Fetálna magnetokardiografia: Sľubný spôsob diagnostiky fetálnych arytmií a štúdia fetálnej srdcovej variability?

Overview

Cieľ práce:
Prehľad publikácií o novej metóde diagnostiky stavu plodu – fetálnej magnetokardiografii (fMCG).

Typ štúdie:
Prehľadový článok.

Názov a sídlo pracoviska:
Gynekologicko-pôrodnícka klinika Jesseniova lekárska fakulta v Martine, Univerzita Komenského v Bratislave, Slovenská republika.

Metodika štúdie:
Analýza publikácií vyhľadaných v databázach PubMed a SCOPE zameraných na fMCG.

Záver:
Fetálna magnetokardiografia je neinvazívna metóda schopná monitorovať spontánnu elektrofyziologickú aktivitu srdca plodu. V porovnaní s kardiotokografiou alebo fetálnou elektrokardiografiou ide o efektívnejšiu metódu s vyššou rozlišovacou schopnosťou. Získaný signál z fetálneho srdca je natoľko presný a kvalitný, že umožňuje posúdiť zmeny PQRST komplexu a detegovať pomocou nich arytmie plodu, ktoré by za iných okolností zostali skryté. Vďaka skorej diagnostike arytmií sa črtá možnosť vhodného terapeutického zásahu a redukcie nevysvetliteľnej smrti plodu v neskorej tehotnosti. fMCG s vysokým časovým rozlíšením taktiež zvyšuje úroveň klinických štúdií zaoberajúcich sa variabilitou srdcovej frekvencie plodu (FHR). Podľa najnovších teórií sa variabilita FHR javí ako možný ukazovateľ stavu plodu a jej podrobnou analýzou možno nepriamo študovať fetálny autonómny nervový systém. fMCG je experimentálna metóda vyžadujúca drahé vybavenie, a či získa uplatnenie v klinickej praxi, ukáže budúcnosť.

Klíčová slova:
fetálna magnetokardiografia, arytmia, fetálna srdcová variabilita

ÚVOD

Fetálna magnetokardiografia (fMCG) zaznamenáva magnetické polia tvorené činnosťou srdca plodu. Magnetické pole sa nachádza okolo každého vodiča, ktorým tečie elektrický prúd. V našom prípade elektrický prúd generujú kardiomyocyty následkom fluktuácie Na⁺, Ca²⁺ a K⁺ iónov medzi intracelulárnym a extracelulárnym prostredím. Vodičom je myokard spolu s okolitými tkanivami, ktorými sa elektrický prúd šíri. Súčasná depolarizácia viacerých srdcových buniek naraz zabezpečuje dostatočne veľký prúd, aby mohli byť magnetické polia snímané z povrchu brucha matky. Na rozdiel od magnetickej rezonancie, fMCG neemituje magnetické pole ani energiu [16]. Ide o pasívnu a bezpečnú metódu, ktorá je analógiou ku kardiografii a pomocou ktorej možno snímať srdcovú činnosť plodu už od 17. týždňa tehotnosti [6].

Meranie sa vykonáva pomocou magnetometra, ktorý obsahuje takzvané SQUID senzory (Superconducting Quantum Interference Device). Ide o extrémne senzitívne senzory schopné zachytiť a zosilniť veľmi slabé magnetické polia v rozsahu 10–12 Tesla. Signál je následne počítačom spracovaný a zobrazený ako magnetokardiogram. Meranie sa vykonáva v magneticky tienenej miestnosti konštruovanej zo zliatiny niklu pre odtienenie magnetického poľa zeme a iných zdrojov magnetizmu.

Rodička pri vyšetrení leží na chrbte pod magnetometrom umiestneným čo najtesnejšie, ale bezkontaktne nad jej bruchom v oblasti srdca plodu. Magnetometer môžeme premiestňovať, a tak hľadať správnu pozíciu nad bruchom rodičky. Najprv je vhodné lokalizovať srdce plodu pomocou ultrasonografie [7].

