Cardiac-coronary interactions in humans: Mechanistic insights from wave intensity analysis Rolandi, Cristina

Transcriptie

1 UvA-DARE (Digital Academic Repository) Cardiac-coronary interactions in humans: Mechanistic insights from wave intensity analysis Rolandi, Cristina Link to publication Citation for published version (APA): Rolandi, M. C. (2014). Cardiac-coronary interactions in humans: Mechanistic insights from wave intensity analysis General rights It is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), other than for strictly personal, individual use, unless the work is under an open content license (like Creative Commons). Disclaimer/Complaints regulations If you believe that digital publication of certain material infringes any of your rights or (privacy) interests, please let the Library know, stating your reasons. In case of a legitimate complaint, the Library will make the material inaccessible and/or remove it from the website. Please Ask the Library: or a letter to: Library of the University of Amsterdam, Secretariat, Singel 425, 1012 WP Amsterdam, The Netherlands. You will be contacted as soon as possible. UvA-DARE is a service provided by the library of the University of Amsterdam ( Download date: 25 Jan 2017

2 Samenvatting 157

3 Intracoronaire druk en stroomsnelheid is maatgevend voor de interactie tussen de mechanica van het hart en de hemodynamica van de coronaire vaten. In deze thesis onderzoeken wij de tijdafhankelijke karakteristieken van deze signalen in relatie tot de cardiale mechanica, bij ziekte en na behandeling. Hoofdstuk 1 geeft een algemene introductie van de coronaire hemodynamica. Hierbij worden fysiologische concepten behandeld gebaseerd op gemiddelde waardes over de cardiale cyclus, gevolgd door een uitleg over de golfpatronen van de stroomsnelheid binnen deze cyclus. Dit hoofdstuk sluit af met een beschrijving van de intracoronaire signalen en hun gedrag in het tijdsdomein als golven die propageren binnen de coronaire vaten. Het begrip, Wave Intensity Analysis (WIA) wordt beschreven als een krachtig hulpmiddel om het pulsatiele karakter van deze signalen nader te bestuderen, gezien dit namelijk een afspiegeling is van de interactie tussen de coronaire bloedstroom en de mechanica van het hart. De klinische studies gepresenteerd in deze thesis zijn gebaseerd op intracoronaire druk en stroomsnelheid metingen in patiënten met coronaire of aortaklep aandoeningen. Hemodynamische signalen binnen de coronaire vaten zijn simultaan bepaald met een voerdraad (Combowire) uitgevoerd met zowel een sensor voor druk- als stroomsnelheidmetingen. Een volledige toepassing van WIA vereist een begrip van het concept van de golfsnelheid. De single-point techniek (SPc) wordt doorgaans gebruikt om de golfsnelheid in te schatten, ondanks dat de validatie van deze methode gelimiteerd is tot enkel de systemische circulatie. Hoofdstuk 2 beschrijft een methode voor het direct meten van de golfsnelheid in gezonde coronaire arteriën in mensen om de impact van de toediening van adenosine en nitraat te bepalen. Naast de al verkregen hemodynamische signalen van de Combowire is er hierbij tevens een additionele microkatheter in het gezonde vat geplaatst met daarop twee hoogwaardige druksensoren, waardoor het mogelijk was twee extra druksignalen te meten. Deze druksensoren bevinden zich op een afstand van 5cm van elkaar waardoor de golfsnelheid (DNc) gemeten kan worden, enkel gebaseerd op het tijdsverschil tussen de signalen. Deze metingen zijn verkregen in rustconditie en bij vasodilatatie door toediening van adenosine en nitroglycerine. We hebben hierbij laten zien dat de coronaire golfsnelheid niet afhankelijk is van distale vasodilatatie. Tevens konden aantonen dat de SPc meting wel betrouwbaar de golfsnelheid bepaalt in rustcondities, maar niet meer bij vasodilatatie door toediening van adenosine of nitroglycerine. De SPc meting in rust kan daarom enkel dienen als surrogaat voor het scheiden van de golfintensiteitssignalen verkregen tijdens hyperemie. Deze bevindingen zijn toegepast in hoofdstuk 4 en 6 waar de golfsnelheid is gebruikt voor het scheiden van de golfpatronen in zowel rust als hyperemische condities. 158

