Ejeksjonsfraksjon (EF): Fysiologi, måling og klinisk evaluering

Ventrikulær ejeksjonsfraksjon (EF)

I flere tiår har ejeksjonsfraksjon (EF) vært den dominerende metoden for å vurdere venstre ventrikkels systoliske funksjon. Ejeksjonsfraksjonen er enkel å beregne: Hvis venstre ventrikkel inneholder 100 ml blod ved slutten av diastolen og 40 ml pumpes ut under systolen, er ejeksjonsfraksjonen 40 %. Ejeksjonsfraksjonen er altså slagvolumet (SV) dividert med det endediastoliske volumet (EDV):

EF (%) = (SV/EDV)-100
EF = ejeksjonsfraksjon

Siden slagvolumet (SV) er differansen mellom det endediastoliske volumet (EDV) og det endesystoliske volumet (ESV), kan EF også beregnes som:

EF (%) = [ (EDV-ESV)/EDV]-100

Normalverdier for ejeksjonsfraksjon (EF)

Studier av friske personer tyder på at den gjennomsnittlige ejeksjonsfraksjonen ligger mellom 63 % og 69 %. Europeiske og amerikanske retningslinjer er samstemte om at den nedre normalgrensen for ejeksjonsfraksjon er 55 %. Nedsatt ejeksjonsfraksjon defineres som ejeksjonsfraksjon <55 %. Dette innebærer at venstre ventrikkels pumpekapasitet er redusert, og det er synonymt med hjertesvikt med redusert ejeksjonsfraksjon (HFREF).

Ejeksjonsfraksjon undersøkes rutinemessig i hvile, noe som ikke avslører venstre ventrikkels funksjonelle (maksimale) kapasitet, da dette ville kreve måling av ejeksjonsfraksjonen under submaksimal arbeidstest. Ejeksjonsfraksjonsreserve er den tilgjengelige reserven i ejeksjonsfraksjon som kan genereres under trening.

Effekten av for- og etterbelastning på ejeksjonsfraksjon

Ejeksjonsfraksjonen er svært avhengig av for- og etterbelastning. En rask økning i preload (f.eks. ved å øke venøs retur til hjertet i liggende stilling) fører til en umiddelbar økning i ejeksjonsfraksjon. På samme måte fører en reduksjon i etterbelastning (f.eks. ved hjelp av redusert motstand i den systemiske sirkulasjonen) til en økning i ejeksjonsfraksjonen. Det motsatte gjelder også; redusert preload fører til redusert ejeksjonsfraksjon, og økt afterload fører til redusert ejeksjonsfraksjon.

Siden ejeksjonsfraksjonen påvirkes av for- og etterbelastning, er det nødvendig å ta hensyn til belastningsforholdene når man evaluerer den målte ejeksjonsfraksjonen. Ideelt sett bør ejeksjonsfraksjonen vurderes under normale belastningsforhold for pasienten. Hvis gjentatte ekkokardiogrammer gir uttalte variasjoner i ejeksjonsfraksjon, er det sannsynlig at variasjoner i for- og etterbelastning, snarere enn endringer i kontraktil funksjon, forklarer den varierende ejeksjonsfraksjonen.

Ejeksjonsfraksjon og venstre ventrikkels volum

Ejeksjonsfraksjonen påvirkes også av venstre ventrikkels volum (størrelse). Idrettsutøvere har for eksempel store ventrikkeldimensjoner og ofte lavere ejeksjonsfraksjon sammenlignet med ikke-idrettsutøvere. Dette forklares med at idrettsutøveres hjerte produserer betydelig større slagvolum, noe som tilfredsstiller kroppens oksygenbehov til tross for mindre ejeksjonsfraksjon.

Generelt har personer med små ventrikulære volumer en tendens til å ha høye ejeksjonsfraksjoner. Dette omvendte forholdet ser ut til å være en kompensatorisk mekanisme, slik at små ventrikkelvolumer kompenseres med større ejeksjonsfraksjoner.

