Technické aspekty dopplerovské velocimetrie aortálního istmu u lidských plodů

Aortální istmus je úsek aorty nacházející se mezi počátkem levé podklíčkové tepny a napojením ductus arteriosus na sestupnou aortu. V postnatálním období po uzavření ductus arteriosus slouží pouze jako cévní kanál dopravující krev z aortálního oblouku dolů do sestupné aorty. Během prenatálního života však hraje důležitou roli při udržování přiměřené rovnováhy mezi brachiocefalickým oběhem zásobujícím horní část těla (včetně mozku) a subdiafragmatickým oběhem zásobujícím dolní část těla a placentu1. Paralelní uspořádání fetální cirkulace umožňuje nerovnoměrné výkony pravé a levé komory, protože cévní odpory placenty, plic a dolní části těla působí hlavně na pravou komoru, zatímco odpor horní části těla působí hlavně na levou komoru2 . Za fyziologických podmínek a při absenci strukturálních kardiovaskulárních malformací, jako je syndrom hypoplastického levého srdce, kritická aortální stenóza a přerušený aortální oblouk, je průtok v aortálním istmu během celého srdečního cyklu dopředný. Objem a směr průtoku krve aortálním istmem jsou určovány systolickou výkonností jednotlivých komor a periferními cévními odpory. Během systoly usnadňuje výdej levé komory proudění dopředu, zatímco výdej pravé komory má opačný účinek. Během diastoly, kdy komory krev nevypuzují a obě semilunární chlopně jsou uzavřeny, závisí směr toku krve v aortálním istmu především na relativním rozdílu mezi cévními odpory horní části těla (včetně mozku) a dolní části těla (včetně placenty)1. Proto stavy, které vedou ke zvýšenému afterloadu pravé komory (např. intrauterinní omezení růstu plodu v důsledku placentární insuficience) nebo sníženému afterloadu levé komory (např. hypoxemie, cerebrovaskulární aneuryzmata, cévní nádory krku), mohou způsobit obrácení průtoku krve aortálním istmem během diastoly. Několik experimentálních studií na ovčích plodech3-6 stanovilo patofyziologický základ pro použití dopplerovské velocimetrie aortálního istmu při hodnocení kardiovaskulární dynamiky plodu. Kromě toho klinické studie prokázaly možnost záznamu křivky rychlosti průtoku krve aortálním istmem u lidského plodu7-10 a bylo prokázáno, že abnormální vzorec průtoku krve je spojen s redistribucí nebo ohrožením oběhového systému plodu11-15 . Nedávno se ukázalo, že dopplerovská velocimetrie aortálního istmu předpovídá perinatální16 a dlouhodobé neurovývojové17 výsledky u placentární insuficience, a rutinní použití dopplerovské velocimetrie aortálního istmu bylo navrženo při hodnocení plodů s intrauterinní růstovou restrikcí18. Je zřejmé, že některá centra s odbornými znalostmi využívají při vyšetřování hemodynamiky plodu kromě jiných arteriálních a venózních dopplerovských parametrů také dopplerovskou velocimetrii aortálního istmu, ale vnímané technické obtíže vedly k určité skepsi ohledně jejího potenciálu pro širší klinické použití. Multicentrická studie proveditelnosti a spolehlivosti dopplerovské velocimetrie aortálního istmu publikovaná v tomto čísle časopisu Ultrasound in Obstetrics and Gynecology19 ukázala, že navzdory adekvátní vizualizaci a přesné identifikaci tohoto cévního segmentu zůstává vhodné umístění kurzoru pro pulzně-vlnové dopplerovské vyšetřování křivek rychlosti průtoku krve aortálním istmem náročné. Cílem tohoto článku je poskytnout klinickým lékařům několik praktických rad, jak provádět dopplerovskou velocimetrii průtoku krve aortálním istmem u lidského plodu.

Dnes, se zdokonalenou ultrazvukovou zobrazovací technologií, získávají vhodně vyškolení porodníci a fetální/perinatální kardiologové standardní zobrazení srdce a velkých cév plodu bez větších obtíží. Aortální istmus lze snadno identifikovat jak v podélném (obr. 1a-c), tak v příčném (obr. 1d) zobrazení, které se rutinně používá při fetální echokardiografii. Jakmile je tento cévní segment identifikován, lze provést dopplerovskou velocimetrii v kterémkoli z pohledů uvedených na obrázku 1 umístěním dopplerovské brány (kurzoru) na příslušné místo, přičemž úhel insonace musí být co nejmenší. Ačkoli lze dopplerovské křivky rychlosti proudění získat pomocí B-mode zobrazení a dopplerovského vyšetření pulzních vln (obrázek 1c), doporučuje se barevně zaměřené dopplerovské vyšetření pulzních vln, protože pomáhá při identifikaci cév a ukazuje směr toku krve, což umožňuje optimální umístění kurzoru. Velikost brány pulzních vln (objem vzorku) by měla být upravena podle velikosti aortálního istmu, která závisí na gestačním stáří plodu, aby se zabránilo záznamu signálů ze sousedních cév. Průběhy rychlosti průtoku krve se zaznamenávají během klidového stavu plodu.

