Technika badania ultrasonograficznego u chorych z przewlekłą

Technika badania ultrasonograficznego u chorych z przewlekłą

Technika badania ultrasonograficznego u chorych z przewlekłą mózgowo-rdzeniową
niewydolnością żylną.
U niemal wszystkich chorych ze stwardnieniem rozsianym stwierdza się zwężenia lub
niedrożności głównych zewnątrzczaszkowych żył drenujących ośrodkowy układ nerwowy.
Tego typu patologiczne zmiany w żyłach, będące przyczyną nieprawidłowego odpływu krwi
z mózgu i rdzenia kręgowego, definiuje się obecnie jako przewlekłą mózgowo-rdzeniową
niewydolność żylną (chronic cerebrospinal venous insufficiency - CCSVI). Wykazanie w
badaniu USG zmian typowych dla CCSVI jest
wysoce znamienne dla stwardnienia
rozsianego. Obecnie przypuszcza się, że stwardnienie rozsiane, z jego typowym
uszkodzeniem mózgu i rdzenia kręgowego, jest następstwem przewlekłej mózgowordzeniowej niewydolności żylnej.
U chorych z CCSVI można znaleźć całe spektrum patologicznych zmian w żyłach. Zmiany
te dotyczą przede wszystkim żył szyjnych wewnętrznych, rzadziej żyły nieparzystej, zaś u
niektórych chorych można stwierdzić rozsiane zwężenia żył drenujących rdzeń kręgowy.
Przypuszcza się, że większość tych zwężeń to zmiany wrodzone, jednak stwierdzenie u
niektórych chorych patologii pourazowej lub pozakrzepowej jest też możliwe.
Niezależnie od etiologii zmian w żyłach, ich wykrycie w badaniu ultrasonograficznym nie
zawsze jest łatwe i wymaga zrozumienia zasad krążenia w żyłach drenujących ośrodkowy
układ nerwowy.
Zarówno mózg, jak i rdzeń kręgowy, są zamknięte w nieściśliwych i nierozciągliwych
puszkach kostnych. Dlatego naczynia żylne bezpośrednio drenujące te narządy po pierwsze:
nie zapadają się, co oznacza że zawierają w przybliżeniu stałą objętość krwi, niezależnie od
prędkości i kierunku przepływu, a po drugie: żyły te nie mogą w znaczący sposób rozszerzyć
się lub zwęzić pod wpływem zmian ciśnienia lub zmian oporu obwodowego (jak to się dzieje
w przypadku żylaków kończyn dolnych). Co więcej, żyły i zatoki mózgowe oraz żyły i
sploty żylne rdzenia kręgowego nie posiadają zastawek, w związku z czym przepływ w tych
naczyniach zależy przede wszystkim od wielkości oporu w żyłach położonych poza jamą
czaszki i kanałem kręgowym. Trzeba też pamiętać o tym, że w związku z położeniem żył
mózgu i rdzenia kręgowego wewnątrz sztywnej puszki kostnej, refluks podobny do tego, jaki
obserwujemy w żylakach, nie może występować. Wprawdzie w warunkach patologii
1
obserwuje się refluks (czyli przepływ niezgodny z fizjologicznym kierunkiem), ale jest to
raczej manifestacja przepływu omijającego przeszkodę, a nie „cofanie się” krwi. Dlatego tego
typu refluksy bardzo różnią się od tych obserwowanych w żylakach kończyn.
Obecnie nie znamy wszystkich reguł rządzących krążeniem żylnym w obrębie ośrodkowego
układu nerwowego. Jednak podstawowe zasady są następujące:
a) w pozycji leżącej krew odpływa z mózgu głównie przez żyły szyjne wewnętrzne
(ryc.1),
Ryc.1
b) w pozycji z uniesioną głową krew odpływa przede wszystkim przez nadtwardówkowe
sploty żylne w kanale kręgowym i przez żyły kręgowe (ryc.2).
Ryc.2
Dlaczego krew żylna odpływa z mózgu różnymi drogami, w zależności od pozycji ciała?