Betydningen av ventrikkelstørrelse blir tydelig i forbindelse med hypertrofisk kardiomyopati (HCM, HOCM). Personer med hypertrofisk kardiomyopati kan ha normal eller supranormal ejeksjonsfraksjon, til tross for manifest hjertesvikt og alvorlige symptomer. Disse personene har uttalt hypertrofi, noe som resulterer i en reduksjon av ventrikkelvolumet og deretter en økning i ejeksjonsfraksjonen. Slagvolumet er generelt redusert ved hypertrofisk kardiomyopati.

Nedsatt ejeksjonsfraksjon

En rekke tilstander kan føre til redusert ejeksjonsfraksjon. Kardiomyopati, hjerteklaffsykdom, diabetes, hypertensjon, nyresvikt og iskemisk hjertesykdom (koronar hjertesykdom) er blant de vanligste årsakene. Mekanismene som fører til forverring av ejeksjonsfraksjonen, varierer for disse tilstandene. Her følger to eksempler.

REGURGITASJON AV AORTIKAKLAPPEN – Ved regurgitasjon av aortaklaffen regurgiterer blod fra aorta tilbake til venstre ventrikkel. Dette fører til en overbelastning av ventrikkelvolumet, som ventrikkelen forsøker å motvirke ved å utvide seg og utvikle hypertrofi. Dilatasjonen forhindrer at volumoverbelastningen fører til trykkoverbelastning, og hypertrofiutviklingen gjør det mulig for ventrikkelen å skyte ut større mengder blod. Dilatasjon og hypertrofi demper dermed konsekvensene av volumoverbelastning. Dessverre er langtidseffektene av dilatasjon og hypertrofi remodellering av myokardiet og nevrohormonelle forstyrrelser som gradvis svekker kontraktiliteten og fører til utvikling av myokardfibrose. Til slutt forverres kontraktiliteten i de enkelte muskelfibrene, og ejeksjonsfraksjonen blir dårligere.

KRONARTERIESYKDOM – Koronar hjertesykdom kan føre til akutt hjerteinfarkt, noe som innebærer at deler av myokardiet permanent slutter å trekke seg sammen, og den totale ejeksjonsfraksjonen reduseres.

Som det fremgår av disse eksemplene, kan mekanismene som fører til redusert ejeksjonsfraksjon variere betydelig. Når ejeksjonsfraksjonen først er redusert, er imidlertid det naturlige forløpet påfallende likt på tvers av alle etiologier. Nedsatt ejeksjonsfraksjon utløser nevrohormonelle mekanismer (se nedenfor) som i utgangspunktet er gunstige, men som på sikt fører til en forverring av tilstanden. Symptomer på hjertesvikt (f.eks. dyspné, nedsatt yteevne, ødemer osv.) utvikles før eller senere.

Nevrohormonell aktivering ved hjertesvikt med redusert ejeksjonsfraksjon

Redusert ejeksjonsfraksjon fører til redusert hjerteminuttvolum. Høytrykksbaroseptorer i venstre ventrikkel, aortabuen og sinus caroticus registrerer redusert hjerteminuttvolum og reagerer ved å øke sin afferente signalering til vasomotorsenteret i sentralnervesystemet (CNS). Aktivering av vasomotorsenteret resulterer i økt aktivitet i efferente sympatiske baner som innerverer hjertet, skjelettmuskulaturen, nyrene og perifere blodkar. Aktivering av vasomotorsenteret fører også til økt utskillelse av vasopressin fra hypofysens bakre del (figur 2).

Som det fremgår av figur 2, utløses en rekke nevrohormonelle mekanismer når ejeksjonsfraksjonen reduseres. Disse mekanismene og konsekvensene av dem inkluderer

