Способ прямого интраоперационного измерения градиента давления между левым желудочком сердца и аортой
METHOD FOR DIRECT INTRAOPERATIVE MEASUREMENT OF THE PRESSURE GRADIENT BETWEEN THE LEFT CARDIAC VENTRICLE AND THE AORTA

Изобретение относится к медицине, а именно к сердечно-сосудистой хирургии, и может быть использовано для прямого измерения градиента давления между левым желудочком и аортой.
2
В настоящее время «золотым стандартом» для определения градиента между левым желудочком и аортой является трансторакальное эхокардиографическое исследование. Не смотря на удобство и неинвазивность, точность способа во многом зависит от опыта специалиста, правильности расположения датчика и степени визуализации. Антеградная систолическая скорость через суженный аортальный клапан, или аортальная скорость кровотока, измеряется с помощью постоянно-волновой доплероографии. Правильное расположение пациента и регулирование положением угла датчика крайне важно, так как величина скорости зависит от угла точки пересечения между лучом ультразвука и направлением кровотока, тогда как трехмерное направление проекции аорты непредсказуемо и обычно не может визуализироваться. Различие в давлении между левым желудочком (ЛЖ) и аортой в систоле, или трансклапанный аортальный градиент, другая стандартная мера тяжести стеноза. Градиенты вычисляются по информации о скорости, и максимальном градиенте, полученном из максимальной скорости, поэтому не правильное измерение скорости приводит к ошибочному вычислению градиента. Однако, вычисление среднего градиента, усредненного градиента давления за все время изгнания крови через аортальный клапан, имеет потенциальные преимущества и должно быть указано. Трансаортальный градиент давления (ДР) вычисляется по скорости (v) с использованием уравнения Бернулли как: ΔP=4v. Источники ошибок метода - смещение потока и луча ультразвука, запись среза потока митрального клапана, пренебрежение повышенной проксимальной скоростью, есть так же несколько других ограничений трансторакального вычисления градиента давления. Что наиболее важно, любая недооценка аортальной скорости приводит к еще большей недооценке градиента из-за квадратичных отношений между скоростью и перепадом давлений.
Существуют две дополнительные проблемы, когда сравнение градиента давления, вычисленного по доплеровским скоростям имеют различия с данными прямых методов измерения. Во-первых, пиковый градиент, вычисленный по максимальной доплеровской скорости представляет максимум мгновенных перепадов давлений через клапан, не отличается от максимального давления ЛЖ и достигает максимума измеренного аортального давления. Пик давления ЛЖ и пик аортального давления не происходят в одно и то же время; так что, это различие не представляет физиологическое измерение и это различие между пиками меньше различия максимального мгновенного давления. Во-вторых - явление восстановление давления (ВД). Преобразование потенциальной энергии в кинетическуюю энергию через суженный клапан приводит к высокой скорости и понижению давления. Однако, дистально от отверстия поток замедляется снова. Хотя часть кинетической энергии рассеивается на повышение температуры из-за турбулентности и вязких потерь, часть кинетической энергии будет повторно преобразовываться в потенциальную энергию с соответствующим увеличением давления, так называемое ВД. ВД является самым большим при стенозе с постепенным дистальным расширением, так как тогда уменьшено возникновение турбулентности. Аортальный стеноз с резким расширением от маленького отверстия к большей аорте имеет неблагоприятную геометрию для восстановления давления. [1].
Существует также эндоваскулярная катетеризация левых полостей сердца с измерением градиента давления между аортой и левым желудочком. Однако проведение такого исследования в рутинной практике затруднительно в связи с его инвазивностью и возможными осложнениями (кровотечением из поврежденных камер сердца, травматическое повреждение периферических артерии с развитием АВ-фистулы, диссекция аорты и др.). Так же метод невозможно применить у пациентов с механическими протезами аортального клапана [2].