Wydaje się – choć obecnie nie ma na to niepodważalnych dowodów – że nie jest to związane
z aktywną regulacją przepływu, ale raczej – że przyczyną tego zjawiska są podstawowe prawa
fizyczne rządzące mechaniką cieczy. Pole przekroju żył szyjnych wewnętrznych jest
porównywalne z sumą pól przekroju drobnych naczyń żylnych składających się na sploty
nadtwardówkowe w kanale kręgowym i na żyły kręgowe. Jednak żyły szyjne wewnętrzne,
które leżą w obrębie tkanek miękkich szyi, mogą się zapadać zgodnie z efektami
grawitacyjnymi. Przeciwnie, naczynia żylne splotu nadtwardówkowego, a także do pewnego
2
stopnia żyły kręgowe, w związku z ich lokalizacją wewnątrz nieściśliwego kanału kostnego,
nie zapadają się pomimo ujemnego ciśnienia transmuralnego.
Zgodnie z podstawowymi zasadami mechaniki cieczy (ryc. 3), przepływ odbywa się
preferencyjnie drogą, która stawia najmniejszy opór. Opór przepływu można zdefiniować
jako różnicę ciśnień konieczną do wymuszenia przepływu cieczy przez naczynie,
zgodnie ze wzorem:
F = (P1 – P2) / R
(1)
gdzie: F – objętość przepływu
P1 – ciśnienie początkowe
P2 – ciśnienie końcowe
R – opór przepływu ∆P
Ryc.3
Z drugiej strony, opór przepływu zależy od wielu czynników, takich jak: długość i średnica
naczynia, lepkość cieczy oraz charakter przepływu (laminarny lub turbulentny). W
organizmach żywych dochodzą jeszcze dodatkowe czynniki: nieregularność kształtu naczyń,
ich rozgałęzienia oraz, co ma szczególne znaczenie w przypadku żył, ciśnienie wywierane na
naczynie z zewnątrz, mogące doprowadzić do jego zapadnięcia się. Jednym z ważniejszych
parametrów wpływających na wielkość oporu przepływu w organizmach żywych jest
średnica naczynia. Regulacja objętości przepływu przez poszczególne narządy odbywa się
głównie poprzez aktywną zmianę średnicy naczyń, przede wszystkim tętniczek. Zależności
między wielkością oporu przepływu i średnicą naczynia można opisać wzorem:
3
R=
(2)
gdzie: r – promień naczynia
η – lepkość cieczy
L – długość naczynia
R – opór przepływu
Warto zwrócić uwagę, że opór przepływu jest odwrotnie proporcjonalny do czwartej potęgi
promienia (podczas gdy pole przekroju zależy od drugiej potęgi promienia: Πr2). Tak więc,
opór przepływu jest znacznie mniejszy w jednym dużym naczyniu niż w kilku mniejszych,
pomimo ich równego pola przekroju. Ma to szczególne znaczenie w przypadku przepływu
żylnego, w którym gradient ciśnienia ∆P jest stosunkowo mały. W tych warunkach duża
objętość przepływu jest możliwa tylko pod warunkiem istnienia niskiego oporu przepływu
(patrz: równanie 1).
Przekształcając równanie (1) otrzymujemy zależność:
R=
=
(3)
zgodnie z którą przy stałym oporze przepływu, objętość przepływu i gradient ciśnienia ∆P
(czyli: P1 – P2) są ze sobą powiązane w sposób odwrotnie proporcjonalny.
Zakładając, że opór przepływu jest stały (czyli nie jest regulowany w sposób aktywny, np.
przez skurcz mięśniówki naczynia) i przekształcając równania 2 i 3 otrzymujemy zależność:
=
(4)
z której można obliczyć objętość przepływu:
F=
(5)
4
W warunkach, w których naczynie żylne jest niezapadnięte, z równania (5) wynika, że
jedynym parametrem wpływającym na objętość przepływu jest gradient ciśnienia ∆P. Należy
zauważyć, że w przypadku odpływu krwi żylnej z mózgu maksymalna wartość ∆P jest równa
różnicy ciśnienia między zatokami żylnymi mózgu i żyłą główną górną, która zależy przede
wszystkim od różnicy poziomów między tymi naczyniami. Dlatego maksymalny przepływ
przez naczynie żylne jest teoretycznie większy przy uniesionej głowie w porównaniu z
pozycją horyzontalną. Jednak w organizmach żywych zależności te są bardziej złożone.