• Økt sympatikusaktivitet fører til økt hjertefrekvens og initialt økt kontraktilitet, noe som kan lindre symptomene midlertidig, men langtidseffektene av sympatikusaktiviteten er ødeleggende. Betablokkere, som reduserer aktiviteten i de sympatiske fibrene, bedrer både hjertefunksjonen og overlevelsen dramatisk ved hjertesvikt.
• Økt sympatikusaktivitet fører til økt utskillelse av aldosteron, renin (aktivering av RAAS) og følgelig økte konsentrasjoner av angiotensin II. Dette resulterer i økt blodtrykk og retensjon av salt og vann. Dette resulterer i økt forspenning i hjertet og på sikt i volumoverbelastning.
• I hjertemuskulaturen fører den sympatiske aktiviteten til desensitivisering av beta-adrenerge reseptorer, reduserte noradrenalinlagre, hypertrofi, fibrose, apoptose og økt risiko for arytmier. Til syvende og sist fører dette til ytterligere svekkelse av systolisk og diastolisk funksjon.
• Sympatiske stimuli til perifere kar resulterer i hypertensjon og vaskulær hypertrofi.
• Når de kompenserende mekanismene ikke er tilstrekkelige til å opprettholde et normalt intraventrikulært trykk, begynner ventrikkeldilatasjonen. Dilatasjonen kan initialt føre til økt kontraktilitet i de enkelte muskelfibrene (se Frank-Starlings lov), men den kontraktile funksjonen svekkes gradvis.

Visuell estimering av ejeksjonsfraksjon

Ejeksjonsfraksjon kan estimeres visuelt. Det betyr at ejeksjonsfraksjonen estimeres ved hjelp av øyekast på de todimensjonale videoklippene. Denne metoden er selvsagt subjektiv og krever betydelig erfaring. Studier (Gudmundsson et al.) tyder imidlertid på at eyeballed ejeksjonsfraksjon korrelerer godt med kvantitative vurderinger av ejeksjonsfraksjon.

Beregning av ejeksjonsfraksjon med kvantitative metoder

Objektiv estimering av ejeksjonsfraksjon krever målinger i M-modus eller todimensjonal (2D) ekkokardiografi. Målinger i M-modus er basert på to modige forutsetninger: (1) ventrikkelgeometrien må være helt normal, og (2) det må ikke være regionale forskjeller i kontraktil funksjon. Disse forutsetningene brytes ofte, slik at M-modus er dårligere enn 2D-ekkokardiografi. Derfor foretrekkes 2D-metoder for beregning av ejeksjonsfraksjon. Det finnes flere metoder, hvorav Simpsons metode er den best validerte og mest brukte.

Simpsons biplanmetode for beregning av ejeksjonsfraksjon (EF)

Simpsons biplanmetode krever fire enkle målinger for å finne endediastolisk volum (EDV) og endesystolisk volum (ESV), som deretter brukes til å beregne ejeksjonsfraksjon:

EF (%) = [ (EDV-ESV)/EDV]-100

Simpsons metode er antagelig den beste 2D-metoden for å estimere venstre ventrikkels EDV og ESV, og dermed ejeksjonsfraksjon. Denne metoden er mindre avhengig av ventrikkelens geometri sammenlignet med M-modus.

Simpsons biplanmetode krever at man tegner en linje langs endokardiet i apikal firekammersvy (A4C) og apikal tokammersvy (A2C) i diastole og systole. Hele endokardiet, fra mitral annulus til mitral annulus, må tegnes opp (figur 3). Ultralydsystemet deler deretter området inn i et antall like store skiver og rekonstruerer disse slik at volumene kan beregnes.

Begrepet biplan betyr at målingene gjøres i to plan, nemlig A4C og A2C. Som nevnt ovenfor er formelen som brukes til å beregne ejeksjonsfraksjon, som følger

EF (%) = [ (EDV-ESV)]/EDV-100

Forkortning og underestimering av ejeksjonsfraksjon

Ved visualisering av venstre ventrikkel fra apikale vinduer kan små vinkelfeil føre til store forskjeller i ventrikkeldimensjoner. Faktisk fører alle vinkelfeil til underestimering av ventrikkelvolumene. Dette fremgår tydelig av figur 4, som illustrerer hvordan vinkelfeil fører til forkorting.

Referanser

Hartupee et al (2017): Nevrohormonell aktivering ved hjertesvikt med redusert ejeksjonsfraksjon. Nature Reviews Cardiology (2017).

Gudmundsson et al: Visuelt estimert venstre ventrikkels ejeksjonsfraksjon ved ekkokardiografi er nært korrelert med formelle kvantitative metoder (2005).