Dlaczego krew nie płynie przez by-pass? Prawa fizyczne warunkujące przepływ w by-passach

(1)

dlaczego krew nie płynie przez by-pass?

prawa fizyczne warunkujące przepływ

w by-passach

Why blood is not flowing through the bypass? Physical laws conditioning flow

in the bypasses

lek. Piotr Skrobich

1

_{, lek. Magdalena Tchorzewska-Skrobich}

2

1_{Oddział Kardiologii, Szpital Kardiologiczno-Rehabilitacyjny w Kowanówku} 2_{Klinika Diabetologii i Otyłości Wieku Rozwojowego, Szpital Kliniczny im. Karola Jonschera w Poznaniu}

“Copyright by Medical Education”

Opis przypadku

Pacjentka urodzona w 1947 r., obciążona wieloletnim wywiadem w kierunku nadciśnienia tętniczego oraz cu-krzycy typu 2, przy współistniejącej otyłości (aktualnie BMI 37,2 kg/m2_{), w 2007 r. z powodu objawów} dławi-cy piersiowej stabilnej CCS (Canadian Cardiovascular

Society) II miała wykonaną planową koronarografię,

w której opisano istotne zwężenia w początkowym od-cinku gałęzi przedniej zstępującej (GPZ), w środkowym odcinku prawej tętnicy wieńcowej (PTW) oraz w prok-symalnej części pierwszej gałęzi marginalnej. Z dostęp-nej dokumentacji medyczZ dostęp-nej wynika, iż wówczas obraz echokardiograficzny był sonograficznie bez istotnych odchyleń, frakcja wyrzutowa lewej komory pozostawała prawidłowa, nie stwierdzono też zaburzeń kurczliwości odcinkowej. Pacjentka została skierowana na oddział kardiochirurgii, gdzie w tym samym roku wykonano operację pomostowania wieńcowego (CABG, coronary

artery bypass grafting), w trakcie której założono 3 by

-passy: lewa tętnica piersiowa wewnętrzna (LIMA)– GPZ oraz grafty żylne do prawej tętnicy wieńcowej i pierwszej gałęzi marginalnej.

W 2014 r. z powodu narastania dolegliwości dławico-wych (CCS II) mimo stosowania optymalnej

farmakote-rapii pacjentka została skierowana do ponownej korona-rografii i by-passografii. Stwierdzono niedrożność PTW (z drożnym by-passem do PTW), by-passów LIMA– GPZ oraz żylnego do pierwszej gałęzi marginalnej. Nie potwierdzono istotności zwężenia w GPZ ani w pierwszej gałęzi marginalnej, nie stwierdzono też żadnych innych istotnych zwężeń, które wymagałyby implantacji stentów. Zintensyfikowano leczenie farmakologiczne, co pozwoli-ło uzyskać ustąpienie dolegliwości i dobrą tolerancję wy-siłku fizycznego. ECHO serca wykonane ok. 6 miesięcy po koronarografii potwierdziło prawidłową frakcję wy-rzutową lewej komory (60%), nie stwierdzono w nim też zaburzeń kurczliwości odcinkowej.

Dolegliwości dławicowe ponownie pojawiły się na po-czątku 2017 r. Obraz echokardiograficzny serca był wów-czas zdecydowanie inny. Zaobserwowano zarówno zabu-rzenia kurczliwości odcinkowej: hipokinezę segmentów przykoniuszkowych przegrody międzyprzedsionkowej, ściany przedniej oraz ściany bocznej, jak i spadek frakcji wyrzutowej lewej komory (simps. 46%). Pacjentka zosta-ła skierowana do szpitala w celu wykonania koronarogra-fii. Stwierdzono w niej istotne zwężenia w proksymalnym odcinku gałęzi przedniej zstępującej oraz w proksymal-nym odcinku gałęzi okalającej. Wykonano

(2)

dwuetapo-wo zabiegi przezskórnej rewaskularyzacji wieńcowej i wszczepienia stentów uwalniających lek – najpierw w gałęzi przedniej zstępującej, następnie gałęzi okalają-cej. W efekcie ustąpiły dolegliwości dławicowe. W kon-trolnym ECHO serca frakcja wyrzutowa lewej komory wynosiła 49% (simps.) z niewielką uogólnioną hipokinezą lewej komory, bez ewidentnych zaburzeń kurczliwości odcinkowej.

dyskusja

Rewaskularyzację wieńcową zgodnie ze współczesną wiedzą medyczną można wykonać na dwa sposoby: • przezskórnie (PCI, percutaneous coronary

interven-tion)

