cerebralt blodflöde hos patienter med kroniskt hjärtsvikt före och efter hjärttransplantation

normalt vilande cerebralt blodflöde (CBF) är cirka 50 mL/min per 100 g och det hålls konstant inom ett brett område (60 till 150 mm Hg) av genomsnittligt arteriellt blodtryck (MAP).1 hjärnan är särskilt känslig för cirkulationsförändringar som minskar syre-och glukosleverans och är kritiskt beroende av en adekvat fördelning av hjärtutgången och en exakt reglering av CBF. I avsaknad av djup hypotoni är en akut sänkning av hjärtproduktionen hos försöksdjur associerad med normala eller endast något reducerade CBF-värden.2 på samma sätt anses patienter med hjärtsvikt generellt ha normal CBF på grund av omfördelningen av blodflödet mot hjärtat och hjärnan och bort från skelettmusklerna och kutana, splanchniska och renala kärlbäddar.3 Andra resultat stöder emellertid inte enhetligt denna generalisering. Trots kompensationsförändringar är kronisk låg hjärtproduktion associerad med en 25% minskning av CBF hos kardiomyopatiska kaniner.4 hos människor kan CBF minskas något, 5 och kognitiv försämring med slöhet, förvirring, minnesproblem och yrsel kan öka sjukligheten hos patienter med svår kronisk hjärtsvikt (CHF). Eftersom dessa neuropsykologiska problem lindras av hjärtat

transplantation,6 Det är rimligt att anta att CBF-förändringar kan uppstå hos patienter med CHF. Effekten av svår CHF på CBF har emellertid endast undersökts ofullständigt hos människor. I denna studie jämförde vi CBF-värden hos patienter med svår CHF med de i en åldersmatchad kontrollgrupp; effekten av hjärttransplantation på cerebral hemodynamik undersöktes också.

försökspersoner och metoder

patienter

tolv patienter (11 män, genomsnittlig sem-ålder i genomsnitt, 51, 9 4, 9 år) med svår hjärtsvikt på grund av antingen utvidgad kardiomyopati (n=9) eller ischemisk hjärtsjukdom (n=3) inkluderades i studien. Alla patienter var i New York Heart Association (NYHA) funktionell klass III/IV och hade utvärderats för hjärttransplantation. Fem av CHF-patienterna genomgick en hjärttransplantation inom de följande 6 månaderna. Tolv åldersmatchade friska försökspersoner (11 män; genomsnittlig sem-ålder i genomsnitt, 47,4 2,1 år) inkluderades som normala kontroller. Baslinje demografi visas i tabellen. Ingen av patienterna hade diabetes, epilepsi, hypertoni eller lever -, lung-eller hjärnsjukdom. CHF-patienter som använde nitrater hade denna behandling avbruten 24 timmar före och under undersökningen. Ingen av kontrollpersonerna hade några hjärt-kärlsjukdomar. Alla försökspersoner gav informerat samtycke. Studien godkändes av den lokala etiska Utskottet (protokoll nr. KF 01-256 / 98) och följde principerna i Helsingforsdeklarationen.

studiedesign

liggande vilande arteriellt blodtryck, hjärtfrekvens, CBF och blodflödeshastighet i mellanhjärnan (MCAV) mättes hos alla CHF-patienter och friska frivilliga. Hos de 5 transplanterade CHF-patienterna upprepades mätningarna 1 (n=5) och 6 månader (n=3) efter transplantationen.

hemodynamiska mätningar

CBF mättes med en hjärndedicerad CT-skanner med ENFOTONEMISSION med användning av 133xe-inhalationstekniken (Tomomatic 564, Medimatic Inc).

133Xe tvättas snabbt ut från hjärnan, vilket möjliggör sekventiella mätningar inom korta tidsintervall. 133xe inhalerades i 1,5 minuter från en 4-L-påse fylld med atmosfärisk luft och syre med en 133xe-koncentration på 740 MBq/L. energifönstret sattes till 66 till 142 keV. En kollimerad NaI-kristall, som registrerade radioaktivitet som en uppskattning av den arteriella ingångskurvan till hjärnan, placerades över toppen av höger lunga. Cerebral aktivitet registrerades i 270 sekunder av ovannämnda detektormatris, roterande vid 6 rpm. Data rekonstruerades genom filtrerad Back-projektion i en 32 msk 32 matris som ger 3 tvärgående skivor belägna 10, 50, och 90 mm ovanför Cantho-orbital linje. Upplösningen i planet var 1,5 till 2,0 cm (full bredd vid maximalt hälften), med en skivtjocklek på 20 mm. för CBF-beräkning användes metoderna för Kanno och Lassen7 och Celsis et al8. En algoritm baserad på en kombination av sekventiell tomografi, den tidiga bildmetoden och tidsaktivitetskurvan möjliggjorde beräkning av medelvärde och regional CBF. Symmetriska regioner av intresse applicerades på den mellersta enfotonemissions-CT-skivan enligt den anatomiska referensnivån av 1 erfaren observatör med användning av en standardregion av intresseuppsättning. Således sammanfattades pixelflödesvärden i milliliter per minut per 100 g för att ge genomsnittliga flödesvärden från halvkärmarna, de basala ganglierna och de främre, temporala och occipitala loberna.

