Ультразвуковое исследование сердечно-сосудистой системы плода является в настоящее время основным методом антеи интранатальной оценки и мониторного наблюдения за состоянием плода. При этом приборы, работающие в импульсном допплеровском режиме, позволяют получить скоростные характеристики кровотока и оценить адекватность перфузии плаценты, плода и его органов [1]. Устройства, использующие так называемый постоянный допплеровский режим, дают возможность измерять частоту сердечных сокращений плода и регистрировать его кардиотокограмму [1].
Скорость потока крови по магистральному сосуду зависит от двух фундаментальных характеристик – сосудистого сопротивления и контрактильного (инотропного) состояния сердца. Один из количественных индексов, непосредственно связанный с сократительной способностью плодового сердца, называется индексом производительности миокарда (ИПМ) [2]. Он представляет собой отношение суммы времени изоволюмического сокращения (ВИС) и времени изоволюмического расслабления (ВИР) к времени изгнания (ВИ) из желудочка: ИПМ = ВИС + ВИР/ ВИ.
Впервые этот индекс предложил Tei в 1995 г., показав его высокую чувствительность к инотропному состоянию миокарда обоих желудочков сердца взрослых пациентов, что было подтверждено в ходе инвазивных исследований, включавших катетеризацию полостей сердца и измерение внутрижелудочкового давления [3–5]. У больных с легочной гипертензией и правожелудочковой недостаточностью, снижением сократимости левого желудочка показано увеличение ИПМ, происходившее в основном за счет удлинения фазы изоволюмического расслабления [4]. Доказано, что на клеточном уровне замедление изоволюмического расслабления при сердечной недостаточности является результатом ухудшения секвестрации ионов кальция саркоплазматическим ретикулумом после сокращения [6]. Помимо поражения диастолической функции, увеличение ИПМ может отражать и снижение систолической функции или собственно инотропного состояния (способности развивать силу сокращения) миокарда [7]. Для пояснения этого утверждения обратимся к некоторым фундаментальным положениями физиологии миокарда. Эффективность работы структурно-функциональной единицы поперечно-полосатой мышцы – саркомера определяется так называемой зависимостью «сила-скорость» [8].
Эта зависимость связывает скорость укорочения сердечной мышцы с развиваемой силой. Чем больше скорость укорочения, тем меньшую силу при этом может развивать мышца. Мышца с высоким инотропным состоянием может под нормированной нагрузкой сокращаться с большей скоростью.
В рамках представления целого желудочка это значит, что внутрижелудочковое давление в фазу изоволюмического напряжения достигнет значений диастолического давления, необходимого для открытия полулунного клапана, в желудочке с высоким инотропным состоянием раньше, чем в желудочке с низким инотропным состоянием.
На рис. 1 представлена диаграмма «давлениеобъем» в желудочке сердца. Сегменты ИС и ИР представляют соответственно фазы изоволюмических сокращения и расслабления. Между ними находится фаза изгнания. Очевидно, что желудочек с низким инотропным состоянием будет тратить несколько большее время на изоволюмические фазы. При неизменной длительности сердечного цикла это значит, что на выброс придется меньшее время, а отношение суммы длительностей изоволюмических фаз к длительности фазы изгнания будет увеличено. Важным является также то, что при увеличении диастолического давления (сосудистого сопротивления) значение конечного систолического давления будет также увеличиваться, что приведет к возрастанию ВИР. Таким образом, ИПМ зависит и от постнагрузки, что было показано в экспериментах на собаках [2].
Преимуществом ИПМ является его независимость от частоты сердечных сокращений [5, 9].
При измерении ВИС левого желудочка оценивают длительность интервала от момента начала сигнала закрытия створок митрального клапана до момента открытия полулунных клапанов аорты и появления аортального потока (рис. 2). ВИР – это интервал, начинающийся сразу после изгнания крови из желудочка, от момента закрытия аортального клапана до открытия митрального и инициации трансмитрального потока. В течение этого промежутка происходит экспоненциальное снижение внутрижелудочкового давления от значения конечного систолического давления до практически нуля, что необходимо для начала наполнения желудочка кровью. Таким образом, чем с большего значения систолического давления начнется ИР, тем больше потребуется времени для его завершения. Поэтому на длительность ВИР влияют не только возможная внутриутробная гипоксия и замедление внутриклеточных процессов секвестрации ионов кальция саркоплазматическим ретикулумом, но и постнагрузка (сосудистое сопротивление).