Для прямого определения градиента давления между аортой и левым желудочком интраоперационно используют способ при котором пункционно устанавливают дополнительную иглу в левый желудочек через правый желудочек и перегородку, вторую иглу устанавливают у места канюляции аорты, две отдельные линии, для измерения давления, заполненные жидкостью, подсоединяют к манометрам с одной стороны и иглам в левом желудочке и аорте с другой. При этом способе фиксируют пиковое давление в ЛЖ и аорте на отдельных графиках [3]. Такой способ не позволяет точно сравнить градиенты давления, так как существует временное смещение между пиками давления в аорте и левом желудочке. Пик давления в левом желудочке и пик аортального давления не происходят в одно и то же время; так что, это различие не представляет физиологическое измерение и это различие между пиками меньше различия максимального мгновенного давления. Предложенный способ также увеличивает риск кровотечений в связи с дополнительной пункцией левого желудочка и аорты.
Известен способ измерения градиента давления на протезах аортального клапана при стендовых испытаниях. При помощи стандартно подключенных датчиков, преобразующих колебательные движения мембраны в электрический сигнал фиксируют давление до и после протеза. Преобразователь оцифровывает сигнал и передает его на компьютер. С использованием программного обеспечения одномоментно выводятся две кривые давления: до клапана и после клапана. Исследователем указывается период изгнания на параллельных кривых давления. Программой рассчитывается как пиковый, так и средний градиенты давления на протезе по заложенному алгоритму для определения корректной работы клапана. [4]
Данный способ является наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату и выбран в качестве прототипа.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа прямого интраоперационного измерения пикового и среднего градиентов давления между левым желудочком и аортой без использования дополнительных игл и с учетом физиологической природы градиента.
Способ прямого интраоперационного измерения градиента давления между ЛЖ и аортой, заключающийся в одномоментном прямом измерении давления в ЛЖ и аорте, отличающийся тем, что датчики давления соединяются с дренажем ЛЖ и кардиоплегической канюлей, расположенной в аорте, при помощи датчиков давления и программного обеспечения одномоментно фиксируются кривые давления в ЛЖ и аорте, что позволяет рассчитывать не только пиковый, но и средний градиент давления непосредственно в момент открытия клапана, а так же не требует дополнительных пункций аорты и левого желудочка.
Поставленная задача решается тем, что при операции на аортальном клапане по стандартной методике через правую верхнюю легочную вену в ЛЖ устанавливают дренаж. Для проведения защиты миокарда в восходящую аорту устанавливают кардиоплегичесую канюлю. К дренажу ЛЖ и кардиоплегической канюле посредством переходников присоединяются две линии высокого давления для измерения физиологического давления из ПВХ или полиэтилена заполненные жидкостью. Линии соединяют с датчиками давления, которые преобразуют коллебательные движения мембраны (давление в левом желудочке и аорте) в электрический сигнал. Полученный сигнал оцифровывает преобразователь и передает на компьютер. При помощи программного обеспечения одномоментно выводятся два графика, отражающие изменение давления в левом желудочке и в аорте. Исследователем на графике указывается промежуток, соответствующие изгнанию крови из левого желудочка. По заложенному алгоритму программа рассчитывает пиковый и средний градиент на аортальном клапане.
Новизна предлагаемого решения заключается в способе подключения датчиков давления через магистрали к дренажу левого желудочка и кардиоплегической канюле, установленной в восходящем отделе аорты, а так же одновременной фиксации кривых давления в аорте и левом желудочке, с возможностью измерения пикового и среднего градиента давления между ЛЖ и аортой непосредственно в момент изгнания крови, учитывая временную разницу в пиковом давлении в ЛЖ и аорте; отсутствием необходимости дополнительной травматизации сердца для установки дополнительных игл. Предлагаемый способ технически прост, не требует использования трудоемких технологий.
Существенные признаки, характеризующие изобретение проявили в заявляемой совокупности новые свойства, явным образом не вытекающие из уровня техники в данной области и не являющиеся очевидными для специалиста.