4 Hoofdstuk 3 focust zich op het effect van veranderde interacties tussen de coronaire vaten en het hart tijdens een Valsalva manoeuvre (VM). De patiënten hebben deze manoeuvre uitgevoerd door geforceerde uitademing te doen bij een gesloten glottis. Naast de intracoronaire signalen van de Combowire zijn tevens de aortadruk en linkerventrikel druk gemeten. De Valsalva manoeuvre is gebruikt om een abrupte verhoging in de intrathoracale druk te veroorzaken hetgeen een cascade van gevolgen genereert binnen de mechanica van het hart en de coronaire perfusie. Hierbij wordt de cardiale werking geremd tijdens de maximale spanning,als gevolg van de compressie van de vena cava. De vermindering van de cardiale werking reflecteert in een sterke afname in LV impulsdruk en LVdP/dt. Aan de andere kant reflecteert de coronaire hemodynamica niet de afname in cardiale werking zoals verwacht met intacte autoregulatie, doordat de microvasculaire weerstand afneemt, wat de afname van stroomsnelheid tegengaat. Hoe dan ook worden alle vier de golfpatronen van de WIA gedempt wat komt door de afname van de cardiale werking.. Constrictie van de microvasculatuur wordt voor gecompenseerd door een afname in de belemmering op de coronaire bloedstroom, zoals bevestigd door de afname in de coronaire golfenergie. In hoofdstuk 1 hebben we beschreven hoe de onbalans tussen de behoefte aan zuurstof en de levering ervan, ischemie en opvolgend angina kan veroorzaken. Dit soort symptomen kunnen ook aanwezig zijn bij een aortaklep stenose (AS), ondanks dat er geen obstructie is in de coronaire vaten. Met AS zou ischemie veroorzaakt kunnen worden door de verhoging van de compressie in de microcirculatie door de verhoogde systolische linkerventrikeldruk in het subendocardium. Deze hypothese is getest in hoofdstuk 4, door het stroomsnelheidprofiel en de golfintensiteit bij rust en bij maximale hyperemie te analyseren in patiënten met aorta stenose voor en na transkatheter aortaklep implantatie (TAVI). Deze patiënten zijn vergeleken met een controle groep zonder aorta stenose. We konden laten zien dat AS en TAVI geen groot effect op de gemiddelde signalen per hartslag levert, terwijl de pulsatiliteit van de signalen wel gedempt werd. Vooral de systolische stroomsnelheid bij AS was gereduceerd,vergeleken met normale patiënten en herstelde naar normale waarden na TAVI. De voorwaartse compressie golf (FCW) die de systolische stroom versnelt, was niet verschillend in grootte tussen de controle en de AS groep, maar wel vertraagd bij AS. De vertraging had te maken met de vertraging in de piek van de aortadruk en was gereduceerd na TAVI, evenredig met een toename in de grootte van de golf. De vroege diastolische achterwaartse expansie golf (BEW) was hoger in patiënten met AS dan bij controle patiënten. Waarschijnlijk verhoogde de verheven LV en diastolische druk (LVEDP), onder invloed van AS, de intramyocardiale vasculaire volume en daarmee ook de energie van de BEW. De ratio van hyperemische BEW, met rust BEW was gerelateerd aan de coronaire stroomreserve (CFR) wat mogelijk een uitleg geeft voor de verzwakte CFR bij gezonde coronaire vaten. TAVI zorgde voor een vergelijkbare verhoging in zowel de rust, als hyperemische BEW met een minimale verandering van hun ratio consistent met de minimale verandering in CFR. De door TAVI veroorzaakte verhoging in FCW was gerelateerd aan de verhoging van de integraal van het systolische stroomsnelheidprofiel, wat een indicatie is voor gecompromitteerde 159