Magnetokardiogram zobrazuje sled vĺn v čase. P vlna zodpovedá depolarizácii predsiení, QRS komplex depolarizácii komôr a T vlna repolarizácii komôr. Hodnotíme nasledovné parametre:

• fetálnu srdcovú frekvenciu (FHR),
• intrakardiálne časové intervaly (trvanie jednotlivých vĺn a kmitov),
• amplitúdu a tvar vĺn a kmitov,
• pomer amplitúd jednotlivých vĺn a kmitov. 

FAKTORY OVPLYVŇUJÚCE ZÍSKANÝ ELEKTRICKÝ SIGNÁL ZO SRDCA PLODU

Fetálny magnetokardiogram obsahuje v porovnaní s elektrokardiogramom (EKG) u dospelých značné množstvo šumu. Z toho dôvodu musí byť signál pre zlepšenie interpretácie spracovaný. Cieľom spracovania je extrakcia sledovaných parametrov, aby boli jednoduchšie čitateľné. Väčšina postupov je prebratých z fetálneho EKG. Začínajú sa filtrovaním signálu od 2 do 120 Hz, pretože v tomto rozmedzí je koncentrovaná väčšina signálu. Z veľkej časti sa tým odstráni aj vplyv dýchania matky a šum meracieho prístroja [15]. Používajú sa aj 50 Hz filtre na odfiltrovanie ruchu z elektrickej siete. Aby signál srdca plodu nesplýval so signálom srdca matky, sníma sa súčasne EKG matky a získané R kmity sa odčítajú zo záznamu [7]. Z výsledného signálu možno určiť priemerný kardiálny komplex PQRST alebo vyjadriť srdcovú frekvenciu (bpm – beats per minute) podobne ako pri kardiotokografických záznamoch. Spriemerovaním kardiálneho komplexu sa zvyšuje odstup signál-šum.

Šum taktiež spôsobujú pohyby plodu. Menia signál náhle v tvare aj v amplitúde. Preto sa odporúčajú merania, kde pohyb plodu absentuje, teda merania so strednou dĺžkou 4–5 minút. Odstup signál-šum sa zvyšuje so zvyšujúcim sa gestačným vekom plodu. Záznamy v skorších fázach tehotnosti sú viac rušené. Dôvodom môže byť, že signál zo srdca malého plodu nie je dostatočne silný a že plod má ešte priestor pre voľný pohyb v maternici [15].

Pri EKG vyšetrení u dospelých sa nakladajú elektródy na kožu v štandardných lokalitách. Keďže elektrický prúd vychádzajúci zo srdca musí prejsť pľúcami, svalmi a kožou, tieto tkanivá ovplyvňujú jeho výsledný signál. Vzhľadom k fixovanej pozícii elektród je vplyv okolitých tkanív približne rovnaký u všetkých osôb. Navyše dlhoročné skúsenosti lekárov dokážu odlíšiť spomínané zmeny v signáli od zmien spôsobených ochorením srdca. V prípade fMCG tieto skúsenosti chýbajú, rovnako ako chýba štandardná pozícia elektród alebo magnetometra [15]. Tkanivá a prostredia, ktorými musí prejsť elektrický prúd zo srdca plodu, zahŕňajú tkanivá plodu, placentu, plodovú vodu, plodové obaly, uterus a tkanivá brušnej steny matky. Najlepšiu elektrickú vodivosť má plodová voda a naopak, najviac rezistentnú vrstvu pre elektrický prúd predstavuje vernix caseosa. Koža a podkožný tuk sú približne 10krát menej vodivé ako svaly. Placenta a plod majú navzájom podobnú vodivosť, ktorá je vyššia než vodivosť tkanív brucha matky. Rozmiestnenie fetálnych tkanív medzi srdcom plodu a magnetometrom nie je stabilné a mení sa vzhľadom na gestačný vek, polohu, prezentáciu a pohyb plodu. Vernix caseosa obaľuje plod medzi 27. a 34. gestačným týždňom, množstvo plodovej vody dosahuje maximum v 34. týždni tehotnosti a po 41. týždni jej ubúda a plod, placenta a uterus sa postupne zväčšujú.

