Advanced

Doppler evaluation of coronary blood flow and coronary flow reserve - Clinical and experimental studies

Oskarsson, Gylfi LU (2003)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Medfödda hjärtfel hos barn är förenade med en varierande kombination av förtjockning av hjärtmuskeln, volym- och tryckbelastning av hjärtat, samt nedsatt syremättnad i blodet. Hos barn med medfödda hjärtfel, och förvärvade hjärtsjukdomar ändringar i kranskärlsblodflödet uppstå och påverka hjärtfunktionen eller leda till hjärtinfarkt. En tillförlitlig non-invasiv metod behövs för att undersöka kranskärlsblodflödet hos barn för att kunna upptäcka störningar i kranskärlsblodflödet innan syrebrist i hjärtmuskeln uppstår. Detta skulle kunna leda till ändrad medicinsk behandling, ändrad tidpunkt för operationer, och eventuellt förbättrad överlevnad för denna patientgrupp. Ekokardiografi med Doppler är... (More)
Popular Abstract in Swedish

Medfödda hjärtfel hos barn är förenade med en varierande kombination av förtjockning av hjärtmuskeln, volym- och tryckbelastning av hjärtat, samt nedsatt syremättnad i blodet. Hos barn med medfödda hjärtfel, och förvärvade hjärtsjukdomar ändringar i kranskärlsblodflödet uppstå och påverka hjärtfunktionen eller leda till hjärtinfarkt. En tillförlitlig non-invasiv metod behövs för att undersöka kranskärlsblodflödet hos barn för att kunna upptäcka störningar i kranskärlsblodflödet innan syrebrist i hjärtmuskeln uppstår. Detta skulle kunna leda till ändrad medicinsk behandling, ändrad tidpunkt för operationer, och eventuellt förbättrad överlevnad för denna patientgrupp. Ekokardiografi med Doppler är den non-invasiva metod som diagnostik av medfödda hjärtfel och hjärtsjukdomar hos barn bygger på. Målsättningen med det aktuella forskningsprojektet var att använda transthorakal och intrakoronar Doppler för registrering av koronarflöde hos barn med hjärtsjukdomar samt i djurmodell där hemodynamiken liknar den vid medfödda hjärtfel. Våra resultat visar att det är möjligt att använda både transthorakal och intrakoronar Doppler för registrering av koronarflöde hos barn, och att transthorakala registreringar hos nyfödda kan utföras med god reproducerbarhet. I arbete I har den normala koronarflödesprofilen i vänster kranskärl hos friska nyfödda definierats, inklusive normalvärden för olika flödesparametrar. Alla uppmätta Dopplerflödesparametrar i vänster kranskärl ökar under första levnadsmånaden i takt med barnens och vänster kammares tillväxt. När ökat systoliskt arbete utförs av vänster kammare ökar flödet i vänster kranskärl, och när vänster kammares diastoliska funktion förbättras, som normalt händer under första levnadsmånaden, ökar även de diastoliska flödesparametrarna i vänster kranskärl. I arbete II beskrivs effekterna av svår aortaklaffstenos hos nyfödda på flödesprofilen i vänster kranskärl. Dessa barn kan ha bakåtflöde i systole i vänster kranskärl, ett flödesmönster som aldrig förekommer i ett normalt hjärta. Den diastoliska flödeshastigheten i vänster kranskärl var ökad, och fynden talar för att nyfödda barn med aorta stenos har ökad risk för myokardischemi. Båda dessa flödesavvikelser normaliserades omedelbart efter framgångsrik operation. I arbete III beskrivs effekterna av dilaterad kardiomyopati hos barn på flödesprofilen i vänster kranskärl. Alla Doppler flödesparametrar och diameter av vänster kranskärl är ökade i denna patientgrupp i jämförelse med friska barn. Om flödet i vänster kranskärl är korrigerat för vänster kammares ökade muskelmassa hos barn med dilaterad kardiomyopati är flödet dock nedsatt hos patientgruppen, som kan betyda att behandling som ökar blodflödet eller minskar muskelmassan kan förbättra hjärtfunktionen. I arbete VI, utfört i en experimentell lamm-modell, användes Doppler för att undersöka effekterna av akut fosterasfyxi på flödet i höger kranskärl, och samtidigt användes andra metoder för att mäta blodflödet till vänster respektive höger kammare och hjärnan. Vid asfyxi hos foster kan flödet i höger kranskärl öka till det fyrdubbla under en kort period, medan flödet till hjärnan omedelbart faller. Detta kan betyda att hjärtat har större tolerans än hjärnan vid asfyxi, och att skador av syrebrist därför uppstår tidigare i hjärnan än hjärtat. Vid belastning kräver hjärtmuskeln mer tillförsel av blod och syre, och friskt hjärta hos vuxna kan öka blodflödet med det tre- eller fyrdubbla. Om förmågan att öka flödet är nedsatt uppstår ökad risk för hjärtmuskelskada vid belastning. Kranskärlens förmåga att öka sitt flöde, den s.k. koronarflödesreserven, kan mätas med Doppler, men även med andra metoder till exempel positron emission tomografi. Metoden bygger på att mäta flödet