Сердечные шумы: причины турбулентного потока крови - динамика сердечно-сосудистой системы
Часть II СЕРДЕЧНЫЕ ШУМЫ
Сердечные тоны, являющиеся как по происхождению, так и по их неотъемлемым признаком функции функциональному значению. Некоторые шумы сердца, резко отличаются от шумов которые слышны у здоровых людей, другие являются показателем органических повреждений сердца.
РИС. 11.14. ПРИЧИНЫ ШУМОВ.
А. Механизмы возникновения звуков по наиболее общим представлениям связаны с вибрациями от завихрений, вызываемых струями, ударами струй о стенки сосудов, образованием водоворота и периодических следов. Появление флаттеров (движение типа «махание крыльями») и образование пузырьков воздуха предполагается, но не подтверждается легко in vivo.
Б. Нестабильный ток и вихревые токи, вызываемые струями, выявляются при применении суспензии с двойным преломлением.
В. Путем моделирования кровотока демонстрируется турбулентность, которая может появляться при аортальном стенозе или недостаточности.
Происхождение описанных выше сердечных тонов было связано с вибрациями и возникающими при внезапном смещении крови (ускорение) или при резкой остановке кровотока (торможение). В противоположность этому шумы сердца являются результатом турбулентности потока, развивающейся в быстро текущей крови. Такое определение обеспечивает четкие функциональные и физические различия между тонами сердца и шумами. Поскольку причины турбулентности хорошо известны, источник большинства шумов объясняется просто и логично. Патологические условия, предрасполагающие к появлению такой турбулентности, хорошо установлены для большинства типов шумов. Некоторые шумы в настоящее время не имеют никакого удовлетворительного объяснения просто потому, что мы не имеем необходимой информации относительно изменений структуры и функции сердца, вызывающих эти вибрации.
ПРИЧИНЫ ТУРБУЛЕНТНОГО ПОТОКА КРОВИ
Кровоток фактически через все сосуды не производит никаких слышимых звуков до тех пор, пока сужение или частичная закупорка не вызовет нарушений тока, или турбулентности. Условия, приводящие к турбулентности в жидкости, текущей через трубки постоянного диаметра, выражаются формулой RVD/v — критической постоянной для появления турбулентности (число Рейнольдса), где жидкость с вязкостью v и плотностью D течет со средней скоростью V по трубе радиусом R. Эта формула указывает, что турбулентность появляется, когда жидкости низкой вязкости текут с высокой скоростью через трубки большого диаметра (рис. 11.14). Поскольку вязкость крови и диаметр сосудов относительно постоянны, главной переменной является скорость кровотока. Сообщается, что критический уровень числа Рейнольдса для турбулентности в крови равен 970±80 см/с. Кровь быстро течет через крупные артериальные сосуды, а с самой высокой скоростью — в корнях аорты и легочной артерии. В норме в этих местах критический уровень для турбулентности превышается во время фазы быстрого изгнания желудочковой систолы. Исходя из этого, можно полагать, что вибрации, обычно классифицируемые как четвертый компонент первого тона сердца, вызываются турбулентностью и на самом деле являются ранним систолическим шумом, согласно принятым здесь определениям. Таким образом, в сущности у всех людей имеется ранний систолический шум, если даже его продолжительность и интенсивность недостаточны для его выявления (см. «Функциональные шумы», с. 465).
Опыт показывает, что в больших сосудах шумы наиболее часто появляются по току крови тотчас ниже какого-либо препятствия. Однако для объяснения происхождения шумов, возникающих внутри сердца или в главных артериях вблизи него, выдвигались многие различные предположения на основе моделей или по аналогии с различными источниками звуков, такими, как музыкальные инструменты, турбулентные струи или гидродинамические явления. Некоторые из наиболее известных гипотез схематически представлены на рис. 11.14,А.
- Наиболее признанным, несомненно, является представление о возникновении шума в районе струи крови, быстро текущей через суженное отверстие. Звуки, производимые струями, приближаются к шумам, составленным из случайных смесей частот, а не из чистых тонов.
- Теоретически вибрации могут возникать при ударе струи о стенку или перегородку, как это может происходить в участке артериальной стенки, противоположном открытому артериальному протоку, или в месте, где обратная струя из поврежденного митрального клапана ударяет о стенку предсердия. В местах таких ударов часто развиваются утолщения эндотелия и атеросклеротические бляшки (рис. 11.14, А, 2).
