Correlatie tussen een impedantiecardiografietest voor decompensatie en de ontwikkeling van linker ventrikel vervangingsfibrose

ACHTERGROND:

De beslissing om een transcatheter aortaklepvervanging (TAVR) uit te voeren vindt vaak plaats nadat er permanente hartschade is opgetreden. Daarom is er behoefte aan een nieuwe methode om patiënten met minder dan ernstige aortastenose te identificeren die een acuut risico lopen op hartschade. Het concept is dat het begin van linkerventrikel (LV) decompensatie het kantelpunt is dat het verlies van cardiale reserve en de vorming van myocardfibrose markeert. Dit is een observationele studie om gegevens te verzamelen over het mogelijke verband tussen een eenvoudige niet-invasieve test met impedantiecardiografie (ICG) om LV-decompensatie op te sporen bij patiënten met matige aortastenose en de ontwikkeling van LV-vervangingsfibrose. Klepgebonden hartziekte (VHD) is een veelvoorkomende oorzaak van hartfalen (HF). Aortastenose, een van de ernstigste en meest voorkomende vormen van VHD, wordt gekenmerkt door zowel progressieve klepvernauwing als de LV-remodelleringsrespons. Matige aortastenose (matige bladverkalking) bevindt zich in stadium B van de richtlijnen van het American College of Cardiologists (ACC)/American Heart Association (AHA) voor het beheer van VHD, die een maximale aortasnelheid van minder dan 4,0 m/s of een gemiddelde aortadrukgradiënt van minder dan 40 mmHg specificeren, en geen symptomen. In feite hebben sommige aortastenosepatiënten met die klephemodynamiek wel symptomen. Ook kunnen patiënten met dezelfde klepkenmerken zeer verschillende LV-functies hebben, variërend van normaal myocardium tot LV-decompensatie met significante vervangingsfibrose. Dit suggereert dat alleen het overwegen van de kenmerken van de klep, zonder te zoeken naar LV-dysfunctie, onvoldoende kan zijn voor het bepalen van een geschikt tijdstip voor TAVR. Momenteel zijn commercieel beschikbare kleppen geïndiceerd voor ernstige calcificerende aortastenose bij patiënten met symptomatische VHD. Dit is stadium D in de ACC/AHA VHD-richtlijnen die klephemodynamiek specificeren van maximale aortasnelheid ≥ 4,0 m/s of gemiddelde gradiënt ≥ 40 mmHg. Klinische studies tonen echter aan dat de beslissing voor TAVR vaak pas plaatsvindt nadat er significante hartschade is opgetreden. Dit suggereert dat vroege interventie, wanneer appropriate, de mortaliteit door alle oorzaken zou kunnen verminderen en de uitkomsten zou kunnen verbeteren in vergelijking met conservatief beheer. Met andere woorden, een geschikt tijdstip voor TAVR zou vóór stadium D kunnen zijn. Het dilemma is dat, zelfs bij symptomen, het hartteam een duidelijke indicatie mist om door te gaan met TAVR wanneer de maximale aortasnelheid minder dan 4,0 m/s is en de gemiddelde aortagradiënt minder dan 40 mmHg. Het nadeel van waakzaam afwachten is het verhoogde sterfterisico. De veelvoorkomende symptomen voor aortastenose zijn angina, syncope en dyspneu. Het ernstigste symptoom is dyspneu, wat geassocieerd is met congestief hartfalen. Vanaf het begin van duidelijke dyspneu is 50% van de patiënten binnen 2 jaar overleden. Zelfs patiënten met het minst ernstige symptoom van angina hebben een sterftecijfer van 50% binnen 5 jaar na het begin van de angina. Myocardfibrose: Myocardfibrose is het belangrijkste pathologische kenmerk geassocieerd met LV-remodellering tijdens de overgang van hypertrofie naar HF. Myocardfibrose kan worden onderverdeeld in diffuse fibrose, die eerder optreedt en omkeerbaar is, en vervangingsfibrose, die later optreedt en onomkeerbaar is. In theorie zou een geschikt tijdstip voor TAVR vóór de vorming van vervangingsfibrose zijn. Diffuse en vervangingsfibrose in het myocardium nemen toe bij aortastenose, maar zijn slechts zwak geassocieerd met de ernst van de klepvernauwing. In feite kunnen patiënten met matige aortastenose normaal myocardium, diffuse fibrose of vervangingsfibrose hebben. Hiaat in huidige kennis: LV-remodellering door aortastenose kan niet nauwkeurig worden voorspeld uit alleen de mate van klepvernauwing en moet onafhankelijk worden beoordeeld. Detectie van subklinische LV-decompensatie zou mogelijk nuttig kunnen zijn bij het beoordelen van de progressie van fibrose geassocieerd met de overgang van hypertrofie naar HF. De ICG-test beschreven in deze studie is een potentiële kandidaat voor de benodigde eenvoudige en goedkope methode om LV-decompensatie op te sporen.

