Ультразвуковая оценка сегментарных показателей функции аорты и сонных артерий у здоровых детей первого года жизни

Синельников Ю.С., Орехова Е.Н. , Матановская Т.В. Ультразвуковая оценка сегментарных показателей функции аорты и сонных артерий у здоровых детей первого года жизни Патология кровообращения и кардиохирургия. 2020;24(1):37-44. http://

Ю.С. Синельников, https://orcid. org/0000-0002-6819-2980

Е.Н. Орехова, https://orcid. org/0000-0002-7097-8771 Т.В. Матановская, https://orcid. org/0000-0002-2277-8935

Функциональные нарушения артериальной стенки являются первым проявлением структурных изменений и предшествуют клинической манифестации сердечно-сосудистых заболеваний. Нормальные упруго-эластические свойства аорты — важнейшая составляющая гемодинамики, обеспечивающая как кондуитную (проводниковую), так и буферную функцию артериального русла. Вопросы оценки геометрических и функциональных изменений аорты, брахиоцефальных артерий хорошо изучены у взрослых, а оценка индекса артериальной жесткости (β1) — общепризнанный маркер структурных характеристик артерий, влияющий на сердечно-сосудистый риск [1]. Некоторые врожденные пороки сердца, связанные с обструкцией дуги аорты (коарктация), двустворчатый аортальный клапан с нарушением функции (стеноз или недостаточность) и даже без нарушения функции ассоциированы с ремоделированием сосудистого русла, что проявляется повышенной частотой сердечно-сосудистых событий во взрослом возрасте (раннее развитие артериальной гипертонии, инфаркты, инсульты, аневризмы восходящего отдела аорты, мозговых артерий). Кроме того, у детей с воспалительными и аутоиммунными заболеваниями артерий (неспецифический аор-тоартериит, синдром Такаясу, болезнь Кавасаки), хромосомными заболеваниями (синдром Шере-шевского – Тернера, синдром Вильямса), наследственными дисплазиями соединительной ткани (синдром Марфана, синдром Элерса – Данлоса) также нарушаются структурно-функциональные свойства артерий. Раннее выявление дисфункции артериальной стенки у этой категории детей было бы полезным диагностическим дополнением к стандартному обследованию. Однако большинство методик, использующихся как для оценки локальных изменений геометрии и функции артериальной стенки, так и региональных изменений артериальной функции (каротидно-феморальная скорость распространения пульсовой волны) неприменимо или трудновыполнимо у детей раннего возраста.

Двумерная (2D) ультразвуковая визуализация циркумференциальной сосудистой деформации (изменение длины ткани при максимальной деформации по окружности в систолу относительно начальной длины) с использованием визуализации вектора скорости движения (vector velocity imaging, VVI) — это относительно новая методика, которая применяется в исследованиях артерий и непосредственно характеризует механику сосуда, его упруго-эластические свойства [2–4]. Очевидные преимущества оценки циркумференциаль-ной деформации состоят в том, что показатель отражает локальную (в выбранной зоне интереса) окружностную эластичность (процент максимального «удлинения» волокон артериальной стенки и скорости этого удлинения при максимальном растяжении), тогда как традиционно оцениваемый показатель артериальной жесткости (β1) является косвенным расчетным параметром, учитывающим изменение внутреннего диаметра просвета артерии в радиальном (не окружностном) направлении [2, 4]. Y. Oishi и соавт. предложили на основе цир-кумференциальной деформации проводить расчет артериальной жесткости (β2) [3]. В литературе представлена широкая валидация этого показателя и изучение его диагностической и прогностической ценности у взрослых [2, 4–6]. Однако у детей исследования деформации и артериальной жесткости единичны, а у детей первого года жизни не проводились. Учитывая потенциал циркумферен-циальной деформации и жесткости, необходимо получить нормативные значения у детей первого года жизни.

Методы

Работа проведена в Федеральном центре сердечно-сосудистой хирургии имени С.Г. Суханова (г. Пермь). Обследовано 114 здоровых детей возрасте от 1 до 12 мес. (в среднем 5,30 ± 3,81 мес.), 60 мальчиков (52,6%), с площадью поверхности тела (ППТ) 0,35 ± 0,8 м2 (от 0,23 до 0,55 м2, общие данные представлены ниже).