ВИ ограничено интервалом между сигналами открытия и закрытия створок аортального клапана. После демонстрации высокой информативности ИПМ в качестве глобального индекса сократимости сердца у взрослых довольно быстро была показана его эффективность в оценке инотропного состояния сердца детей и новорожденных [10, 11]. Впервые этот индекс был использован для оценки сократительной активности сердца плода в 1999 г. Tsutsumi et al. [12]. На 4 года раньше один из авторов настоящей работы описал с коллегами феномен увеличения длительности ВИР в сердце при синдроме задержки внутриутробного роста плода (ЗВУР) [13]. Позднее нами была показана активация ренин-ангиотензиновой системы у таких плодов и сделано предположение об инициации внутриутробной артериальной гипертензии как феномена адаптации плода к повышению сопротивления сосудов плаценты при плацентарной недостаточности и ЗВУР [14]. В настоящее время доказана высокая чувствительность ИПМ как глобального показателя сократительной функции сердца плода при таких акушерских патологиях, как материнский диабет (включая инсулинозависимый и гестационный) [15, 16], преэклампсия [17], синдром ЗВУР плода [18, 19], тяжелые врожденные пороки сердца плода [20–22] и внутриутробные инфекции [23]. Значительные изменения ИПМ показаны при развитии синдрома фето-фетальной трансфузии у монохориальных двоен [24].
Очевидно, что эффективность диагностики состояния сократительной активности сердца по ИПМ существенно зависит от точности измерения всех упомянутых временных интервалов сердечного цикла плода. Следует учитывать, что частота сердечных сокращений плода в два раза больше таковой у взрослого человека, а такой показатель, как ВИР, составляет всего 35–40 мс. Неудивительно, что первоначальные попытки измерения ИПМ у плодов человека показали довольно высокую вариабельность полученных численных значений, что было результатом как технических ошибок, так и различных методов вычисления интервалов при ультразвуковом исследовании центральной гемодинамики плода [5, 12, 25]. Так, ряд исследователей продемонстрировали стабильное значение ИПМ (0,40) в течение всего срока развития нормальной беременности [2], другие обнаружили уменьшение от 0,60 до 0,54 от I к III триместрам [12], некоторые показали его небольшое увеличение с 0,34 в 19 недель до 0,37 в 39 недель [26, 27]. Friedman впервые продемонстрировал возможность одновременного измерения всех временных интервалов при правильном позиционировании пробного допплеровского объема в полости левого желудочка непосредственно под митральным клапаном [5]. Небольшой объем левого желудочка плода и близость митрального и аортального клапанов позволяли одновременно регистрировать процессы диастолического наполнения желудочка и выброса из него, а значит, и определять длительность всех интервалов в течение одного сердечного цикла, что устраняло проблему влияния частоты сердечных сокращений на временные интервалы.
Технические аспекты измерения индекса производительности миокарда
Для повышения точности измерения временных интервалов было предложено определение так называемого модифицированного ИПМ [27]. Авторы предложили использовать момент достижения максимума сигнала (клика) открытия митрального клапана и закрытия аортального клапана для более точной идентификации временных интервалов, что улучшило воспроизводимость результатов. При движении створки клапанов порождают истинные допплеровские сигналы в том же направлении, что и ток крови при открытии, и в противоположном направлении – при закрытии. При этом одновременно могут возникать меньшей амплитуды и в противоположном направлении от истинных так называемые отраженные сигналы (рис. 2). Поскольку их пики совпадают, это позволяет более точно определить время открытия или закрытия створок [28].
Еще одной проблемой точного измерения временных интервалов является недостаточная скорость развертки сигнала большинства ультразвуковых аппаратов, не превышающая 15 см/c. Так, было показано, что измерение интервалов при максимальной скорости 15 см/c имеет точность 2 мс, уменьшение ее до 7,5 см/c снижало точность вдвое [29]. Все описанные технические вопросы послужили стимулом для разработки программ автоматического вычисления ИПМ [30]. Такие программы основаны на алгоритме автоматического определения момента клика митрального и аортального клапанов, оценке морфологии сигнала потоков крови при наполнении и изгнании крови из желудочка [30]. Было показано, что оптимальной для автоматического определения ИПМ была точка отсчета на пике клика, поскольку это позволяет использовать совпадающие истинный и отраженные клики [30]. Несмотря на высокую воспроизводимость результатов измерения ИПМ, автоматические программы не устраняют проблему правильного позиционирования пробного объема и квалификации исследователя.
Оценка временных интервалов работы правого желудочка базируется на сигналах, получаемых от трикуспидального клапана и клапана легочной артерии. Методически получение четких сигналов от этих клапанов часто бывает затруднено. Однако в силу того, что в норме внутриутробно оба желудочка работают в параллельном режиме против одной и той же постнагрузки, которая выравнивается шунтирующим эффектом артериального протока, длительность интервалов правого и левого желудочка одного и того же сердца хорошо совпадают [29]. Так, было показано, что коэффициент корреляции между одними и теми же параметрами желудочков, измеренными у одного плода, достигает 94% [2]. Эксперименты с острым клэмпированием артерии пуповины плодов овцы показали синхронное изменение ИПМ правого и левого желудочков, что подтверждает, что они работают против одной и той же постнагрузки [31].
