Erhöhte biventrikuläre hämodynamische Kräfte bei präk. PAH

www.nature.com/articles/s41598-022-24267-6


AuszugDiskussionDiese Studie untersuchte biventrikuläre hämodynamische Kräfte bei Patienten mit präkapillärer pulmonaler Hypertonie und gesunden Kontrollpersonen. Die Patienten zeigten in allen drei Raumrichtungen größere biventrikuläre hämodynamische Kräfte, die auf SV indiziert sind, was auf eine biventrikuläre Pathologie sowohl im Pump- als auch im Füllmechanismus hinweist, die nicht nur durch Unterschiede im Blutvolumen erklärt werden kann. Die Analyse der biventrikulären hämodynamischen Kraft kann ein empfindlicherer Marker pathologischer kardialer Pumpmechanismen sein als typische volumetrische und funktionelle Parameter bei Patienten mit PH -Precap und hat das Potenzial, die Steuerung des Behandlungseffekts in dieser Patientenkohorte zu verbessern.Physiologie des HerzpumpensPulmonale arterielle Hypertonie und chronische thromboembolische pulmonale HypertonieEs wird angenommen, dass die pulmonale arterielle Hypertonie hauptsächlich durch Gefäßumbau der Pulmonalarterien verursacht wird, während die chronische thromboembolische pulmonale Hypertonie hauptsächlich mit Pulmonalarterienobstruktionen verbunden ist. Obwohl sich die Ätiologie zwischen den beiden Gruppen unterscheidet, sind die pathophysiologischen Wirkungen auf die kardialen Pumpmechanismen ähnlich  1  . In unserer Patientenkohorte wurde eine für Patienten mit PH -Precap typische Septumabflachung beobachtet, die die hämodynamischen Kräfte sowohl im RV als auch im LV beeinflussen kann.RV systolischer HDFPatienten hatten im Vergleich zu Kontrollen in den beiden Querrichtungen einen größeren systolischen RV-HDF, der auf SV indexiert ist, was darauf hinweist, dass in diesen Richtungen eine größere Kraft pro ml Blutvolumen erforderlich ist, um RV SV zu erreichen. Eine verringerte RV-Atrioventrikularebenenverschiebung (AVPD) und RV-Längsdehnung zusammen mit erhöhten Querkräften bei Patienten können darauf hindeuten, dass zur Überwindung des erhöhten pulmonalarteriellen Drucks und zur Erhaltung des RV-SV ein erhöhter RV-Kontraktionsantrieb hauptsächlich in den Querrichtungen erhalten wird. Im gesunden Ventrikel sind die Myokardfasern in gegenläufigen Spiralen angeordnet, was eine Drehbewegung während der Systole ermöglicht  36  ,  37  ,  38  ,  39  ,  40  ,  41  , 42  . Ventrikuläre Hypertrophie oder Dilatation kann die myokardiale Struktur verändern  43  ,  44  ,  45  , was zu Veränderungen in der ventrikulären Bewegung führt und dadurch den intraventrikulären Blutfluss beeinflusst. Wir fanden keinen Unterschied zwischen Patienten und Kontrollen im systolischen HDF, indexiert auf SV in Apex-Basis-Richtung. In den Herzen gesunder Probanden wird SV hauptsächlich durch AVPD  34  angetrieben . Patienten mit PH -Precap und RV-Dilatation aufgrund von Volumenüberlastung haben typischerweise trotz verringerter Bewegung der Trikuspidalklappe einen longitudinalen Beitrag zur SV durch eine vergrößerte Kurzachsenfläche erhalten  13  . Im kompensierten Stadium haben Patienten mit PH Precap RV SV und Herzzeitvolumen erhalten 46  , und unsere Daten mit erhaltenem RV SV bei Patienten könnten die Ähnlichkeit der systolischen Kraftmuster in der RV-Spitze-Basis-Richtung zwischen Patienten und Kontrollen erklären, trotz Patienten mit vermindertem RV EF und RV AVPD. Es gab keine Korrelationen