Jednym z ograniczeń wielkości przepływu jest pojawienie się turbulencji, które znacznie
zwiększają opór przepływu. Przepływ turbulentny pojawia się przy wartościach liczby
Reynoldsa (patrz: równanie 6) powyżej 2300, a przy wartości tej liczby powyżej 4000
przepływ jest całkowicie turbulentny. Wielkość liczby Reynoldsa zależy m.in. od prędkości
przepływu, dlatego objętość przepływu nie może być bez ograniczeń rekompensowana przez
zwiększenie prędkości przepływu, gdyż przy dużych prędkościach dochodzi do powstania
turbulencji, co znacznie zwiększa opór i ogranicza przepływ.
Re =
(6)
gdzie: Re – liczba Reynoldsa
ρ - gęstość cieczy
V – prędkość przepływu
µ – lepkość dynamiczna cieczy
D – średnica naczynia
Kolejnym ograniczeniem wielkości przepływu jest możliwość zapadania się żyły pod
wpływem ujemnego ciśnienia transmuralnego. W odróżnieniu od tętnic, które charakteryzują
się sztywną ścianą, żyły mają stosunkowo cienkie im podatne ściany, które w określonych
warunkach mogą zapadać się. O zachowaniu się ściany naczynia żylnego decyduje wielkość
ciśnienia transmuralnego, czyli różnica między ciśnieniem wewnątrz i ciśnieniem na zewnątrz
naczynia (ryc. 4 i równanie 7). Jeżeli ciśnienie transmuralne jest dodatnie, naczynie pozostaje
otwarte, przy ujemnych wartościach ciśnienia transmuralnego naczynie zapada się.
tmP = iP – eP
(7)
gdzie: tmP – ciśnienie transmuralne
iP - ciśnienie wewnątrz naczynia
5
eP – ciśnienie na zewnątrz naczynia
Ryc.4
Jeszcze innym zjawiskiem wpływającym na przepływ przez naczynie żylne są efekty
związane z prawem Bernouilliego. Zgodnie z prawem Bernouilliego, wzrostowi prędkości
przepływu towarzyszy spadek ciśnienia i odwrotnie: spadkowi prędkości przepływu
towarzyszy wzrost ciśnienia (równanie 8). Związane z prawem Bernouilliego zjawisko
Venturiego polega na spadku ciśnienia w zwężonym odcinku naczynia (ryc.5). W połączeniu
z opisanym powyżej wpływem ciśnienia transmuralnego, taki zwężony odcinek naczynia
może się zapaść, całkowicie uniemożliwiając przepływ. Jest to tzw. opornik Starlinga (ryc.6).
Ryc.5
Ryc.6
6
+
= const.
(8)
gdzie: V – prędkość przepływu
P – ciśnienie
ρ - gęstość cieczy
Biorąc pod uwagę powyższe zależności fizyczne można wytłumaczyć, dlaczego w różnych
pozycjach ciała krew odpływa z mózgu różnym drogami. W pozycji leżącej ciśnienie
transmuralne w obu drogach odpływu (żyły szyjne wewnętrzne i żyły w okolicy kręgosłupa)
jest dodatnie i żyły te są otwarte. Jednak przepływ odbywa się preferencyjnie przez żyły
szyjne wewnętrzne (ryc.1), ponieważ są to pojedyncze szerokie naczynia i opór przepływu
jest w nich znacznie mniejszy.