Křivky rychlosti průtoku aortálním istmem získané z kterékoli ze sonografických rovin (podélné zobrazení aortálního oblouku nebo zobrazení tří cév a průdušnice) jsou poměrně podobné (obr. 2) a reprodukovatelné9, 20 . Přesné umístění kurzoru může být jednodušší v podélném zobrazení, protože v této rovině je relativně snadněji zobrazitelný začátek levé podklíčkové tepny a je menší možnost získat křivky rychlosti průtoku krve z příčného oblouku aorty než z istmu. Na druhou stranu může být jednodušší, snazší a časově méně náročné získat zobrazení tří cév a průdušnice spíše než podélné zobrazení oblouku aorty.

Křivka rychlosti proudění v aortálním istmu má typický tvar a je ve většině případů snadno rozpoznatelná. Má rychlý systolický vzestup (krátký čas akcelerace), přičemž průměrné vrcholové systolické rychlosti se pohybují v rozmezí přibližně 30 až 100 cm/s od 11. týdne do termínu porodu10, 21. Poté následuje pozvolnější zpomalení rychlosti a úzká incisura (ve většině případů) na konci systoly. Na konci systoly (obr. 3a) ve třetím trimestru těhotenství je obvykle pozorován malý zvrat průtoku na velmi krátkou dobu7, 8 . Tato krátká reverze průtoku na konci systoly však chybí před 20. týdnem těhotenství7, 21 a je zaznamenána méně často, pokud jsou křivky rychlosti průtoku aortálním istmem získávány v příčné rovině zobrazení (zobrazení tří cév a trachey)10 . Obrácení průtoku krve během diastoly nebo čisté obrácení průtoku krve (tj. celkový retrográdní průtok > celkový antegrádní průtok během srdečního cyklu) v aortálním istmu (obrázek 3b) je vždy abnormální.

Jelikož se ductus arteriosus nachází v těsné blízkosti aortálního istmu (obr. 1a a d), mohou i velmi malé pohyby vést k tomu, že při dopplerovském vyšetření pulzní vlnou budou křivky získány z jedné nebo druhé cévy (obr. 4). Může být nutná častá aktualizace B-modu nebo barevných průtokových snímků, aby se zajistilo, že pulzně-vlnová brána zůstane během získávání dopplerovských křivek rychlosti proudění ve správné poloze. Obecně se dopplerovské křivky ductus arteriosus mírně liší od křivek aortálního istmu (obrázek 5). Průměrné vrcholové systolické rychlosti ductus arteriosus specifické pro gestační věk jsou mnohem vyšší než u aortálního istmu a pohybují se od 11. týdne do termínu porodu mezi 40 a 120 cm/s22-24 . Ve skutečnosti má ductus arteriosus nejvyšší rychlosti průtoku krve ve fetální cirkulaci25. Na rozdíl od aortálního istmu se v ductus arteriosus obvykle neprojevuje krátké obrácení průtoku na konci systoly a za fyziologických podmínek jsou téměř vždy přítomny pozitivní diastolické rychlosti. Průtok vpřed během systoly začíná a vrcholí v aortálním istmu dříve než v ductus arteriosus (obrázky 3 a 6). Experimentální studie na ovčích plodech ukázaly, že pre-ejekční perioda pravé komory je delší než u levé komory (57 vs. 48 ms)26 a průtok duktem začíná přibližně o 48 ms později než průtok istmou a má delší akcelerační dobu (52 vs. 18 ms)27 . Příležitostně, zejména při vyšetřování pomocí většího objemu vzorku, lze získat současně křivky rychlosti průtoku krve aortálním istmem a duktem, které se vzájemně překrývají (obr. 6), což umožňuje přímé srovnání během srdečního cyklu u lidských plodů.

Objemový průtok krve aortálním istmem (Qai) je možné odhadnout neinvazivně21 měřením jeho průměru a rychlostí průtoku krve: Qai (v ml/min) = časově průměrná maximální rychlost (TAMXV, v cm/s) × π(průměr/2, v cm)2 × 60. Vzhledem k omezením a složitosti měření objemového průtoku však bylo pro klinické použití navrženo několik jiných indexů. Tyto indexy se v zásadě liší v jednom principu: některé používají při výpočtu absolutní rychlosti, zatímco jiné používají integrál rychlosti a času (VTI). Fouron a spol.7 původně navrhli tzv. rovnovážný index, tj. (vrcholová systolická rychlost – koncová diastolická rychlost/(antegrádní VTI – retrográdní VTI), který je při použití absolutních rychlostí ekvivalentní indexu pulzatility (PI), neboť součet systolické a diastolické VTI vynásobený srdeční frekvencí plodu dává TAMXV a PI = (vrcholová systolická rychlost – koncová diastolická rychlost)/TAMXV. Později byl navržen index istmického průtoku (IFI), tj. (systolická VTI + diastolická VTI)/systolická VTI8 , který si však mezi kliniky nezískal velkou oblibu. Argumentem pro používání indexů souvisejících s VTI namísto indexů souvisejících s rychlostí byl předpoklad, že poskytují lepší informace o objemu a směru toku krve. Tento předpoklad však není zcela pravdivý. Například TAMXV pravděpodobně odráží objemový průtok krve, stejně jako je tomu u jiných cév28, 29, a pozitivní hodnota TAMXV (nebo PI) znamená, že čistý průtok krve během srdečního cyklu je antegrádní, zatímco negativní hodnota znamená, že čistý průtok je retrográdní stejně jako poměr VTI antegrádního průtoku/VTI retrográdního průtoku >1 nebo <1. Podobně PI pravděpodobně také odráží velikost reverzní složky průtoku, pokud je přítomna, protože TAMXV (což odpovídá VTI za jeden srdeční cyklus × srdeční frekvence) je jmenovatelem ve vzorci používaném pro jeho výpočet.