zwischen HDF und pulmonalem Gefäßwiderstand, was darauf hindeutet, dass HDF ein Maß für die intraventrikuläre Hämodynamik ist, unabhängig von Schwankungen in der Nachlast.RV diastolischer HDFUnsere Daten zeigen, dass Patienten in allen drei Raumrichtungen größere RV-diastolische hämodynamische Kräfte hatten, die auf SV indexiert waren, als Kontrollen. Die Füllung des RV bei gesunden Herzen wird hauptsächlich dadurch erreicht, dass die AV-Ebene in Richtung Vorhof bewegt wird, wodurch der Ventrikel verlängert und die Position der Trikuspidalklappe in Bezug auf das Blut verschoben wird  34  ,  47  ,  48  . Es wurde gezeigt, dass Patienten mit PH -Precap eine verringerte isovolumetrische RV-Relaxationszeit, Füllrate und AVPD haben, mit einem größeren Beitrag der atrialen Kontraktion im Vergleich zu Kontrollen  13  ,  49 . Eine pathologische Dilatation mit einem abnormal gedehnten Myokard des RV in unserer Patientenkohorte zeigt sich durch erhöhte enddiastolische (EDV) und endsystolische (ESV) Volumina. Erhöhte diastolische Kräfte und RV EDV, aber mit erhaltenem RV SV, könnten auf eine erhöhte ventrikuläre Steifheit und verringerte ventrikuläre Compliance hindeuten, wobei im Vergleich zu Kontrollen eine größere Menge an intraventrikulärem Blut beschleunigt wird.LV systolischer HDFDer auf SV indexierte systolische HDF war bei Patienten mit PH precap im Vergleich zu den Kontrollen in den Richtungen LV-Spitze-Basis und Seitenwand-Septum erhöht. Diese beiden Richtungen stellen die Hauptrichtung des systolischen Blutflusses im gesunden Herzen dar, da die Seitenwand-Septum-Richtung parallel zum LV-Ausflusstrakt ausgerichtet ist  7  ,  16  ,  50  . Ein erhöhter systolischer longitudinaler HDF und eine reduzierte AVPD in unserer Patientenkohorte weisen auf einen veränderten Pumpmechanismus hin, um SV zu erreichen. Die longitudinale LV-Funktion wurde zuvor bei Patienten mit pulmonaler Hypertonie trotz erhaltener LV-EF reduziert festgestellt  4  ,  13  ,  14  ,  51  . Unsere Studie zeigt, dass Patienten mit PHPrecap weisen im Vergleich zu Kontrollen eine größere Variation der LV-Pumpmechanismen auf, da die systolische Kraft, die auf SV im LV indiziert ist, bei Patienten in allen drei Richtungen einen größeren Bereich hatte als Kontrollen. Dies steht im Einklang mit der zuvor gezeigten Heterogenität der LV-Myokardkontraktilität bei Patienten mit PH Precap , wenn die Myokardbelastung als Maß für die Verformung verwendet wird  14  . Auf Gruppenebene hatten Patienten mit PH precap LV SV und EDV im Vergleich zu den Kontrollen verringert, was auf eine Unterfüllung des LV hinweist. Eine erhöhte Herzfrequenz bei Patienten deutet auf eine sympathische Hochregulation aufgrund von Unterfüllung hin, was zu einer erhöhten LV-Kontraktilität und damit zu einem erhöhten LV-HDF/SV führen kann.Ein erhöhter HDF in den Richtungen LV-Spitze-Basis und Seitenwand-Septum könnte mit einer anatomischen Verformung des LV in Verbindung gebracht werden, da ein erhöhter Druck im RV dazu führt, dass sich das Septum während der Systole in den LV wölbt  52  ,  53  . Unsere Daten zeigen, dass die anatomischen Deformationen im LV hauptsächlich durch Änderungen in der Fluiddynamik in Apex-Base-Richtung kompensiert werden. Das Verhältnis von systolischen Quer- zu Längs-LV-Kräften blieb jedoch bei Patienten im Vergleich zu Kontrollen erhalten. Die Patienten hatten einen