• chirurgicznie (CABG). rycina 1. Gałąź przednia zstępująca bez istotnych zwężeń

(2013 r., ze zbiorów Pracowni Hemodynamiki w Szpitalu Rehabilitacyjno-Kardiologicznym w Kowanówku).

rycina 2. Niedrożna lewa tętnica piersiowa wewnętrzna

rycina 3. Niedrożna prawa tętnica wieńcowa (2013 r., ze

zbio-rów Pracowni Hemodynamiki w Szpitalu Rehabilitacyjno- -Kardiologicznym w Kowanówku).

rycina 4. Drożny by-pass do prawej tętnicy wieńcowej

(3)

Skuteczność obu metod została dobrze udokumento-wana, a ich stosowanie w codziennej praktyce klinicznej uzależnione jest od określonych wskazań w leczeniu cho-roby niedokrwiennej serca [1].

istota chirurgicznej rewaskularyzacji mięśnia sercowego

Pierwszy zabieg pomostowania aortalno-wieńcowego został wykonany w 1967 r. przez René Favaloro. W jego trakcie 51-letniej pacjentce skutecznie wszczepiono po-most żylny do prawej tętnicy wieńcowej [2]. Na prze-łomie lat 70. i 80. XX w. na podstawie opublikowanych wyników odległych pomostowania tętnic wieńcowych wykazano zdecydowanie większą trwałość pomostów tętniczych niż żylnych [3]. Dlatego w wytycznych doty-czących rewaskularyzacji tętnic wieńcowych zalecono rutynowe stosowanie lewej tętnicy piersiowej wewnętrz-nej (LIMA) jako pomostu, najlepiej do gałęzi przedniej zstępującej (LAD) – ustalenie to pozostaje złotym stan-dardem rewaskularyzacji chirurgicznej [4]. Powyższy sposób postępowania zapewnia dużą drożność pomo-stów, przekraczającą 90% w obserwacji 10-letniej [5]. Aby zwiększyć skuteczność leczenia chirurgicznego, za-bieg należy przeprowadzić w sposób zapewniający opty-malizację ukrwienia mięśnia sercowego [1]. W tym celu stosuje się zarówno pomosty tętnicze, jak i żylne, można także rozważyć leczenie hybrydowe polegające na łącz-nym użyciu technik chirurgicznych i przezskórnych [1]. kiedy stosować rewaskularyzację chirurgiczną u pacjentów ze stabilną dławicą piersiową?

Zgodnie ze wskazaniami rewaskularyzacja chirurgiczna w stabilnej dławicy piersiowej lub niemym niedokrwie-niu w celu poprawy rokowania albo złagodzenia objawów może być przeprowadzona w następujących grupach pa-cjentów (w nawiasie klasa wskazań) [1]:

• ze zwężeniem pnia lewej tętnicy wieńcowej > 50% (I A)

• z każdym zwężeniem > 50% w proksymalnym odcin-ku gałęzi przedniej zstępującej (I A)

• z chorobą dwu- lub trójnaczyniową ze zwężeniem > 50% i upośledzoną czynnością LV (LVEF < 40%) (I A)

• z dużym obszarem niedokrwienia (> 10% LV) (I B) • z pozostałą pojedynczą drożną tętnicą wieńcową

ze zwężeniem > 50% (I C)

• z każdym zwężeniem tętnicy wieńcowej > 50% w przypadku występowania dławicy ograniczającej

aktywność lub jej ekwiwalentu, niereagujących na le-czenie zachowawcze (I A).

Dodatkowo, zgodnie z wytycznymi każde zwężenie > 50% powinno być udokumentowane badaniami po-twierdzającymi niedokrwienie lub – w przypadku zwę-żeń < 90% – badaniem cząstkowej rezerwy przepływu z wynikiem ≤ 0,80 [1].

Główne prawa fizyczne opisujące przepływ krwi w naczyniach

Ruch krwi przez naczynia uwarunkowany jest różnymi prawami fizycznymi, w tym m.in. zasadami mechaniki, termodynamiki czy hydrauliki. Krążenie jest procesem dynamicznym o wyraźnej zmienności. Współzależności czynnościowe między poszczególnymi zmiennymi deter-minują funkcjonowanie układu krążenia – w odniesieniu do krążenia wieńcowego są to przede wszystkim kieru-nek oraz prędkość przepływu. Prędkość nie powinna być ani zbyt duża, gdyż upośledza perfuzję przez odga-łęzienia, ani zbyt mała, gdyż sprzyja to wykrzepianiu i za-mknięciu naczynia [6].

