Vertebral artery hypoplasia – diagnostic criteria based on the haemodynamics of the vertebro-basilar circulation

Wstęp

Niewydolność kręgowo-podstawna jest zespołem objawów klinicznych, związanych z niedostatecznym unaczynieniem w obszarze ukrwienia tętnicy podstawnej. W łagodniejszej postaci prowadzi do przejściowych napadów niedokrwiennych (TIA), a w nasilonej do udarów [1–4]. Najbardziej charakterystycznym objawem są zawroty głowy o nagłym początku, trwające kilka minut [4–6]. Zawroty głowy występują najczęściej w kombinacji z innymi objawami obejmującymi zaburzenia widzenia (diplopia, halucynacje wzrokowe), splątanie, ból głowy, zaburzenia słuchu, utrata przytomności, zaburzenia mowy, drętwienie kończyn, szum uszny [7]. Dolegliwości związane z niewydolnością naczyń mózgowych, szczególnie pochodzące z obszaru unaczynienia tętnicy podstawnej, stanowią istotną część zespołu objawów menopauzy. U 50–70% kobiet w okresie przekwitania występują bóle i zawroty głowy, uderzenia gorąca oraz zaburzenia snu. U 20–25% kobiet dolegliwości utrzymują się dłużej niż 5 lat, często powodując ograniczenie aktywności zawodowej. Podstawowe znaczenie w powstawaniu tych zaburzeń ma deregulacja naczynioruchowa w obszarze ośrodkowego układu nerwowego [8]. Układ naczyń połączonych, jaki stanowią tętnice mózgowe, powinien kompensować spadek przepływu spowodowany hipoplazją jednej z tętnic. Przyjmuje się, że jeśli objętość minutowa przepływu w węższej z tętnic kręgowych nie przekracza 20% objętości przepływu w szerszej, istnieje duże prawdopodobieństwo wystąpienia niewydolności kręgowo-podstawnej [9].

Cel pracy

Celem pracy było określenie kryteriów oceny morfologicznej w USG, przy których tętnica kręgowa może być uznana za hipoplastyczną, ponieważ jej udział w zaopatrzeniu tętnicy podstawnej jest marginalny.

Materiał i metody

Łącznie analizowano wyniki 113 badań sonograficznych i angio-MR. Do oceny morfologii tętnic kręgowych zastosowano kolorową ultrasonografię dopplerowską (USG-CD) oraz angiografię rezonansu magnetycznego (angio-MR), wykonywaną metodą ToF (time-of-flight). Do oceny parametrów przepływu stosowano ultrasonografię dopplerowską – technika fali pulsacyjnej (PW). Badania USG były wykonywane aparatami Logiq 400 i Logiq 500 PRO series (GE), sondą liniową o częstotliwości 7,5 MHz, w pozycji na wznak, głowa ułożona w lekkim przeproście oraz skręcona ok. 10 stopni w stronę przeciwną do badanej. Badanie obejmujące ocenę tętnic szyjnych i kręgowych przeprowadzono zgodnie ze standardami przyjętymi w piśmiennictwie [10–12].
Do grupy badanej kwalifikowano osoby bez objawów miażdżycy zarostowej (dopuszczalna grubość kompleksu intima-media do 1,2 mm). Przy stwierdzeniu zmian miażdżycowych, krętego przebiegu, niedrożności pacjenci byli wyłączani z grupy. Oceniano średnicę obu tętnic, prędkość szczytowoskurczową (ang. peak systolic velocity – PSV), późnorozkurczową (end diastolic velocity – EDV). Średnica tętnicy była oceniana w odcinku C3-C4, w ustawieniu sondy równoległym do przebiegu naczynia, między granicami ścian hiperechogenicznych oraz bezechowego światła tętnicy (ryc. 1.). Wynik podawano w zaokrągleniu do 0,5 mm. Do pomiaru przepływu używano elektronicznego odchylania kąta insonacji (≤60° po uwzględnieniu poprawki kątowej). Prędkość w cyklu hemodynamicznym odczytywano z obrysu widma przepływu, z dokładnością do 1 cm/s (ryc. 2.).
Badania rezonansowe były wykonywane aparatami Edge 1.5 T (Picker) i Somatom Vision+ (Siemens). Oba aparaty mają magnes nadprzewodzący o natężeniu pola 1,5 T. Matryca obrazu wynosiła 512 × 512. Używano nadawczo-odbiorczych cewek kręgosłupowych i głowowych (objętościowych). Stosowano technikę ToF (ang. time-of-flight) bez użycia środków kontrastowych, w sekwencjach dwuwymiarowych z saturacją sygnału tkanki tłuszczowej. Badania wykonywano w przekrojach o warstwach grubości 3 mm. Oceniano średnicę tętnic kręgowych, morfologię i przebieg tętnic kręgowych i podstawnej. Średnica tętnicy kręgowej, podobnie jak w USG, była oceniana między wyrostkami C3-C4, w płaszczyźnie wieńcowej, jako odległość między przednią i tylną krawędzią sygnału przepływu (ryc. 3.). Wynik podawano z dokładnością do 0,5 mm.
Na podstawie oceny średnicy tętnic kręgowych podzielono badanych na 4 grupy zależne od stopnia asymetrii, obliczanego ze wzoru:

