Korrelasjon mellom en impedans-kardiografitest for dekompensasjon og utvikling av erstatningsfibrose i venstre ventrikkel

BAKGRUNN:

Beslutningen om å utføre transkateter aortaklafferskiftning (TAVR) foretas ofte etter at det har oppstått permanent hjerteskade. Derfor er det behov for en ny metode for å identifisere pasienter med mindre enn alvorlig aortastenose som har øyeblikkelig risiko for hjerteskade. Konseptet er at starten på venstre ventrikkel (LV) dekompensasjon er vendepunktet som markerer tapet av kardiell reserve og dannelsen av myokardfibrose. Dette er en observasjonsstudie for å samle data knyttet til den mulige sammenhengen mellom en enkel ikke-invasiv test ved bruk av impedanskardiografi (ICG) for å oppdage LV-dekompensasjon hos pasienter med moderat aortastenose og utviklingen av LV-erstatningsfibrose. Klaffesykdom (VHD) er en vanlig årsak til hjertesvikt (HF). Aortastenose, en av de mest alvorlige og vanlige formene for VHD, er karakterisert både av progressiv klaffeforsnevring og LV-remodelleringsresponsen. Moderat aortastenose (moderat klaffeforsteining) er i Stadium B i American College of Cardiologists (ACC)/American Heart Association (AHA) retningslinjer for behandling av VHD, som spesifiserer maksimal aortahastighet mindre enn 4,0 m/s eller gjennomsnittlig aortetrykkgradient mindre enn 40 mmHg, og ingen symptomer. Faktisk kan noen aortastenosepasienter med disse klaffehydrodynamikkene ha symptomer. Også kan pasienter med de samme klaffekarakteristikkene ha svært forskjellig LV-funksjon fra normal myokardium til LV-dekompensasjon med betydelig erstatningsfibrose. Dette tyder på at å bare vurdere klaffens egenskaper, uten å se etter LV-dysfunksjon, kan være utilstrekkelig for å bestemme et passende tidspunkt for TAVR. For tiden er kommersielt tilgjengelige klaffer indikert for alvorlig kalsifisert aortastenose hos pasienter med symptomatisk VHD. Dette er Stadium D i ACC/AHA VHD-retningslinjene som spesifiserer klaffehydrodynamikk på maksimal aortahastighet ≥ 4,0 m/s eller gjennomsnittlig gradient ≥ 40 mmHg. Imidlertid viser kliniske studier at ofte blir beslutningen om TAVR tatt etter at det har oppstått betydelig hjerteskade. Dette tyder på at tidlig intervensjon, når det er passende, kunne redusere allårsdødelighet og forbedre resultater sammenlignet med konservativ behandling. Med andre ord kunne et passende tidspunkt for TAVR være før Stadium D. Dilemmaet er at selv med symptomer mangler hjerte-teamet et klart indikasjonsgrunnlag for å gjennomføre TAVR når maksimal aortahastighet er mindre enn 4,0 m/s og gjennomsnittlig aortagradient er mindre enn 40 mmHg. Ulempen med observasjon og venting er den økte risikoen for dødelighet. De vanlige symptomene for aortastenose er angina, synkope og dyspné. Det mest alvorlige symptomet er dyspné, som er assosiert med kongestiv HF. Fra starten av åpenbar dyspné er 50 % av pasientene døde innen 2 år. Til og med pasienter med det minst alvorlige symptomet angina har en dødelighet på 50 % innen 5 år fra starten av anginan. Myokardfibrose: Myokardfibrose er den sentrale patologiske egenskapen assosiert med LV-remodellering under overgangen fra hypertrofi til HF. Myokardfibrose kan deles inn i diffus fibrose, som oppstår tidligere og er reversibel, og erstatningsfibrose, som oppstår senere og er irreversibel. I teorien ville et passende tidspunkt for TAVR være før dannelsen av erstatningsfibrose. Diffus og erstatningsfibrose i myokardiet øker med aortastenose, men er bare svakt assosiert med alvorlighetsgraden av klaffeforsnevring. Faktisk kan pasienter med moderat aortastenose ha normalt myokardium, diffus fibrose eller erstatningsfibrose. Kunnskapsgap i dagens kunnskap: LV-remodellering på grunn av aortastenose kan ikke nøyaktig forutsies fra graden av klaffeforsnevring alene og bør vurderes uavhengig. Påvisning av subklinisk LV-dekompensasjon kan potensielt være til hjelp for å vurdere progresjonen av fibrose assosiert med overgangen fra hypertrofi til HF. ICG-testen beskrevet i denne studien er en potensiell kandidat for den nødvendige enkle og rimelige metoden for å oppdage LV-dekompensasjon.