Natomiast w pozycji z uniesioną głową ciśnienie transmuralne w żyłach szyjnych
wewnętrznych jest ujemne i naczynia te zapadają się. W związku ze znacznie zmniejszonym
polem przekroju (patrz: równanie 3), opór przepływu w żyłach szyjnych wewnętrznych jest
większy niż łączny opór stawiany przez drobne żyły w okolicy kręgosłupa. Dlatego przepływ
odbywa się preferencyjnie tym drugim szlakiem (ryc.2). Dodatkowo, krew może łatwo
odpływać tym szlakiem, ponieważ w pozycji z uniesioną głową wartość ∆P jest stosunkowo
wysoka (patrz: równanie 5).
Z przedstawionych zależności fizycznych (równanie 4) wynika też, że zatkanie jednego z
tych szlaków nie może być zrekompensowane przed krążenie oboczne bez poważnych
konsekwencji. W przypadku zwężenia żył szyjnych wewnętrznych, co prowadzi do wzrostu
oporu przepływu (R), krew w pozycji horyzontalnej może odpływać z mózgu przez żyły w
okolicy kręgosłupa (oraz inne drobne naczynia żylne) albo po znacznym zwiększeniu
łącznego pola przekroju takich naczyń (co praktycznie nie jest możliwe, gdyż objętość
przepływu jest proporcjonalna do czwartej potęgi promienia naczynia), albo po zwiększeniu
ciśnienia żylnego wewnątrz czaszki, co wprawdzie skutkuje wzrostem wartości ∆P, ale nie
jest obojętne dla prawidłowego funkcjonowania ośrodkowego układu nerwowego. Podobnie,
w przypadku problemów z odpływem przez nadtwardówkowe sploty żylne w kanale
kręgowym i przez żyły kręgowe, np. w przypadku zwężenia żyły nieparzystej, odpływ krwi
żylnej w pozycji z uniesioną głową nie może być zrekompensowany przed krążenie oboczne
poprzez żyły szyjne wewnętrzne, gdyż w tej pozycji naczynia te są zapadnięte na skutek
7
ujemnego ciśnienia transmuralnego. Odpływ krwi żylnej przez żyły szyjne wewnętrzne jest
możliwy dopiero po wzroście ciśnienia wewnątrz tych naczyń, co podobnie jak w przypadku
niedrożności żył szyjnych, prowadzi do nadciśnienia żylnego w obrębie krążenia mózgowego.
Oprócz tego, poznanie zasad rządzących krążeniem krwi w żyłach drenujących mózg w
warunkach fizjologii pomaga zrozumieć wpływ poszczególnych lokalizacji zwężeń w tych
naczyniach na charakterystykę przepływu i na obrazy ultrasonograficzne tych żył.
Poniżej przedstawiono typowe zmiany w badaniu ultrasonograficznym u chorych z
przewlekłą mózgowo-rdzeniową niewydolnością żylną.
1. Zwężenie lub niedrożność żyły szyjnej wewnętrznej.
Żyły szyjne wewnętrzne powinny być badane podobnie jak tętnice szyjne: za pomocą
głowicy liniowej o wysokiej częstotliwości (7.5-10 MHz). Głowica ultrasonograficzna
powinna wywierać minimalny nacisk na badaną okolicę, tak by nie doprowadzić do
niezamierzonego zapadnięcia się żyły.
Zwężenie lub niedrożność można bezpośrednio zobrazować. Jednak obecność takich zmian
można też potwierdzić pośrednio. Należy pamiętać, że przepływ przez żyły szyjne
wewnętrzne może być upośledzony przez bardzo różne struktury: zwężenia, całkowite
zarośnięcie lub aplazję naczynia, przegrody o różnej grubości oraz patologiczne zastawki.
Ponieważ przeszkody w żyłach szyjnych wewnętrznych są źródłem dodatkowego oporu
naczyniowego, fizjologiczny wzorzec przepływu ulega zmianie. Poszukiwanie zwężeń i
niedrożności w żyłach szyjnych wewnętrznych powinno odbywać się u leżącego pacjenta,
ponieważ w warunkach fizjologicznych w tej pozycji żyły są rozszerzone i łatwiej znaleźć
zwężenie. Badanie w pozycji siedzącej dostarcza dodatkowych informacji na temat
hemodynamiki.
a) dolny odcinek żyły szyjnej wewnętrznej.