5 systolische stroomsnelheid met AS, hetgeen hersteld na TAVI. Dit suggereert een acute verlichting van de subendocardiale compressie in systole. Ondanks de verbetering van de systolische stroming met TAVI is er geen directe verbetering van CFR en BEW ratio. Dit geeft een gecompromitteerde hemodynamische respons aan die waarschijnlijk komt doordat er hypertrofie wordt veroorzaakt door de AS. Er is dus meer tijd nodig voor het herstel van de pulsatiele stroomsnelheid naar de normale condities. Hoofdstuk 5 beschrijft de aanpassingen binnen de coronaire en systemische circulatie ten gevolge van fysieke inspanning, om het opwarmeffect te verklaren wat optreedt in patiënten met coronaire vaatziekten. De patiënten in deze groep hebben twee achtereenvolgende oefeningen gedaan door te fietsen op een liggende ergometer tijdens hartkatheterisatie. De intracoronaire signalen zijn gemeten met een Combowire, distaal van de stenose, terwijl de aortadruk gemeten werd met een voerdraad. Ondanks dat dezelfde inspanning werd bereikt hadden de patiënten minder ischemie tijdens de tweede oefening. We konden laten zien dat de vergroting en de spanningstijd indices, die de contributies door de reflecties op de aorta druk reflecteren, lager waren bij een herhaalde oefening, wat de suggestie wekt dat er een afname in afterload is bij de tweede inspanning. Een afname in coronaire microvasculaire weerstand resulteerde aan de andere kant in een afname in stroomsnelheid bij de tweede oefening. De toename in netto BEW reflecteerde in een betere relaxatie van het ventrikel tijdens oefening, hetgeen duidelijker aanwezig was bij de tweede inspanning. Op basis hiervan concluderen wij dat opwarming angina effect in patiënten met inspanningsangina, verklaard kan worden door een combinatie van veranderingen in de systemische en coronaire circulatie die gezamenlijk de interactie tussen het hart en de coronaire vaten en de perfusie verbeteren. In hoofdstuk 6, presenteren wij een meer gedetailleerde analyse in termen van golfintensiteit op het effect van inspanning op de interactie van hart en vaten bij patiënten met coronaire vaatziekten. Om meer inzicht te krijgen in de contributie van inspanning op de systemische circulatie, hebben we dit vergeleken met rechter atrium pacing, hetgeen een minimaal effect heeft op de systemische circulatie. De conditie voor pacing is geanalyseerd met en zonder intacte autoregulatie. Beide interventies resulteren in dezelfde hartslag, waarbij de impulsdruk groter is bij inspanning dan bij pacing. De gemiddelde coronaire hemodynamische parameters zijn gelijkwaardig beïnvloed door beide interventies, waarbij de coronaire druk en stroomsnelheid omhoog gaan terwijl de weerstand van de microcirculatie omlaag gaat. In tegenstelling tot rechteratrium pacing, beïnvloed inspanning sterk de systemische circulatie, wat terug te zien was in het patroon van de coronaire golfintensiteit, terwijl de gemiddelde parameters per hartslag gelijkwaardig aangedaan waren. Inspanning levert een sterke toename in voorwaartse golven, dit was niet het geval voor pacing. De verandering in voorwaartse golfenergie was gerelateerd aan de verandering in aorta implusdruk, wat suggereert dat er een sterke afhankelijkheid is tussen deze golven en de golfvorm van de aortadruk. De BEW en BCW verhoogde bij inspanning, terwijl pacing enkel de BCW beïnvloedde, wel tot eenzelfde hoogte als bij inspanning. De toename in LV druk 160

6 is sneller met zowel pacing als inspanning en is waarschijnlijk verantwoordelijk voor golf opwekking in plaats van de contractiliteit. Inspanning levert ook een extra voorwaartse golf die afwezig was in rust en tijdens pacing. Deze golf komt waarschijnlijk door verhoogde reflecties in de periferie tijdens inspanning. In hoofdstuk 7, worden de resultaten van deze thesis besproken in relatie tot de mechanismen verantwoordelijk voor de golven. De grootte van iedere golf is een consequentie van de kracht waarmee deze wordt gegenereerd en de parameters die verzwakking veroorzaken. Alle golven worden gegenereerd door cardiale contractie en relaxatie, dus deze zijn sterk gerelateerd aan de parameters van de cardiale mechanica zoals de LVdP/dt. De voorwaartse golven zijn sterk gerelateerd aan de golfvorm van de aortadruk. Dat geldt niet alleen voor de twee dominante golven, de voorwaartse compressie en de achterwaartse expansie golven, die dezelfde oorsprong hebben als de aorta golfintensiteit, maar ook voor de extra golf die geobserveerd is in het coronaire golfintesiteitspatroon. We beschrijven in dit hoofdstuk hoe de extra golven door de reflecties in de periferie komen en daarom kunnen deze soms gezien worden in de coronaire arteriën, wanneer de golfsnelheid in de aorta is verlaagd (als gevolg van de Valsalva manoeuvre) of wanneer de hoeveelheid reflecties is verhoogd (als gevolg van inspanning). De energie van de coronaire achterwaartse golven wordt gemoduleerd door het intramyocardiale volume. Wat betreft de ventrikelfunctie, is de druk gegenereerd door contractie waarschijnlijk hoger bij een hoger niveau van ventrikelvulling; dit is ook het geval bij de intramurale vaten. De causale rol van intramuraal bloed volume is nog steeds hypothetisch, omdat intramyocardiaal volume helaas niet gemeten kon worden in onze studies. Echter, de resultaten zijn consistent met de hypothese dat de achterwaartse golven meer energie hebben wanneer het intramyocardiale bloed volume hoger is. In de discussie beschrijven we tevens enige methodologische limitaties van de analyses die zijn uitgevoerd in deze thesis. Het voorbewerken van pulsatiele signalen is hierbij een belangrijk technisch punt. Met respect tot het filteren hebben we getracht een optimale balans te vinden tussen het verwijderen van ruis en het behouden van fysiologische informatie. Dit hoofdstuk sluit af met aanbevelingen voor toekomstig onderzoek. 161