- Когда жидкость относительно медленно течет через отверстие, могут развиться колебания, производящие звуки специфической тональности. Их возникновение приписывают флюктуациям струи, сопровождающимся отщеплением вихрей. Когда отщепляются цепи вихрей, могут возникать довольно громкие тоны с собственными частотами и гармониками. Они могут вызывать резонанс в окружающих структурах. При увеличении скорости кровотока тоны заменяются шумами со случайным набором частот, характерным для высокоскоростных струй, показанных на рис. 11.14,А,1.
- Жидкости, обтекающие препятствия в канале, могут периодически менять кильватер (рис. 11.14, А,4), когда они попеременно текут с каждой стороны такого препятствия. Этот механизм в античные времена использовали для создания эоловых тонов, возникающих при движении воздуха вокруг цилиндров, устанавливаемых на вершинах холмов. Звуки, возникающие в воздухе, приближаются к чистым тонам, но соответствующие феномены в сердечно-сосудистой системе четко не выявляются. Этот механизм может играть роль в возникновении «музыкальных шумов», но предположение Bruns [34] о том, что он лежит в основе общей теории возникновения шумов, терпит неудачу при объяснении типичных «шумных» шумов.
- Эффект Бернулли в жидкости, текущей через растяжимые трубки, может вызывать колебательные движения стенок (флаттер — трепетание крыльев). Такой феномен был получен в моделях, но для кровеносных сосудов соответствующих наблюдений нет.
- При высоких скоростях струй в моделях могут возникать пузырьки воздуха. Э го хорошо известный механизм возникновения шума, но, по-видимому, его проявление в условиях сердечно-сосудистой системы кажется невероятным.
Чтобы из этих разнообразных представлений выбрать наиболее вероятные причины шумов, нужно разобраться в основных свойствах звуков, выделяемых как шумы. Наиболее распространенные типы шумов весьма неспецифичны и состоят из случайного набора частот без явных основных или гармонических частот. Наиболее убедительно этот факт демонстрируется возможностью имитации шумов посредством самых различных звуковых источников. Например, группе студентов-медиков I курса были даны магнитные записи типичных сердечных шумов от пациентов с известными поражениями сердца. Студентам была задана задача воспроизвести эти шумы любым способом получения звука, какой они могли бы себе вообразить. Студенты нашли очень большое количество способов для воспроизведения звуков, которые при прослушивании их магнитофонной записи лишь с величайшим трудом можно было отличить от шумов сердца.
Три наиболее успешных способа имитации специфических шумов иллюстрируются на рис. 11.15. Шум при дефекте желудочковой перегородки совершенно точно воспроизводится при размещении контактного микрофона напротив ладони и поглаживании щеткой для рук по рядом расположенной коже. «Сердечный» шум воспроизводится также при легком поколачивании щетки. Наиболее точная имитация достигалась при искусственном вклинивании звуков, создаваемых генератором хаотичных шумов, между нормальными тонами сердца посредством специальной техники. /Моделированный шум, показанный на рис. Г по существу было невозможно отличить на слух от шума, возникающего при аортальном стенозе на рис. 11.15,В. Шум «дующего» типа легко имитируется потоком воздуха выдуваемым на микрофон. Этот неспецифический характер сердечных шумов является основой для развития современных имитаторов звуков сердца/
На основе этих наблюдений наиболее вероятной теорией является та, согласно которой шумы сердца развиваются в районе турбулентных потоков, возникающих при протекании жидкости с высокой скоростью через узкие отверстия. Эксперименты, проведенные в нашей лаборатории Meisner и Rushmer [36, 37], Jellin [38], в определенной степени разрешили вопрос о возникновении звуков в жидкостях. При протекании водных суспензий белого Hector bentonite через каналы, освещаемые поляризованным светом, в областях нарушенного тока и вихревых потоков обнаруживаются различия интенсивности света. Жидкость, протекая через узкие отверстия в раскрытых по длиннику моделях, образует расширяющуюся струю.
РИС. 11.15. НЕСПЕЦИФИЧЕСКИП ХАРАКТЕР ШУМОВ.
