Влияние протезирования восходящей аорты по методике hemiarch на биомеханику грудного отдела аорты

Протезирование восходящего отдела аорты является "золотым стандартом" для лечения больных с аневризмой восходящей аорты (ВА) с целью профилактики расслоения и разрыва аортальной стенки [1-3]. В то же время, несмотря на ликвидацию прямой угрозы аорто-ассоциированных осложнений, не исключен риск дилатации и расслоения аортальной стенки в нереконструированных сегментах грудной аорты (ГА), в частности, в корне аорты и нисходящем отделе в долгосрочной перспективе [4][5]. Одной из причин этого является влияние протеза ВА на биомеханику всей ГА. Известно, что синтетические протезы механически инертны и не обладают растяжимостью нативной ткани аорты, что приводит к потере эластико-тонических свойств и увеличению жесткости аортальной стенки в зоне протезирования [4]. Это, в свою очередь, нарушает основную функцию аортальной стенки — демпфирование пульсовой волны и создание сбалансированного систоло-диастолического кровотока. По мнению ряда исследователей, протезирование ВА и дуги, как открытым способом, так и с помощью эндопротезирования, кардинально изменяет биомеханику всей ГА [4][5]. Эти изменения затрагивают не только зону имплантации протеза, но и смежные сегменты — корень аорты и нисходящую аорту. Основное влияние заключается в изменении деформации и жесткости аортальной трубки на всем протяжении, как в протезированном участке, так и в смежных сегментах с нативной аортальной стенкой, что приводит к резкому перепаду механического импеданса, перераспределению бокового давления на стенку аорты, дилатации и нарушению гемодинамики [4]. Однако влияние протеза ВА на изменения биомеханики всей ГА в настоящее время остается до конца не изученным.

В последние годы основным диагностическим инструментом для неинвазивной оценки биомеханики стенки ГА в клинических условиях является технология 2D (двухмерной) speckle-tracking чреспищеводной эхокардиографии (ЧПЭхоКГ), позволяющая рассчитывать циркумференциальный стрейн (деформацию по окружности) ткани аортальной стенки [6-8]. В нашем предыдущем исследовании показана высокая диагностическая ценность этой методики при сравнительной оценке механической дисфункции аортальной стенки у больных с дилатацией и аневризмой ВА с использованием показателей деформации и жесткости [9]. Для оценки глобальной деформации по окружности стенки ГА применяется ультразвуковая модель оценки циркумференциального и радиального стрейна миокарда левого желудочка (ЛЖ) по короткой оси, которая хорошо изучена и уже длительное время применяется в клинической практике [10]. Кроме того, в экспериментальном исследовании Petrini J, et al. [11] получены убедительные данные о высокой точности 2D speckle-tracking ЧПЭхоКГ в количественной оценке деформационных характеристик стенки ГА при сравнении с сономикрометрией.

Суммируя вышеизложенное и собственный опыт предыдущих исследований, мы считаем, что в клинических условиях 2D speckle-tracking ЧПЭхоКГ является абсолютно адресной методикой для динамической неинвазивной оценки межсегментного и внутрисегментного механического дисбаланса в ГА до и после протезирования ВА в разные сроки у больных с аневризмой ВА.

Целью исследования являлся внутрисегментный и межсегментный анализ нарушений биомеханики грудного отдела аорты у больных с аневризмой ВА до и после операции протезирования ВА с помощью ультразвуковой оценки деформации и жесткости аортальной стенки.

Материал и методы

В исследование включено 23 больных с аневризмой ВА: 11 мужчин, 12 женщин, средний возраст 62 (57; 69) года, диаметр ВА 51 (50; 52) мм. Клиническая характеристика больных представлена в таблице 1. Всем больным выполнена операция протезирования восходящего отдела и дуги аорты (hemiarch-процедура) сосудистым протезом Polythese (Perouse Medical, Франция) в условиях циркуляторного ареста и антеградной перфузии головного мозга.

Мультиплановая 2D ЧПЭхоКГ выполнена в соответствии с принципами Хельсинкской декларации и одобрена комитетом по биомедицинской этике (протокол № 213 от 12.05.2021). Все больные дали письменное информированное согласие на участие в исследовании. Критерием включения в исследование являлась аневризма ВА ≥50 мм, выявленная по данным трансторакальной эхокардиографии и КТ-аортографии. Критериями исключения являлись абсолютные противопоказания к выполнению ЧПЭхоКГ, фибрилляция предсердий, частая экстрасистолия, имплантация электрокардиостимулятора, стеноз аортального клапана, аортальная регургитация более 2 степени, кардиомиопатии, фракция выброса ЛЖ <50% и отказ больного от исследования.