Однако при плацентарной недостаточности и развитии асимметричной ЗВУР плода происходит перераспределение кровотока в пользу жизненно важных органов (сердца и головного мозга) [32]. Причиной такого перераспределения является дилатация коронарных и церебральных сосудов [33]. Соответственно, постнагрузка для левого желудочка оказывается уменьшенной. При этом правый желудочек продолжает работать против высокой системной постнагрузки. Было показано, что в условиях тяжелого синдрома ЗВУР, требующего оперативного родоразрешения, ИПМ правого желудочка был значительно больше (0,56), чем левого (0,49) [34]. Профилактическое введение матерям бетаметазона, начатое за 10 суток до родоразрешения, приводило к существенному уменьшению ИПМ правого, но не левого желудочка. Таким образом, после терапии кортикостероидами, вызывающей системную вазодилатацию, величины этого индекса в правом и левом желудочках сравнялись и составили соответственно 0,47 и 0,48. Эффект вазодилатации относится не только к собственно сосудистой системе плода, но и к сосудистой системе плаценты. Так, было показано, что успешно проведенная кортикостероидная терапия способствует появлению диастолического тока крови в артерии пуповины у плодов с нулевым кровотоком, зарегистрированным до начала терапии и уменьшению пульсационного индекса в аорте [35, 36].
Клиническое приложение индекса производительности миокарда
Синдром задержки внутриутробного роста плода
В силу небольшого размера сердца достаточно точное измерение ИПМ обычно можно осуществить, начиная со II триместра беременности. ИПМ при ЗВУР многократно измеряли как с использованием традиционного допплеровского режима, так и при помощи тканевого допплера [37, 38]. Уже на ранних стадиях ЗВУР показано увеличение ИПМ, причем чувствительность этого индекса была существенно выше, чем таких традиционных показателей гемодинамических нарушений, как пульсационные индексы в устье аорты или в венозном протоке [39]. Важно, что увеличение ИПМ было показано при ЗВУР на фоне еще сохраненного диастолического тока крови в артерии пуповины [40]. Было также показано, что увеличение ИПМ при ЗВУР коррелирует с появлением в крови плода биохимических показателей перегрузки миокарда желудочков, таких как BNP (бета натрийуретический пептид) и регуляторного белка миокарда тропонина [41].
Синдром фето-фетальной трансфузии
Поскольку синдром фето-фетальной трансфузии (СФФТ) является крайней формой гемодинамического дисбаланса у монохориальных двоен, то естественно было ожидать значительного числа попыток использовать ИПМ для изучения причин и механизмов этого явления. Было показано, что, начиная с самого раннего этапа развития СФФТ, значения ИПМ как правого, так и левого желудочков плодареципиента значительно превышали соответствующие показатели плодов-доноров, ИПМ которых некоторое время оставался в нормальных пределах, а затем тоже менялся как в сторону увеличения, так и уменьшения [42, 43]. Причем увеличение ИПМ реципиента происходило за счет ВИР [44]. Ряд авторов полагают, что причиной этого может быть ухудшение диастолических свойств стенки желудочков [44]. Хотя возможно и другое объяснение, связанное с увеличением преднагрузки сердца плода-реципиента, вызванным гиперволемией в результате сброса крови от плода-донора.
В настоящее время появились данные об участии в процессе перераспределения крови между плодами ренин-ангиотензиновой системы [43]. Очевидно, что при монохориальной беременности каждому из плодов достается определенная часть общей плаценты, обеспечивающая его питание. При этом разделение таких частей плаценты между плодами, скорее всего, неравномерное, и у одного из плодов, которому досталась меньшая часть общей плаценты, может возникнуть состояние гипоксии. В свою очередь, известно, что плацентарная недостаточность и гипоксия могут активировать ренин-ангиотензиновую систему такого плода, в результате чего у него развивается артериальная гипертензия, провоцирующая сброс крови по плацентарным анастомозам от плода-донора к реципиенту [45]. До сих пор нет систематических исследований с использованием ИПМ, позволяющих динамически проследить процесс развития фето-фетальной трансфузии во времени и разработать критерии начала операции лазерной коагуляции анастомозов.
Диабетическая фетопатия
Несмотря на то что формирование гипертрофической кардиомиопатии плода у матерей с диабетом считается установленным фактом, влияние гипергликемии на глобальную насосную функцию сердца плода до конца не изучено. У плодов от матерей с гестационным диабетом отмечено увеличение ИПМ обоих желудочков уже в конце I триместра [46]. Это хорошо согласуется с известными фактами, демонстрирующими диастолическую дисфункцию в сердцах плодов с материнским диабетом [47].
