Waiting
Login processing...

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

Medicine

Noninvasiv besluttsomhet Vortex formasjon tid ved hjelp av Transesophageal Echocardiography under kirurgi

Published: November 28, 2018 doi: 10.3791/58374
Automatic Translation
1, 2, 2, 2, 2, 2, 1, 1, 1, 2
1Anesthesia Service, Clement J. Zablocki Veterans Affairs Medical Center, 2Department of Anesthesiology, Medical College of Wisconsin

Summary

Vi beskriver en protokoll for å måle vortex formasjon tid, en indeks av venstre ventrikkel fylling effektivitet, med standard transesophageal echocardiography teknikkene i pasienter som gjennomgår kirurgi. Vi bruker denne teknikken for å analysere vortex formasjonen i flere grupper av pasienter med ulike cardiac patologi.

Abstract

Trans-mitral blodstrøm produserer en tredimensjonale rotasjons kroppen væske, kjent som en vortex ring, som forbedrer effektiviteten av venstre ventrikkel (LV) fylle sammenlignet med en kontinuerlig lineær jet. Vortex ring utvikling er oftest kvantifisert vortex formasjon tid (VFT), en dimensjonsløs parameter basert på flytende utstøting fra en stive rør. Vår gruppe er interessert i faktorer som påvirker LV fylling effektivitet under kirurgi. I denne rapporten beskriver vi hvordan du bruker standard todimensjonal (2D) og Doppler transesophageal echocardiography (TEE) noninvasively avlede variablene trengte å beregne VFT. Vi beregne atrial fylling brøkdel (β) fra hastighet / tid integraler av trans-mitral tidlig LV fylling og atrial Systolen blodet flyt hastighet bølgeformer målt i midt-esophageal fire-kammer TEE visningen. Slagvolum (SV) beregnes som produktet av diameteren på LV ut sporet målt i midt-esophageal lange aksen TEE visningen og hastighet-tiden integrert av blodstrøm gjennom utløp sporet fastsatt i dyp transgastric visningen med puls-bølge Doppler. Endelig bestemmes mitral ventil diameter (D) som gjennomsnittet av hovedversjoner og underordnede aksen lengder målt i ortogonale midt-esophageal bicommissural og lange aksen tenkelig fly, henholdsvis. VFT beregnes som 4 × (1-β) × SV / (πD3). Vi har brukt denne teknikken til å analysere VFT i flere grupper av pasienter med ulike kardial unormalt. Vi diskutere vår bruk av denne teknikken og mulige begrensninger og også se våre resultater. Noninvasiv måling av VFT bruker TEE er enkel i bedøvet pasienter som gjennomgår kirurgi. Teknikken kan gi cardiac anesthesiologists og kirurger for å vurdere effekten av patologiske forhold og tiltak på LV fylle effektivitet i sanntid.

Introduction

Væske mekanikk er en viktig men ofte underappreciated determinant av venstre ventrikkel (LV) fylling. En tredimensjonale rotasjons kroppen væske, kjent som en vortex ring, genereres når en væske passerer en orifice1,2,3. Denne virvelen ringen forbedrer effektiviteten av væske sammenlignet med en kontinuerlig lineær jet4. Bevegelse av blod gjennom mitral ventil under tidlig LV fylle forårsaker en vortex ring til5,6,7,8 og forenkler dens utbredelse i kammeret beholde væske momentum og kinetisk energi9. Disse handlingene forbedre LV fylle effektivitet,4,,10,,11,,12,,13. Ringen ikke bare hemmer blod flyte stasis i LV apex14,15,16,17 men også styrer flyten fortrinnsvis under fremre mitral pakningsvedlegget7, 18, som reduserer risikoen for apikale dannelse og tilrettelegge fylling av LV utstrømming spore19, henholdsvis. Kontrast echocardiography17, Doppler vektor flyt kartlegging6,20,21, magnetisk resonans imaging7og partikkel imaging velocimetry9,22 ,23,24 har blitt brukt til å demonstrere utseendet og virkemåten av trans-mitral vortex ringer under normal og patologiske forhold. Venstre atrial-LV trykkgradient, graden av diastolisk mitral ringformede utflukt, minimum LV trykket oppnådd under diastolen, og hastigheten og omfanget av LV er de fire store determinantene for varighet, størrelse, flyt intensitet og posisjon den trans-mitral ring2,12,25,26,27,28,29.