Generalną zasadą warunkującą kierunek przepływu jest różnica ciśnień – krew płynie z kierunku, w którym ci-śnienie jest wyższe, do miejsca o niższym ciśnieniu [7]. Objętość krwi przepływającej w jednostce czasu przez naczynie lub układ naczyń połączonych (F = przepływ) zależy od różnicy ciśnień (DP) między początkowym a końcowym odcinkiem naczynia oraz od sumy oporów (R) powstających podczas przepływu krwi: F = DP/R [8]. Wartości ciśnienia w układzie krążenia między opuszką aorty a dystalną częścią tętnicy wieńcowej są zarówno dla tętnicy wieńcowej natywnej, jak i dla by-passu mniej więcej takie same (zasadę taką można przyjąć jedynie w uproszczeniu w związku z tym, że przepływ w opusz-ce aorty oraz w początkowym odcinku aorty wstępująw opusz-cej ma charakter burzliwy, a liczba Reynoldsa – empirycz-nie wyliczony wskaźnik określający siły bezwładności i lepkości przepływającej cieczy – 10-krotnie przekracza wartość krytyczną) [9]. W związku z powyższym główną determinantą różnic w przepływie krwi między tętnicą natywną a omijającym zwężenie by-passem jest opór na-czyniowy.

Prawo Hagena–Poiseuille’a

Zgodnie z prawem Hagena–Poiseuille’a opór naczyniowy (R) przeciwstawiający się przepływowi krwi w łożysku

(4)

naczyniowym jest wprost proporcjonalny do łącznej dłu-gości układu naczyń (l) i lepkości krwi (h), a odwrotnie proporcjonalny do czwartej potęgi promienia naczyń (r): R = 8 hl/(pr4_{) [10]. Ponieważ część składników tego} równania jest dla drogi natywnej i by-passu naczyniowe-go zasadniczo tożsama, głównym wykładnikiem oporu obwodowego jest iloraz długości naczynia oraz czwartej potęgi promienia pola przekroju naczynia. Czynnik ten podlega złożonym wpływom regulacyjnym [11]. Należy jednakże zauważyć, iż droga, którą pokonuje krew do dy-stalnego odcinka tętnicy wieńcowej, jest dłuższa na prze-biegu pomostów naczyniowych niż w przypadku natyw-nych tętnic wieńcowych. W związku z powyższym, jeśli planuje się operację pomostowania wieńcowego, żeby by-pass skutecznie prowadził krew, promień jego pola przekroju powinien być znacząco większy od promienia pola przekroju tętnicy wieńcowej na odcinku, który za-mierza się ominąć.

Prawo ciągłości przepływu

Stwierdza ono, iż objętość krwi przepływającej przez połączone odcinki naczyń o różnej średnicy w danym czasie jest zawsze taka sama. Oznacza to, że w układzie naczyń połączonych iloczyn szybkości przepływają-cej cieczy (v) i całkowitego pola przekroju naczyń (SS) jest stały: v × SS = const. [7]. Rozwinięciem tej myśli jest stwierdzenie, że wraz ze zmniejszaniem pola powierzch-ni przekroju poprzecznego naczypowierzch-nia wzrasta prędkość przepływu. Efekt ten można zaobserwować pod blaszką miażdżycową lub pierścieniem włóknistym ograniczają-cym światło naczynia, a także podczas ucisku naczynia z zewnątrz, np. przez opaskę uciskową lub głowicę ultra-sonograficzną.

Równanie Bernoulliego

Zwężenie naczynia, zgodnie z uproszczonym równaniem Bernoulliego: P + ρv²/2 = const. (P – ciśnienie, ρ – gę-stość, v – prędkość), prowadząc z jednej strony do zwięk-szenia prędkości przepływu krwi, sumarycznie musi wy-wołać spadek ciśnienia dynamicznego skierowanego na ściany naczynia, czyli obniżyć ciśnienie napędowe w od-chodzących gałęziach [8]. Klinicznym efektem zwężeń jest zatem zmniejszenie dopływu krwi do tkanek i narzą-dów obwodowych zaopatrywanych przez bocznice mają-ce swój początek w miejscu zwężenia naczynia główne-go. Spadek ciśnienia napędowego jest największy w tych gałęziach, które odchodzą pod kątem ostrym, maleje zaś wraz ze wzrostem kąta odejścia bocznic [7].

