ДВУХОСЕВАЯ ЭХОКАРДИОГРАФИЯ В ИССЛЕДОВАНИЯХ СПОРТИВНОГО СЕРДЦА

ДВУХОСЕВАЯ ЭХОКАРДИОГРАФИЯ В ИССЛЕДОВАНИЯХ СПОРТИВНОГО СЕРДЦА

При использовании эхокардиографии для расчета различных размеров левого желудочка сердца, как известно, применяется ряд упрощений и допусков. К их числу в первую очередь можно отнести рассмотрение формы левого желудочка как эллипсоида вращения. По мнению некоторых анатомов (С.С.Михайлов, 1987), левый желудочек имеет скорее форму конуса, основание которого совпадает с основанием желудочка.

Серьезным допуском является также использование одноосевого (в М-режиме) измерения одного малого диаметра такого эллипсоида вращения для тотального обсчета этой геометрической фигуры. В этих условиях вряд ли допустимо такое упрощение, что длинная ось эллипсоида равна двум коротким осям. Есть и другие не очень очевидные допущения. Однако, почти 30-летний опыт применения эхокардиографии показал ее безусловно практическую ценность. Поэтому вполне обосновано дальнейшее усовершенствование этой методики, тем более, что для этого имеются определенные возможности. Мы имеем в виду регистрацию длинной оси помимо короткой. Такую возможность впервые показали в 1977 г. Machii и соавт. Начиная с 1980 г., двухосевая эхокардиография стала применяться для исследований спортсменов. Была детально разработана техника регистрации длинной оси левого желудочка.

Очевидно, что, располагая двухосевой эхокардиографией, следует пересмотреть и некоторые формулы, используемые, в частности, для оценки конечно-диастолического объема левого желудочка и массы его миокарда. Все эти вопросы рассматриваются в настоящем исследовании.

Обследовано 109 спортсменов в возрасте от 18 до 26 лет. Испытуемые имели высокую спортивную квалификацию (мастера спорта и перворазрядники), занимались различными видами спорта. Спортсмены исследовались в соревновательном периоде тренировочного макроцикла.

Внутренние структуры сердца изучали с помощью эхокардиографа типа "УЗКАР-3". Исследование проводилось в положении тела обследуемого лежа на спине или на левом боку. Анализ эхокардиограмм в этом случае велся традиционным образом. Помимо стандартной регистрации, позволяющей на эхокардиограмме измерять короткую ось полости, толщину межжелудочковой перегородки и задней стенки левого желудочка в положении испытуемого на левом боку записывали эхокардиограмму в "отведении" верхушка сердца - основание. Эхокардиографический датчик устанавливали при этом в области сердечного толчка. На зарегистрированной таким образом эхокардиограмме измеряли длинную ось полости левого желудочка (конечно-диастолический диаметр) как наибольшее расстояние между эндокардом стенки левого желудочка и атриовентрикулярным кольцом, а также конечно-систолический диаметр, где диаметр полости достигает минимальных значений.

Величина конечно-диастолического объема по одноосевой эхокардиограмме чаще всего, как известно (Teiсhholz, Kreulen, Herman, Gorlin, 1976), определяется по формуле:

где V - конечно-диастолический объем, D - длина короткой оси в диастолу (в см). Как следует из этой формулы, достаточно измерить D, чтобы получить важнейшую объемную характеристику левого желудочка.

Некоторые авторы (Mashiro, Kinoshita, Tomanaga et al., 1975; Popp, Harrison, 1970) используют для этих целей совсем простые выражения с постоянным коэффициентом K при D³:

И, наконец, для определения конечно-диастолического объема используют линеаризованные выражения, вытекающие из наличия связи между V и D (В.В.Зарецкий, В.В.Бобков, Л.И.Ольбинская, 1979; Fortuin, Hood, Sherman et al., 1971):

Уравнение (3) является обычной эмпирической формулой, в которой взаимоувязаны две переменные.