Vrstva, ktorá najzreteľnejšie ovplyvňuje meranie pomocou transabdominálnej fetálnej EKG, je vernix caseosa, pretože zabraňuje prechodu väčšiny elektrických prúdov z plodu. Pravdepodobne táto vrstva obkolesujúca plod na konci 2. trimestra a takmer celý 3. trimester je príčinou zlyhania transabdominálneho fetálneho EKG v analýze srdcovej frekvencie a v detekcii arytmií [16].

Výhodou fMCG je, že na rozdiel od elektrického prúdu magnetická permeabilita biologických tkanív sa len nepatrne líši od magnetickej permeability vákua. Tkanivá plodu, amniovú tekutinu a brucho matky môžeme teda považovať za navzájom homogénne „kompartmenty“, ktoré významne neovplyvňujú magnetický signál. V porovnaní s fetálnym EKG ide teda o metódu nezávislú od izolačnej vrstvy vernix caseosa [21]. Dokonca v prípade „uväznenia“ elektrických prúdov v maternici následkom obkolesenia plodu ochrannou vrstvou mazu, nie je výsledný magnetický signál ovplyvnený tkanivami nad vernix caseosa [15]. Výsledný magnetický signál potom skresľujú iba tkanivá plodu. Pri meraní pomocou fMCG treba mať na zreteli, že počas druhého trimestra obkolesuje plod amniová tekutina a počas tretieho trimestra vernix caseosa.

Zo sledovaných parametrov fMCG práve okolité prostredie najviac ovplyvňuje amplitúdu jednotlivých vĺn a kmitov. Amplitúdy PQRST komplexu boli merané pomocou fMCG u štyroch plodov so zhodnou pozíciou v maternici. Napriek rovnakej vzdialenosti srdca od magnetometra u každého plodu sa zistili rôzne hodnoty amplitúd PQRST komplexu [15]. Môžeme teda predpokladať, že veľkosť amplitúdy je u rôznych jedincov rozličná z dôvodu individuálnej hrúbky jednotlivých tkanív, a nie je teda spoľahlivým indikátorom zdravého alebo ohrozeného plodu. V porovnaní so samotnými amplitúdami nebol pomer jednotlivých amplitúd výrazne ovplyvnený okolitými tkanivami. Napríklad pomer P/QRS sa ukazuje ako dôležitý v detekcii kardiálnych ochorení. U plodov s fibriláciou predsiení, srdcovým blokom alebo vrodeným ochorením srdca bol vyšší než u zdravých plodov [15].

Lepšiu výpovednú hodnotu pre diagnózu srdcových chýb v porovnaní s amplitúdami PQRST komplexu poskytujú taktiež intrakardiálne srdcové intervaly. Často ide o priemerné hodnoty z 2–5mi-nútových intervalov fMCG záznamu.

Medzi intrakardiáne časové intervaly patrí:

• P interval = trvanie P vlny,
• PR interval = trvanie od začiatku P vlny po začiatok QRS komplexu,
• PQ interval = trvanie od konca P vlny po začiatok QRS komplexu,
• QRS interval = trvanie QRS komplexu,
• QT interval = trvanie od začiatku QRS komplexu po koniec vlny T,
• T interval = trvanie T vlny.

Trvanie intrakardiálnych časových intervalov sa líši v závislosti od gestačného veku. Dodnes však nie sú stanovené ich referenčné hodnoty pre zdravé plody [6]. Interobservačný rozptyl pre P vlnu, PR interval a QRS komplex je približne 10 ms, pre QT interval a T vlnu ešte vyšší. Avšak aj napriek tomuto rozptylu prekračuje pri niektorých závažných ochoreniach trvanie jednotlivých intrakardiálnych intervalov až 95 % predpokladanej hodnoty [15]. 

