Slagvolum, VTI (Velocity Time Integral) og hjerteminuttvolum

Prinsipper for strømning og volum i hjertet

Dersom strømningen i en sylinder er konstant, defineres strømningsraten (Q) som produktet av sylinderens tverrsnittsareal (a) og strømningshastigheten (v):

Q = a · v

Dette hemodynamiske prinsippet benyttes i ekkokardiografi for å estimere blodstrømmen over hjerteklaffene. Som illustrert i figur 1 kan åpningen til aortaklaffen og venstre ventrikkels utløpstrakus (LVOT) betraktes som en sylinder. Tilsvarende geometriske antakelser gjøres for de andre klaffene, selv om anatomien varierer. Arealet beregnes ved å måle tverrsnittets diameter (areal = π × r2, der r = diameter/2), mens blodets strømningshastighet måles ved hjelp av Doppler-teknikk (figur 1).

Hastighet-tid-integral (VTI, slagdistanse)

Formelen Q = a · v angir at momentan strømning (Q) er produktet av sylinderens areal (a) og væskens hastighet (v). For å finne det totale volumet (V) som passerer et bestemt segment over en gitt tid, må man integrere strømningen over tid (t):

V = Q · t
V = volum; t = tid (sekunder).

Denne forenklede ligningen gjelder kun hvis blodstrømmen (Q) er konstant, noe som ikke er tilfelle i hjertet. Blodstrømmen er fasisk og pulserende gjennom hjertesyklusen; strømmen er høy under systolen og opphører i all hovedsak under diastolen (med unntak av diastolisk fylling over AV-klaffene). I tillegg er det store variasjoner i blodstrømmens hastighet innenfor hver fase: rask akselerasjon i tidlig systole, retardasjon i sen systole, og null strømning i diastolen (over utløpsklaffene). Doppler-teknologi gjør det mulig å registrere disse momentane hastighetsendringene med høy presisjon.

For å beregne strømning over en klaff plasseres Doppler-markøren (sample volume) i klaffåpningen eller i utløpstrakten like proksimalt for klaffen. Ultralydmaskinen presenterer de registrerte hastighetene som en spektral kurve, vanligvis ved bruk av pulsbølgedoppler (PW) for laminær strøm i LVOT, eller kontinuerlig bølgedoppler (CW) for høye hastigheter gjennom stenoser. Arealet under denne hastighetskurven beregnes automatisk av maskinen ved tracing. Dette arealet kalles VTI (Velocity Time Integral), og representerer den distansen (i cm) en tenkt blodsøyle beveger seg i løpet av ett hjerteslag. VTI omtales derfor også ofte som slagdistanse. Figur 2 illustrerer registreringen av VTI ved hjelp av pulsbølgedoppler i LVOT.

VTI (Velocity Time Integral) er arealet under spektralkurven og angir hvor langt blodet beveger seg i løpet av strømningsperioden (cm per slag). VTI er en nøkkelparameter i hemodynamiske beregninger, inkludert slagvolum og klaffearealer via kontinuitetsligningen.

Slagvolum (SV), hjerteminuttvolum (CO) og hjerteindeks (CI)

Slagvolumet (SV) er mengden blod venstre ventrikkel pumper ut i aorta per hjerteslag. Slagvolumet beregnes ved å kombinere anatomisk areal og funksjonell strømning i venstre ventrikkels utløpskanal (LVOT). For å oppnå nøyaktige målinger kreves presisjon i følgende to trinn:

• Diameter av LVOT (D_LVOT): Måles i parasternalt langaksesnitt (PLAX). Målingen skal gjøres innerkant-til-innerkant («inner edge to inner edge») av septum og fremre mitralklaffseil i midt-systolen, akkurat der klaffene settes inn. Det er avgjørende å zoome inn på LVOT for å minimere målefeil.
• Strømningshastighet i LVOT (VTI_LVOT): Hastigheten måles i apikalt firekammer- (4C) eller femkammer-snitt (5C). Pulsbølgedoppler (PW) benyttes med «sample volume» plassert sentralt i LVOT, ca. 3–5 mm proksimalt for aortaklaffen (der strømningen er laminær og hastigheten ennå ikke har akselerert over selve klaffen). Ultralydmaskinen beregner VTI automatisk ved tracing av konvolutten.