erhöhten HDF sowohl in der lateralen Wand-Septum- als auch in der Apex-Basis-Richtung, und zusammen mit einem erhaltenen Kraftverhältnis weist dies darauf hin, dass der HDF in diesen beiden Richtungen bei Patienten im Vergleich zu Kontrollen proportional erhöht ist.LV diastolischer HDFGemäß unseren Daten scheinen kleinere LV-EDV nicht zu deutlichen Veränderungen der absoluten Werte von LV-HDF zu führen, aber LV-HDF waren bei Patienten größer als Kontrollen, wenn sie auf SV indexiert wurden. Ein erhöhter Widerstand im Lungenkreislauf führt zu einer verminderten Füllung des LV bei PH precap  2  , und als Folge davon sind die LV-Volumina kleiner als bei gesunden Kontrollen. In unserer Studie zeigt sich eine Unterfüllung durch verringerte LV-AVPD und LV-EDV bei Patienten. Das Obige weist darauf hin, dass HDF nicht nur eine Ersatzmessung für Herzvolumina ist, sondern eine Messung, die physiologische Mechanismen des Myokards und den Einfluss auf intraventrikuläre Blutflussmuster widerspiegelt. Eine kürzlich durchgeführte Studie hat reduzierte LV-diastolische intraventrikuläre Druckgradienten bei PH -Precap gezeigtB. mittels Echokardiographie, und dieser Parameter wurde als Marker für eine beeinträchtigte LV-Saugwirkung in dieser Patientengruppe vorgeschlagen  54  . Im Gegensatz dazu deutete eine andere Studie darauf hin, dass der Mechanismus, der eine reduzierte LV-Längsfunktion bei PAH verursacht, eher eine Unterfüllung des LV als eine intrinsische ventrikuläre Dysfunktion ist  4  . Die Kombination aus erhöhtem diastolischem HDF in Apex-Basis-Richtung, keinem Unterschied in der LV-Längsdehnung zwischen PH -Präkappe und Kontrollen und verringerten LV-Volumina in unseren Daten passt am besten zu LV-Unterfüllung in PH -Präkappe .Indizierung auf SVDie Indizierung von HDF zu SV erleichtert den funktionalen Vergleich zwischen Herzen unterschiedlicher Größe. Da die Kraft proportional zu Masse und Beschleunigung ist, verringert die Indizierung von HDF zu SV die Relevanz volumetrischer Unterschiede, und die Beschleunigungskomponente erlangt eine größere Bedeutung.Beim gesunden Herzen sollten die systolischen Kräfte proportional zu SV ansteigen, da die Kraft gleich der Masse multipliziert mit der Beschleunigung ist (zweites Newtonsches Bewegungsgesetz). Ein erhöhter HDF/SV weist auf eine stärkere Beschleunigung des Blutflusses hin, die wiederum wahrscheinlich aus einer sympathischen Hochregulation mit erhöhtem Blutdruck folgt, um das Herzzeitvolumen aufrechtzuerhalten. Das gleiche Prinzip gilt in der Diastole, wo nach dem Frank-Starling-Gesetz die Füllung des Ventrikels dem Schlagvolumen des gesunden Herzens entsprechen sollte.Die ventrikulären Volumina spielen eine wichtige Rolle bei der Bestimmung des HDF, da eine frühere Studie gezeigt hat, dass die HDF-Analyse Herzinsuffizienzpatienten mit erhaltener EF nicht von Kontrollen trennen kann, aber bei Patienten mit eingeschränktem ventrikulärem Volumen wurde ein eingeschränkter volumennormalisierter HDF festgestellt  18  . Wir sahen in ähnlicher Weise Unterschiede zwischen Patienten mit PH -Precap und Kontrollen bei der Indizierung von HDF zu SV.Das Schlagvolumen unterschied sich zwischen Patienten und Kontrollen im LV, aber nicht im RV. Bei der Quantifizierung des RMS HDF in absoluten Werten wurden Unterschiede zwischen den Gruppen in einer Richtung im RV und in keiner der Richtungen im LV