Предлагаемое устройство может быть использовано в практическом здравоохранении для повышения качества и эффективности лечения, обеспечения точности измерения градиента давления между левым желудочком и аортой.
Предлагаемое изобретение соответствует условиям патентоспособности «Новизна», «Изобретательский уровень», «Промышленная применимость».
На Фиг. 1 изображена схема подключения магистралей, обеспечивающих измерение давления, предложенным способом, где 1 - аорта, 2 - левый желудочек, 3 - левое предсердие, 4 - дренаж левого желудочка, 5 - кардиоплегическая канюля, 6 - линии высокого давления для измерения физиологического давления, 7 - датчики давления, 8 - преобразователь.
На Фиг. 2 изображен график давлений в ЛЖ и аорте, получаемый при помощи программного обеспечения. Стрелкой обозначен временной интервал смещения пикового давления в желудочке и аорте.
Применение предлагаемого в качестве изобретения способ позволяет обеспечить эффективность и безопасность способа интраоперационного измерения градиента давления между ЛЖ и аортой. Способ осуществляют следующим образом:
Пациента доставляют в операционную. Выполняют стандартное анестезиологическое пособие. Проводят обработку операционного поля раствором антисептика. Выполняют типовую установку канюль для искусственного кровообращения при операции на аортальном клапане. После установки кардиоплегической канюли (Фиг. 1 - 5) в аорту и дренажа левого желудочка (Фиг. 1 - 4) к ним присоединяют магистрали для измерения давления (Фиг. 1 - 6), заполненные жидкостью. Магистрали соединяют с датчиками давления (Фиг. 1 - 7), которые преобразуют колебательные движения мембраны (изменение давления в левом желудочке и аорте) в электрический сигнал. Полученный сигнал оцифровывает преобразователь (Фиг 1. - 8) и передает на компьютер. При помощи программного обеспечения одномоментно программа выводит два графика давления в левом желудочке и в аорте (Фиг. 2). Исследователь на графиках указывает период открытия аортального клапана. Программой рассчитывается как пиковый, так и средний градиент давления между левым желудочком и аортой до операции. После начинают искусственное кровообращение, пережимают аорту, проводят мероприятия по защите миокарда. Выполняют основной этап операции, направленный на изменение градиента давления между левым желудочком и аортой. Проводят мероприятия по профилактике воздушной эмболии. Снимают зажим с аорты. Останавливают искусственное кровообращение. После стабилизации гемодинамических показателей вновь проводят измерения давления в левом желудочке и аорте, по описанной выше методике. При удовлетворительных показателях удаляют канюли по стандартной методике. Рану зашивают послойно.
Клинический пример.
Пациент Н., 71 год, с диагнозом:
Основной: Дегенеративный порок аортального клапана: стеноз с градиентом 115/85 мм рт.ст. Гемодинамическая стенокардия.
Осложнение основного заболевания: ХСН I стадии, ФК II (NYHA).
Фоновое заболевание: Гипертоническая болезнь 2 стадии, медикаментозная коррекция АД. Риск 4.
Сопутствующие: Артифакия обоих глаз (2010 г.). Герниопластика с обеих сторон (2014 г.).
По эхокардиографическому исследованию отмечен кальциноз фиброзного кольца аортального клапана, процесс частично переходит на стенку аорты, выраженный фиброкальциноз створок, створки сращены по комиссурам, значительно повышен чресклапанный градиент пиковый 115 мм рт.ст., средний 85 мм рт.ст., регургитация 1 степени. Остальные клапаны без структурных изменений, функционируют нормально. По коронарографии атеросклеротического поражения коронарных артерий не выявлено.