Impedantiecardiografie:

De ICG-technologie is al meer dan 50 jaar beschikbaar. ICG werd aanvankelijk gecommercialiseerd om niet-invasief het hartminuutvolume te monitoren. De capaciteit van de technologie breidde zich uit tot beoordeling van de hemodynamische functie van het cardiovasculaire systeem bij HF. ICG is gebruikt om decompensatie op te sporen bij patiënten met hartfalen, maar ICG is niet specifiek gebruikt om decompensatie op te sporen bij patiënten met matige aortastenose. Dit is een nieuwe klinische toepassing waar het begin van decompensatie belangrijk zou kunnen zijn. Het verzamelen van gegevens over ICG-aflezingen in rechtopstaande en liggende posities voor het detecteren van decompensatie bij patiënten met aortastenose is het doel van dit project. De wetenschappelijke basis van de technologie is de volgende. De weerstand tegen stroming van een wisselstroom staat bekend als impedantie, en de weefselweerstand tegen een aangelegde stroom wordt elektrische bio-impedantie (Z) genoemd. Een elektrisch veld binnen de thorax wordt gecreëerd door het aanleggen van wisselstroom met hoge frequentie en lage amplitude vanuit een constante stroombron via een set elektrocardiografie-elektroden op de nek en buik. Het real-time impedantiesignaal lijkt op de aortadrukgolf. Om intuïtieve interpretatie te vergemakkelijken, wordt het signaal geïnverteerd zodat een afname van impedantie verschijnt als een stijging in het weergegeven golfvorm. Het is bekend dat de druksnelheid in de oplopende aorta, dP/dt (de helling van de opgaande fase van de drukgolf tijdens de ejectiefase), een indicatie is van contractiliteit. Tijdens systole correleert de aortadrukverandering (de oorzaak) direct met de impedantieverandering (het gevolg). Het gedifferentieerde impedantiesignaal, dZ/dt, correleert direct met dP/dt. Op de dZ/dt-golfvorm wordt de ejectiegolf gedefinieerd als het deel van de dZ/dt-golfvorm tijdens ventriculaire ejectie. Het hoogste punt op de ejectiegolf is [dZ/dt]max, gemeten in ohm per seconde. In systole is de belangrijkste bron van de impedantieverandering bloedbeweging in de aorta. De hoogte van de ejectiegolf, [dZ/dt]max, correleert met linkerventrikelcontractiliteit.