MCAV mättes genom transkraniell Doppler-ultraljud (Multi-Dop X, DWL) och beräknades från 10 på varandra följande hjärtslag, på ett djup av 45 till 55 mm.9 försiktighet har vidtagits för att placera 2 MHz-sonden på samma sida av varje patient under hela studieperioden. Sondernas position säkrades med ett gummihuvudband. MCAV mättes efter att försökspersonerna hade varit i ryggläge i minst 10 minuter.

blodtrycket mättes med en helautomatisk monitor (OMRON M4)10 på patientens vänstra överarm.

statistisk analys

värden i de 2 studiegrupperna (CHF och kontroller) jämfördes med studentens t-test för oparade observationer. Pretransplantation och posttransplantation värden jämfördes med parade Studentens t-test. Resultaten uttrycks som medelvärde för sem i genomsnitt, och P<0,05 anses vara signifikant.

resultat

CBF och MCAV

vilande CBF var 36 kg 1 mL / min per 100 g hos de 12 CHF-patienterna, vilket motsvarar en 31% reduktion jämfört med kontrollgruppen (52 kg 5 mL/min per 100 g) (P<0, 05)(Figur 1a). Den regionala fördelningen av CBF ändrades inte (P>0.05). Även om en trend mot minskad MCAV sågs hos CHF-patienter, uppnådde dessa förändringar inte statistisk signifikans på grund av en ganska stor variation (CHF, 36 8 cm/s, kontroll, 49 9 cm/s, p>0,05) (figur 2a).

CBF-värden före och 1 månad efter transplantation var 35 3 respektive 50 3 mL/min per 100 g (P<0,05) (Figur 1b). Således normaliserar CBF snabbt efter hjärttransplantation (Figur 1b). MCAV-värden ökades efter transplantation, men återigen nådde förändringen inte statistisk signifikans (Figur 2B). I det lilla antalet patienter (n=3) som omprövades efter 6 månader skilde sig CBF och MCVA efter 6 månader inte från värden vid 1 månad (CBF, 43 1 ml/min per 100 g).

blodtryck och koldioxid

VILOKARTAN var signifikant lägre i CHF-gruppen (76 5 mm Hg.) än i de 12 kontrollerna (95 3 mm Hg.). MAP-trycket ökades signifikant efter transplantation (före transplantation, 76 kcal 5 mm Hg; efter transplantation, 93 kcal 7 mm Hg; n=5) och skilde sig inte från MAP hos friska frivilliga. CHF-patienter hade något lägre CO2-koncentrationer i slutet av expiratorisk än deras kontrollgrupp (4, 6 0, 2 0, 2 mot 5, 2 0, 1 kPa; P<0, 05).

diskussion

Vi har funnit att CBF reduceras med cirka 30% hos patienter med svår CHF jämfört med en hälsosam åldersmatchad kontrollgrupp. Detta resultat bekräftas ytterligare av en signifikant ökning av CBF bland patienter som genomgår hjärttransplantation och genom kvalitativt liknande förändringar i MCAV.

autoregulering av flödet säkerställer att flödet genom ett organ eller en kärlbädd bibehålls ganska konstant trots förändringar i MAP. Under normala omständigheter börjar CBF sjunka när MAP minskar till cirka 80% av baslinje map-värden (vanligtvis cirka 60 mm Hg), vilket är något lägre än den genomsnittliga baslinjekartan på 76 mm Hg som finns hos CHF-patienterna i denna studie. Det är okänt om cerebral autoregulering bevaras hos patienter med CHF. Teoretiskt kan CHF-inducerad aktivering av fysiologiska neurohormonala motreglerande mekanismer, såsom det sympatiska nervsystemet och renin-angiotensinsystemet, resultera i en högerförskjutning av den nedre gränsen för autoregulering,11,12 varigenom en minskning av CBF kan bero på de låga MAP-värdena som finns hos CHF-patienterna. Å andra sidan, eftersom adaptiva mekanismer för högerförskjutning av den nedre gränsen för autoregulering är kända för att inträffa vid arteriell hypertoni,13 det omvända fenomenet kommer sannolikt att hända vid kronisk hypotoni. En förskjutning åt vänster har tidigare visats efter kronisk cerebral hypotension14 och efter administrering av ACE-hämmare.15 men framtida studier behövs för att ta itu med om gränserna för cerebral autoregulering påverkas av närvaron av CHF.