FETÁLNA MAGNETOKARDIOGRAFIA A ARYTMIE PLODU

Ochorenia srdca detí alebo dospelých majú neraz prenatálny pôvod. Dnes však vieme veľmi málo o elektrofyziológii srdca plodu, či už počas normálneho prenatálneho vývinu, alebo v strese. Transabdominálna fetálna EKG nemá veľkú výpovednú hodnotu, pretože vo väčšine prípadov je ťažké rozoznať R kmit od šumu pozadia [15] a fetálna echokardiografia poskytuje posúdenie mechaniky srdcového rytmu, avšak neposkytuje detaily o elektrofyziológii srdca plodu. Napriek jej 20ročnému využívaniu v prenatálnom skríningu nedošlo k redukcii náhlej smrti plodu do takej miery, ako došlo k redukcii náhlej smrti dojčiat, detí a dospelých. Nevysvetliteľná smrť plodu v neskorej tehotnosti si vyžiadala za 1 rok26 tisíc fetálnych strát v USA a celosvetovo 4 milióny fetálnych strát [16]. Práve nové možnosti diagnostiky stavu plodu ponúka zatiaľ experimentálna metóda – fMCG.

Cieľom fMCG je zhodnotiť stav plodov s arytmiou srdca a s rizikom vzniku arytmie v budúcnosti. Takéto riziko môže spôsobiť napr. myokarditída, ischémia, kardiomyopatia, kongestívne srdcové zlyhanie (hydrops fetalis), štrukturálne kardiálne defekty, expozícia drogami alebo liekmi [16].

NAJČASTEJŠIE TYPY DETEGOVANÝCH ARYTMIÍ

Predĺžený QT interval

Syndróm predĺženého QT intervalu je podľa najnovších výskumov spôsobený genetickými alebo získanými kanalopatiami [16]. Genetické kanalopatie sú spôsobené mutáciou génov kódujúcich jednotlivé iónové kanály, zatiaľ čo získané kanalopatie sú zapríčinené metabolickými abnormalitami alebo liekmi. Malfunkcia iónových kanálov zhoršuje komorovú repolarizáciu, čo môže vyústiť do komorovej tachykardie a v najhoršom prípade až do fibrilácie komôr, ktorá je pravdepodobne príčinou náhleho úmrtia [4]. Predpokladá sa, že toto ochorenie súvisí so syndrómom náhleho úmrtia novorodencov a dojčiat. Podľa multicentrickej štúdie v Taliansku [12] sa u polovice novorodencov, ktorí zomreli na syndróm náhleho úmrtia, zistil na postnatálnom EKG predĺžený QT interval.

Kongenitálny atrioventrikulárny blok

Atrioventrikulárny (AV) blok býva prítomný u plodov so štrukturálnou, ale aj funkčnou poruchou srdca. Spojený je so štrukturálnym ochorením srdca, často s hydrops fetalis a intrauterinným úmrtím plodu [18]. Funkčný AV blok bol opísaný ako následok izoimunizácie plodov u matiek s prítomnosťou anti-SSA/Ro a anti SSB/La protilátok počas tehotenstva [22]. Možno ich identifikovať u pacientov so systémovým lupus erythematosus, Sjögrenovým syndrómom, reumatoidnou artritídou, primárnou biliárnou cirhózou a ďalšími autoimunitnými ochoreniami. Následkom transplacentárneho prenosu týchto autoprotilátok od matky môže u plodu dôjsť k fibróze AV uzla. Jeho poškodenie však nastáva pomaly, začínajúc v druhom trimestri so slabým stupňom spomalenia prechodu vzruchu [14] a dá sa liečiť podávaním kortikoidov [18]. AV blok sa na fMCG prejavuje abnormálnym trvaním P vlny [15] alebo predĺžením PQ segmentu [22], pričom P vlny aj PQ segment majú dlhšie trvanie ako u zdravých plodov. V prípade kongenitálneho AV bloku spojeného so štrukturálnou poruchou býva záznam nereaktívny so stratou variability srdcovej frekvencie.