Мультиплановую 2D ЧПЭхоКГ выполняли до операции и в раннем послеоперационном периоде (10-14-й день) натощак на ультразвуковой диагностической системе экспертного класса Epiq 7G (Philips, Германия-США) с помощью матричного чреспищеводного датчика X8-2t. Интубацию пищевода осуществляли в положении пациента лежа на левом боку после местной анестезии слизистой ротоглотки (лидокаин 10%, спрей). Визуализировали корень аорты, восходящий отдел, доступные для локации участки дуги и весь нисходящий отдел ГА в продольном и поперечном сечениях по стандартному протоколу, применяя технологию сканирования xPlane [12]. Оценивали анатомическое строение аортального клапана и степень (1-4) аортальной регургитации. В импульсно-волновом допплеровском режиме регистрировали кровоток в выносящем тракте ЛЖ. Ход исследования записывали в виде серии видеоклипов на жесткий диск прибора с последующей off-line обработкой на рабочей станции QLab, версия 15.5 (Philips, Германия-США). Во время исследования синхронно регистрировали электрокардиограмму во II модифицированном отведении и измеряли систолическое артериальное давление (САД, мм рт.ст.) и диастолическое артериальное давление (ДАД, мм рт.ст.) на правом плече осциллометрическим методом автоматическим сфигмоманометром M2 Basic (Omron, Япония). Пульсовое артериальное давление (ПАД, мм рт.ст.) рассчитывали как ПАД = САД — ДАД.

Для выполнения 2D speckle-tracking исследования получали четкие серошкальные поперечные срезы ГА на уровне синусов Вальсальвы, среднего сегмента ВА, а также поперечный срез нисходящего отдела в стандартной точке на глубине 25-30 см от резцов. Все ультразвуковые срезы ГА получены на оптимальной частоте кадров (55-60 Гц), имели четкие контуры комплекса интима-медия и адвентиции и были записаны вне зоны атеросклеротических бляшек.

Измеряли диаметр (мм) фиброзного кольца аортального клапана, синусов Вальсальвы, среднего сегмента ВА и проксимального сегмента нисходящей аорты, который индексировали к площади поверхности тела. Рассчитывали глобальный пиковый систолический циркумференциальный стрейн Лагранжа (Global circumference strain, GCS, %) стенки ГА на уровне синусов Вальсальвы, среднего сегмента ВА и проксимального сегмента нисходящей аорты, применяя апробированную модель для ЛЖ по короткой оси (рис. 1). При этом выполнялась максимально точная трассировка внутреннего контура зоны интереса по поверхности комплекса интима-медия, а внешнего контура — по наружной границе адвентиции. Согласно данной модели, поперечный срез аорты делился на 6 условных сегментов, в каждом из которых программный модуль рассчитывал локальный стрейн с последующей суммацией и предоставлением информации о глобальном стрейне по всей окружности. Допплерографически рассчитанное время закрытия аортального клапана по спектру кровотока в выносящем тракте ЛЖ выставляли в программе вручную. Затем рассчитывали глобальный пиковый GCS, нормализованный к ПАД (GCS/ПАД∙100), и индекс жесткости β₂ аортальной стенки, предложенный Oishi Y, et al. [13] по формуле: ln(САД/ДАД)/GCS∙100.

Статистическую обработку полученных данных выполняли с помощью пакета прикладных программ STATISTICA, версия 10.0 (StatSoft Inc.). Вид распределения выборки оценивали с помощью критерия Шапиро-Уилка. Учитывая отсутствие нормального распределения выборки, данные представляли как медиана и квартили — Me [Q1; Q3]. Для оценки внутрисегментных и межсегментных различий показателей деформации и жесткости аортальной стенки до и после операции применяли критерий Вилкоксона. Различия считали статистически значимыми при p<0,05.

Результаты

У больных с аневризмой ВА до операции мы наблюдали статистически значимое снижение показателей деформации и увеличение жесткости аортальной стенки по направлению от корня аорты к нисходящему отделу ГА с максимумом в зоне наибольшей дилатации — среднем сегменте ВА (табл. 2-4). При этом у 13 (56%) больных в области максимальной дилатации ВА выявлены GCS и GCS/ПАД c отрицательными значениями (табл. 3). Таким образом, до операции у 13 (56%) больных с аневризмой ВА мы наблюдали межсегментный разнонаправленный стрейн по окружности аортальной стенки в корне аорты, восходящем и нисходящем отделах ГА. Показатели сократительной и насосной функции ЛЖ у больных с аневризмой ВА до операции находились в пределах нормальных значений (табл. 2).