WniOski

Na podstawie powyższych praw fizycznych można opra-cować schemat zależności czynnościowych między po-szczególnymi zmiennymi dotyczącymi układu krążenia, w tym ich wzajemną hierarchię (algorytm funkcji). Bada-ne w sposób empiryczny związki pomiędzy poszczegól-nymi zmienposzczegól-nymi ujawniły, że w układach biologicznych zmienne te zwykle mają charakter nieliniowych i złożo-nych funkcji, których przebieg zależy od wielu czynników współistniejących, nie zawsze dających się przewidzieć i zmierzyć dostępnymi metodami [7].

W każdym przypadku, w którym planuje się wykonać operację pomostowania wieńcowego, celowość przepro-wadzenia poszczególnych by-passów zależy od 2 zmien-nych. Przede wszystkim należy ocenić, czy zwężenie w na-tywnej tętnicy wieńcowej jest istotne w odniesieniu do potencjalnego by-passu. W związku z tym, że dwukrotny spadek promienia pola poprzecznego tętnicy wieńcowej prowadzi do aż 16-krotnego wzrostu oporu obwodowego, przyjmuje się, że zwężenie takie jest zwężeniem istotnym, gdyż wywoływany przez nie wzrost oporu będzie wielo-krotnie przewyższał opór potencjalnego by-passu. Jednak w sytuacji, w której potencjalny by-pass jest wąski lub na jego przebiegu istnieją przewężenia (w lewej tętnicy pier-siowej wewnętrznej potencjalnie można to już stwierdzić, wykonując angiografię w trakcie koronarografii) lub (naj-częściej) istnieje podejrzenie, że zwężenie natywnej tętni-cy wieńcowej jest przeszacowane, wykonywanie operacji w zakresie danego pomostu wieńcowego jest niewskaza-ne bez ewentualniewskaza-nego pogłębienia diagnostyki.

Należy także podkreślić, że w sytuacji, w której zarówno zwężenie tętnicy wieńcowej zostało oszacowane prawi-dłowo, jak i użyty materiał pomostujący był optymalny, mogą istnieć zaburzenia przepływu w by-passie wynika-jące zarówno ze zwężenia w miejscu wszycia by-passu do tętnicy natywnej, jak i kąta, pod którym został on wszyty. Optymalnym kątem wszycia jest taki, w którym wektory napływu do dystalnego odcinka tętnicy wieńcowej będą do siebie maksymalnie zbliżone.

pOdsumOWanie

W poprawie rokowania pacjentów z istotną chorobą nie-dokrwienną serca kluczowe znaczenie ma optymalna rewaskularyzacja wieńcowa. Operacja pomostowania wieńcowego to uznana i skuteczna metoda, która

(5)

popra-Wkład autorów/Authors’ contributions: Skrobich P.: 50%; Tchorzewska-Skrobich M.: 50%. Konflikt interesów/Conflict of interests: Nie występuje. Finansowanie/Financial support: Nie występuje.

Etyka/Ethics: Treści przedstawione w artykule są zgodne z zasadami Deklaracji Helsińskiej, dyrektywami UE oraz ujednoliconymi wymaganiami dla czasopism biomedycznych.

adres dO kOrespOndenCji

lek. piotr skrobich Oddział Kardiologii, Szpital Kardiologiczno-Rehabilitacyjny w Kowanówku Kowanówko, 64-600 Oborniki, ul. Sanatoryjna 34 e-mail: piotrskrobich@gmail.com

streszCzenie

Chirurgiczna rewaskularyzacja wieńcowa jest zgodnie z aktualnymi wytycznymi najlepszym sposobem leczenia w określonych grupach pacjentów z istotną chorobą niedokrwienną serca. Głównym problemem ograniczającym długotrwały efekt operacji pomostowania wieńcowego jest utrzymanie drożności pomostów. Krew, płynąc przez na-czynia, podlega różnym prawom fizycznym, m.in.: różnicy ciśnień, Hagena-Poiseuille’a, ciągłości przepływu czy Ber-noulliego. Na podstawie tych praw tworzone są wytyczne dotyczące kwalifikacji chorych do zabiegów pomostowa-nia wieńcowego. Zrozumienie zasad rządzących układem naczyń połączonych, jakie tworzą zarówno tętnice wień-cowe natywne, jak i przeprowadzone by-passy, jest kluczem do poznania, którzy pacjenci odniosą większą korzyść z operacji i u których drożność by-passow utrzyma się dłużej.