i vila, men sedan det maximala flödet som uppstår efter tillförsel av vasoaktiva mediciner, som till exempel adenosin. Undersökningar utförda med positron emission tomografi har visat att barn opererade för medfödda hjärtfel, speciellt nyfödda barn, kan ha låg koronarflödesreserv, men på grund av att den normala koronarflödesreserven hos nyfödda inte var känd, var betydelsen av dessa fynd oklar. I arbete V, utfört i en experimentell lamm-model, mättes koronarflödesreserven med intrakoronar Doppler, både efter tillförsel av adenosin, och vid uttalat låg syremättnad. Vid tillförsel av adenosin ökade koronarflödet med faktor 3.0 (+/-0.6), men vid låg syremättnad med faktor 4.2 (+/-0.8). Koronaflödesreserven hos nyfödda, mätt efter tillförsel av adenosin, var således liknande den hos vuxna. Koronaflödesreserv som uppmäts lägre än 2.5 hos barn med hjärtfel är därför troligen patologiskt låg, och innebär ökad risk for hjärtmuskelskada vid belastning. Barn med transposition av de stora kärlen behandlas kirurgiskt som nyfödda, med en operation där kranskärlen och kroppspulsådern som utgår från höger kammare flyttas till normal position från vänster kammare. Eftersom operationen är omfattande och kranskärlen små vid operationstillfället, har det funnits farhågor om kranskärlens långsiktiga funktion. I arbete IV mättes koronarflödesreserven med intrakoronar Doppler efter tillförsel av adenosin hos barn opererade för transposition av de stora kärlen. Koronarflödesreserven var 3.7 i vänster kranskärl, och 3.4 i höger kranskärl, som är jämförbart med normalvärden hos äldre barn och vuxna. Vi mätte även flödesresponsen vid tillförsel av nitroglycerin i samma patientgrupp, och fann den jämförbar med normalvärden hos vuxna. Vi har visat att Doppler metoder kan användas för att få fram värdefull ny kunskap om effekterna av hjärtsjukdomar hos barn på flödet i kranskärlen och kranskärlens funktion. Fler studier och ytterligare förbättrad kunskap i ämnet kan få en betydande effekt på den framtida synen på kirurgisk och medicinsk behandling av barn med hjärtsjukdomar. (Less)
Abstract
Heart diseases in children cause different combinations of myocardial hypertrophy, increased intra-ventricular pressures, volume overload and decreased oxygen saturation. This may affect basal coronary flow and the ability of the heart to maximally increase coronary flow. Transthoracic and intracoronary Doppler techniques were used to register coronary flow and coronary flow reserve (CFR) in normal subjects and in children with heart disease. The same methods were employed in experimental studies (lamb model) where CFR in the newborn was defined, and the effects of fetal asphyxia on coronary flow as compared with cerebral flow were described. Flow velocity parameters and flow volume in the left anterior descending (LAD) coronary artery in... (More)
Heart diseases in children cause different combinations of myocardial hypertrophy, increased intra-ventricular pressures, volume overload and decreased oxygen saturation. This may affect basal coronary flow and the ability of the heart to maximally increase coronary flow. Transthoracic and intracoronary Doppler techniques were used to register coronary flow and coronary flow reserve (CFR) in normal subjects and in children with heart disease. The same methods were employed in experimental studies (lamb model) where CFR in the newborn was defined, and the effects of fetal asphyxia on coronary flow as compared with cerebral flow were described. Flow velocity parameters and flow volume in the left anterior descending (LAD) coronary artery in healthy neonates and infants increase with age and left ventricular mass, and are affected by both systolic and diastolic left ventricular function. In neonates with severe aortic stenosis, systolic flow reversal and increased diastolic flow velocity were observed preoperatively, but the flow normalised immediately after operation. In infants with idiopathic idiopathic dilated cardiomyopathy, all LAD flow velocity parameters and flow volume were increased compared to age matched controls, while LAD flow corrected for left ventricular mass was reduced. Children treated with arterial switch operation for transposition of the great arteries who had normal postoperative hemodynamics had normal CFR in both the LAD and the right coronary artery (RCA). However, if residual lesions causing myocardial hypertrophy were present, the basal RCA flow velocity was increased and CFR reduced. CFR in the LAD in the newborn lamb, as measured by administration of adenosine, was found to be slightly lower (3.0) than what has been reported for older subject, while the reactive CFR, the flow response to rapid severe hypoxemia, was found to be significantly higher or 4.2. The circulatory response to fetal asphyxia was characterised by a rapid short-lived 4-fold increase in RCA flow, while cerebral blood flow decreased immediately. Doppler techniques can be used to describe the effects of heart disease and abnormal hemodynamic conditions on coronary flow and CFR in children. Abnormal coronary flow dynamics and reduced CFR may be associated with increased risk of myocardial ischemia, and these concepts may aid in decision-making regarding surgical and medical treatment of children with heart disease. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