Сердечные шумы могут быть имитированы различными способами, включая потирание щеткой по ладони (Б), держание микрофона (В), вклинивание хаотичного шума между нормальными тонами сердца (Г) или даже просто если дуть на микрофон (Д) (см. текст).
Изменения формы этой струи и распространение вихрей при увеличении скорости тока в канале показаны на рис. 11.14,Б. По мере увеличения скорости тока струя расширяется и находится близко к стенке на значительном расстоянии от отверстия вниз по течению.
Yellin [38] использовал фонокатетер для регистрации флюктуаций давления в струях такого типа, какие представлены на рис. 11.14, и вокруг них. Фонокатетер улавливает звуковые сигналы внутри и на границе жидкостных струй. Сигналы, улавливаемые фонокатетером, быстро ослабевали по мере удаления его от струи. Вверх по течению не определялось никаких сигналов. Эти наблюдения показывают, что возможность образования струей волн давления, проводимых через жидкость и стенки сосудов, не должна приниматься в расчет. Компрессионные волны передаются через жидкости на гораздо большие расстояния.
Вместо этого должна учитываться возможность того, что сосудистые шумы являются результатом ударов завихрений о стенки вниз по течению от отверстия (см. рис. 11.14,Б). По-видимому, эти локальные флюктуации давления создают удары о стенки, наносимые в случайной последовательности (как дождь по крыше), что вызывает вибрации стенки без доминирующих частот. Локальные вибрации сосудистых стенок могут затем проводиться через окружающие ткани к поверхности тела.
В противоположность этому редкие музыкальные шумы, вероятно, обусловлены механизмами, подобными отщеплению вихрей или флюктуациям периодического кильватера, создающими тоны при особых комбинациях геометрии и скоростей потока. Этим объясняется их малая распространенность и отчетливые характеристики.
Согласованность оценки характера шумов при аускультации
Согласованность оценки самых элементарных аускультативных данных, выявленных при контрольных условиях опытными врачами, оказалась неожиданно плохой. Например, Dobrow и сотр. [39] представили записанные на магнитофонной ленте звуки сердца 100 определенных пациентов 5 высококвалифицированным врачам. Врачам были заданы три вопроса: 1) имеется ли шум?
- имеется ли систолический шум?
- имеется ли диастолический шум? Ответы, суммированные частично в табл. 11.1, показывают удивительно
Таблица 11.1. Разнообразие врачебной интерпретации сердечных звуков по Dobrow [39]
Вопрос | - Соответствие стандарту, % | Ошибочные положительные ответы, % | Ошибочные отрицательные ответы, % |
Есть ли шум? | 74 | 21 | 44 |
Есть ли систолическийшум?. | 71 | 22 | 44 |
Есть ли диастолическийшум?. | 79 | 55 | 7 |
высокую степень разногласий со стандартом. Butterworth и Reppert
сообщили, что 523 врача на съезде Американской медицинской ассоциации (АМА) правильно определили только около половины из 15 «простейших примеров, которые мы могли найти в нашей фонотеке звуков сердца».
РИС. 11,16. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СИСТОЛИЧЕСКИЕ ШУМЫ.
А. При нормальных условиях кровь течет через аорту и легочную артерию с достаточной скоростью, чтобы создать турбулентность во время фазы быстрого изгнания систолы желудочков. Ранние систолические шумы могут быть услышаны у многих здоровых детей в покое и почти у любого здорового человека после физической нагрузки.
Б. Путь оттока правого желудочка имеет примерно серповидную форму поперечного сечения частично из-за выбухания в просвет мембранной части межжелудочковой перегородки. Во время систолы пучки миокардиальных волокон, окружающие область конуса, стремятся еще больше уменьшить площадь поперечного сечения этого канала. По этой причине вероятность развития турбулентности в легочной артерии больше, чем в аорте. Систолические шумы у здоровых людей обычно имеют максимальную интенсивность в области легочной артерии на прекордиуме.
В. Ранним систолическим «функциональным» шумом можно считать усиленный четвертый компонент первого тона сердца.
Функциональные шумы
В период ранней фазы изгнания систолы желудочков фактически у всех людей появляются вибрации, хотя шумы не всегда слышны (рис.