MFI pro průtok krve aortálním istmem lze rozdělit na pět různých typů8 takto: Typ I: IFI > 1, když je průtok v celém srdečním cyklu antegrádní; typ II: IFI = 1, když diastolický průtok chybí; typ III: IFI = 0-1, když je diastolický průtok obrácený, ale čistý průtok je stále antegrádní; typ IV: IFI = 0, když jsou antegrádní a retrográdní průtoky stejné; a typ V: IFI < 0, když je čistý průtok retrográdní. Ve skutečnosti však záleží na tom, zda je diastolický průtok krve obrácený a zda je čistý průtok krve retrográdní, protože to jsou známky narušené hemodynamiky plodu. V této souvislosti lze normální a abnormální křivky identifikovat jednoduchým kvalitativním (vizuálním) hodnocením jako ty, které vykazují antegrádní diastolický průtok (hodnoty IFI ≥ 1), resp. ty, které vykazují retrográdní diastolický průtok (IFI < 1). Nezdá se, že by další klasifikace křivek pomocí IFI na více typů zlepšovala prediktivní hodnotu pro nepříznivý perinatální výsledek8.

Aortální istmus s retrográdním diastolickým průtokem znamená redistribuci fetální cirkulace, což ukazuje na nižší rezistenci horní části těla (mozku) ve srovnání s rezistencí dolní části těla (placenty), zatímco reverzní čistý průtok krve naznačuje, že plod má problémy s udržením mozkové oxygenace3. Je známo, že semikvantitativní indexy jako PI a index rezistence (RI) odrážejí impedanci dolního toku a lze je snadno vypočítat pomocí softwarových balíčků dostupných s většinou ultrazvukových přístrojů. PI aortálního istmu je zvýšený a absolutní rychlosti (zejména TAMXV) jsou snížené u plodů s intrauterinní růstovou restrikcí bez ohledu na typ IFI16. Absolutní rychlosti jsou navíc kvantitativní veličiny, které se používají při výpočtu PI a RI i objemového průtoku krve. Proto může být použití absolutních rychlostí krve a PI namísto IFI jednodušší a vhodnější v klinické praxi. Je však třeba si uvědomit skutečnost, že krátká reverze průtoku během end-systoly, která je normálním nálezem ve třetím trimestru, může poskytnout falešně vysoké hodnoty PI, pokud se PI vypočítá jako (maximální rychlost – minimální rychlost)/TAMXV, a nikoli jako (maximální systolická rychlost – end-diastolická rychlost)/TAMXV.

Změny v křivce rychlosti průtoku krve aortálním istmem jsou patrné dříve než změny v sestupné aortě11, pupečníkové tepně12 a ductus venosus15, 30. Bylo prokázáno, že zvýšení placentární rezistence způsobující 50% snížení pupečníkového průtoku krve je u ovčích plodů spojeno s obráceným diastolickým průtokem krve aortálním istmem, i když diastolický průtok krve pupečníkovou tepnou zůstal dopředný4. Plody s chybějícím/obráceným koncovým diastolickým průtokem v pupečníkové tepně12, 16, 17 nebo v ductus venosus15, 16 mají podle všeho retrográdní diastolický průtok v aortálním istmu. Velocimetrie průtoku krve aortálním istmem poskytuje důležité informace o kardiovaskulární funkci plodu, tj. o individuální výkonnosti komor, relativních změnách odporů horní (včetně mozku) a dolní (včetně placenty) části těla a okysličení plodu, a má potenciál stát se cenným klinickým nástrojem. Jelikož je však tento úsek fetální aorty relativně krátký a v jeho těsné blízkosti se nachází několik dalších cév, může být získání křivek rychlosti průtoku krve technicky náročné. Pro přesné měření a interpretaci průtoku krve aortálním istmem pomocí dopplerovské ultrasonografie je důležité, aby operátoři absolvovali odpovídající školení v získávání standardního podélného zobrazení aortálního oblouku a zobrazení tří cév a trachey, ve vizualizaci a rozpoznávání aortálního istmu v režimu B a směru průtoku krve v režimu barevného průtoku, ve vhodném umístění kurzoru, v rozpoznávání vzorů křivek aortálního istmu i ostatních přilehlých cév a aby měli povědomí o faktorech, které mohou ovlivňovat průtok krve v tomto úseku fetálního oběhu.