Vortex ring utvikling er oftest kvantifisert med en dimensjonsløs parameter (vortex formasjon tid; VFT) basert på flytende utstøting fra en stive rør3, hvor VFT defineres som produktet av gjennomsnittlige væske hastigheten og varigheten av utstøting delt orifice diameter. Den optimale størrelsen på en vortex ring oppnås når VFT er 4 i vitro fordi etterfølgende jets og energisk begrensninger hindre den fra å oppnå en større størrelse3,4. Mitral ventil VFT har vært tilnærmes med klinisk transthoracic echocardiography8,30,31. Basert på analyse av trans-mitral blod flyten hastighet og mitral ventil diameter (D), kan det være lett vist8 som VFT = 4 × (1-β) × EF × α3, hvor β = atrial fylling brøk, EF = LV utstøting brøk og α = EDV1/3/D, hvor EDV = ende-diastolisk volum. Utstøting brøkdel er forholdet mellom Slagvolum (SV) og EDV, slik at denne ligningen til forenkles til VFT = 4 × (1-β) × SV / (πD3). Fordi VFT dimensjonsløs (volum/volum), kan denne indeksen direkte sammenligning mellom pasienter av varierende størrelse uten justering for vekt eller kroppen areal8. Optimal VFT varierer mellom 3.3 og 5.5 i friske8, og resultatene er konsistente med regnskapsprinsippene innhentet i fluid dynamikk modeller3,32. VFT viste seg å være ≤ 2.0 hos pasienter med deprimert LV systolisk funksjon, funn som støttes også av teoretiske spådommer8. Reduksjoner i VFT spådd uavhengig sykelighet og dødelighet hos pasienter med hjertesvikt30. Forhøyet LV afterload33Alzheimers34, unormal diastolisk funksjonen19og utskifting av de innfødte mitral ventilen med en protese35 har også blitt vist å redusere VFT. Måling av VFT kan også være nyttig for å identifisere blodet flyt stasis eller blodpropp i pasienter med akutt hjerteinfarkt36,37.

Vår gruppe er interessert i faktorer som påvirker LV fylling effektivitet under kirurgi38,39,40,41. Vi bruker standard todimensjonal og Doppler transesophageal echocardiography (TEE) noninvasively utlede variablene som kreves til å beregne VFT. I denne rapporten vi beskrive denne metodikken i detalj og gjennomgå våre funn hittil.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Institusjonelle gjennomgang styret av Clement J. Zablocki Veterans Affairs medisinske senter godkjent protokollene. Skriftlig samtykke ble frafalt fordi invasiv cardiac overvåking og TEE rutinemessig brukes i alle pasienter som gjennomgår kirurgi i våre institusjon. Pasienter med relativ eller absolutt kontraindikasjoner for TEE, de som gjennomgår gjenta median sternotomy eller akutt kirurgi, og de med atrial eller ventrikulær tachyarrhythmias ble ekskludert fra deltakelse.

1. anestesi

  1. Gi hver pasient intravenøs midazolam (1 til 3 mg) og fentanyl (50-150 µg) for bevisst beroligende før operasjonen.
  2. Bruk lokalbedøvelse (subkutan 1% lidocaine) for innsetting av intravenøs og radial arterien katetre. Teste kvaliteten på lokalbedøvelse med en pinprick.
  3. Sikre at pasienten mottar oksygentilskudd bruker en nasal kanyle (2 til 4 L/min).
  4. Plass en sentral venøs eller lungearterien kateter bruker lokalbedøvelse (subkutan 1% lidocaine) sterile forhold gjennom høyre eller venstre vena jugularis ultralyd veiledning basert på aktuelle klinisk indikasjoner.
  5. Indusere anestesi intravenøs fentanyl (5 mcg/kg), propofol (1 til 2 mg/kg) og rocuronium (0,1 mg/kg). Opprettholde anestesi bruker inhalert isoflurane (slutten-tidevanns konsentrasjon på 1%) i en luft-oksygen blanding, fentanyl (1 til 2 µg/kg/h), og rocuronium (0,05 mg/kg) titreres til effekt ved hjelp av nevromuskulær overvåking.
  6. Enkel sugeevnen magen med en muntlig mage tube.
  7. Plasser ultralyd gelé i pasientens hypopharynx. Løft kjeven peke og fremme en TEE sonde i spiserøret med lett press å overvinne motstand av hypopharygeus muskel.

