Dudley, M., Groban, L. Diastolic dysfunction, cardiovascular aging, and the anesthesiologist. Anesthesiology Clinics. 27 (3), 497-517 (2009).

Tags

Medicin sag 141 Trans-mitral blod flow effektivitet vortex dannelsen tid tidlige venstre ventrikulær fyldning fluid mekanik diastolisk funktion intraventrikulært blodgennemstrømning kontinuitet ligning transesophageal ekkokardiografi
Noninvasiv bestemmelse af Vortex dannelsen tid ved hjælp af Transesophageal ekkokardiografi under hjertekirurgi
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Pagel, P. S., Dye III, L., Hill, G.More

Pagel, P. S., Dye III, L., Hill, G. E. D., Vega, J. L., Tawil, J. N., De Vry, D. J., Chandrashekarappa, K., Iqbal, Z., Boettcher, B. T., Freed, J. K. Noninvasive Determination of Vortex Formation Time Using Transesophageal Echocardiography During Cardiac Surgery. J. Vis. Exp. (141), e58374, doi:10.3791/58374 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter