Korrelation mellem en impedanskardiografitest for dekompensation og udviklingen af venstre ventrikel erstatningsfibrose

BAGGGRUND:

Beslutningen om at udføre transkateter aortaklapudskiftning (TAVR) foretages ofte efter at der er sket permanent hjerteskade. Derfor er der behov for en ny metode til at identificere patienter med mindre end svær aortastenose, som er i umiddelbar risiko for hjerteskade. Konceptet er, at indtræden af venstre ventrikulær (LV) dekompensation er vendepunktet, der markerer tabet af kardial reserve og dannelse af myokardfibrose. Dette er en observationsundersøgelse for at indsamle data vedrørende den mulige sammenhæng mellem en simpel ikke-invasiv test ved hjælp af impedanskardiografi (ICG) til at påvise LV-dekompensation hos patienter med moderat aortastenose og udviklingen af LV-erstatningsfibrose. Klapsygdom (VHD) er en almindelig årsag til hjertesvigt (HF). Aortastenose, en af de mest alvorlige og almindelige former for VHD, kendetegnes både ved progressiv klapforsnævring og LV-remodelleringsrespons. Moderat aortastenose (moderat klapforkalkning) er i trin B af American College of Cardiology (ACC)/American Heart Association (AHA) retningslinjer for håndtering af VHD, som specificerer maksimal aortahastighed mindre end 4,0 m/s eller middel aortatrykgradient mindre end 40 mmHg, og ingen symptomer. Faktisk har nogle aortastenose-patienter med disse klaphemodynamik symptomer. Også patienter med de samme klapkarakteristika kan have meget forskellig LV-funktion, der spænder fra normalt myokardium til LV-dekompensation med signifikant erstatningsfibrose. Dette antyder, at kun at overveje klappens karakteristika uden at søge efter LV-dysfunktion kan være utilstrækkeligt til at bestemme et passende tidspunkt for TAVR. I øjeblikket er kommercielt tilgængelige klapper indikeret til svær kalkholdig aortastenose hos patienter med symptomatisk VHD. Dette er trin D i ACC/AHA VHD-retningslinjerne, som specificerer klaphemodynamik på maksimal aortahastighed ≥ 4,0 m/s eller middel gradient ≥ 40 mmHg. Imidlertid viser kliniske undersøgelser, at beslutningen om TAVR ofte tages efter at der er sket signifikant hjerteskade. Dette antyder, at tidlig intervention, når det er passende, kunne reducere dødelighed fra alle årsager og forbedre resultater sammenlignet med konservativ behandling. Med andre ord kunne et passende tidspunkt for TAVR være før trin D. Dilemmaet er, at selv med symptomer mangler hjerteholdet en klar indikation til at fortsætte med TAVR, når den maksimale aortahastighed er mindre end 4,0 m/s og den gennemsnitlige aortagradient er mindre end 40 mmHg. Ulempen ved vagtventen er den øgede risiko for dødelighed. De almindelige symptomer på aortastenose er angina, synkope og dyspnø. Det mest alvorlige symptom er dyspnø, som er forbundet med kongestivt hjertesvigt. Fra starten af åbenlys dyspnø er 50% af patienterne døde inden for 2 år. Selv patienter med det mindst alvorlige symptom, angina, har en dødelighedsrate på 50% inden for 5 år fra anginaens start. Myokardfibrose: Myokardfibrose er den centrale patologiske egenskab forbundet med LV-remodellering under overgangen fra hypertrofi til HF. Myokardfibrose kan opdeles i diffus fibrose, som opstår tidligere og er reversibel, og erstatningsfibrose, som opstår senere og er irreversibel. I teorien ville et passende tidspunkt for TAVR være før dannelsen af erstatningsfibrose. Diffus og erstatningsfibrose i myokardiet øges med aortastenose, men er kun svagt forbundet med sværhedsgraden af klapforsnævring. Faktisk kan patienter med moderat aortastenose have normalt myokardium, diffus fibrose eller erstatningsfibrose. Hul i nuværende viden: LV-remodellering på grund af aortastenose kan ikke nøjagtigt forudsiges ud fra graden af klapforsnævring alene og bør vurderes uafhængigt. Påvisning af subklinisk LV-dekompensation kunne potentielt være nyttig til at vurdere progressionen af fibrose forbundet med overgangen fra hypertrofi til HF. ICG-testen beskrevet i denne undersøgelse er en potentiel kandidat til den nødvendige simple og billige metode til at påvise LV-dekompensation.

Impedanskardiografi:

ICG-teknologien har været tilgængelig i over 50 år. ICG blev oprindeligt kommercialiseret for ikke-invasivt at overvåge cardiac output. Teknologiens kapacitet udvidedes til at omfatte vurdering af den hemodynamiske funktion af kardiovaskulærsystemet ved HF. ICG er blevet brugt til at detektere dekompensation hos patienter med hjertesvigt, men ICG er ikke blevet brugt specifikt til at detektere dekompensation hos patienter med moderat aortastenose. Dette er en ny klinisk anvendelse, hvor indtræden af dekompensation kunne være vigtig. Indsamling af data om ICG-aflæsninger i oprejst og liggende stilling til at detektere dekompensation hos patienter med aortastenose er formålet med dette projekt. Den videnskabelige basis for teknologien er følgende. Modstanden mod strømmen af en vekslende elektrisk strøm er kendt som impedans, og vævsmotstanden mod en påført strøm kaldes elektrisk bioimpedans (Z). Et elektrisk felt inde i thorax skabes ved at påføre vekslende, højfrekvent, lav-amplitude strøm fra en konstant-strømskilde via et sæt elektrokardiografi-type elektroder på halsen og maven. Den realtids impedanssignal ligner aortetrykbølgen. For at lette intuitiv fortolkning vendes signalet, så en reduktion i impedans vises som en stigning i den viste bølgeform. Det er kendt, at hastigheden af trykstigning i aorta ascendens, dP/dt (som er hældningen af opstigningen af trykbølgen under udstødningsfasen), er en indikation af kontraktilitet. Under systole korrelerer aortetrykændringen (som er årsagen) direkte med impedansændringen (som er resultatet). Det differentierede impedanssignal, dZ/dt, korrelerer direkte med dP/dt. På dZ/dt-bølgeformen er udstødningsbølgen defineret som den del af dZ/dt-bølgeformen under ventrikulær udstødning. Det højeste punkt på udstødningsbølgen er [dZ/dt]max, målt i ohm per sekund. I systole er den største kilde til impedansændring blodbevægelse i aorta. Højden af udstødningsbølgen, [dZ/dt]max, korrelerer med venstre ventrikulær kontraktilitet.