2. Transesophageal Echocardiography

  1. Utfør en omfattende TEE undersøkelse etter amerikanske samfunn av Echocardiography/samfunnet av hjerte Anesthesiologists retningslinjer42 i hver pasient.
  2. Plass en puls-bølge Doppler eksempel volum mellom tips av mitral løpesedler til posten trans-mitral blod flyten hastighet i midten av esophageal fire-kammer TEE imaging flyet (figur 1).
  3. Identifisere tidlig LV fylling og atrial Systolen blodet flyt bølgeformer av trans-mitral blod flyten hastighet og måle deres tilsvarende topp hastigheter og hastighet / tid integraler (VTIE og VTIA, henholdsvis) bruke den echocardiography utstyrets integrert programvarepakke (figur 1).
  4. Beregn atrial fylling brøken (β) som forholdet mellom atrial å totalt LV fylle:
    Equation 1
  5. Måle maksimale diameter i LV utløp område rett under aortic ventilen i midt-esophageal Aortaklaff lange aksen TEE visning under midt Systolen (figur 2A).
  6. Beregn arealet av LV utløp skrift forutsatt sirkulær geometri som produktet av π/4 og kvadratet av diameter (se trinn 2.5 ovenfor).
  7. Få en dyp transgastric lange akse TEE visning, og plassere en puls-bølge Doppler eksempel volum i distale LV utløp skrift registrere en blod flyte hastighet konvolutt (figur 2B) på samme nivå der diameter ble målt (se trinn 2.5 ovenfor); integrere av denne bølgeform bruke echocardiography utstyrets programvarepakke for å oppnå VTI.
  8. Multipliser den resulterende hastighet / tid integrert (VTI) av LV utløp spor blodet flyt hastighet bølgeform (figur 2B) av området for utstrømningen spor (se trinn 2.6) for å få Slagvolum (SV).
  9. Spille inn videoklipp av midt-esophageal bicommissural og LV lange aksen TEE tenkelig fly, henholdsvis42. Sørg for å inkludere flere cardiac sykluser i hver innspilling.
  10. Visuelt inspisere sakte bilder av videoklipp (se trinn 2.9 ovenfor) etter ECG T-bølge å velge maksimum åpning av mitral ventil løpesedler.
  11. Måle avstanden mellom mitral løpesedler (tall 3A og 3B) echocardiography utstyrets "caliper" funksjonen.
  12. Beregne mitral ventil diameter (D) som gjennomsnittet i major (transcommissural fremre-lateral-bakre-mediale) og mindre (anterior-posterior) lengder.
  13. Beregne VFT bruker formelen:
    Equation 2
  14. Utfør alle kvantitativt echocardiographic mål i tre eksemplarer på slutten-utløp.