Показатель, n = 114	M ± SD [min; max; Me]
Площадь поверхности тела, м2	0,35 ± 0,80 [0,23; 0,55; 0,34]
Рост, см	61,86 ± 8,07 [52,00; 80,00; 59,50]
Вес, кг	6,86 ± 2,20 [3,60; 12,00; 6,40]
Пол мужской, %	52,6
Систолическое артериальное давление, мм рт. ст.	80,1 ± 7,3 [80,0; 100,0; 90,0]
Диастолическое артериальное давление, мм рт. ст.	47,6 ± 4,5 [40,0; 60,0; 50,0]
Частота сердечных сокращений, уд./мин	112,2 ± 16,4 [96,0; 160,0; 107,0]
Конечный систолический размер ЛЖ, мм	15,8 ± 2,3 [11,7; 20,3; 15,5]
Конечный диастолический размер ЛЖ, мм	23,7 ± 3,6 [17,6; 33,0; 22,4]
Ударный индекс ЛЖ, мм	33,6 ± 5,7 [26,0; 47,0; 31,6]
Фракция выброса ЛЖ, %	69,6 ± 2,1 [65,0; 74,0; 69,5]
Индекс массы миокарда ЛЖ, г/м2	28,8 ± 2,0 [25,0; 32,0; 29,0]
Продольная деформация ЛЖ, %	-19,7 ± 1,9 [-23,0; -16,0; -19,8]
Скорость продольной деформации ЛЖ, с-1	-0,80 ± 0,25 [-0,59; -1,23; -0,90]

Примечание. ЛЖ — левый желудочек

Исследование одобрено локальным этическим комитетом учреждения, и письменное информированное согласие получено от родителей обследованных детей. Эхокардиографию проводили секторным датчиком 10V4 на аппарате Аcuson S 2000 (Siemens Medical Systems, Маунтин-Вью, США) с использованием визуализации вектора скорости движения для изучения продольной деформации левого желудочка (ЛЖ), циркумференциальной деформации и скорости деформации аорты и общих сонных артерий (ОСА) [3, 5, 7]. Из эхокардиографических данных с применением стандартизированных методик оценивали конечные систолический и диастолический размеры левого желудочка, ударный объем индексировали к ППТ с оценкой ударного индекса, индекса массы миокарда, фракции выброса, продольной деформацией ЛЖ [8–10]. Получены в В-режиме c использованием датчика 18L6HD и сохранены в формате DICOM для постобработки следующие данные: из парастернального доступа изображения восходящего отдела аорты по короткой оси на уровне ствола легочной артерии, из субкостального доступа изображения короткой оси брюшного отдела аорты на инфраре-нальном уровне, поперечные срезы обеих общих сонных артерий, проксимальнее бифуркации. Предварительное сканирование внутренних, наружных, общих сонных и позвоночных артерий выполнено для исключения аневризм, врожденных мальформаций. Основные морфометрические параметры аорты и ОСА на изучаемых уровнях представлены ниже.

Показатель, n = 114	M ± SD [min, max, Me]
Максимальный диаметр восходящего отдела аорты,	9,8 ± 1,4 [7,9; 11,7; 10,0]
мм
Минимальный диаметр восходящего отдела аорты,	9,00 ± 1,25 [7,40; 10,80; 9,00]
мм
Максимальный диаметр брюшного отдела аорты, мм	7,70 ± 0,48 [6,90; 8,40; 7,75]
Минимальный диаметр брюшного отдела аорты, мм	6,47 ± 0,54 [5,60; 7,90; 6,70]
Максимальный диаметр общей сонной артерии, мм	3,67 ± 0,48 [2,90; 4,40; 3,75]
Минимальный диаметр общей сонной артерии, мм	3,10 ± 0,46 [2,30; 3,80; 3,10]