Nieuwe methode voor het beoordelen van decompensatie: De gouden standaard achter de ICG rechtop/liggend test is de wet van Starling van het hart. Voor ventriculaire functie stelt de Frank-Starling-relatie dat de kracht van ventriculaire contractie wordt beïnvloed door de eind-diastolische lengte van de vezels die de myocardwand vormen, wat nauw verwant is aan het eind-diastolische volume. Lichaamshouding beïnvloedt de verdeling van het bloedvolume. Eind-diastolisch volume wordt beïnvloed door de verdeling van bloedvolume tussen de intrathoracale en extrathoracale compartimenten. Wanneer een persoon rechtop staat, veroorzaakt de zwaartekracht dat bloed zich verzamelt in de lagere delen van het lichaam, wat het extrathoracale bloedvolume verhoogt ten koste van het intrathoracale bloedvolume. Voor een persoon in rust veroorzaakt de manoeuvre van houdingsverandering van rechtop naar liggend een afname van extrathoracaal bloedvolume en een toename van intrathoracaal bloedvolume. Dit verhoogt de veneuze terugkeer naar het hart (preload) en het eind-diastolische volume. In een hart dat gecompenseerd blijft, neemt de contractiekracht toe naarmate de spiervoeltoename. Een toename van LV eind-diastolisch volume zorgt ervoor dat de spier binnen zijn elastische limiet rekt en resulteert in een grotere contractiekracht. Met andere woorden, bij compensatie is liggende [dZ/dt]max groter dan rechtopstaande [dZ/dt]max. [29] De Frank-Starling-curve vertegenwoordigt de stress/rek-relatie van ventriculaire prestatie (LV-stress) tot LV eind-diastolisch volume (LV-rek). In een normaal hart is de curve stijgend, wat aangeeft dat een toename van eind-diastolisch volume resulteert in een toename van contractiekracht. Bij HF raakt de linkerventrikel gedecompenseerd. Het begin van decompensatie, vertegenwoordigd door het plateau van de hartfalencurve, treedt op wanneer de linkerventrikel geen cardiale reserve meer heeft. Dit is het kantelpunt wanneer het LV-myocardium tot zijn elastische limiet is gerekt. Het begin van decompensatie wordt aangegeven door rechtopstaande [dZ/dt]max die gelijk is aan liggende [dZ/dt]max. In theorie markeert het begin van decompensatie het begin van de vervanging van levensvatbaar myocardweefsel door fibrotisch niet-samentrekbaar weefsel. Het dalende deel van de HF-curve vertegenwoordigt verslechterende decompensatie, wanneer het LV-myocardium voorbij zijn elastische limiet wordt gerekt, wat resulteert in een zwakkere contractie. Hoe zwakker de contractie, hoe langzamer het bloed vanuit de linkerventrikel in de aorta wordt geëjecteerd. Dit veroorzaakt een langzamere stijging (lagere helling) van de opgaande fase van de aortadrukgolf. Dit wordt aangegeven door een kleinere waarde van [dZ/dt]max. Naarmate decompensatie verergert, blijft liggende [dZ/dt]max verder afnemen onder rechtopstaande [dZ/dt]max. Bij decompensatie is een pathofysiologische verandering het onvermogen van het hart om al het bloed dat wordt teruggevoerd vanuit de circulatie te verwerken, wanneer een patiënt niet rechtop staat, wat leidt tot ophoping van bloed naar het hart (congestie). Het begin van decompensatie zou kunnen worden beschouwd als de "kanarie in de kolenmijn", omdat het dient als een vroeg waarschuwing dat de overgang van hypertrofie naar HF op handen is. Mogelijk zou het begin van LV-decompensatie het startpunt kunnen aangeven van het timingvenster voor het overwegen van TAVR bij patiënten met aortastenose. Relevante voorlopige gegevens: Voor vergelijkingen van LV-systolische functie tussen patiënten wordt de maat van [dZ/dt]max genormaliseerd door de [dZ/dt]max-waarde te delen door de basisimpedantie (de gemiddelde elektrische bio-impedantie) van de thorax (Zo). Dit is vergelijkbaar met de manier waarop slagvolume wordt genormaliseerd door de slagvolumewaarde te delen door het lichaamsoppervlak om de slagindex te produceren. Deze genormaliseerde ICG-indicator van LV-contractiekracht wordt systolische amplitude (SA) genoemd. De formule voor SA is [dZ/dt]max (in Ω per seconde) gedeeld door Zo (in Ω). [33] Voor het beoordelen van de compensatoire respons op houdingsverandering is het criterium voor een normale compensatoire respons rechtopstaande SA minder dan liggende SA. Decompensatie wordt gedefinieerd als rechtopstaande SA ≥ liggende SA, wat aangeeft dat de linkerventrikel contractiereserve heeft verloren en functioneert in strijd met de normale functie volgens de wet van Starling van het hart. Het begin van decompensatie treedt op wanneer rechtopstaande SA gelijk is aan liggende SA.

Verwachte uitkomst:

De overgang van compensatie naar decompensatie zou een belangrijke mijlpaal in LV-remodellering kunnen zijn. In theorie is de door ICG gedetecteerde aanvang van decompensatie een voorbode van de ontwikkeling van LV-vervangingsfibrose. De verwachte uitkomst van deze studie is een negatieve ICG-test voor decompensatie bij een patiënt met matige aortastenose met een CMR-scan.