3. eksperimentell Design

  1. Finne VFT, indekser LV diastolisk funksjon og hemodynamics under stabil forhold 30 minutter før og 15, 30 og 60 minutter etter hjerte bypass (CPB) i 10 pasienter med normal preoperativ LV utstøting brøkdel under koronar kirurgi for å teste hypotesen at CPB transiently reduserer VFT39.
  2. Teste hypotesen at LV press-overbelastning hypertrofi produsert av Aortaklaff stenose reduserer VFT ved å undersøke (i en gruppe av 8 pasienter som gjennomgår Aortaklaff erstatning) til alvorlig aortic stenosis og sammenligne observasjoner til en annen gruppe av 8 pasienter med normal LV vegg tykkelse gjennomgår koronar kirurgi40. Måle VFT, LV diastolisk funksjon, hemodynamics og ende-diastolisk bakre veggtykkelse under stabil forhold 30 minutter før CPB.
  3. Teste hypotesen at unormal diastolisk blodstrøm inn LV påvirker trans-mitral LV fylle effektivitet i 8 pasienter med Aortaklaff stenose og moderat aorta insuffisiens versus 8 pasienter med aortic stenosis som ikke har regurgitant ventiler 38. mål VFT og andre parametere som beskrevet ovenfor (trinn 3.2).
  4. Test hypotesen som avanserte alder er forbundet med en reduksjon i LV fylle effektivitet kvantifisert bruke VFT i 7 octogenarians (82 ± 2 år) sammenlignet med 7 yngre pasienter (55 ± 6 år)41 gjennomgår koronar kirurgi. Kontroller at begge gruppene har normal preoperativ LV utstøting brøkdel. Måle VFT og andre parametere som beskrevet ovenfor (trinn 3.2).

4. statistikk

  1. Presentere dataene som gjennomsnittlig ± standardavvik.
  2. Evaluere data bruker variansanalyse (ANOVA) etterfulgt av Bonferronis endring av Student t-test.
  3. Bruk lineær regresjonsanalyse til å bestemme forholdet mellom VFT og ende-diastolisk bakre veggtykkelse og mellom VFT og alder.
  4. Avvise nullhypotesen når p < 0,05.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Gjeldende teknikken tillot oss å måle pålitelig VFT under kirurgi under en rekke klinisk betingelser ved å skaffe hver determinant fra blodstrøm og dimensjonale opptakene i standard TEE tenkelig fly. En puls-bølge Doppler eksempel volumet ble plassert på tuppen av mitral løpesedler i visningen for midt-esophageal fire-kammer å få trans-mitral blodet flyt hastighet profilen må beregne atrial fylling brøkdel (β; Figur 1). Slagvolum identifiserte med kontinuitet ligningen (hastighet / tid integrert av LV utløp spor blodet flyt hastighet bølgeform multiplisert området ut sporet) og LV utløp spor diameter ble målt i midt-esophageal LV lang-aksen visning ( Figur 2A), mens blodstrøm gjennom utløp tarmkanalen ble bestemt i dyp transgastric kort aksen imaging flyet (figur 2B). Til slutt, gjennomsnittlig mitral ventil diameter er beregnet som gjennomsnittet av store og lille akse diameter målt i midt-esophageal bicommissural og LV lang-aksen fly (figur 3A og 3B, henholdsvis). Måling av VFT var forbundet med intra- og interobserver variasjon av 5% og 7%, henholdsvis ligner andre indekser av dimensjonen og blod flyte målt ved hjelp av TEE (data ikke vist). Bruker denne teknikken, vi først viste at eksponering for CPB redusert VFT (5.3 ± 1.8 før vs 4.0 ± 1,5 15 minutter etter omkjøringsvei, p < 0,05; Figur 4) i pasienter som gjennomgår koronar kirurgi. VFT gjenopprettet til opprinnelige verdier innen 60 minutter etter CPB. En økning i β (0,33 ± 0,04 før vs 0.41 ± 0,07 15 minutter etter CPB, p < 0,05) samsvarer med større atrial bidrag til LV fylle var hovedansvarlig for nedgangen i VFT fordi SV og mitral ventil diameter forble uendret.

