Technical aspects of aortic isthmus Doppler velocimetry in human fetuses

Az aorta isthmus az aorta azon szakasza, amely a bal oldali kulcscsont alatti artéria eredése és a ductus arteriosusnak a leszálló aortához való csatlakozása között helyezkedik el. A ductus arteriosus záródását követő posztnatális időszakban csak érvezetékként szolgál, amely az aortaívből a vért az aorta descendens aortába szállítja. A prenatális élet során azonban fontos szerepet játszik a felsőtestet (beleértve az agyat is) ellátó brachiocephalicus keringés és az alsótestet és a placentát ellátó subdiaphragmatikus keringés közötti megfelelő egyensúly fenntartásában1. A magzati keringés párhuzamos elrendeződése lehetővé teszi az egyenlőtlen jobb és bal kamrai teljesítményt, mivel a placenta, a tüdő és az alsó test érrendszeri ellenállása elsősorban a jobb kamrára, míg a felső test ellenállása elsősorban a bal kamrára hat2. Fiziológiás körülmények között és strukturális kardiovaszkuláris rendellenességek, például hipoplasztikus balszív szindróma, kritikus aorta-szűkület és megszakadt aortaív hiányában az aorta iszthmusban az áramlás a teljes szívciklus alatt előrefelé irányul. Az aorta isthmus véráramlásának mennyiségét és irányát az egyes kamrák szisztolés teljesítménye és a perifériás érellenállások határozzák meg. A szisztolé során a bal kamra kilökődése elősegíti az előre irányuló áramlást, míg a jobb kamra kilökődése ezzel ellentétes hatást fejt ki. Diastole alatt, amikor a kamrák nem löknek ki vért, és mindkét semilunáris billentyű zárva van, a véráramlás iránya az aorta isthmusban elsősorban a felső test (beleértve az agyat) és az alsó test (beleértve a placentát) érrendszeri ellenállásai közötti relatív különbségtől függ1. Ezért azok a körülmények, amelyek megnövekedett jobb kamrai utóterheléshez (pl. méhen belüli magzati növekedési korlátozás placentáris elégtelenség miatt) vagy csökkent bal kamrai utóterheléshez (pl. hypoxaemia, cerebrovascularis aneurysma, nyaki érdaganatok) vezetnek, az aortalis isthmus véráramlásának megfordulását okozhatják diastole alatt. Számos, birka magzatokon végzett kísérletes vizsgálat3-6 megalapozta az aorta isztmosz Doppler sebességmérés alkalmazásának patofiziológiai alapjait a magzati kardiovaszkuláris dinamika értékelésében. Továbbá klinikai vizsgálatok kimutatták az aorta isthmus véráramlási sebesség hullámformájának rögzítésének megvalósíthatóságát emberi magzatokban7-10, és az abnormális véráramlási mintázat összefüggést mutatott a magzati keringési redisztribúcióval vagy kompromisszummal11-15 . A közelmúltban kimutatták, hogy az aorta isthmus Doppler sebességmérés előre jelzi a perinatális16 és a hosszú távú neurofejlődési17 kimeneteleket placentáris elégtelenségben, és javasolták az aorta isthmus Doppler sebességmérés rutinszerű alkalmazását a méhen belüli növekedési zavarban szenvedő magzatok értékelésében18. Nyilvánvaló, hogy néhány szakértelemmel rendelkező központ a magzati hemodinamika vizsgálatában más artériás és vénás Doppler-paraméterek mellett az aorta isthmus Doppler-velocimetriát is alkalmazza, de az észlelt technikai nehézségek miatt szkeptikusak a szélesebb körű klinikai alkalmazás lehetőségeit illetően. Az Ultrasound in Obstetrics and Gynecology e számában megjelent, az aorta isthmus Doppler velocimetria megvalósíthatóságáról és megbízhatóságáról szóló multicentrikus vizsgálat19 kimutatta, hogy az aorta isthmus véráramlási sebesség hullámformáinak impulzushullámú Doppler-kérdezéséhez szükséges kurzor megfelelő elhelyezése az érszakasz megfelelő vizualizációja és pontos azonosítása ellenére továbbra is kihívást jelent. E cikk célja, hogy gyakorlati tanácsokat adjon a klinikusoknak az aorta isthmus Doppler-véráramlási sebességmérés elvégzéséhez az emberi magzatban.