- А). Ранние систолические шумы можно слышать у большинства детей, особенно с тонкими стенками грудной клетки. У таких людей все сердечные звуки громкие, потому что при их проведении к поверхности теряется очень мало энергии. «Нормальный систолический шум» может быть зарегистрирован практически у всех здоровых взрослых в покое, если используется соответствующая аппаратура в звуконепроницаемой комнате. Такие шумы классифицируются как функциональные и наиболее часто слышны в пульмональной области на прекордиуме. Хотя скорость кровотока как в легочной артерии, так и в аорте достаточна, чтобы в период ранней систолы возникло турбулентное течение крови, обычно не учитывается, что в тракте оттока правого желудочка имеются некоторые дополнительные факторы, способствующие предотвращению турбулентности (рис. 11.16,Б).
Слышимые ранние систолические шумы обычно возникают почти у всех взрослых при ускорении кровотока после чрезмерной физической нагрузки, особенно если человек наклоняется вперед и задерживает дыхание после усиленного выдоха.
У больных с анемией развиваются «гемические» шумы в связи с тем, что уменьшается вязкость крови, тогда как скорость кровотока в связи с возрастанием минутного объема увеличивается.
Систолические шумы, обусловленные патологией клапанов
Обнаружение и опознавание сердечных шумов является ценным источником информации о функции сердечных клапанов. Хотя механизмы, вызывающие эти звуки, очень схожи, некоторые типы клапанных поражений вызывают типичные комбинации звуков, которые можно различать по их частоте, характеру проведения и времени возникновения.
Аортальный стеноз. Аортальный клапан лежит на значительном расстоянии от предсердечной области. Вибрации от этого источника при их проведении достигают прекордиума прямо от восходящей аорты (аортальная область), через легочную артерию и конус (третий левый межреберный промежуток) или через желудочки в направлении к верхушке сердца. Четко доказано, что систолические шумы аортального происхождения могут обнаруживаться в широкой области, обозначенной на рис. 11.17,В. Таким образом, аортальные шумы могут локализоваться в различных точках прекордиальной области вдоль линии, параллельной пути оттока крови из левого желудочка. В ранней стадии аортального стеноза систолические шумы обнаруживаются только в пульмональной области и их трудно дифференцировать от функциональных шумов. Levine и Harvey подчеркивали тот факт, что максимум интенсивности этих шумов обычно приходится на середину систолического периода, и использовали этот критерий для дифференцировки таких шумов от функциональных пульмональных или митральных систолических шумов.
В. ЛОКАЛИЗАЦИЯ ШУМОВ НА ПРЕКОРДИУМЕ Г. НЕДОСТАТОЧНОСТЬ МИТРАЛЬНОГО КЛАПАНА
РИС.11.17. СИСТОЛИЧЕСКИЕ ШУМЫ ПРИ ДЕФОРМАЦИИ КЛАПАНОВ.
А. Аортальный стеноз создаст препятствие в виде мембраны с маленьким отверстием, через которое кровь изгоняется с высокой скоростью во время систолы. Возникающий в результате систолический шум обычно достигает максимальной интенсивности в середине систолы и обычно проводится главным образом к аортальной области. У различных пациентов область максимальной интенсивности может встречаться в любой точке области, распространяющейся от второго левого межреберного промежутка по направлению к верхушке сердца.
Б. Стеноз легочной артерии вызывает громкий систолический шум, занимающий всю систолу, но интенсивность его часто наибольшая сразу после первого тона и постепенно снижается. Шум широко проводится над всей предсердной областью.
В. Схематически обозначена локализация на поверхности систолических шумов, исходящих от различных клапанов (см. также рис. 11.11).
Г. Митральная недостаточность вызывает систолический шум с максимальной интенсивностью у верхушки сердца.
Стеноз клапана легочной артерии. Неосложненный стеноз клапана легочной артерии, врожденный или приобретенный, относительно редок. Сращивание лепестков легочного клапана вызывает местное сужение, позади которого в период систолического изгнания из правого желудочка возникает турбулентность и вследствие этого грубый систолический шум (рис. 11.17, Б), обычно напоминающий шум при аортальном стенозе. Такие шумы слышны наиболее громко в области легочной артерии и широко проводятся над предкордиумом. Пульмональный стеноз чаще всего обусловлен врожденным пороком развития.