Vi viste også at en reduksjon i VFT forekommer hos pasienter med alvorlig Aortaklaff stenose og LV press-overbelastning hypertrofi sammenlignet med de med normal LV veggtykkelse (3.0 ± 0,6 vs 4.3 ± 0,5. p < 0,05; Figur 5). Tidlig LV fylling var svekket (f.eks., 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 hvert), og SV ble redusert (72 ± 12 mL sammenlignet med 95 ± 10 mL, p < 0,05) hos pasienter med vs uten LV hypertr ophy; men var mitral ventil diameter lignende mellom grupper. En betydelig invers korrelasjon mellom VFT og bakre veggtykkelse (PWT) ble vist med lineær regresjonsanalyse (VFT =-2.57 × PWT + 6.81, r = 0.408; p = 0.017). I tillegg våre resultater bruker denne teknikken vist at tilstedeværelsen sammenlignet med fravær av moderat aorta insuffisiens hos pasienter med alvorlig Aortaklaff stenose økt VFT (5.7 ± 1.7 vs 3.0 ± 0,6, henholdsvis; p < 0,05; Figur 5) samtidig med en nedgang i mitral ventil diameter (2,2 ± 0,2 vs 2.6 ± 0,1 cm, henholdsvis; p < 0,05), mens indekser i LV diastolisk dysfunksjon og SV lignet mellom grupper. Til slutt, vi kunne bruke våre teknikken å måle VFT viser at VFT var lavere i octogenarians sammenlignet med yngre pasienter (3.0 ± 0,9 vs 4.5 ± 1.2, p < 0,05) samtidig med en svekket avslapning mønster av LV diastolisk dysfunksjon (f.eks. ., E/A 0.81 ± 0,16 vs1,29 + 0,19; Β 0.44 ± 0,05 vs0,35 + 0,03, p < 0,05 for hver). En betydelig invers korrelasjon mellom VFT og alder ble også demonstrert (VFT =-0.0627 × alder + 8.24, r = 0.639; p = 0.0139; Figur 6).