В раннем послеоперационном периоде в корне аорты мы наблюдали статистически значимое снижение усредненных показателей деформации и увеличение жесткости аортальной стенки (табл. 2). В зоне протеза ВА выявлена внутригрупповая разнонаправленная динамика деформационных характеристик и жесткости аортальной стенки, в связи с чем усредненные значения этих показателей статистически значимо не различались (табл. 2, 3). Так, увеличение, снижение и без изменений показателей деформации выявлено в 11 (48%), 10 (43%) и 2 (9%) случаях, соответственно, в то время как увеличение, снижение и без изменений жесткости аортальной стенки выявлено в 12 (52%), 9 (39%) и 2 (9%) случаях, соответственно (табл. 3). При этом у 9 (39%) больных в зоне протеза ВА наблюдались GCS и GCS/ПАД с отрицательными значениями (табл. 3). В нисходящем отделе ГА после операции мы также наблюдали внутригрупповую разнонаправленную динамику деформационных характеристик и жесткости аортальной стенки, в связи с чем усредненные значения этих показателей статистически значимо не различались (табл. 2, 3). Так, увеличение, снижение и без изменений показателей деформации выявлено в 14 (61%), 5 (22%) и 4 (17%) случаях, соответственно, в то время как увеличение, снижение и без изменений жесткости аортальной стенки выявлено в 8 (35%), 11 (48%) и 4 (17%) случаях, соответственно (табл. 3). При этом показатели сократительной функции ЛЖ и системного артериального давления статистически значимо не изменились после операции (табл. 2). При межсегментном анализе статистически значимые наиболее низкие значения показателей деформации и наиболее высокие значения жесткости аортальной стенки выявлены в зоне протеза ВА (табл. 4).

Обсуждение

В нашем предыдущем исследовании [9] установлено, что у здоровых добровольцев при нормальных размерах ГА на протяжении сердечного цикла наблюдается равномерная однонаправленная деформация и равномерная жесткость аортальной стенки во всех сегментах ГА по направлению от корня аорты к нисходящему отделу, что обусловлено нормальным функционированием эластичной аортальной компрессионной камеры, выполняющей роль демпфера пульсовой волны.

В настоящем исследовании у больных с аневризмой ВА на фоне увеличения диаметра аорты мы наблюдали прогрессирующее снижение показателей деформации вплоть до отрицательных значений и увеличение жесткости аортальной стенки по направлению от корня аорты к нисходящему отделу с максимумом в зоне наибольшей дилатации — среднем сегменте ВА. При этом у 56% больных с аневризмой ВА мы наблюдали появление выраженного межсегментного механического дисбаланса при прохождении пульсовой волны, обусловленного разнонаправленным стрейном по окружности аортальной стенки в корне аорты, восходящем и нисходящем отделах ГА.

Мы объясняем полученные данные следующим образом. Известно, что аневризма ВА — это динамично развивающаяся структура, изменяющая геометрию и свойства аортальной стенки по мере своего роста [14-16]. Гистологические исследования свидетельствуют, что аневризмы ВА возникают в результате патологического ремоделирования стенки сосуда, источником которого являются активация матриксных металлопротеиназ, истончение и фрагментация эластических пластин, апоптоз гладкомышечных клеток, накопление коллагена и внеклеточных гликозаминогликанов [14-16]. Тканевое ремоделирование прогрессирует с увеличением диаметра аорты и изменяет биомеханические свойства аортальной стенки, приводя к потере эластико-тонических свойств и повышению жесткости [14-17]. Ряд исследователей считает, что нарушение биомеханики стенки аорты может быть информативным маркером её гистологической целостности [14-19]. По нашему мнению, биомеханические характеристики аортальной стенки могут являться более чувствительным показателем риска аорто-ассоциированных осложнений, чем только размер аорты [9][20]. Согласно законам механики кровообращения, в этой ситуации возникает порочный круг, когда снижение деформации и увеличение жесткости аортальной стенки приводит к быстрому пассивному расширению ВА, замедлению кровотока и увеличению бокового давления на стенку [21]. Одновременно с этим увеличение диаметра аневризмы сопровождается возрастанием напряжения на стенку аорты со стороны кровотока, которая становится еще более жесткой, что ограничивает ее деформационные характеристики и способствует дальнейшей дилатации аорты [21].