Недостаточность митрального клапана. Если по какой-либо причине створки митрального клапана не могут полностью закрыть митральное отверстие, во время систолы желудочка кровь устремляется через дефект под действием большой разности давлений между левым желудочком и левым предсердием.
Брешь между створками клапана действует как локальное сужение, через которое кровь бьет струей с высокой скоростью в просторную камеру предсердия (рис. 11.17, Г). При этом возникает турбулентность, вызывая верхушечный систолический шум, который обычно широко проводится, особенно в сторону левой подмышечной области.
Диастолические шумы, обусловленные патологией клапанов
РИС. 11.18. ДИАСТОЛИЧЕСКИЕ ШУМЫ ПРИ ДЕФОРМАЦИИ КЛАПАНОВ.
А. Митральный стеноз вызывает шумы, появляющиеся преимущественно во время быстрого тока крови через митральный клапан: во время быстрого наполнения желудочка в ранней диастоле и во время систолы предсердия. Шум имеет очень низкую частоту и его трудно услышать, даже если интенсивность звука большая. Ранние диастолические шумы проявляют тенденцию локализоваться довольно дискретно в области верхушки сердца.
Б. Недостаточность легочного клапана приводит к регургитации крови в правый желудочек во время диастолы. Возникающий при этом шум проявляет тенденцию иметь максимальную интенсивность в области легочной артерии, но часто распространяется широко на прекордиуме.
В. Недостаточность аортального клаиана ьриводит к появлению высокочастотных диастолических шумов, обычно лучше всего слышимых в области аорты, но иногда наиболее интенсивных в пульмональной области или даже у верхушки сердца.
Стеноз митрального клапана.
Кровь течет быстро из предсердия в желудочки во время фазы быстрого наполнения и во время систолы предсердия. Диастолический период при этом совершенно нормальный, и скорость кровотока недостаточна для возникновения значительной турбулентности. Следовательно, отверстия митрального и трехстворчатого клапанов в норме достаточны для ламинарного потока крови. Поэтому, если нет определенной формы органического поражения клапанов, диастолические шумы возникают редко.
Ревматический вальвулит может превратить эффективные подвижные митральные клапаны в ригидную воронку с узким отверстием эллиптической формы. Такое локальное сужение отверстия между большими камерами вызывает возникновение турбулентности (если скорость кровотока достигает достаточной величины) (рис. 11.18,А). Последовательность событий, вызывающих возникновение прогрессирующего стеноза, обсуждается в главе XIII. Низкочастотный шум, непосредственно предшествующий первому тону, является классическим признаком митрального стеноза. На ранних стадиях этот пресистолический шум выслушивается с трудом, поскольку он часто локализуется в очень небольшой области в районе верхушки или рядом с ней на прекордиуме. Шум можно услышать только при положении пациента лежа на левом боку после физической нагрузки. Низкочастотный «грохот», по-видимому, набирает интенсивность и заканчивается в акцентированном первом тоне. Поскольку этот шум исчезает у пациентов при развитии фибрилляции предсердий, его наличие связывают с быстрым током крови через стенозированный клапан во время сокращения предсердий.
Во многих случаях митрального стеноза преобладает ранний диастолический шум. Он появляется во время фазы быстрого наполнения и достигает максимальной интенсивности вскоре после второго тона. После этого интенсивность шума обычно уменьшается, и к середине диастолы он часто исчезает (см. главу XIII).
Создается впечатление, что у многих пациентов шум максимальной интенсивности возникает в середине диастолы. Это, вероятно, обусловлено двумя факторами: а) небольшой интервал между вторым тоном и начальными вибрациями шума создает ошибочное впечатление о том, что пик интенсивности шума появляется позже, чем в действительности он обнаруживается при объективной регистрации сердечных тонов- б) у некоторых пациентов период быстрого наполнения может быть удлинен из-за сопротивления, оказываемого суженным отверстием. Вибрации при этом имеют столь низкую частоту, что не могут быть обнаружены при аускультации (даже когда регистрируемые на фонокардиограмме осцилляции оказываются большими).
Недостаточность клапана легочной артерии. Расширение легочной артерии, обусловленное хронической легочной гипертонией, может привести к недостаточности клапана легочной артерии. При этом створки легочного клапана не закрываются плотно, возникает диастолический шум, слышимый в пульмональной области.