Как известно из аналитической геометрии, объем эллипсоида (V) подсчитывается по формуле:

Для дальнейшего анализа введем следующие обозначения:

Воспользовавшись новыми обозначениями, получим:

Положим, L = D·K, где K = L / D - коэффициент отношения длинной и короткой осей эллипсоида. Теперь формулу объема эллипсоида вращения можно записать следующим образом:

Формула (6) только внешне напоминает формулу (2). Дело в том, что величина K - переменная, зависящая от реально измеренных короткой D и длинной L осей эллипсоида, что возможно только при двухосевой эхокардиограмме.

Таким образом, анализ величины K приобретает самостоятельное значение. В начале использования эхокардиографии в медицине было принято, что длинная ось левого желудочка (L) в два раза больше короткой его оси (D). Однако, в основном ангиокардиогафические исследования показали, что этот факт далеко не всегда наблюдается при прямых измерениях (Е.В.Ловягин, А.Д.Смирнов, 1984; Machii, Tamura, Natsume et al., 1977). Это побудило нас проанализировать собственные наблюдения. Мы сопоставили интервальные средние величины по длинной оси с короткой осью и по полученным данным рассчитали коэффициент K, отражающий соотношение L:D. Эти расчеты велись как для диастолы левого желудочка, так и для систолы. В табл. 1 приведены данные, касающиеся диастолической фазы сердечного цикла, характеризующие взаимоотношения между величиной длинной оси в диастолу (L_d) и короткой осью (D_d). Как следует из табл. 1, сразу же выявляется важный факт: в диастолическую фазу соотношение длинной и короткой оси левого желудочка не равно 2:1. Такое соотношение мы наблюдали при анализе индивидуальных данных лишь у двух человек. Среднее отношение L_d:D_d по всем данным оказалось равным 1,670±0,127.

Длинная (L) и короткая (D) оси полости левого желудочка и их отношение во время диастолы

Длинная ось в см (Ld)	Короткая ось в cм (Dd)	Отношение (Ld:Dd)
7,54±0,22	4,83±0,22	1,56±0,17
8,49±0,22	5,47±0,52	1,55±0,11
9,40±0,20	5,57±0,40	1,69±0,13
10,28±0,19	5,82±0,35	1,77±0,12
11,70±0,77	6,35±0,41	1,85±0,33

Таким образом, наши данные полностью согласуются с результатами исследований Е.В.Ловягина, А.Д.Смирнова и ряда других авторов, которые при анализе ангиокардиограмм не подтвердили, что отношение длинной и короткой осей левого желудочка в диастолу равно 2. Исходя из этого, становится очевидным, что результаты измерения конечно-диастолического объема по одноосевой эхокардиограмме с помощью формулы объема эллипсоида вращения не правомерны. Авторы, использовавшие этот прием, предпринимали различные "ухищрения": на основании экспериментальных данных они произвольно меняли коэффициент К в формуле (2), добиваясь, таким образом, приближения эхокардиографических данных к более прецизионным данным. Так, например, Mashiro ввел коэффициент, равный 0,837, и получил данные, значительно превышающие по точности расчеты Popp, исходившего из отношения L:D как 2:1.

Интересным оказался подход Teichholz, в котором был применен коэффициент К = 7 / (2,4 + D). Этот коэффициент не является постоянной величиной, что делает привлекательным его использование. К сожалению, коэффициент Teichholz и его динамика при различных величинах малой оси левого желудочка ни физиологически, ни геометрически не обоснованы. Следовательно, здесь мы имеем дело с удачной и эмпирической подгонкой коэффициента.

Коэффициент, предложенный Mashiro (0,837), может иметь место при величине D = 6,0 cм.

Ошибочность предпосылки L:D = 2:1 подчеркивается еще и тем, что величина коэффициента K не является постоянной во всем диапазоне изменений малой оси D, наблюдающихся как у спортсменов, так и у здоровых людей.

Из всего сказанного следует, что использование двухосевой эхокардиографии дает более точные данные для величины конечно-диастолического объема, поскольку при этом исключаются не оправдывающие себя допущения.