festgestellt (ergänzende Abb.   4  ,  5  ,  8  und  9  ). Bei der Indizierung von HDF zu SV wurden jedoch Unterschiede zwischen den Gruppen in allen drei Richtungen sowohl im RV als auch im LV gefunden. Bei Patienten waren biventrikuläre HDF mit SV in Systole und Diastole in allen drei Richtungen assoziiert. Bei den Kontrollen wurden Assoziationen zwischen biventrikulärem HDF und SV in der Systole in allen drei Richtungen gefunden, aber nicht in der Diastole. Da SV dem diastolischen Füllvolumen entsprechen sollte, weist dies darauf hin, dass Patienten mit PH precaphaben im Vergleich zu gesunden Kontrollen ein verändertes Verhältnis zwischen Kraft und diastolischer Füllung.Vergleich zu früheren StudienFrühere Studien haben gezeigt, dass gesunde Probanden, Sportler und Patienten mit Herzinsuffizienz mit erhaltener Ejektionsfraktion tendenziell homogene HDF-Muster aufweisen, während HDF bei Herzerkrankungen mit abnormalen Ventrikelvolumina, beeinträchtigter systolischer Funktion oder signifikanter Herzklappeninsuffizienz wie dilatativer Kardiomyopathie, Herzinsuffizienz mit linksventrikulärer Dyssynchronie und reparierter Fallot-Tetralogie zeigen im Allgemeinen heterogenere Muster  15  ,  16  ,  18  ,  55  . Veränderungen des HDF wurden bei Patienten mit Linksherzinsuffizienz hauptsächlich in der Diastole gefunden, was auch in unserer Studie zutraf  55  ,  56  .Eine aktuelle Studie von Vos et al.  57  hat LV-Druckgradienten analysiert, die auf LV-Volumen in Apex-Basis-Richtung bei Patienten mit PH- Präkappe normalisiert sind. Ihre Patientenkohorte hatte reduziertes LV EDV und erhaltenes LV EF, was mit unseren Daten übereinstimmt. Interessanterweise wurde in der Studie von Vos et al. Patienten hatten LV-Druckgradienten in der Systole beibehalten und in der Diastole verringert, was unseren Ergebnissen widerspricht, wo Patienten LV-HDF in Systole und Diastole erhöht hatten. In der Studie von Vos et al. interpretieren die Autoren die Ergebnisse als gestörte diastolische Funktion des LV. Eine andere Erklärung für veränderte Druckgradienten könnte jedoch eine Unterfüllung des LV sein, da die Patientenkohorten in beiden Studien reduzierte LV-Volumina aufweisen, was jedoch die Diskrepanz der Ergebnisse in diesen beiden Studien nicht erklärt.Methodische Unterschiede gibt es in der Studie von Vos et al. im Vergleich zu unserer Studie, was ein Teil der Erklärung für die widersprüchlichen Ergebnisse sein könnte  12  . Voset al. Verwenden Sie einen numerischen Ansatz, der auf Feature-Tracking von Cine-Bildern zur Berechnung von Druckgradienten basiert, während in unserer Studie 4D-Fluss verwendet wird. Darüber hinaus gibt es Unterschiede in den Patientenkohorten unserer Studie und der Studie von Vos et al . , wo 30 % unserer Patienten bei CMR eine PH-spezifische Medikation erhielten, verglichen mit 97 % in der Studie von Vos et al. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass unsere Patienten und Kontrollpersonen nach Alter und Geschlecht gematcht wurden, während dies bei den Gruppen in der oben genannten Studie nicht der Fall war, und stattdessen ihre Daten statistisch nach Alter und Geschlecht bereinigt wurden.Zuvor wurden Unterschiede im HDF bei Patienten mit dilatativer Kardiomyopathie im Vergleich zu Kontrollen gezeigt  16  . Bei Patienten mit PH -Precap ist typischerweise der RV dilatiert und das LV-Volumen reduziert. Unsere Daten