Impedanskardiografi:

ICG-teknologien har vært tilgjengelig i over 50 år. ICG ble opprinnelig kommersialisert for å ikke-invasivt overvåke hjerteminuttvolum. Teknologiens kapasitet utvidet til å inkludere vurdering av den hemodynamiske funksjonen til kardiovaskulærsystemet ved HF. ICG har blitt brukt til å oppdage dekompensasjon hos pasienter med hjertesvikt, men ICG har ikke blitt brukt spesifikt til å oppdage dekompensasjon hos pasienter med moderat aortastenose. Dette er en ny klinisk anvendelse hvor starten på dekompensasjon kan være viktig. Å samle data om ICG-avlesninger i oppreist og liggende stilling for å oppdage dekompensasjon hos pasienter med aortastenose er formålet med dette prosjektet. Den vitenskapelige basisen for teknologien er følgende. Motstanden mot strømning av en vekselstrøm er kjent som impedans, og vevsmotstanden mot en påført strøm kalles elektrisk bioimpedans (Z). Et elektrisk felt innenfor thorax skapes ved å påføre vekslende, høyfrekvent, lavamplitude strøm fra en konstantstrømskilde via et sett med EKG-type elektroder på halsen og magen. Den sanntids impedanssignalet ligner på aortetrykkbølgen. For å lette intuitiv tolkning blir signalet invertert slik at en reduksjon i impedans vises som en stigning i den viste bølgeformen. Det er kjent at hastigheten på trykkstigning i aorta ascendens, dP/dt (som er stigningstallet til oppstrømsiden av trykkbølgen under utstøtningsfasen), er en indikasjon på kontraktilitet. Under systole korrelerer aortetrykkendringen (som er årsaken) direkte med impedansendringen (som er resultatet). Det differensierte impedanssignalet, dZ/dt, korrelerer direkte med dP/dt. På dZ/dt-bølgeformen er utstøtningsbølgen definert som delen av dZ/dt-bølgeformen under ventrikulær utstøtning. Det høyeste punktet på utstøtningsbølgen er [dZ/dt]maks, målt i ohm per sekund. I systole er hovedkilden til impedansendringen blodbevegelse i aorta. Høyden på utstøtningsbølgen, [dZ/dt]maks, korrelerer med venstre ventrikkel kontraktilitet.