CHF-patienter hade något lägre CO2-koncentrationer än deras kontrollgrupp. Även om man antar normal cerebrovaskulär CO2-reaktivitet, skulle denna minskning av Pco2 endast vara ansvarig för cirka 18% av den observerade CBF-minskningen. Eftersom hypokapni är ett välkänt kroniskt fenomen hos många CHF-patienter, och eftersom en cerebral hemodynamisk anpassning sker som svar på långvarig minskning av CO2, är påverkan av den nuvarande skillnaden i end-expiratorisk CO2 på CBF tveksamt.16

vid måttligt hjärtsvikt stiger en normal vilande hjärtutgång otillräckligt under träning, medan vid mer allvarlig hjärtsvikt är hjärtutgången redan reducerad i vila. I detta senare tillstånd har det allmänt accepterats att blodflödet omfördelas till förmån för hjärnan och hjärtat för att bevara blodflödet till dessa organ. Patienter med svår CHF visar emellertid en paradoxal baroreceptormedierad perifer vasodilation i upprätt läge, 17 som kan motverka blodflödesfördelning till hjärnan och rikta blodflödet bort från hjärncirkulationen. Faktum är att kronisk låg hjärtproduktion är förknippad med en minskning av CBF hos kardiomyopatiska kaniner,4 medan akut blödande djur utan hjärtsvikt bevarar en normal2 eller endast något reducerad CBF i frånvaro av djup hypotoni. Humandata är begränsade och motstridiga,5,18 men i allmänhet har CBF ansetts vara normalt även hos patienter med måttlig till svår hjärtsvikt.18 nyare data tyder på att MCAV minskar med minskad hjärtproduktion.19 en trend observerades också i den aktuella studien (CHF-grupp kontra kontrollgrupp). Vidare tyder andra rapporter på att det är ökningen av hjärtutgången, snarare än förhöjt arteriellt blodtryck, som ökar CBF under tillstånd som kännetecknas av låg hjärtutgång20 eller cerebral vasospasm.21,22

på grundval av svar på hyperkapni föreslog data från Georgiadis et al23 nyligen att den cerebrala arteriolära dilatationskapaciteten blir nästan uttömd hos patienter med svår CHF. Den låga CBF i denna studie är kompatibel med detta förslag. Hos måttligt hypotensiva djur, där CBF fortfarande är normalt på grund av arteriolär vasodilation, minskar sympatisk stimulering signifikant CBF.11,24 överdriven aktivitet hos det sympatiska och renin-angiotensinsystemet är ett centralt neurohormonalt svar för att upprätthålla hjärtutmatning och central hemodynamisk integritet under utvecklingen av CHF. Följaktligen kan man spekulera i att hos patienter med svår CHF kan den totala kombinationen av reducerad MAP och ökad neurohormonal aktivitet inte kompenseras av cerebral arteriolär autoregulerad vasodilatation och/eller av systemiska mekanismer tillgängliga för omfördelning av blodflödet. I detta avseende är det av intresse att den angiotensinomvandlande enzymhämmaren captopril har visat sig öka CBF hos patienter med CHF,5 medan ingen studie så vitt vi vet har utvärderat effekten av till exempel, den adrenerga inhiberingen av CBF hos patienter med CHF.

hos normala patienter är en akut 30% sänkning av CBF associerad med milda symtom på cerebral hypoperfusion, och mental förvirring uppstår vid 50% till 60% av normala CBF-nivåer.25 Det är därför troligt att neurologiska / psykiska symtom associerade med CHF orsakas av antingen kroniska eller intermittenta episoder av cerebral hypoperfusion. Nya data tyder på att mentala symtom är potentiellt reversibla efter hjärttransplantation,6 som återställer central hemodynamik (t.ex. MAP och hjärtutgång) och normaliserar den neurohormonala enheten som ses före transplantation. Vi utförde inte neuropsykologiska tester, men upptäckten att 30% minskning av CBF hos patienter som väntar på hjärttransplantation normaliserades inom 1 månad efter operationen kan ge en fysiologisk förklaring till de rapporterade neuropsykologiska effekterna av transplantation.

under beräkningar av CBF antog vi att xenon-transittiden från lungorna till hjärnan hos CHF-patienter liknar transittiden hos friska försökspersoner. En väsentligt ökad okorrigerad lungtransittid kommer att ge en något minskad CBF, vilket teoretiskt då kan förklara en del av den reducerade CBF hos våra CHF-patienter. Data om denna fråga är begränsade, men CHF-patienter med hjärtindex på 2,8 0,2 l/min per kvadratmeter har visat sig ha en normal lungtransittid, och endast patienter med ett hjärtindex på 1,9 har en transittid dubbelt så hög.26 i vår studie, eftersom hjärtindex var 2,5 0.2 i CHF-gruppen kommer förändringar (om de finns) i transittiden i denna grupp sannolikt att inducera endast mindre förändringar i uppmätta CBF-värden. Detta bekräftas av upptäckten att beräkningar baserade på transittider två gånger normala värden fortfarande gav en CBF som reducerades signifikant hos patienter med CHF.

Sammanfattningsvis finner vi att CBF reduceras med cirka 30% hos patienter med svår CHF (NYHA klass III och IV) och att CBF normaliseras efter hjärttransplantation. Detta är den första studien som visar att CBF är reversibelt reducerad hos patienter med NYHA klass III/IV hjärtsvikt. Detta fenomen kan bidra till de neurologiska symtomen som ofta upplevs av patienter med CHF.

fotnoter