zeigen, dass HDF in dieser Patientenkohorte im RV stärker betroffen ist als im LV, was mit früheren Daten zu Veränderungen der HDF im dilatierten Ventrikel übereinstimmt.Bei Patienten mit Herzinsuffizienz und erhaltener LV-EF wurde gezeigt, dass sie niedrigere hämodynamische LV-Längskräfte pro Blutvolumen im Vergleich zu Kontrollen aufweisen  8  , obwohl sie mit einem Cine-Feature-Tracking-Modell gemessen wurden, das sich als weniger empfindlich erwiesen hat als unsere auf 4D-Fluss basierende Methode  12  . Unsere Patientengruppe hat LV EF erhalten, aber größere Kräfte pro Blutvolumen als Kontrollen in dieser Richtung. Patienten mit PH -Precapneigen dazu, kleinere LV SV, EDV und ESV zu haben. Selbst wenn die LV-Funktion beeinträchtigt ist, kann eine Hochregulierung des sympathischen Systems zur Aufrechterhaltung des Drucks den Erhalt der EF ermöglichen und zu einer erhöhten Beschleunigung des Blutes führen. Die hämodynamische Kraftanalyse hat das Potenzial, bei der Bewertung des Behandlungseffekts ein empfindlicherer Marker für eine kardiale Verschlechterung zu sein als typische volumetrische und funktionelle Parameter, da Patienten trotz ähnlicher LV EF und CO im Vergleich zu Kontrollen einen erhöhten HDF/SV aufwiesen.Einschränkungen4D-Flussmessungen können bei Patienten mit Rechtsherzinsuffizienz aufgrund von anstrengender Atmung und erhöhter grober Körperbewegung eine geringere Genauigkeit und Präzision aufweisen als Kontrollen. Unsere Validierung von 4D-Flussdaten zu 2D-Flussdaten zeigte jedoch eine gute Übereinstimmung des Nettoflusses zwischen 4D- und 2D-Fluss sowohl bei Patienten mit PH -Präkappe als auch bei gesunden Kontrollen. 4D-Fluss kann daher zur Beurteilung des Blutflusses bei Patienten mit PH Precap verwendet werden .Diese Studie umfasste eine kleine Anzahl von Patienten. Es wurden jedoch deutliche Unterschiede im HDF zwischen Patienten und Kontrollen gefunden. Eine Untergruppe von Patienten (n = 3) hatte einen Rechts- oder Linksschenkelblock, was die Interpretation der Ergebnisse für hämodynamische Kräfte beeinflussen kann. Ventrikuläre Dyssynchronie wirkt sich jedoch hauptsächlich auf das Kraftverhältnis aus  55  ,  56 , die sich in unserer Studie nicht zwischen Patienten und Kontrollen im RV oder LV unterschieden. Die Auswirkungen unterschiedlicher Belastungsbedingungen auf HDF sind derzeit unerforscht, und die biologische Variabilität von HDF innerhalb desselben Individuums im Laufe der Zeit ist ebenfalls nur unzureichend charakterisiert. In zukünftigen Studien ist eine größere Anzahl von Patienten von Interesse, um diagnostische Untergruppen und Patienten in verschiedenen Stadien der Herzinsuffizienz zu analysieren. Die prognostischen und therapeutischen Implikationen verdienen ebenfalls weitere Studien, ebenso wie die HDF in Reihenuntersuchungen zur Untersuchung der HDF vom kompensierten bis zum unkompensierten Stadium der Herzinsuffizienz.FazitDie hämodynamische Kraftanalyse vermittelt Informationen über pathologische Pumpmechanismen des Herzens, komplementär zu etablierteren volumetrischen und funktionellen Parametern bei präkapillärer pulmonaler Hypertonie. Der rechte Ventrikel kompensiert die erhöhte Nachlast teilweise durch Verstärkung der Querkräfte, und linksventrikuläre hämodynamische Anomalien sind hauptsächlich das Ergebnis einer Unterfüllung und nicht einer intrinsischen ventrikulären Dysfunktion.