Ny metode for å vurdere dekompensasjon: Grunnsannheten bak ICG oppreist/liggende testen er Starlings lov om hjertet. For ventrikulær funksjon sier Frank-Starling-relasjonen at kraften i ventrikulær kontraksjon påvirkes av endediastolisk lengde på fibrene som utgjør myokardveggen, som er nært relatert til endediastolisk volum. Kroppsposisjon påvirker fordelingen av blodvolum. Endediastolisk volum påvirkes av fordelingen av blodvolum mellom intratorakale og ekstratorakale kompartementer. Når en person er oppreist, fører tyngdekraften til at blod samler seg i nedre deler av kroppen, noe som øker ekstratorakalt blodvolum på bekostning av intratorakalt blodvolum. For en person i hvile fører manøveren med å endre stilling fra oppreist til liggende til en reduksjon i ekstratorakalt blodvolum og en økning i intratorakalt blodvolum. Dette øker venøs retur til hjertet (preload) og endediastolisk volum. I et hjerte som forblir kompensert øker kontraktilitetskraften når muskellengden øker. En økning i LV endediastolisk volum får muskelen til å strekke seg innenfor sin elastiske grense og resulterer i en større kontraktilitetskraft. Med andre ord, i kompensasjon er liggende [dZ/dt]maks større enn oppreist [dZ/dt]maks. [29] Frank-Starling-kurven representerer stress/belastningsforholdet mellom ventrikulær ytelse (LV-stress) og LV endediastolisk volum (LV-belastning). I et normalt hjerte er kurven stigende, noe som indikerer at en økning i endediastolisk volum resulterer i en økning i kontraktilitetskraft. Ved HF blir venstre ventrikkel dekompensert. Starten på dekompensasjon, representert ved platået på hjertesviktkurven, oppstår når venstre ventrikkel ikke har mer kardiell reserve. Dette er vendepunktet når LV-myokardiet strekkes til sin elastiske grense. Starten på dekompensasjon indikeres av at oppreist [dZ/dt]maks er den samme som liggende [dZ/dt]maks. I teorien markerer starten på dekompensasjon begynnelsen på erstatningen av levedyktig myokardvev med fibrotisk ikke-kontraktilt vev. Den synkende delen av HF-kurven representerer forverring av dekompensasjon, når LV-myokardiet strekkes utover sin elastiske grense og resulterer i en svakere kontraksjon. Jo svakere kontraksjonen er, desto saktere pumpes blodet fra venstre ventrikkel inn i aorta. Dette forårsaker en saktere stigning (lavere stigningstall) på oppstrømsiden av aortetrykkbølgen. Dette indikeres av en mindre verdi av [dZ/dt]maks. Etter hvert som dekompensasjon forverres, fortsetter liggende [dZ/dt]maks å synke under oppreist [dZ/dt]maks. Ved dekompensasjon er en patofysiologisk endring at hjertet ikke klarer å pumpe alt blodet som returneres fra sirkulasjonssystemet, når en pasient ikke er oppreist, noe som fører til opphopning av blod til hjertet (kongesjon). Starten på dekompensasjon kan betraktes som "kanarifuglen i kullgruven", fordi den fungerer som et tidlig varsel om at overgangen fra hypertrofi til HF er nært forestående. Potensielt kan starten på LV-dekompensasjon indikere starten på tidsvinduet for å vurdere TAVR for pasienter med aortastenose. Relevante foreløpige data: For sammenligninger av LV systolisk funksjon på tvers av pasienter, normaliseres målingen av [dZ/dt]maks ved å dele [dZ/dt]maks-verdien med basisimpedansen (gjennomsnittlig elektrisk bioimpedans) i thorax (Zo). Dette ligner på måten slagvolum normaliseres ved å dele slagvolumverdien med kroppsoverflateareal for å produsere slagindeks. Denne normaliserte ICG-indikatoren for LV kontraktilitetskraft kalles systolisk amplitude (SA). Formelen for SA er [dZ/dt]maks (i Ω per sekund) delt på Zo (i Ω). [33] For å vurdere den kompensatoriske responsen på postural endring, er kriteriet for en normal kompensatorisk respons at oppreist SA er mindre enn liggende SA. Dekompensasjon er definert som oppreist SA ≥ liggende SA, noe som indikerer at venstre ventrikkel har mistet kontraktil reserve og fungerer i strid med normal funksjon i henhold til Starlings lov om hjertet. Starten på dekompensasjon oppstår når oppreist SA er lik liggende SA.

Forventet resultat:

Skiftet fra kompensasjon til dekompensasjon kan være en viktig milepæl i LV-remodellering. I teorien er ICG-påvist start på dekompensasjon en forløper for utviklingen av LV-erstatningsfibrose. Det forventede resultatet av denne studien er en negativ ICG-test for dekompensasjon hos en pasient med moderat aortastenose med en CMR-skanning.