Любопытно, что сказанное не относится к анализу отношения длинной оси левого желудочка к короткой его оси в систолическую фазу сердечного цикла. При анализе тех же материалов было установлено, что у подавляющего большинства испытуемых этот коэффициент весьма близок к 2. Среднее отношение длинной оси в систолу (L_s) к соответствующей короткой оси (D_s) оказалось равным 2,01±0,174. Из этого следует, что расчет конечно-систолического объема может осуществляться с достаточной точностью и по одноосевой эхокардиограмме.

В табл. 2 представлены данные расчета конечно-диастолического объема левого желудочка по предложенной нами формуле (6), в которой величина K рассчитывалась путем деления длинной оси левого желудочка на длину короткой его оси. Эти индивидуальные данные осреднялись нами по отношению к наиболее часто встречаемым величинам короткой оси левого желудочка в диастолу. По этим же величинам D рассчитывались величины конечно-диастолического объема с использованием формул других авторов.

Из анализа табл. 2 видно, что получаемые по нашей формуле (5) величины конечно-диастолического объема близки к данным Mashiro в широком диапазоне D и Teichholz в диапазоне изменения короткой оси, равной 5,0-6,0 см. При малом объеме полости левого желудочка данные, полученные по формуле Teichholz, оказались завышенными, а при большом объеме (D > 6,3 cм), наоборот, заниженными. Данные же Popp и Fortuin оказываются завышенными.

Величины конечно-диастолического объема, рассчитанные по формулам одно- и двухосевых эхокардиограмм

Таким образом, применение двухосевой эхокадиографии дает надежные данные о конечно-диастолическом объеме при использовании формул (5) и (6). Двухосевое исследование условного эллипсоида вращения, в какой-то мере идентичного внутреннему объему полости левого желудочка, дает достаточно надежные данные по тем соображениям, что предложенная нами формула (6) с математической точки зрения вполне корректна. Можно утверждать, что возможная неточность формулы (6) имеет своей причиной существенное отличие формы полости левого желудочка от эллипсоида вращения. Вероятность такого расхождения увеличивается по мере изменения формы левого желудочка патологическим процессом. И, наоборот, чем "нормальнее" форма левого желудочка, тем более точными оказываются расчеты его конечно-диастолического объема по формуле (6). "Физиологическое спортивное сердце" (термин Г.Ф.Ланга), вероятно, математически можно описать с достаточной точностью.

Результаты произведенного нами усовершенствования методики измерения конечно-диастолического объема с помощью двухосевой эхокардиографии позволяют с достаточной надежностью анализировать проблему дилятации спортивного сердца, особенно, в сочетании дилятации с гипертрофией миокарда. Оба эти процесса взаимосвязаны. Поэтому, повышая точность измерения конечно-диастолического объема (дилятационной характеристики сердца), естественным было поставить вопрос о совершенствовании техники измерения массы миокарда, прямо характеризующей гипертрофический процесс в миокарде левого желудочка.

Определение массы миокарда основано на расчете величины объема миокарда (V_m). Для этих целей рассчитываются внутренний объем левого желудочка (V_i) и его наружный объем (V_e). Разность этих объемов и есть объем миокарда левого желудочка: V_m = V_e - V_i.

Для перевода величин объема в величины массы веса миокарда (MM) объем V_m умножается на плотность, равную 1,05 г/мл.

При использовании одноосевой эхокардиографии внутренний объем левого желудочка вычисляется по длине короткой оси D с помощью одной из формул, рассмотренных выше. Наружный объем левого желудочка определяется аналогичным образом, но величина D увеличивается либо на сумму толщины задней стенки левого желудочка и межжелудочковой перегородки, либо на удвоенную толщину задней стенки, поскольку эти толщинные размеры весьма близки.