Ma a tökéletesített ultrahangos képalkotó technológiával a megfelelően képzett szülészorvosok és magzati/perinatális kardiológusok különösebb nehézség nélkül kapnak standard nézeteket a magzati szívről és a nagyerekről. Az aorta isthmusza könnyen azonosítható mind a magzati echokardiográfia során rutinszerűen alkalmazott hosszanti (1a-c. ábra), mind a keresztmetszeti (1d. ábra) nézetben. Ha ez az érszakasz azonosítva van, a Doppler sebességmérés az 1. ábrán látható bármelyik nézetben elvégezhető, ha a Doppler-kaput (kurzort) a megfelelő helyre helyezzük, az inszonációs szöget a lehető legalacsonyabban tartva. Bár a Doppler-áramlási sebesség hullámformák B-módú képalkotással és impulzushullámú Dopplerrel is nyerhetők (1c. ábra), a színirányított impulzushullámú Doppler-kérdezés ajánlott, mivel segít az erek azonosításában és megmutatja a véráramlás irányát, lehetővé téve a kurzor optimális elhelyezését. Az impulzushullám-kapu méretét (mintatérfogat) a magzati gesztációs kortól függő aorta isthmus méretének megfelelően kell beállítani, hogy elkerülhető legyen a szomszédos erekből származó jelek rögzítése. A véráramlási sebesség hullámformák rögzítése magzati nyugalom alatt történik.

Az aorta isthmus áramlási sebességének hullámformái, amelyeket bármelyik szonográfiás síkból (hosszanti aortaív nézet vagy három ér és a légcső nézet) kapunk, meglehetősen hasonlóak (2. ábra) és reprodukálhatók9, 20. A kurzor pontos elhelyezése egyszerűbb lehet a hosszanti nézetben, mivel a bal oldali kulcscsont alatti artéria eredése viszonylag könnyebben látható ebben a síkban, és kisebb a lehetősége annak, hogy a véráramlási sebesség hullámformákat a keresztirányú aortaívből kapjuk, mint az isthmusból. Másrészt egyszerűbb, könnyebb és kevésbé időigényes lehet a három ér és a légcső nézete a hosszanti aortaív nézete helyett.

Az aorta isthmus áramlási sebesség hullámformája tipikus alakú és a legtöbb esetben könnyen felismerhető. Gyors szisztolés felütéssel rendelkezik (rövid gyorsulási idő), az átlagos szisztolés csúcssebességek körülbelül 30 és 100 cm/s között mozognak a 11. héttől a terminusig10, 21. Ezt követi a sebesség fokozatosabb lassulása és a szisztolé végén (a legtöbb esetben) keskeny incisura. A terhesség harmadik trimeszterében a szisztolé végén (3a. ábra) általában egy kis, nagyon rövid ideig tartó áramlási visszafordulás figyelhető meg7, 8 . Ez a rövid endszisztolés áramlási fordulat azonban a 20. hét előtt hiányzik7, 21, és ritkábban regisztrálható, ha az aorta isztmosz áramlási sebességének hullámformáit keresztmetszeti képalkotó síkban (három ér és a légcső nézetében) kapjuk10. A véráramlás megfordulása diastole alatt vagy a nettó véráramlás megfordulása (azaz a teljes retrográd áramlás > a teljes antegrád áramlás a szívciklus alatt) az aorta isthmusban (3b. ábra) mindig kóros.