opponent
  • Professor Hartiala, Jaakko, Department of Clinical Physiology, Nuclear Medicine and PET, Turku University Hospital, Finland
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
Pediatrics, Pediatri, Cardiovascular system, Kardiovaskulära systemet, fetal asphyxia, transposition of the great arteries, dilated cardiomyopathy, aortic stenosis, child, neonate, adenosine, coronary flow reserve, Doppler, coronary flow
pages
155 pages
publisher
Gylfi Oskarsson/CO Britt-Marie Nilsson-Brandt, Department of Paediatrics, Lund University Hospital, S-221 85 Lund,
defense location
Segerfalksalen, WNC, Sölveg. 17.
defense date
2003-01-31 13:00
ISBN
91-628-5516-6
language
English
LU publication?
yes
id
acf7d587-8ad3-4023-8bb9-a117bf34ccb6 (old id 465361)
date added to LUP
2007-09-27 16:06:19
date last changed
2016-09-19 08:45:07
@phdthesis{acf7d587-8ad3-4023-8bb9-a117bf34ccb6,
  abstract     = {Heart diseases in children cause different combinations of myocardial hypertrophy, increased intra-ventricular pressures, volume overload and decreased oxygen saturation. This may affect basal coronary flow and the ability of the heart to maximally increase coronary flow. Transthoracic and intracoronary Doppler techniques were used to register coronary flow and coronary flow reserve (CFR) in normal subjects and in children with heart disease. The same methods were employed in experimental studies (lamb model) where CFR in the newborn was defined, and the effects of fetal asphyxia on coronary flow as compared with cerebral flow were described. Flow velocity parameters and flow volume in the left anterior descending (LAD) coronary artery in healthy neonates and infants increase with age and left ventricular mass, and are affected by both systolic and diastolic left ventricular function. In neonates with severe aortic stenosis, systolic flow reversal and increased diastolic flow velocity were observed preoperatively, but the flow normalised immediately after operation. In infants with idiopathic idiopathic dilated cardiomyopathy, all LAD flow velocity parameters and flow volume were increased compared to age matched controls, while LAD flow corrected for left ventricular mass was reduced. Children treated with arterial switch operation for transposition of the great arteries who had normal postoperative hemodynamics had normal CFR in both the LAD and the right coronary artery (RCA). However, if residual lesions causing myocardial hypertrophy were present, the basal RCA flow velocity was increased and CFR reduced. CFR in the LAD in the newborn lamb, as measured by administration of adenosine, was found to be slightly lower (3.0) than what has been reported for older subject, while the reactive CFR, the flow response to rapid severe hypoxemia, was found to be significantly higher or 4.2. The circulatory response to fetal asphyxia was characterised by a rapid short-lived 4-fold increase in RCA flow, while cerebral blood flow decreased immediately. Doppler techniques can be used to describe the effects of heart disease and abnormal hemodynamic conditions on coronary flow and CFR in children. Abnormal coronary flow dynamics and reduced CFR may be associated with increased risk of myocardial ischemia, and these concepts may aid in decision-making regarding surgical and medical treatment of children with heart disease.},
  author       = {Oskarsson, Gylfi},
  isbn         = {91-628-5516-6},
  keyword      = {Pediatrics,Pediatri,Cardiovascular system,Kardiovaskulära systemet,fetal asphyxia,transposition of the great arteries,dilated cardiomyopathy,aortic stenosis,child,neonate,adenosine,coronary flow reserve,Doppler,coronary flow},
  language     = {eng},
  pages        = {155},
  publisher    = {Gylfi Oskarsson/CO Britt-Marie Nilsson-Brandt, Department of Paediatrics, Lund University Hospital, S-221 85 Lund,},
  school       = {Lund University},
  title        = {Doppler evaluation of coronary blood flow and coronary flow reserve - Clinical and experimental studies},
  year         = {2003},
}