Принято решение о выполнении оперативного лечение в объеме протезирование аортального клапана биологическим протезом. Доступ к сердцу выполнен при помощи стернотомии. Произведена установка канюль искусственного кровообращения. Установлена кардиоплегическая канюля в восходящую аорту и дренаж левого желудочка. Через магистрали для измерения давления кардиоплегическая канюля и дренаж левого желудочка подключены к датчикам давления. Измерен градиент давления между левым желудочком и аортой. При помощи программы графики кривых давления выведены на экран. Пиковый градиент давления между левым желудочком и аортой 100 мм рт.ст., средний 45 мм рт.ст., при системном артериальном давлении 110/70 мм рт.ст. Начато искусственное кровообращение. Пережата аорта. Поперечная аортотомия на 1 см выше устья правой коронарной артерии. Кардиоплегия в устья коронарных артерий. Аортальный клапан иссечен. Имплантирован биологический протез в аортальную позицию. Аорта ушита двурядным (непрерывным П-образным и непрерывным обвивным) швом (нить «Premilene 4/0») на прокладках, с дезаэрацией левых отделов сердца на последних швах. Мероприятия по профилактике воздушной эмболии. Снят зажим с аорты. Сердечная деятельность восстановилась самостоятельно. Мероприятия по профилактике воздушной эмболии. Остановка искусственного кровообращения. Повторное измерение градиента давления между левым желудочком и аортой, градиент 14/7 мм рт.ст., при системном артериальном давлении 100/65 мм рт.ст. Деканюляция. Гемостаз. Подшита пара электродов к передней стенке правого желудочка. Металлоостеосинтез грудины 8ю отдельными проволочными лигатурами. Послойное ушивание мягких тканей. Асептическая полуспиртовая повязка.
Предлагаемый способ измерения градиентов давления апробирован при операциях протезирования аортального клапана у 13 пациентов с изолированным дегенеративным пороком аортального клапана. По эхокардиографическому исследованию у всех пациентов до операции выявлены высокие средний и пиковый градиенты, размеры фиброзного кольца аортального клапана варьировали от 21 до 25. Всем пациентам проведено изолированное протезирование аортального клапана. Анестезиологическое обеспечение у всех пациентов были одинаковыми. Всем пациентам доступ к сердцу осуществляли с помощью срединной стернотомии, операция проводилась на фоне искусственного кровообращения и кардиоплегии препаратом «Кустодиол».
Применение предлагаемого способа позволяет обеспечить одновременную фиксацию кривых давления в аорте и левом желудочке, с возможностью измерения пикового и среднего градиента давления между левым желудочком и аортой непосредственно в момент изгнания крови, учитывая временную разницу в пиковом давлении в левом желудочке и аорте; отсутствием необходимости дополнительной травматизации сердца для установки дополнительных игл.
Источники информации
1. GUIDELINES AND STANDARDS Echocardiography Assessment of Valve Stenosis: EAE/ASE Recommendations for Clinical Practice Helmut Baumgartner, MD, Judy Hung, MD, Javier Bermejo, MD, PhD, John B. Chambers, MD, Arturo Evangelista, MD, Brian P. Griffin, MD, Bernard lung, MD, Catherine M. Otto, MD, Patricia A. Pellikka, MD, and Miguel Quinones, MD.
2. Braunwald's Heart Disease: A Textbook of Cardiovascular Medicine.
3. Intraoperative direct measurement of left ventricular outflow tract gradients to guide surgical myectomy for hypertrophic cardiomyopathy Elena A. Ashikhmina, MD,a Hartzell V. Schaff, MD,a Steve R. Ommen, MD,b Joseph A. Dearani, MD, Rick A. Nishimura, MD,b and Martin D. Abel, MDc Elena A. Ashikhmina, MD The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery с Volume 142, Number 1.
4. Научно технические ведомости 2' 2004 Проблемы турбулентности и вычислительная гидродинамика (к 70-летию кафедры «Гидроаэродинамика») 1 1 О.Н. Бушмарин, А.Д. Юхнев, П.И. Орловский, В.И. Гавриленков К ИСТОРИИ ИССЛЕДОВАНИЯ ИСКУССТВЕННЫХ КЛАПАНОВ СЕРДЦА НА КАФЕДРЕ ГИДРОАЭРОДИНАМИКИ.