Mivel a ductus arteriosus az aorta isthmushoz közel van (1a. és d. ábra), már nagyon kis mozgások is ahhoz vezethetnek, hogy az impulzushullámos Doppler-kérdezés során az egyik vagy a másik ér hullámformáit kapjuk (4. ábra). Gyakran szükség lehet a B-módú vagy a színes áramlási képek frissítésére annak biztosítása érdekében, hogy az impulzushullám-kapu a megfelelő helyzetben maradjon a Doppler-áramlási sebesség hullámformák felvétele során. Általánosságban elmondható, hogy a ductus arteriosus Doppler hullámformái kissé eltérnek az aorta isthmusz hullámformáitól (5. ábra). A ductus arteriosus gesztációs korra jellemző átlagos szisztolés csúcssebességei sokkal magasabbak, mint az aorta isthmusé, a 11. héttől a terminusig 40 és 120 cm/s között mozognak22-24 . Valójában a ductus arteriosus rendelkezik a legnagyobb véráramlási sebességgel a magzati keringésben25. Az aorta isthmusszal ellentétben a ductus arteriosusban általában nem figyelhető meg az áramlás rövid megfordulása a szisztolé végén, és fiziológiás körülmények között szinte mindig pozitív diasztolés sebességek vannak jelen. A szisztolé alatti előremenő áramlás az aorta isthmusban korábban kezdődik és hamarabb éri el a csúcspontját, mint a ductus arteriosusban (3. és 6. ábra). Juhmagzatokon végzett kísérletes vizsgálatok azt mutatták, hogy a jobb kamra pre-ejekciós periódusa hosszabb, mint a bal kamraé (57 vs. 48 ms)26 , és a ductus arteriosus áramlása körülbelül 48 ms-t később kezdődik, mint az isztmikus áramlás, és hosszabb a gyorsulási ideje (52 vs. 18 ms)27 . Alkalmanként, különösen nagyobb mintatérfogatú lekérdezés során, egyszerre kaphatunk aortás isthmus és ductus arteriosus véráramlási sebesség hullámformákat, egymás fölé helyezve (6. ábra), ami lehetővé teszi a közvetlen összehasonlítást a szívciklus során emberi magzatokban.

Az aorta isthmus térfogati véráramlását (Qai) noninvazív módon21 is meg lehet becsülni az átmérő és a véráramlási sebességek mérésével: Qai (ml/percben) = időátlagolt maximális sebesség (TAMXV, cm/s-ban) × π(átmérő/2, cm-ben)2 × 60. A térfogatáramlás mérésének korlátai és bonyolultsága miatt azonban számos más indexet javasoltak klinikai használatra. Ezek az indexek alapvetően egy elvben különböznek: egyesek abszolút sebességeket használnak a számítás során, míg mások a sebesség-idő integrált (VTI). Fouron és munkatársai7 eredetileg egy úgynevezett egyensúlyi indexet javasoltak, azaz (szisztolés csúcssebesség – végdiasztolés sebesség/(antegrád VTI – retrográd VTI), amely abszolút sebességek használata esetén egyenértékű a pulzatilitási indexszel (PI), mivel a szisztolés és diasztolés VTI összege a magzati szívfrekvenciával szorozva adja a TAMXV-t és a PI = (szisztolés csúcssebesség – végdiasztolés sebesség)/TAMXV. Később javasoltak egy isztmikus áramlási indexet (IFI), azaz (szisztolés VTI + diasztolés VTI)/szisztolés VTI-t8 , de ez nem nyert nagy népszerűséget a klinikusok körében. A VTI-vel kapcsolatos indexek használata mellett a sebességgel kapcsolatos indexek helyett az a feltételezés szólt, hogy ezek jobb információt nyújtanak a véráramlás térfogatáról és irányáról. Ez a feltételezés azonban nem teljesen igaz. Például a TAMXV valószínűleg a vér térfogatáramlását tükrözi, ahogyan más erek esetében is28, 29, és a pozitív TAMXV (vagy PI) azt jelenti, hogy a szívciklus alatt a nettó véráramlás antegrád, míg a negatív érték azt jelenti, hogy a nettó áramlás retrográd, ugyanúgy, mint az antegrád áramlás/VTI retrográd áramlás VTI aránya >1 vagy <1. Hasonlóképpen, a PI valószínűleg tükrözi a fordított áramlási komponens nagyságát is, ha jelen van, mivel a TAMXV (amely megegyezik a VTI-vel egy szívciklus alatt × szívfrekvencia) a számításához használt képlet nevezője.