W przypadku jednostronnego zwężenia w dolnym odcinku żyły szyjnej wewnętrznej
przepływ w tym naczyniu może się zmniejszyć w porównaniu z przeciwległą żyłą (ryc.7).
8
Ryc.7
Żyła powyżej zwężenia może też być rozszerzona, a nawet tworzyć tętniak żylny (ryc.8).
Znaczne rozszerzenie jednej z żył szyjnych wewnętrznych może również towarzyszyć
całkowitej okluzji drugiej z żył.
Ryc.8
Jeśli w badaniu ultrasonograficznym stwierdzi się obecność struktury, która może być
przegrodą lub patologiczną zastawką, należy sprawdzić, czy sygnał dopplerowski nad i pod tą
przeszkodą jest taki sam, czy też różni się (ryc.9). W pierwszym wypadku należy
podejrzewać, że jest to artefakt, w drugim - że jest to rzeczywista przeszkoda w świetle żyły.
Ryc.9
9
Obustronnemu zatkaniu dolnych odcinków żył szyjnych wewnętrznych może towarzyszyć
nadmiernie wysoki przepływ w żyłach kręgowych w pozycji leżącej (ryc.10).
Ryc.10
b) środkowy odcinek żyły szyjnej wewnętrznej.
Zwykle nie ma problemu z uwidocznieniem zwężenia lub niedrożności w środkowym
odcinku żyły szyjnej wewnętrznej. W zwężonym odcinku żyły prędkość przepływu może być
zwiększona. W niektórych przypadkach można stwierdzić zwiększony przepływ przez żyły
kręgowe w pozycji leżącej (ryc. 11). Za pomocą próby Valsalvy można sprawdzić, czy
widoczne zwężenie ma charakter organiczny, czy też żyła zwęża się na skutek efektu
Venturiego. W pierwszym przypadku żyła w czasie próby Valsalvy jest nadal zwężona, w
drugim – zwężenie znika.
Ryc.11
c) górny odcinek żyły szyjnej wewnętrznej.
Zwężenia zlokalizowane na poziomie podstawy czaszki bardzo trudno uwidocznić w badaniu
USG. Jednak w przypadku obustronnego zwężenia przepływ przez żyły kręgowe w pozycji
leżącej może być zwiększony (ryc.12).
10
Ryc.12
W przypadku zwężenia jednej z żył można stwierdzić asymetrię przepływu w żyłach
szyjnych, z większym przepływem przez prawidłowe naczynie (ryc.13).
Ryc.13
2. Refluks w żyłach szyjnych wewnętrznych i żyłach kręgowych.
U chorych z przewlekłą mózgowo-rdzeniową niewydolnością żylną refluks, czyli
patologiczny kierunek przepływu jest wyrazem krążenia omijającego przeszkodę (jest to
innego rodzaju refluks, niż ten obserwowany w żylakach kończyn dolnych). Refluks
stwierdza się często w żyłach położonych w znacznej odległości od przeszkody. Czasem
można stwierdzić przepływ wyrównawczy z zatkanej żyły do innego, drożnego naczynia
przez sąsiednie narządy. Najczęściej można stwierdzić takie krążenie oboczne przez tarczycę
(ryc.16).
a) zwężenie żyły szyjnej wewnętrznej (ryc.14).
11
Ryc.14
b) zwężenie żyły nieparzystej (ryc.15).
Ryc.15
Ryc.16
3. Brak przepływu żyłach szyjnych wewnętrznych lub żyłach kręgowych.
W niektórych przypadkach gradient ciśnienia jest niewystarczający do wywołania wstecznego
przepływu (refluksu), ale w związku z niemal wyrównanym ciśnieniem - w badanym odcinku
żyły przepływ ustaje. W żyle szyjnej wewnętrznej brak przepływu może świadczyć o jej
12
zwężeniu lub niedrożności (ryc.17), w przypadku braku przepływu w żyłach kręgowych
można podejrzewać zwężenie żyły nieparzystej (ryc.18).