Для оценки функциональных сосудистых характеристик на уровне восходящего и брюшного отделов аорты и в обеих ОСА оценивали фракцию изменения площади артерии (ФИП) и артериальную жесткость (β2) [3,5, 7]. ФИП рассчитывали как процентное изменение площади поперечного сечения изучаемого сегмента аорты или ОСА между систолой и диастолой (наибольшая площадь поперечного сечения артерии — наименьшая площадь поперечного сечения артерии) / (наибольшая площадь поперечного сечения артерии) × 100) [5, 7]. Для расчета артериальной жесткости использована формула: ln (систолическое артериальное давление / диастолическое артериальное давление) / циркумферен-циальная деформация [3]. Циркумференциальная деформация и скорость деформации представлены как среднее значение пиковой деформации и скорости деформации от шести сегментов на каждом изучаемом уровне аорты и от каждой ОСА (пример получения данных о механике ОСА представлен на рисунке ) [3]. Полученные значения циркумференци-альной деформации и скорость деформации ОСА и стандартные отклонения от циркумференциальной деформации и скорости деформации ОСА проанализированы в каждом случае, а затем усреднены, таким образом представленные в работе значения — результат усреднения данных от обеих общих сонных артерий [4].

Статистический анализ

Статистический анализ проводили с использованием программы Statistica 12.0. Полученные данные представлены в виде среднего значения ± стандартное отклонение, максимального, минимального значения и медианы. Нулевая гипотеза о соответствии нормальности распределения проверялась с использованием теста Шапиро – Уилка. Непрерывные переменные сравнивались с использованием t-критерия Стьюдента. Связи между переменными изучены с использованием ранговой корреляции Спирмена. Статистически значимым считалось p<0,05. Внутри- и межисследовательская разница для локальных измерений деформации и скорости деформации восходящего и брюшного отделов аорты оценены двумя независимыми исследователями с использованием 30 случайно выбранных примеров из обследованной группы.

Результаты

Все полученные эхокардиографические данные соответствовали нормативным по возрасту и ППТ [8,9]. Максимальный (Rs = 0,88, р = 0,0001) и минимальный (Rs = 0,9, р = 0,0001) диаметры восходящего отдела аорты, ФИП восходящего отдела аорты (Rs = 0,53, р = 0,003), циркумферен-циальная деформация восходящего отдела аорты (Rs = 0,73, р = 0,0001) и скорость деформации восходящего отдела аорты (Rs = 0,47, р = 0,008), артериальную жесткость (β2) восходящего отдела аорты статистически значимо прямо коррелировали с возрастом обследованных детей. Обнаружена обратная умеренная связь ЧСС и ФИП (Rs = -0,51, р = 0,003), ЧСС и циркумференциаль-ной деформации, скорости деформации восходящего отдела аорты (Rs = -0,6, р = 0,001 и Rs = -0,41, р = 0,02 соответственно). Не выявлено связи диаметров восходящего отдела аорты, ФИП, циркумференциальной деформации, скорости деформации с систолическим и диастолическим артериальным давлением, полом, конечными систолическим и диастолическим размерами, фракцией выброса ЛЖ. Индекс массы миокарда ЛЖ показал умеренную прямую связь с артериальной жесткостью (β2) восходящего отдела аорты (Rs = 0,58, р = 0,001). Обнаружена умеренная связь продольной деформации ЛЖ и артериальной жесткости (β2) восходящего отдела аорты (Rs = 0,5 р = 0,01), а также ударного индекса ЛЖ и циркумференциальной деформации восходящего отдела аорты (Rs = 0,52, р = 0,02).

Показатели циркумференциальной механики (циркумференциальная деформация, скорость деформации) и функции (ФИП, артериальная жесткость (β2)) брюшного отдела аорты были больше, чем в восходящем отделе аорты (цир-кумференциальная деформация восходящего отдела аорты 5,4 ± 0,98% против циркумферен-циальной деформации брюшного отдела аорты 6,7 ± 1,8%, р = 0,01; ФИП восходящего отдела аорты 22 ± 2,1% против ФИП брюшного отдела аорты 24,6 ± 2%, р = 0,001; артериальная жесткость (β2) восходящего отдела аорты 3,4 ± 0,73 против артериальной жесткости (β2) брюшного отдела аорты 3,8 ± 0,9, р = 0,04). Однако скорость циркумференциальной деформации в восходящем отделе аорты (1,3 ± 0,3 с-1) была значимо выше, чем в брюшном отделе аорты (0,67 ± 0,24 с-1, р = 0,001). Также определялась прямая связь возраста ребенка и ФИП (Rs = 0,51, р = 0,002), обратная корреляция ЧСС и циркумфе-ренциальной деформации (Rs = -0,58, р = 0,01), ЧСС и скорости деформации на уровне брюшного отдела аорты (Rs = -0,36, р = 0,02).