Az aorta isthmus véráramlására vonatkozó IFI öt különböző típusra8 osztható az alábbiak szerint: I. típus: IFI > 1, amikor az áramlás a teljes szívciklus alatt antegrád; II. típus: IFI = 1, amikor a diasztolés áramlás hiányzik; III. típus: IFI = 0-1, amikor a diasztolés áramlás megfordul, de a nettó áramlás még mindig antegrád; IV. típus: IFI = 0, amikor az antegrád és retrográd áramlás egyenlő; és V. típus: IFI < 0, amikor a nettó áramlás retrográd. Ami azonban igazán számít, az az, hogy a diasztolés véráramlás fordított-e, és hogy a nettó véráramlás retrográd-e, mivel ezek a magzati hemodinamika károsodásának jelei. Ebben az összefüggésben a normális és kóros hullámformák egyszerű kvalitatív (vizuális) értékeléssel azonosíthatók, mint az antegrád diasztolés áramlást mutató (IFI-értékek ≥ 1), illetve a retrográd diasztolés áramlást mutató (IFI < 1) hullámformák. Úgy tűnik, hogy a hullámformák IFI segítségével történő további osztályozása több típusba nem javítja a kedvezőtlen perinatális kimenetel előrejelző értékét8.

Az isthmus aorta retrográd diasztolés véráramlása a magzati keringés újraelosztását jelzi, ami alacsonyabb felsőtestbeli (agyi) ellenállást jelez az alsótestbeli (placentáris) ellenálláshoz képest, míg a nettó véráramlás megfordulása azt jelzi, hogy a magzatnak gondjai vannak az agyi oxigenizáció fenntartásával3. Az olyan szemikvantitatív indexek, mint a PI és az ellenállási index (RI), közismerten tükrözik a lefelé irányuló impedanciát, és könnyen kiszámíthatók a legtöbb ultrahangkészülékhez rendelkezésre álló szoftvercsomagok segítségével. Az aorta isthmus PI megnövekszik és az abszolút sebességek (különösen a TAMXV) csökkennek a méhen belüli növekedéskorlátozott magzatokban, függetlenül az IFI típusától16. Továbbá az abszolút sebességek kvantitatív változók, amelyeket a PI és az RI, valamint a térfogati véráramlás kiszámításához használnak. Ezért az abszolút vérsebességek és a PI használata az IFI helyett egyszerűbb és megfelelőbb lehet a klinikai gyakorlatban. Fontos azonban tisztában lenni azzal a ténnyel, hogy az áramlás rövid visszafordulása a végszisztolé során, ami normális lelet a harmadik trimeszterben, tévesen magas PI értékeket adhat, ha a PI-t (maximális sebesség – minimális sebesség)/TAMXV, nem pedig (szisztolés csúcssebesség – végdiasztolés sebesség)/TAMXV értékként számoljuk.

Az aorta isthmus véráramlási sebességének hullámformája hamarabb változik, mint a leszálló aortában11, az arteria umbilicalisban12 és a ductus venosusban15, 30. Kimutatták, hogy a placentáris ellenállás növekedése, amely a köldöki véráramlás 50%-os csökkenését okozza, juh magzatokban az aorta isthmus diasztolés véráramlásának visszafordulásával járt együtt, még akkor is, ha a köldökartéria diasztolés véráramlása előrefelé maradt4. A köldökartériában12, 16, 17 vagy a ductus venosusban15, 16 hiányzó/fordított végdiasztolés áramlással rendelkező magzatoknál következetesen retrográd diasztolés áramlás mutatkozik az aorta isthmusban. Az aorta isthmus véráramlási sebességmérés fontos információkat szolgáltat a magzati kardiovaszkuláris funkcióról, azaz a kamrák egyéni teljesítményéről, a felső (beleértve az agyat) és az alsó (beleértve a méhlepényt) test ellenállásainak relatív változásairól és a magzati oxigénellátásról, és potenciálisan értékes klinikai eszközzé válhat. Mivel azonban a magzati aortának ez a szegmense viszonylag rövid, és számos más ér is van a közvetlen közelében, a véráramlási sebesség hullámformák kinyerése technikailag kihívást jelenthet. Az aorta isthmus véráramlásának Doppler-ultrahanggal történő pontos méréséhez és értelmezéséhez fontos, hogy az operátorok megfelelő képzést kapjanak a standard hosszanti aortaív nézet és a három ér és a légcső nézetének felvételére, az aorta isthmus B-módban történő megjelenítésére és felismerésére, valamint a véráramlás irányának színes áramlási módban történő felismerésére, a kurzor megfelelő elhelyezésére, az aorta isthmus és a többi szomszédos ér hullámformájának felismerésére, és hogy ismerjék a magzati keringés e szegmensében a véráramlást befolyásoló tényezőket.