Эта техника непригодна для определения объема миокарда левого желудочка с помощью двухосевой эхокардиографии и дело здесь не только в различии формул, используемых для определения конечно-диастолического объема. При двухосевой эхокардиографии необходимо учитывать толщины стенок левого желудочка, пересекаемых продольной осью, направленной от верхушки желудочка к основанию (атриовентрикулярному кольцу). Фактически мы имеем дело с двумя эллипсоидами - наружным и внутренним. Объем миокарда - это то, что расположено между этими двумя эллипсоидами, сориентированными вдоль общей продольной оси желудочка. Определение объема внутреннего эллипсоида (V_i) было детально расмотрено выше. Это ничто иное как конечно-диастолический объем, рассчитываемый по формуле (5). Для расчета внешнего объема левого желудочка (V_е) необходимо увеличить длины продольной и поперечной осей D и L на толщины миокардиальных стенок. К длине поперечной полуоси D/2 прибавляется толщина задней стенки левого желудочка (TW). Тогда вся поперечная ось внешнего эллипсоида есть D_e = D + 2·TW.

Аналогичные рассуждения можно применить и к определению длины продольной оси левого желудочка. При этом необходимо заметить, что толщина миокарда в области верхушки (TW_a) левого желудочка несколько меньше, чем толщина задней стенки. По анатомическим данным (Н.И.Елкин, 1971; М.П.Митрофанов; Sternby, 1974), TW_a составляет около 80% от TW. По нашим данным, в среднем TW_a = 0,751·TW.

Таким образом, суммарная длина продольной оси левого желудочка будет равна L_e = L + 2·TW_a, а суммарная длина поперечной оси левого желудочка будет равна D_e = D + 2·TW. Располагая этими данными, можно получить математическую запись объема миокарда левого желудочка:

Величина V_m переводится в величину массы миокарда путем умножения на плотность, равную, как мы уже указывали, 1,05 г/см³.

Рассчитанные в наших наблюдениях значения массы миокарда колебались в чрезвычайно широких пределах (от 140 до 270 г), указывая тем самым на то, что занятия спортом формируют гипертрофию миокарда различной выраженности. Мы произвели сравнения наших данных с литературными, полученными разными авторами, работавшими с одноосевой эхокардиографией. В качестве аргумента в табл. 3 была взята величина D, аналогично тому, как это было сделано в табл. 2, где также производились сопоставления собственных и литературных данных.

Сравнение данных о массе миокарда, рассчитанных различными способами

Как следует из табл. 3, полученные нами данные по двухосевой эхокардиограмме, с одной стороны, имеют тот же порядок, что и приведенные в литературе. С другой стороны, можно обратить внимание на следующее. Все формулы, использующие одноосевую эхокардиографию, при расчете объема миокарда содержат в себе серьезную ошибку. Она заключается в том, что рассматривается разность между объемами наружного и внутреннего эллипсоидов вращения, длины осей которых отличаются на одинаковую величину (TW). Иными словами, предполагается, что расстояние между этими эллипсоидами, принимаемое как TW, совершенно одинаково в любой точке их поверхностей, в частности, в области верхушки левого желудочка. Однако, как мы уже указывали, основываясь на собственных и литературных данных, толщина миокарда в области верхушки меньше, чем в области измерения короткой оси левого желудочка. Разница толщин по нашим данным составляет практически 25%.

Этот факт полностью игнорируется при формализации массы миокарда, когда используется только короткая ось левого желудочка. Если воспользоваться геометрически более правильной формулой (Popp), в которой предусматривается отношение длинной и короткой осей как 2:1, то, как следует из табл. 3, величины массы миокарда при любых диаметрах левого желудочка существенно превышают наши данные, равным образом как и данные Mashiro. В свою очередь, формула Mashiro, в которой произведена эмпирическая подборка постоянного коэффициента, всегда дает завышенные данные по сравнению с полученными по нашей формуле (6). Формула Teichholz (1), в которой коэффициент К является переменной величиной, дает результаты довольно близкие к нашим данным, но при больших размерах желудочка (D > 5,5 см) рассчитанные по ней величины оказываются более низкими (табл. 3).

Таким образом, двухосевая эхокардиография, основанная на реальных измерениях длинной и короткой осей, а также толщин задней стенки и верхушки миокарда дает достаточно надежные данные. При этом число допусков минимизировано и расчеты ведутся строго в соответствии с геометрическими формулами.