Ny metode til vurdering af dekompensation: Sandheden bag ICG oprejst/liggende testen er Starlings lov om hjertet. For ventrikulær funktion angiver Frank-Starling-relationen, at kraften af ventrikulær kontraktion påvirkes af endediastolisk længde af fibre, der udgør myokardie-væggen, som er tæt relateret til endediastolisk volumen. Kropsstilling påvirker fordelingen af blodvolumen. Endediastolisk volumen påvirkes af fordelingen af blodvolumen mellem intrathorakale og extrathorakale kompartmenter. Når en person er oprejst, forårsager tyngdekraften, at blod samler sig i nedre dele af kroppen, hvilket øger extrathorakalt blodvolumen på bekostning af intrathorakalt blodvolumen. For en person i hvile forårsager manøvren med at ændre stilling fra oprejst til liggende et fald i extrathorakalt blodvolumen og en stigning i intrathorakalt blodvolumen. Dette øger venøs tilbagevending til hjertet (preload) og endediastolisk volumen. I et hjerte, der forbliver kompenseret, øges kontraktionskraften, efterhånden som muskelens længde øges. En stigning i LV endediastolisk volumen får muskelen til at strækkes inden for sin elastiske grænse og resulterer i en større kontraktionskraft. Med andre ord, ved kompensation er liggende [dZ/dt]max større end oprejst [dZ/dt]max. [29] Frank-Starling-kurven repræsenterer stress/belastningsforholdet mellem ventrikulær præstation (LV-stress) og LV endediastolisk volumen (LV-belastning). I et normalt hjerte er kurven stigende, hvilket indikerer, at en stigning i endediastolisk volumen resulterer i en stigning i kontraktionskraft. Ved HF dekompenseres den venstre ventrikel. Indtræden af dekompensation, repræsenteret af plateauet på hjertesvigtkurven, opstår, når den venstre ventrikel ikke har mere kardial reserve. Dette er vendepunktet, når LV-myokardiet er strukket til sin elastiske grænse. Indtræden af dekompensation indikeres ved, at oprejst [dZ/dt]max er den samme som liggende [dZ/dt]max. I teorien markerer indtræden af dekompensation begyndelsen på erstatningen af levedygtigt myokardievæv med fibrotisk ikke-kontraktilt væv. Den faldende del af HF-kurven repræsenterer forværring af dekompensation, når LV-myokardiet strækkes ud over sin elastiske grænse, hvilket resulterer i en svagere kontraktion. Jo svagere kontraktionen er, jo langsommere pumpes blodet ud af den venstre ventrikel ind i aorta. Dette forårsager en langsommere stigning (lavere hældning) af opstigningen af aortetrykbølgen. Dette indikeres af en mindre værdi af [dZ/dt]max. Efterhånden som dekompensation forværres, fortsætter liggende [dZ/dt]max med at falde under oprejst [dZ/dt]max. Ved dekompensation er en patofysiologisk ændring hjertets manglende evne til at flytte alt det blod, der returneres fra cirkulationssystemet, når en patient ikke er oprejst, hvilket fører til en opbygning af blod til hjertet (kongestion). Indtræden af dekompensation kunne betragtes som "kanariefuglen i kulminen", fordi den fungerer som en tidlig advarsel om, at overgangen fra hypertrofi til HF er forestående. Potentielt kunne indtræden af LV-dekompensation indikere starten på tidsvinduet for at overveje TAVR for patienter med aortastenose. Relevante foreløbige data: Til sammenligninger af LV-systolisk funktion på tværs af patienter normaliseres målingen af [dZ/dt]max ved at dividere [dZ/dt]max-værdien med basisimpedansen (den gennemsnitlige elektriske bioimpedans) af thorax (Zo). Dette ligner den måde, hvor slagvolumen normaliseres ved at dividere slagvolumen-værdien med kropsoverfladeareal for at producere slagindex. Denne normaliserede ICG-indikator for LV-kontraktionskraft kaldes systolisk amplitude (SA). Formlen for SA er [dZ/dt]max (i Ω per sekund) divideret med Zo (i Ω). [33] Til vurdering af den kompensatoriske respons på posturændring er kriteriet for en normal kompensatorisk respons oprejst SA mindre end liggende SA. Dekompensation defineres som oprejst SA ≥ liggende SA, hvilket indikerer, at den venstre ventrikel har mistet kontraktil reserve og fungerer i modstrid med normal funktion ifølge Starlings lov om hjertet. Indtræden af dekompensation opstår, når oprejst SA er lig med liggende SA.

FORVENTET UDFALD:

Skiftet fra kompensation til dekompensation kunne være en vigtig milepæl i LV-remodellering. I teorien er ICG-detekteret indtræden af dekompensation et forvarsel om udviklingen af LV-erstatningsfibrose. Det forventede udfald af denne undersøgelse er en negativ ICG-test for dekompensation hos en patient med moderat aortastenose med en CMR-scanning.