Izolovaná predsieňová extrasystola

Izolovaná predsieňová extrasystola je najčastejšou fetálnou arytmiou plodu [17], pri ktorej sa sťah predsiení objaví skôr a preruší normálny sínusový rytmus. Zriedkavo spôsobuje hemodynamické problémy a často vymizne do termínu pôrodu alebo niekoľko dní po ňom. Avšak u 1 % plodov je spojená s pridruženými štrukturálnymi srdcovými abnormalitami. P vlny sú ťažko rozoznateľné na fMCG a za predčasným úderom nasleduje kompenzačná pauza, následkom ktorej sa môže zdať, že chýba R kmit.

Supraventrikuárna re-entry tachykardia

Predstavuje najčastejšiu formu tachykardie u plodu. Je bežná počas skorého tehotenstva, zapríčinená prechodným AV vodivým spojením. Jej zotrvanie do neskorej tehotnosti však nie je fyziologické a môže byť spojené s fetálnou mortalitou a morbiditou. Najčastejšie ju môžeme vidieť medzi 24.–32. gestačným týždňom, približne u 1–2 % gravidít [17]. Býva spojená so sínusovou bradykardiou pri syndróme predĺženého QT intervalu alebo pri zápalových ochoreniach myokardu. Na fMCG môžeme vidieť predĺžený P interval nasledovaný QRS komplexom.

Iné formy tachykardie

Medzi iné formy tachykardie u plodu patrí atriálna ektopická tachykardia, kedy je AV uzol pasívne aktivovaný, junkčná ektopická tachykardia a ventrikulárna tachykardia. Napriek tomu, že junkčná a komorová tachykardia sú vzácne, čoraz častejšie bývajú zistené in utero [17]. Často vznikajú počas vírusovej myokarditídy, počas myokarditídy vyvolanej anti-SSA/Ro a anti-SSB/La protilátkami alebo pri genetických iónových kanalopatiách. Často môžeme pomocou fMCG detegovať abnormality v depolarizácii a repolarizácii komôr. Bola preukázaná spojitosť nepriaznivých neonatálnych výsledkov s alterovanou T vlnou a predĺženým QT intervalom [16].

Predĺžený QRS komplex

Predĺžený QRS komplex bol zistený u plodov s jednokomorovou cirkuláciou pri chýbaní určitej časti medzikomorového septa, taktiež pri závažnej Rh imunizácii a chronickej anémii, pričom všetky tri publikované prípady viedli k hypertrofii komôr a k zväčšeniu srdca [15]. Signifikantné predĺženie QRS intervalu bolo tiež opísané u plodov matiek, ktoré užívali magnézium [23]. Naopak, skrátenie QRS intervalu bolo namerané u plodov s intrauterinnou rastovou retardáciou a u dvojičiek, u ktorých však nebolo také závažné [19].

FETÁLNA MAGNETOKARDIOGRAFIA A VARIABILITA SRDCOVEJ FREKVENCIE

Okrem posúdenia tvorby a vedenia vzruchu môžeme pomocou fMCG hodnotiť variabilitu srdcovej frekvencie plodu (fVHR). fVHR je považovaná za jeden z prediktívnych faktorov intrauterinného stavu plodu a neonatálneho výstupu [13, 24]. Schopnosť plodu zvýšiť fVHR predstavuje jeho dobrý funkčný stav a naopak, zúženie fVHR odráža nízku schopnosť adaptability a kompenzačných schopností plodu na stres [11]. Vzhľadom k rýchlym a malým zmenám FHR od úderu k úderu je potrebné zaznamenávať fVHR metódou s vysokým časovým rozlíšením. Fetálna magnetokardiografia na rozdiel od kardiotokografie dosahuje vysoké časové rozlíšenie: ±1 ms [9].