Увеличение ИПМ показано и при других видах патологии плода. Так, значительное увеличение этого индекса продемонстрировано у плодов при преждевременных родах, вызванных излитием околоплодных вод на фоне внутриматочной инфекции [23].
Технические ограничения и методические требования к исследованию индекса производительности миокарда
Размеры сердца плода имеют большое значение для качества регистрации ультразвукового допплеровского сигнала. Небольшое сердце плода в I триместре часто не позволяет получить устойчивый сигнал и надежно измерить ИПМ. Во II триместре это сделать проще, и пробный допплеровский объем 3 мм может быть расположен в полости левого желудочка, что дает возможность зарегистрировать сигналы от митрального и аортального клапанов в одном сердечном цикле [2].
Эффективность тканевого допплера для измерения ИПМ плода до конца не установлена, поскольку изначально метод был разработан для регистрации относительно высокоскоростных перемещений стенок сердца взрослых людей со скоростями, превышающими 15 см/с. У плодов такая скорость не достигает 10 м/с, что не всегда позволяет получить качественный сигнал [38].
Рядом исследователей были сформулированы также требования к исследованию ИПМ плода, соблюдение которых позволяет получать достоверные результаты с хорошей воспроизводимостью [2, 29]. К ним относятся следующие: пробный допплеровский объем должен быть 3 мм; угол инсонации менее 30о; максимальная скорость развертки сигнала (не менее 15 см/с), позволяющая производить измерения с точностью до 2 мс. Авторы также предлагают проводить исследования с минимальным усилением допплеровского сигнала при включенном высокочастотном фильтре (70–300 Гц), позволяющем исключить артефакты, вызванные движениями стенок желудочков [2, 28, 29]. Очевидно, что при проведении лонгитудинальных исследований желательно использовать один и тот же ультразвуковой аппарат с предварительно фиксированными настройками. Особое внимание уделяется месту установки маркера при измерении интервалов. Ряд исследователей склоняются к рекомендации установки маркера на начало клика клапана [2], другие предпочитают устанавливать его на пик сигнала [28]. Показано, что наименьшую вариабельность между исследователями и внутри каждой сессии, проведенной одним и тем же исследователем, а также наилучшую воспроизводимость демонстрирует метод измерения по пикам сигнала клика [28].
Направления будущих исследований
Очевидно, что методика измерения ИПМ все еще нуждается в унификации и достижении определенного консенсуса между исследователями относительно условий измерения. До конца не решен вопрос об адекватности измерения ИПМ при помощи метода тканевого допплера. Несмотря на близость значений ИПМ, полученных для левого и правого желудочков, не стоит сбрасывать со счетов их различный вклад в комбинированный сердечный выброс. В норме вклад правого желудочка составляет 60–65% [48]. При развитии ЗВУР вклад левого желудочка увеличивается, что приводит к эффекту централизации кровообращения [31]. При этом есть данные о том, что правый желудочек плодов при патологии страдает раньше левого [49]. Учитывая эти моменты, назрела необходимость проведения исследований, в ходе которых параллельно будет измеряться не только ИПМ, но и такие физиологически значимые характеристики, как скорости движения миокарда желудочков [50], показатели механического напряжения стенок желудочков [51] и скоростей потоков крови в полостях желудочков и крупных сосудов [52]. Подобные исследования позволят установить, насколько такой показатель, как ИПМ, может отражать истинное инотропное состояние миокарда сердца плода, и в какой степени он все же зависит от характеристик преди постнагрузки.
Заключение
Относительная простота измерения ИПМ, его независимость от частоты сердечных сокращений, знание физиологических механизмов, лежащих в его основе, и ограничений метода позволяют использовать этот индекс для скрининга угрожающих состояний при ЗВУР, диабетической фетопатии, резус-конфликте. Особенно большое значение правильная интерпретация ИПМ может иметь для ведения беременности на фоне СФФТ, выбора тактики и времени лазерной коагуляции плацентарных анастомозов.
Имеется еще одна область акушерства, где оценка ИПМ имеет большой нереализованный потенциал, – это мониторинг состояния плода в родах. Несмотря на значительный вклад метода кардиотокографии в оценку сердечной деятельности плода в родах, эффективность его до сих пор недостаточно высока. В этом смысле разработка эффективных способов оценки ИПМ в родах может значительно улучшить результативность мониторного наблюдения плода в родах, раньше выявлять акушерскую патологию, требующую оперативного родоразрешения.
Суммируя, можно сделать вывод, что на сегодняшний день все еще нет универсального метода оценки глобальной насосной функции сердца плода, независимого от преди постнагрузки. Адекватное использование ИПМ возможно при правильном понимании механизма и физиологических ограничений этого показателя.