Ryc.17
Ryc.18
4. Brak zależnych od pozycji ciała zmiany średnicy żył szyjnych wewnętrznych.
W warunkach fizjologicznych żyły szyjne wewnętrzne rozszerzają się w pozycji leżącej,
podczas gdy w pozycji z uniesioną głową naczynia te zapadają się (ryc.19). Takie zachowanie
się żył szyjnych wewnętrznych jest związane ze zmianą ciśnienia transmuralnego w różnych
pozycjach ciała.
Ryc.19
Ale w przypadku obecności zwężenia żyła może nie zapadać się w pozycji z uniesioną głową.
Czasem średnica takiej żyły może być większa w pozycji siedzącej niż w pozycji leżącej –
13
może to być związane ze sztywnością ściany naczynia w rejonie zwężenia (ryc.20) lub
obecnością patologicznej zastawki lub innej przeszkody w dolnym odcinku żyły (ryc.21).
Poza tym, w przypadku przeszkody w układzie żyły nieparzystej, żyły szyjne wewnętrzne
mogą nie zapadać się w pozycji z uniesioną głową (ryc.15).
Ryc.20
Ryc.21
5. Refluks w żyłach głębokich mózgu.
W przypadku obecności przeszkody w układzie żył szyjnych wewnętrznych lub w układzie
żyły nieparzystej, krew musi ominąć przeszkodę. U wielu pacjentów taki przepływ odbywa
się przez żyły mózgowe (ryc. 14 i 15). W takiej sytuacji hemodynamicznej odpływ krwi
żylnej z głębokich struktur mózgowia (obszar drenowany przez żyłę wielką Galena) może być
poważnie zakłócony, tym bardziej że dopływy żyły wielkiej Galena mogą wtedy służyć jako
drogi żylnego krążenia obocznego, a nie jako naczynia odprowadzające krew z istoty białej i
jąder podkorowych. W badaniu USG można stwierdzić refluks w żyłach głębokich mózgu
(duża strzałka na ryc.22) lub nawet przepływ skierowany w kierunku podkorowej warstwy
istoty białej (krótkie strzałki na ryc. 22).
14
Fig.22
Powierzchowne żyły mózgowia (zatoki i żyły korowe), z powodu niskich prędkości
przepływu oraz lokalizacji pod stosunkowo grubą warstwą kości, nie mogą być uwidocznione
w konwencjonalnym badaniu USG. Natomiast żyły głębokie mózgu (żyła wielka Galena, żyły
Rosenthala oraz żyły mózgowe wewnętrzne) oraz niektóre zatoki (np. zatoka poprzeczna)
mogą być zobrazowane w badaniu ultrasonograficznym. W tym celu należy użyć głowicy
typu convex o częstotliwości 2.5 MHz. Badanie należy wykonać przez skroniowe okienko
akustyczne. Należy ustawić aparat USG na program przystosowany do niskich prędkości
przepływu, z niskimi wartościami filtra ściany (wall filter), z niskimi wartościami PRF (pulse
repetition frequency), a wzmocnienie koloru (color gain)
należy zwiększyć do granicy
pojawiania się artefaktów.
W warunkach prawidłowych sygnał dopplerowski z żył głębokich mózgu charakteryzuje się
ciągłym, jednokierunkowym przepływem, z niską amplitudą sygnału pomiędzy fazą
skurczową i rozkurczową (ryc.23). Sygnał z tych żył jest podobny do sygnału
dopplerowskiego z tętnic mózgowych, ale amplituda pulsacji jest nieco niższa.
Jednokierunkowy przepływ w żyłach mózgu może się nieco zwiększać i zmniejszać, zgodnie
z fazami oddechu, ale przepływ, który pojawia się tylko w czasie wdechu (ryc. 24) może
świadczyć o patologii. Podobnie, za obecnością patologii przemawia ciągły jednokierunkowy
przepływ skierowany w stronę podkorowej warstwy istoty białej.
Ryc.23
15
Ryc.24
16