Denne metoden forutsetter at LVOT er sirkulær, slik at tverrsnittsarealet (CSA) kan beregnes fra diameteren. Formelen for slagvolum (SV) blir da:

SV = CSA_LVOT · VTI_LVOT
SV = slagvolum; CSA = tverrsnittsareal (Cross Sectional Area).

Formelen kan utskrives detaljert som:

SV = π · (D_LVOT / 2)² · VTI_LVOT = 0,785 · D_LVOT² · VTI_LVOT

Arealet måles i cm². VTI har enheten cm, og slagvolumet får dermed enheten cm³ (som tilsvarer milliliter, ml). Figur 3 illustrerer skjematisk hvordan areal og VTI kombineres.

Kliniske feilkilder ved beregning av slagvolum

Nøyaktig beregning av slagvolum er teknisk krevende, og man bør være oppmerksom på følgende feilkilder:

• LVOT-diameter: Dette er den største kilden til feil. Siden radius opphøyes i andre potens, vil selv små målefeil gi store utslag på det beregnede slagvolumet. En feilmåling på 2 mm kan endre slagvolumet med opptil 20 %.
• Doppler-vinkel: VTI-målingen forutsetter at ultralydstrålen er parallell med blodstrømmen. Vinkler over 20 grader vil føre til en betydelig underestimering av hastigheten og dermed slagvolumet.
• Plassering av Sample Volume: Hvis målevolumet plasseres for nær aortaklaffen (inn i flow-akselerasjonen) eller for langt unna (lav flow), blir VTI feil. Plassering skal være der flowprofilen er laminær med «clear window» under spektralkurven.
• Arytmi: Ved atrieflimmer varierer slagvolumet fra slag til slag. For å få et representativt mål bør man gjennomsnittsberegne 5–10 konsekutive slag.

Hjerteminuttvolum (CO)

Hjerteminuttvolum (Cardiac Output, CO) angir hvor mange liter blod hjertet pumper per minutt (L/min). Det er produktet av slagvolum og hjertefrekvens:

CO = SV · HR
CO = hjerteminuttvolum; SV = slagvolum; HR = hjertefrekvens (Heart Rate).

I klinisk praksis måles hjertefrekvensen samtidig med Doppler-registreringen for å sikre at beregningen representerer den aktuelle hemodynamiske situasjonen.

Hjerteindeks (CI) og normalverdier

For å kunne sammenligne pumpefunksjonen mellom pasienter av ulik størrelse, standardiseres hjerteminuttvolumet i forhold til kroppsoverflaten (Body Surface Area, BSA). Dette gir hjerteindeksen (Cardiac Index, CI), målt i L/min/m²:

CI = CO / BSA
CI = hjerteindeks; CO = hjerteminuttvolum; BSA = kroppsoverflateareal.

Hjerteindeks er en mer robust indikator på hjertets pumpeevne enn CO alene, spesielt ved vurdering av hjertesvikt og sjokktilstander.

Referanseverdier og klinisk anvendelse

Vurdering av flow og volum er sentralt ved utredning av en rekke tilstander. Typiske normalverdier for voksne er:

• Slagvolum (SV): 60–100 ml (avhengig av kroppsstørrelse).
• Slagvolumindeks (SVi): 35–59 ml/m². Verdier < 35 ml/m² indikerer «low flow»-tilstand.
• Hjerteindeks (CI): 2,5–4,0 L/min/m².

Beregning av SVi og CI er avgjørende for å klassifisere alvorlighetsgraden ved aortastenose (spesielt ved «low-flow, low-gradient» aortastenose), ved monitorering av pasienter med avansert hjertesvikt, og for å kvantifisere shunt-størrelse (Qp/Qs) ved medfødte hjertefeil som atrieseptumdefekt (ASD) eller ventrikkelseptumdefekt (VSD).