В раннем послеоперационном периоде мы выявили разнонаправленную внутрисегментную и межсегментную динамику деформационных характеристик и жесткости аортальной стенки. Так, ограничение деформации и увеличение жесткости аортальной стенки в зоне корня можно объяснить, по-видимому, фиксацией исходно гиперэластичной аортальной ткани к синтетическому протезу ВА, ограничивающему амплитуду систолических экскурсий. В зоне протеза ВА мы наблюдали статистически значимые наиболее низкие показатели деформации и наиболее высокие показатели жесткости аортальной стенки при сравнении с аналогичными значениями в корне аорты и нисходящей аорте. При этом у 39% больных в зоне протеза ВА наблюдалась деформация по окружности с отрицательными значениями, что создает разнонаправленные межсегментные деформационные сдвиги жесткой аортальной стенки между зоной протеза и смежными сегментами — корнем аорты и нисходящей аортой. В итоге возникает межсегментный механический дисбаланс на всем протяжении ГА во время прохождения пульсовой волны. По нашему мнению, это вполне закономерно, т.к. ригидные стенки искусственной ткани протеза ограничивают переход кинетической энергии ударного выброса ЛЖ в потенциальную энергию деформации аортальной стенки и поэтому не способны выполнять основную функцию аортальной компрессионной камеры — демпфера пульсовой волны. Вследствие отсутствия амортизации кинетической энергии ударного выброса ЛЖ в зоне протеза ВА биомеханика аортальной стенки в нисходящем отделе реагировала преимущественно увеличением деформационных характеристик. Об этом факте также свидетельствуют результаты других исследований [4][5]. По данным литературы известно, что ригидные стенки аорты увеличивают скорость распространения пульсовой волны [14][21]. В связи с этим увеличение деформационных характеристик нисходящей аорты является биомеханическим условием для дальнейшей дилатации дистальных отделов ГА. Исходя из этого предположения, представляется целесообразной потребность в динамическом наблюдении с фокусом на нереконструированные отделы ГА у этой категорией больных. В этой клинической ситуации современные ультразвуковые технологии могут оказаться более приоритетными в сравнении с томографическими методиками в связи с отсутствием лучевой нагрузки на больного, меньшей стоимостью и большей доступностью. Также следует отметить, что все межсегментные и внутрисегментные изменения биомеханики ГА после протезирования ВА происходили при отсутствии статистически значимых изменений сократительной функции ЛЖ и системного артериального давления, что подтверждает основную роль направления и амплитуды локальных деформационных сдвигов аортальной стенки в формировании нового биомеханического фенотипа ГА.

Таким образом, у больных с аневризмой ВА до операции присутствие межсегментного разнонаправленного GCS в корне аорты, восходящем и нисходящем отделах ГА и высокой жесткости стенки аорты в зоне максимальной дилатации ВА вызывают механический дисбаланс во время пульсовой волны, что может являться одной из биомеханических причин расслоения или разрыва аортальной стенки. По нашему мнению, протезирование ВА формирует новый биомеханический фенотип ГА, который проявляется межсегментным дисбалансом деформационных сдвигов и жесткости аортальной стенки между корнем аорты, зоной протеза ВА и дуги с нисходящей аортой, в связи с чем требуется динамическое наблюдение за этой категорией больных с целью ранней диагностики и профилактики будущих аорто-ассоциированных осложнений.

Ограничения исследования. Выполнено одноцентровое исследование на ограниченной выборке больных. Результаты исследования специфичны для когорты больных с высоким риском дисплазии соединительной ткани. Мы вынуждены были исключить из исследования лиц, у которых при выполнении ЧПЭхоКГ нечетко визуализировался поперечный срез ВА на уровне бифуркации легочной артерии из-за "слепой" зоны — столб воздуха в трахее и левом магистральном бронхе. Нельзя исключить влияние на показатели деформации аортальной ткани структур, рядом расположенных со стенками ГА, а именно трахеи, бифуркации легочной артерии и левого предсердия. В связи с тем, что оценка биомеханики ГА проводилась в раннем послеоперационном периоде (10-14-й день), нельзя исключить её изменения в отдаленном периоде наблюдения после ликвидации послеоперационного отека окружающих тканей и перестройки парааортальной клетчатки. Это требует проведения динамического исследования через 12 мес. после оперативного вмешательства для оценки стабильности нового биомеханического фенотипа ГА в отдаленном послеоперационном периоде.

Заключение

1. У больных с аневризмой ВА наблюдается снижение показателей деформации и увеличение жесткости аортальной стенки по направлению от корня аорты к нисходящему отделу ГА с максимумом в зоне наибольшей дилатации — среднем сегменте ВА.
2. Снижение деформации по окружности аортальной стенки до отрицательных значений в зоне максимальной дилатации ВА у больных с аневризмой ВА сопровождается появлением межсегментного разнонаправленного GCS в корне аорты, восходящем и нисходящем отделах ГА, вызывающего механический дисбаланс во время пульсовой волны.
3. В зоне протеза ВА наблюдаются наиболее низкие значения показателей деформации и наиболее высокие значения жесткости аортальной стенки.
4. Протезирование ВА создает новый биомеханический фенотип ГА, проявляющийся межсегментным дисбалансом деформационных сдвигов и жесткости аортальной стенки между корнем аорты, зоной протеза ВА и дуги и нисходящей аортой.
5. Ультразвуковые показатели деформации и жесткости аортальной стенки в корне аорты и нисходящем отделе ГА у больных после протезирования ВА могу быть рекомендованы в качестве маркеров будущих аорто-ассоциированных осложнений при динамическом наблюдении.

Отношения и деятельность: все авторы заявляют об отсутствии потенциального конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.