Из всех обследованных артериальных сегментов самые большие значения циркумференци-альной деформации определялись в ОСА 7,85 ± 2,8% (в восходящем отделе аорты 5,4 ± 0,98%, р = 0,0001, в брюшном отделе аорты 6,7 ± 1,8%, р = 0,03). Циркумференциальная скорость деформации в ОСА (0,84 ± 0,22 с-1) была выше, чем на уровне брюшного отдела аорты (0,67 ± 0,24 с-1, р = 0,001), но ниже, чем в восходящем отделе аорты (1,3 ± 0,3 с-1, р = 0,00001). Также ФИП (16,2 ± 2,19%) и артериальная жесткость (2,96 ± 0,9) ОСА были статистически значимо ниже, чем в восходящем отделе аорты (22 ± 2,1%, р = 0,0001 и 3,4 ± 0,73, р = 0,04 соответственно) и в брюшном отделе аорты (24,6 ± 2,0%, р = 0,0001 и 3,8 ± 0,9, р = 0,0001 соответственно). Чем выше была ЧСС у обследованных детей, тем ниже ФИП ОСА (Rs = -0,47, р = 0,008), деформация ОСА (Rs = -0,42, р = 0,019) и скорость деформации ОСА (Rs = -0,44, р = 0,013). Чем больше был возраст ребенка, тем выше ФИП ОСА (Rs = 0,47, р = 0,09), деформация ОСА (Rs = 0,7, р = 0,001) и скорость деформации (Rs = 0,8, р = 0,0001). Выявлена прямая связь ППТ и деформации ОСА (Rs = 0,66, р = 0,01), ППТ и скорости деформации (Rs = 0,7, р = 0,001). Положительная умеренная корреляция определялась между ударным индексом ЛЖ и деформацией ОСА (Rs = 0,51, р = 0,03), ударным индексом ЛЖ и скоростью деформации (Rs = 0,47, р = 0,02), индексом массы миокарда ЛЖ и артериальной жесткостью (β2) ОСА (Rs = 0,57, р = 0,001). Не выявлено связи ФИП, деформации, скорости деформации и артериальной жесткости (β2) ОСА с полом, систолическим и диастолическим артериальным давлением, размерами и фракцией выброса ЛЖ. Данные ультразвуковые параметры функции оцениваемых сегментов аорты и общей сонной артерии представлены ниже.

Показатель, n = 114	M ± SD [min, max, Me]
Фракция изменения площади восходящего отдела аорты, %	22,0 ± 2,1 [19,0; 25,0; 22,0]
Циркумференциальная деформация восходящего отдела аорты, %	5,40 ± 0,98 [3,30; 6,80; 5,90]
Скорость циркумференциальной деформации восходящего отдела аорты, с-1	1,3 ± 0,3 [0,8; 1,9; 1,3]
Артериальная жесткость восходящего отдела аорты	3,4 0 ± 0,73 [1,80; 4,40; 3,49]
Фракция изменения площади брюшного отдела аорты, %	24,6 ± 2,0 [21,0; 27,0; 25,0]
Циркумференциальная деформация брюшного отдела аорты, %	6,7 ± 1,8 [4,0; 12,0; 6,8]
Скорость циркумференциальной деформации брюшного отдела аорты, с-1	0,67 ± 0,24 [0,27; 1,20; 0,70]
Артериальная жесткость брюшного отдела аорты	3,8 ± 0,9 [1,6; 5,6; 3,8]
Фракция изменения площади общей сонной артерии, %	16,20 ± 2,19 [12,00; 19,00; 16,50]
Циркумференциальная деформация общей сонной артерии, %	7,85 ± 2,80 [5,00; 16,50; 7,30]
Скорость циркумференциальной деформации общей сонной артерии, с-1	0,84 ± 0,22 [0,54; 1,60; 0,80]
Артериальная жесткость общей сонной артерии	2,96 ± 0,90 [1,27; 5,00; 3,00]