fVHR je spôsobená neustálymi vzájomnými interakciami medzi parasympatikovou (zníženie FHR) a sympatikovou (zvýšenie FHR) zložkou autonómneho nervového systému, ktoré ovplyvňujú činnosť sínusového uzla. Skúmaním fVHR môžeme teda nepriamo získavať informácie o autonómnom nervovom systéme plodu. Dnes prebieha mnoho experimentálnych štúdií, ktoré posudzujú podrobný vzťah aktivity sympatika a parasympatika vzhľadom k spánkovému cyklu plodu, aktivite plodu, vplyvu liekov, rôznym patologickým stavom matky alebo k hypoxického inzultu.

Je známe, že pôsobenie sympatika na myokard sa prejavuje už vo včasných štádiách intrauterinného života, kým pôsobenie parasympatika vzrastá až smerom k termínu pôrodu. U dospelých jedincov môžeme zaznamenať značný vplyv parasympatika na myokard počas respirácie. Počas každého inspíria vyšle respiračné centrum impulz do kardiomotorického centra, ktoré následne inhibuje aktivitu vagových neurónov a FHR sa zvyšuje, zatiaľ čo pri expíriu nastáva opačný dej [5]. Napriek skutočnosti, že plod je zásobovaný kyslíkom z placenty a pľúca neplnia funkciu dýchania, boli u neho sonograficky opísané dýchacie pohyby spôsobené pohybom bránice [2]. Neskôr výskumy na fMCG potvrdili, že aj u plodu sú analogicky s dospelými dýchacie pohyby spojené s respiračnou sínusovou arytmiou [20].

Pomocou fMCG môžeme taktiež exaktne študovať rôzne behaviorálne stavy plodu. V princípe ide o rôzne vzorce správania sa plodu od hlbokého spánku až po aktívnu bdelosť. Pri bdelom stave plod vykonáva pohyby očí, končatín, sacie a dýchacie pohyby. Zistilo sa, že bdelý stav je spojený so signifikantne vyššou fVHR ako stav spánku a že býva pozorovaný až po 28. gestačnom týždni [10]. Vyššie množstvo pohybov bolo pozorovaných u mužských plodov oproti ženským [1]. U dospelých ľudí je spánok spojený so vzostupom parasympatikovej aktivity, zatiaľ čo počas bdelého stavu stúpa sympatiková aktivita. U plodu môžeme podobný mechanizmus zatiaľ iba predpokladať, pretože experimentálne dôkazy v súčasnosti chýbajú.

Relatívne novú metódu pre detekciu fetálnych pohybov predstavuje fMCG aktografia [8]. Indikátormi fetálnych pohybov sú zmeny vo fMCG signáli. Na základe intenzity magnetického poľa počas každého R kmitu sa vypočíta ťažisko konkrétnej pozície plodu. Aktogram je definovaný ako vzdialenosť medzi ťažiskom plodu počas konkrétneho R kmitu a priemerným ťažiskom plodu počas všetkých R kmitov počas 3 minút [3].

ZÁVER

fMCG sa javí ako metóda diagnostiky fetálnych arytmií a intrauterinného stavu plodu. Otvára nové možnosti štúdia detailne nepreskúmaného fyzio-logického vývinu plodu a z neho vychádzajúcich fyziologických reakcií hlavne autonómneho nervového a kardiovaskulárneho systému. Získanie takýchto informácií by mohlo následne ešte viac spresniť diagnózu fetálneho distresu. Nevýhodou však zostáva vysoká cena fMCG a jej komplikované použitie v magneticky tienených miestnostiach.

Táto práca bola podporená projektom APVV-0315-11 a grantom UK/72/2013.

MUDr. Michaela Hrtánková

Gynekologicko-pôrodnícka klinika

JLF UK a UNM

Kollárova 2

036 01 Martin

Slovenská republika

e-mail: michaelahrtankova@gmail.com