Figure 1
Figur 1: Trans-mitral blodet flyt hastighet bølgeformer. Trans-mitral blodet flyt hastighet bølgeformer tidlig LV fylling (E) og atrial Systolen (A) innhentet i midt-esophageal fire-kammer TEE visningen (venstre bilde); området hver konvolutt var integrert bruke utstyrets programvare for å oppnå hastighet / tid integraler (høyre bilde) og atrial fylling brøken (β) ble beregnet. I dette eksemplet β = 4,28 cm / (4,28 cm + 6.73 cm) = 0,39 (se tekst). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2: måling av LV utløp spor diameter. Måling av LV utløp spor diameter under midt Systolen i Aortaklaff lange aksen TEE visning (A) (diameter = 2,23 cm); (B) blod flyten hastighet ble målt i den i distale LV utløp spor bruke dyp transgastric lange aksen TEE visning og på den resulterende konvolutten (venstre panel B) integrert bruke utstyrets programvare for å oppnå en hastighet / tid integrert (hvit pil, høyre panel B). I dette eksemplet hjerneslag volum = π/4 × (2,23 cm)2 × 19,8 cm = 77 mL (se tekst). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3: gjennomsnittlig mitral ventil diameter er beregnet som gjennomsnittet av store og lille akse diameter målt i midt-esophageal bicommissural og LV lang-aksen fly. Midt-esophageal bicommissural (A) og LV utløp skrift (B) TEE bilder ble brukt til å bestemme store (transcommissural fremre-lateral-bakre-mediale) og mindre (anterior-posterior) aksen diameter, henholdsvis. I dette eksemplet mitral ventil diameter = (3.04 cm + 2,18 cm) / 2 = 2,61 cm. Dette tallet er gjengitt med tillatelse fra Elsevier38. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 4
Figur 4: Temporal endringer i VFT. Temporal endringer i VFT før og 15, 30 og 60 minutter etter hjerte bypass (CPB) hos pasienter gjennomgår koronar kirurgi; * Angir signifikant (p < 0,05) forskjell fra "før CPB" målingen. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 5
Figur 5: effekter av LV press-overbelastning hypertrofi skyldes alvorlige Aortaklaff stenose i fravær (-) eller tilstedeværelse (+) for moderat aorta insuffisiens (AI) i pasienter som gjennomgår Aortaklaff erstatning. Pasienter med normal LV veggtykkelse gjennomgår koronar kirurgi var kontroller (normal). * Betydelig (p < 0,05) forskjellig fra vanlig; †Significantly (p < 0,05) forskjellig fra både normal og hypertrofi-AI. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 6
Figur 6: korrelasjon mellom alder og VFT i 14 pasienter som gjennomgår koronar kirurgi. VFT =-0.0627 × alder + 8.24; r = 0.639; p = 0.0139. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Gjeldende resultater viser at VFT kan måles pålitelig under kirurgi med TEE teknikkene som beskrives her. Tidligere beskrivelser av VFT brukt transthoracic echocardiography i bevisst fag, men denne tilnærmingen kan ikke brukes når brystet er åpen. Vi brukte intraoperativ TEE for å bestemme VFT bedøvet pasienter gjennomgår kirurgi der endringer i LV fylle dynamics er ofte møtte ischemia-reperfusion skade eller tiltak. Våre resultater indikerer at VFT mål gjenspeiler endringer i LV fylle effektiviteten produsert av forbigående CPB-indusert svekket avslapning mønster diastolisk dysfunksjon, Aortaklaff sykdom og aldring. Gjeldende teknikken til å beregne VFT under kirurgi krever høy kvalitet TEE bilder og videoklipp under stabil hemodynamic forhold å sikre nøyaktige mål av mitral ventil og LV utløp tarmkanalen dimensjon og blodet flyt ( Figur 1, figur 2og Figur 3). Ikke alle pasienter vil ha optimal tenkelig windows på grunn av off-aksen rotasjon av hjertet eller patologiske forandringer i cardiac geometri. Til tross for disse potensielle begrensninger, skal erfarne intraoperativ echocardiographers kunne enkelt få den nødvendige midt-esophageal fire-kammer, midt-esophageal bicommissural, midt-esophageal LV lang, og dype transgastric lange aksen visninger under omfattende TEE eksamen42. Teknikken kan også være upålitelig når raskt skiftende hemodynamic forhold er til stede. Det gir ikke direkte visualisering av blodet flyt bevegelse innenfor LV tilknyttet virvelen, som tidligere preget Doppler vektor flyt kartlegging6,20,21 eller partikkel imaging velocimetry 9 , 22 , 23 , 24. nøyaktig måling av LV utløp spor diameter bruke todimensjonal echocardiography er spesielt viktig fordi denne variabelen er kvadrat i beregningen av området og feil er forstørret resultatet. Tilsvarende er nøyaktige målinger av mitral ventil mindre og store lengden viktig fordi kuben av gjennomsnittet av disse to dimensjonene vises i nevneren i VFT formelen. Todimensjonal echocardiography undervurderer konsekvent aorta og mitral ventil områder sammenlignet med 3-dimensjonal modell teknikker43,44. Virkningen av disse forskjellene mellom to - og tre - dimensjonale TEE på VFT er et område av aktuell forskning av vår gruppe.

I tillegg ble isoflurane brukt for vedlikehold av anestesi i våre studier. Denne flyktige bedøvelse er en vasodilaterende negative inotrope som reduserer LV preload og afterload, reduseres myocardial contractility, og påvirker LV diastolisk funksjon i en dose-relaterte måte45,46. Endringene hjerte kan ha påvirket atrial fylling brøk og hjerneslag volum i våre studier. Likevel verdiene for VFT innhentet i bedøvet pasienter med normal preoperativ LV utstøting brøkdel gjennomgår koronar kirurgi før CPB var lik beskrevet i sunn bevisst fag8. Disse data tyder på at planlagte anestesi ikke vesentlig endrer LV fylle effektivitet, men vi er for øyeblikket undersøke denne hypotesen. VFT tidligere vist seg å være en uavhengig prediktor for dødelighet hos pasienter med hjertesvikt30, men det er ukjent om intraoperativ endringer i VFT er prediktive for perioperative sykelighet eller dødelighet i kirurgi pasienter. Dette emnet er også et område av interesse som vi arbeider aktivt.