С помощью статистической методики Блэнда – Альтмана выполнен анализ согласованности результатов при повторных измерениях (внутри- и межоператорской воспроизводимости) локальной аортальной циркумференциальной деформации. Полученные результаты свидетельствуют о хорошей воспроизводимости получаемых результатов: вну-триоператорская разница измерений для деформации в восходящем отделе аорты составила 0,1% от средней деформации (Bias 0,016; 95% доверительный интервал (ДИ) -0,04… 0,07; R2 0,95), межоператорская 0,5% от средней деформации (Bias 0,05; 95% ДИ -0,17… 0,27; R2 0,89), внутриоператорская для скорости деформации в восходящем отделе аорты: -0,1% от средней скорости деформации (Bias -0,016; 95% ДИ -0,02… 0,06; R2 0,96), межоператорская -0,5% от средней деформации (Bias 0,05; 95% ДИ -0,17…

0,27; R2 0,89), для брюшного отдела аорты внутрио-ператорская разница 0,3% от средней деформации (Bias 0,31; 95% ДИ -0,05… 0,57; R2 0,91), межоператорская 0,39% от средней деформации (Bias 0,39; 95% ДИ -0,08… 0,69; R2 0,85), внутриоператорская для скорости деформации в брюшном отделе аорты: 0,13% от средней скорости деформации (Bias 0,13; 95% ДИ -0,18… 0,44; R2 0,88), межоператорская 0,39% (Bias 0,39; 95% ДИ 0,08… 0,7; R2 0,79).

Обсуждение

В этом исследовании мы представили локальные значения функциональных параметров аорты и ОСА, полученные с помощью визуализации вектора скорости движения, у детей первого года жизни. С учетом опубликованных данных, это исследование является первым у здоровых детей раннего возраста с целью получения диапазона нормальных значений циркум-ференциальной механики аорты и ОСА и обнаружения связей между этими параметрами, геометрией и функцией ЛЖ. Неинвазивность, доступность, простота получения данных, воспроизводимость, отсутствие лучевой нагрузки делают ультразвуковую методику изучения сегментарной функции артериальной стенки идеальной для динамического наблюдения за пациентами с двустворчатым аортальным клапаном, после коррекции коарктации аорты, операции артериального переключения, у пациентов с синдромом Марфана и при широком спектре врожденных и приобретенных пороков сердца, генетических аномалий и мальформаций у детей.

Согласно полученным данным, скорость циркум-ференциальной деформации в восходящем отделе аорты у детей первого года жизни максимальная (по сравнению со скоростью деформации в брюшном отделе аорты и ОСА), хотя самые большие показатели циркумференциальной деформации выявляются в ОСА, а ФИП и артериальная жесткость (β2) — в брюшном отделе аорты. Эти данные демонстрируют особенности биомеханики аорты и ОСА у детей первого года жизни и связаны со структурой и геометрией артериальной стенки каждого оцениваемого сегмента. Так, максимальная жесткость, выявленная на этом уровне, объясняется тем, что в норме на уровне брюшного отдела коллагеновых волокон больше, а содержание эластина от восходящего к брюшному отделу аорты уменьшается. Максимально высокие

Циркумференциальная деформация и скорость деформации брюшного отдела аорты

Примечание. Данные о циркумференциальной деформации брюшного отдела аорты обследованного здорового ребенка (мальчик), 7 мес., площадь поверхности тела 0,39 м². Артериальное давление 90/50 мм рт. ст. Изображение аорты на инфраренальном уровне по короткой оси: программное обеспечение после оконтуривания самостоятельно делит артерию на 6 сегментов и данные о деформации каждого сегмента, а также усредненные данные от всех сегментов представляет в виде таблицы и графика. Схематичная круговая диаграмма с использованием цветовых маркеров «время – деформация» представляет отчет о времени до достижения пиковой деформации каждым сегментом, максимальное отклонение и усредненные значения также указаны в таблице. Циркумференциальная деформация брюшного отдела аорты в нашем примере 10,5% (A). Данные о скорости деформации брюшного отдела аорты (аналогичная показателям деформации схема представления данных). В нашем примере скорость деформации 0,64 с^-1 (B)