słowa kluczowe: pomostowanie wieńcowe, drożność, prawa fizyczne abstraCt

Surgical coronary revascularization according to current guidelines is the best treatment in specific groups of patients with significant coronary artery disease. The main problem that is limiting long-term effect of coronary surgery is to maintain flow in bypasses. Blood flowing through the vessel is subject to different physical laws, such as: differential pressure, Hagen-Poiseuille, continuous flow or Bernoulli. On the basis of these rights are established guidelines for se-lection of patients for coronary bypass procedures. Understanding the rules governing the system of connected ves-sels, which is formed by the native coronary arteries and performed bypasses, is the key to knowing which patients would have greater benefit from surgery and in whom the patency of the bypass would remain longer.

key words: coronary bypass, patency, physical laws wia ukrwienie miokardium i zapewnia korzystne wcze-sny i odległy wyniki leczenia. Sama operacja obciążona jest jednak ryzykiem, zależnym m.in. od czasu i zakresu operacji. Dlatego wykonywanie pomostów naczynio-wych, które finalnie nie spowodują znacznego wzrostu dopływu krwi do dystalnego odcinka tętnicy wieńcowej, a przedłużają czas zabiegu oraz zwiększają ryzyko powi-kłań, naraża pacjenta na zwiększone niebezpieczeństwo, nieuzasadnione potencjalną korzyścią zdrowotną. Co więcej, by-pass, w którym krew płynie w sposób ślado-wy lub co gorsza – dwukierunkoślado-wy wraz z chwiloślado-wymi zmianami ciśnienia – jest podatny na wykrzepianie. Dla-tego też w przypadku wątpliwości dotyczących istotności zwężenia w momencie podejmowania decyzji o operacji

należy albo poszerzyć diagnostykę, albo rozważyć zasto-sowanie leczenia hybrydowego, czyli najlepszych i naj-bardziej trwałych rozwiązań obu metod: chirurgicznej – w miejscach niewątpliwych zwężeń istotnych i krytycz-nych przy wykorzystaniu dobrego materiału pomostują-cego (optymalnie rewaskularyzacja tętnicza z wykorzy-staniem LIMA), oraz metody przezskórnej – kontroli an-giograficznej po zabiegu chirurgicznym z ewentualnym wykorzystaniem narzędzi diagnostycznych, takich jak FFR, OCT czy IVUS, oraz po potwierdzeniu istotności zwężenia – PCI z wykorzystaniem stentów uwalniają-cych leki. Rezultatem takiego postępowania może być zmniejszenie ryzyka zabiegu chirurgicznego i zachowa-nie dobrych wczesnego i odległego wyników leczenia.

(6)

piśmiennictwo:

1. Widecker S., Kolh P., Alonso F. et al.: Wytyczne ESC/EACTS dotyczące rewaskularyzacji mięśnia sercowego w 2014 roku. Kardiologia Polska 2014; 72(12): 1253-1379.

2. Favaloro R.G.: Saphenous vein autograft replacement of severe segmental coronary artery occlusion: operative technique. Ann. Thorac. Surg. 1968; 5: 334-339.

3. Naunheim K.S., Barner H.B., Fiore A.C. et al.: 1990: Results of internal thoracic artery grafting over 15 years: single versus double grafts. 1992 update. Ann. Thorac. Surg. 1992; 53: 716-718.

4. Loop F.D.: Internal thoracic artery grafts. Biologically better coronary arteries. N. Engl. J. Med. 1996; 334: 263-265.

5. Zembala M., Tajstra M., Zembala M. et al.: Czy nadszedł już czas na rewaskularyzację hybrydową w wielonaczyniowej chorobie wieńcowej z udzia-łem kardiochirurga i kardiologa? Kardiologia Polska 2009; 67: 817-822.

6. Traczyk W., Trzebski A.: Fizjologia człowieka z elementami fizjologii stosowanej i klinicznej. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2001. 7. Wierzba T., Zdrojewski T., Narkiewicz K.: Czynniki kształtujące ciśnienie tętnicze. Część II. Zastosowanie niektórych praw fizycznych w hemodynamice

układu krążenia. Nadciśnienie Tętnicze 2004; 8(1): 61-80.

8. Kąkol Z.: Fizyka. Wydawnictwo AGH – Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej Akademii Górniczo-Hutniczej, Kraków 2016. 9. Li J.K.: Laminar and turbulent flow in the mammalian aorta: Reynolds number. J. Theor. Biol. 1988; 135: 409-414.

10. Sobonkiewicz L., Filipczak G.: Wykorzystanie równania Hagena–Poiseuille’a do określania właściwości reologicznych zawiesin wysokoskoncentro-wanych. Inż. Ap. Chem. 2015; 54(6): 356-357.