Vi først brukt denne teknikken av noninvasively beregning VFT i en studie undersøker virkningen av CPB på VFT i isoflurane-fentanyl-anesthetized pasienter med normal preoperativ LV utstøting brøkdel gjennomgår koronar kirurgi39. LV diastolisk dysfunksjon oppstår etter hjerte bypass globale ischemia-reperfusion skade og en dyp systemisk inflammatorisk respons47,48,49. Denne diastolisk dysfunksjon gjenoppretter til slutt innen minuttene til timer basert på effekten av hjerteinfarkt beskyttelse under og varigheten av CPB50. Faktisk bekreftet våre funn at LV diastolisk dysfunksjon oppstår etter CPB. Denne effekten ble ledsaget av forbigående reduksjoner i VFT som gjenopprettet innen én time etter separasjonen fra CPB. Nedgangen i VFT skyldes en økning i β og en beskjeden nedgang i SV fordi mitral ventil diameter var uendret. Inngang på VFT, β, E/A og SV etter CPB lignet. Spesielt observert VFT her ikke faller under det normale området av VFT (3.3 til 5,5) i friske individer. Våre pasienter hadde normal preoperativ LV systolisk og diastolisk funksjon, ble utsatt for relativt kort CPB ganger (93 ± 27 minutter), og ble behandlet med vanlige doser av antegrade og retrograd cardioplegia. Disse faktorene kombinert trolig redusere ischemia-reperfusion skade under aorta kryss-klemme programmet39. CPB har også vist at forbigående reduksjoner i trans-mitral blod flyten overføring hastighet (Vp) samsvarer med dempes tidlig LV fylle ut pasienter gjennomgår koronar kirurgi49 som følge av nedgang i LV samsvar 51 og reduksjoner i tidlig forløpninger diastolisk intraventricular trykk52. En relasjon mellom vortex ring formasjon og Vp var tidligere vist53, og våre funn støttes de av andre etterforskere49 i lignende pasientgrupper.

Vi undersøkt deretter virkningene av press-overbelastning LV hypertrofi produsert av alvorlig calcific degenerative Aortaklaff stenose hos pasienter med bevarte LV systolisk funksjonen gjennomgår Aortaklaff erstatning40. En annen gruppe av pasienter med normal LV veggtykkelse gjennomgår koronar kirurgi var kontroller. Kronisk opphøyet LV slutten-systolisk veggen stress årsaker LV press-overbelastning hypertrofi som kompenserende svar i nærvær av Aortaklaff stenose54. LV veggen jevning uten dilatasjon oppstår som følge av en økning i diameter av personlige myocytter. Denne LV remodeling er forbundet med interstitial fibrosis55,56. Forsinkelser i apikale rekyl57,58 også oppstå som ytterligere attenuere tidlig LV fylle58,59, som forårsaker LV diastolisk dysfunksjon ved å utsette LV avslapning og reduserer LV samsvar55 , 60. dermed VFT reduseres i nærvær av forsinket avslapning i pasienter med LV press-overbelastning hypertrofi vs vegg med normal LV tykkelse. Våre funn ble tilskrevet en økning i β og nedgang i SV på lignende fylling press samsvar med en nedgang i LV samsvar. En signifikant sammenheng mellom nedgang i VFT og alvorlighetsgraden av hypertrofi ble vist med lineær regresjonsanalyse. Denne observasjonen antyder at graden av press-overbelastning hypertrofi er omvendt relatert til LV fylle effektivitet kvantifisert benytter vortex formasjon tid.