значения скорости деформации восходящего отдела аорты объясняются биомеханикой деформации и геометрией восходящего отдела аорты (для адекватного демпфирования при распространении пульсовой волны в восходящем отделе аорты скорость деформации максимальная). Самые высокие показатели каротидной циркумференциальной деформации в ОСА объясняются структурными характеристиками: в отличие от аорты, общие сонные относятся к мышечно-эластическому типу артерии, поэтому циркумфе-ренциальная деформация здесь больше, чем в аорте. Также важным обнаружением у обследованных нами здоровых детей было отсутствие связи между линейными размерами и фракцией выброса ЛЖ с показателями функции аорты и ОСА, тогда как индекс массы миокарда ЛЖ прямо коррелировал с артериальной жесткостью (β2) восходящего отдела аорты и ОСА, а ударный индекс ЛЖ — с циркумференциальной деформацией восходящего отдела аорты. Эти данные свидетельствуют о ведущей роли возрастания массы миокарда и ударного объема ЛЖ в возрастной дина- мике биомеханических свойств аорты и общих сонных артерий.

S. Yuda и соавт. изучили показатели деформации ОСА в циркумференциальном направлении и артериальной жесткости у здоровых взрослых и получили данные о диапазоне нормальных значений — 6,7 ± 2,1 и 5,5 ± 1,3% соответственно [11]. По нашим данным, параметры деформации ОСА у детей первого года жизни выше, а показатель жесткости ОСА ниже, чем у здоровых взрослых.

S. Curcio и соавт. показали, что различия артериальной жесткости у здоровых детей, связанные с полом, ППТ и уровнем артериального давления, начинают обнаруживаться между 8 и 14 годами [12]. Мы выявили, что показатели артериальной жесткости даже в нормативном диапазоне у детей первого года жизни закономерно увеличиваются с каждым месяцем жизни и повышением ППТ. G.S. Reusz и соавт. сообщили о сильной корреляции между возрастом и каротидно-феморальной скорости распространения пульсовой волны в большом многоцентровом исследовании, включаю- щем более 1 000 участников [13]. Но, как и в работе S. Curcio и соавт., нам не удалось выявить гендерных различий среди изученных параметров у обследованных детей. Возможное объяснение этих результатов состоит в том, что связанные с полом изменения проявляются в более старших возрастных группах.

В исследовании Z. Bu и соавт. артериальная жесткость (β2) в восходящем отделе аорты у здоровых взрослых лиц 7,4 ± 2,3 %, что выше, чем выявленные нами значения у детей первого года жизни (5,40 ± 0,98) [7]. Следует помнить, что при расчете артериальной жесткости (β2) используются не только параметры деформации, но и значения систолического и диастолического артериального давления, которые в норме у детей существенно ниже, чем у взрослых.

К сожалению, наше исследование ограничено относительно небольшим размером выборки. Мы оценивали биомеханику восходящего и брюшного отделов аорты на локальном уровне, что не дает представления о региональных сосудистых свойствах. Также возможна вариабельность получения данных в зависимости от программного обеспечения. Невозможно получение короткой оси аорты на уровне дуги и нисходящего отдела аорты с использованием трансторакального ультразвукового исследования. Однако с учетом потенциальной пользы и простоты получения данных о биомеханике аорты и ОСА у детей с первых месяцев жизни накопление фактических показателей представляется важной диагностической задачей. Интегральный подход оценки локальной геометрии и функции аорты и ОСА в нашем исследовании позволяет более полно понять особенности желудочково-артериальной сопряженности раннего детского возраста, оценить взаимодействие структурных и функциональных параметров. Значения сегментарной циркумференциальной механики аорты и ОСА могут стать ранними маркерами артериальной дисфункции у детей с ВПС и помочь оптимизировать стратегии динамического наблюдения и лечения.

Выводы

Полученные в работе показатели сегментарной функции аорты и общей сонной артерии могут быть использованы как нормативные у детей первого года жизни. Параметры функции аорты и общей сонной артерии зависят от возраста и площади поверхности тела. Основные особенности биомеханики аорты и

ОСА у здоровых детей первого года жизни отражают структурные и геометрические особенности артериальной стенки в зоне оценки: максимальная окруж-ностная деформация в ОСА, максимальная скорость деформации в восходящем отделе аорты, максимальная артериальная жесткость в брюшном отделе аорты.