При недостаточности легочного клапана во время диастолического периода возникает регургитация крови, чем и объясняется диастолический шум. Кровь при этом с большой скоростью течет в обратном направлении через щели между створками клапана и входит в большую камеру желудочка (см. рис. 11.18,Б).
Недостаточность аортального клапана. Недостаточность аортального клапана без его стеноза обычно является результатом сифилиса (рис. 11.18,В). Диастолический шум при этом, как правило, сопровождается систолическим в связи с тем, что регургитация увеличивает скорость и объем изгнания из желудочка. Комбинация систолического и диастолического шумов создает звуки, напоминающие те, которые возникают при распиливании дерева ручной пилой: систолический шум представляет собой как бы режущее движение пилы, а более высокочастотный диастолический шум соответствует обратному движению.
Пальпация дрожания грудной стенки
Вибрации, производимые шумами, имеют иногда столь большую интенсивность, что могут быть Обнаружены при пальпировании поверхности грудной клетки. По сравнению со слуховым восприятием способ тактильного восприятия вибраций отличается крайне малой чувствительностью.
Пальпация дрожания указывает на большую интенсивность вибраций, но не дает никакой информации, имеющей диагностическое значение, которая не обнаруживалась бы при аускультации [42].
Локализация небольшого исследуемого пространства, из которого исходят сигналы, отдельно определена на слух и при регистрации по методу, показанному справа. Здесь локализация исследуемого пространства указывается направленным вниз отклонением на наклонной нижерасположенной
11.19.
РИС.
записи. Это отклонение расположено между передним листком митрального клапана (ПЛМК) и задней стенкой левого предсердия (ЗСЛП) (по Johnson S. L. et al.: Doppler echocardiography. Circulation, 1973, 48, 810. С разрешения Американского кардиологического общества).
Локализация сердечных шумов с помощью ультразвука
Шумы, возникающие внутри сердца, обычно довольно широко распространяются над предсердечной областью, так что точная локализация их происхождения иногда невозможна. Выявить, где локализуется турбулентность, генерирующая эти патологические звуки, можно с помощью импульсного допплеровского флоуметра (см. рис. 2.17), который позволяет очень точно выявить локализацию турбулентности, имеющейся даже в крайне небольших участках на известном расстоянии вдоль ультразвукового пучка, направленного в грудную клетку. При одновременном использовании ультразвуковой эхокардиографии для анатомической ориентации можно точно определить локализацию участка, откуда исходят сигналы о нарушении кровотока или о месте турбулентного течения. Если датчик расположен на прекордиуме и вход его отрегулирован таким образом, как показано на рис. 11.19, исследуется пространство в предсердии тотчас вверх по течению от переднего листка митрального клапана. В этом положении можно выявить струю регургитации, возникающую при недостаточности митрального клапана. Аналогичным образом можно исследовать пространство, расположенное тотчас выше аортального клапана, для выявления струи, возникающей при аортальном стенозе [43]. При использовании ультразвукового импульсного флоуметра с аудиальной оценкой величины допплеровского эффекта турбулентный поток вызывает характерно резкие звуки в отличие от шуршащих звуков, возникающих при исследовании нормального ламинарного кровотока в сосудах. При относительно небольшом навыке этот метод исследования может оказать существенную помощь кардиологу в точном определении природы и локализации клапанных дефектов.
Разногласия, возникающие при субъективной оценке характера сердечных шумов
Всякий раз, когда около больного с поражением сердца собирается группа врачей, почти неизменно возникают разногласия относительно данных аускультации. Эти споры являются результатом различий остроты слуха, опыта и техники выслушивания, а также чрезвычайной трудности словеснрго описания характера субъективных слуховых ощущений. Когда врачи сталкиваются с пациентами, страдающими хроническим заболеванием сердца, разногласия уменьшаются, но ни в коем случае не исчезают. При использовании аускультации в качестве диагностического средства прежде всего нуд но признать ограниченность этого метода. Наиболее общий недостаток его — невозможность воспринимать некоторые низкочастотные звуки. Многие врачи, например, постоянно упускают третий сердечный тон или низкочастотные диастолические шумы. Определение времени возникновения шумов при аускультации для некоторых клиницистов также представляет проблему. Хотя определенная степень трудностей может быть связана со снижением остроты слуха, источником затруднений часто является неправильная оценка возможностей аускультации.