Valvulær insuffisiens skjer ofte i forbindelse med alvorlige calcific degenerative Aortaklaff stenose fordi fremtredende pakningsvedlegget forkalkninger hindrer fullstendig coaptation. Vi gjennomførte en undersøkelse for å fastslå om regurgitant blodgjennomstrømningen i LV gjennom en inkompetent Aortaklaff berører LV fylle effektivitet ved å forstyrre trans-mitral blodet flyt38. Vi sammenlignet pasienter med alvorlig Aortaklaff stenose gjennomgår ventil erstatning som hadde moderat sentralt regissert aorta insuffisiens med en annen gruppe med pasienter som ikke regurgitation. Vi kvantifisert aorta insuffisiens regurgitant jet bredde LV utløp spor diameter ratio mål med farge Doppler M-modus echocardiography61. Resultatene viste at moderat aorta insuffisiens øker VFT hos pasienter med Aortaklaff stenose. Imidlertid foreslår ikke denne økningen i VFT en forbedring i LV fylle effektivitet har oppstått på grunn av unormal regurgitant strømmer inn LV gjennom aortic ventilen. LV diastolisk trykk øker raskt i moderat til alvorlig aorta insuffisiens62, demping trans-mitral LV fylle og redusere mitral ventil området63,64,65. Resultatene tyder på at mitral ventil diameter og området ble redusert hos pasienter med moderat aorta insuffisiens versus de uten oppstøt. Disse observasjonene var sannsynligvis på grunn av en nedgang i mindre aksen lengde, skyldes dempes fremre mitral pakningsvedlegget åpning forårsaket av aorta regurgitant under LV fyller, dermed feilaktig opphøyet VFT. Faktisk var VFT rapportert i vår studie (5.7 ± 1.7) større enn den øvre grensen for normal VFT (5.5) i friske bevisste individer8 og pasienter med normal LV geometri under anesthesia (4.3 ± 0,5)40. Derfor er det svært sannsynlig at unormal diastolisk strømme inn LV opphever VFT som en indeks av LV fylle effektivitet.

Vi har nylig studert påvirker alder VTF hos eldre pasienter gjennomgår koronar kirurgi41. Progressiv LV diastolisk stiffening66, redusert intraventricular diastolisk kinetisk energi67, og dempes diastolisk sugekraft68 forårsake LV diastolisk funksjonen på eldre69,70, 71,72. Octogenarians med normal preoperativ LV utstøting ble sammenlignet med en yngre kohort av pasienter (≤ 62 år). Vi fant at VFT var lavere i octogenarians sammenlignet med yngre pasienter. Disse observasjonene var forventet og oppstod sammen med en svekket avslapning mønster av LV diastolisk dysfunksjon og en beskjeden reduksjon i SV på lignende LV fylle press. Mitral ventil diameter lignet octogenarians mot yngre pasienter og bidra ikke til forskjellene i VFT mellom grupper. Det er bemerkelsesverdig at VFT var lik i octogenarians sammenliknet med pasienter med alvorlig Aortaklaff stenose at vi tidligere rapportert38,40. Faktisk er aortic stenosis en tilstand preget av nedsatt avslapning LV diastolisk dysfunksjon og reduksjoner i LV samsvar. En betydelig invers korrelasjon mellom VFT og alder ble også demonstrert til tross for liten utvalgsstørrelsen (n = 7 per gruppe; Figur 6). Nedgangen i VFT som oppstår med alderen som kan til slutt bli utvisket fra hjertesvikt produsert av patologisk prosesser som restriktiv diastolisk dysfunksjon19 eller dilated cardiomyopathy8. Våre resultater var konsekvent med reduksjoner i tidlig topp diastolisk intraventricular kinetisk energi i eldre fag med deprimert LV funksjonen67.

I Sammendrag, noninvasive måling av VFT er bruker standard todimensjonal og Doppler TEE enkel i bedøvet pasienter som gjennomgår kirurgi. Denne teknikken kan hjerte anesthesiologists og kirurger for å vurdere effekten av patologiske forhold og tiltak på LV fylle effektivitet i sanntid.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ingen konkurrerende økonomiske interesser eller andre interessekonflikter i dette arbeidet.

Acknowledgments

Dette materialet er resultatet av arbeidet støttes og bruk av fasilitetene på Clement J. Zablocki Veterans Affairs 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

Medisin problemet 141 Trans-mitral blodet flyt effektivitet vortex formasjon tid tidlig venstre ventrikkel fylling væske mekanikk diastolisk funksjon intraventricular blodstrøm kontinuitet ligningen transesophageal echocardiography
Noninvasiv besluttsomhet Vortex formasjon tid ved hjelp av Transesophageal Echocardiography under kirurgi
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