stopień asymetrii średnicy =
D_S – D_W

–––––––– × 100%

D_W

gdzie:
D_s – średnica tętnicy szerszej, D_w – średnica tętnicy węższej.
Ustanowiono 4 przedziały lewostronnie zamknięte: brak istotnej asymetrii (0–25%), niewielka (25–50%), umiarkowana (50–100%) i duża (>100%) asymetria.
Do obliczenia objętości przepływu w tętnicach wykorzystano równanie:
FV =
(PSV + EDV) × πd² ×
3

––

80

– prędkości w cm/s, średnica d w mm.
Ustalono względną miarę asymetrii przepływu – udział objętości węższej tętnicy w całkowitej objętości przepływu w obu tętnicach kręgowych ze wzoru:
FVR =
FV_w
–––––––––– × 100%

FV_s + FV_w
Na podstawie danych z piśmiennictwa do testowania przyjęto dwie hipotezy, dotyczące kryteriów morfologicznych hipoplazji tętnicy kręgowej – pierwszą na podstawie bezwzględnej średnicy tętnicy węższej oraz drugą na podstawie stopnia asymetrii średnic między tętnicami [8, 13–18]. Przyjęto udział węższej z tętnic w całkowitej objętości minutowej przepływu kręgowego mniejszy lub równy 10%.
Opracowania statystycznego dokonano w programie Statistica™. Obliczono testem t-Studenta dla zmiennych zależnych zgodność pomiarów USG/MR oraz czułość, swoistość, dodatnią i ujemną wartość predykcyjną (PPV i NPV) dla cech pomiarów średnicy naczyń spełniających kryterium asymetrii objętości przepływu 10–90%.

Wyniki

Przeciętna średnica tętnicy kręgowej prawej w ocenie angio-MR i CDUS wyniosła odpowiednio 3,31±1 mm i 3,42±0,79 mm, po stronie lewej zaś 3,62±1,12 mm i 3,72±0,84 mm. Mierzona średnica naczyń była nieco mniejsza w angio-MR, jednak w stopniu nieistotnym. Dla poziomu istotności p=0,05 nie można odrzucić hipotezy o zgodności obu metod.
Średnia objętość minutowa przepływu w tętnicach kręgowych w badanej grupie wynosiła 230 ml/min (zakres 105–561, SD 74), przy czym w tętnicy prawej 106 ml/min (zakres 3–315, SD 64), w lewej 125 ml/min (zakres 10–330, SD 68). Udział tętnicy węższej w całkowitej objętości minutowej wyniósł średnio 30% (zakres 2–56%, SD 14%). Obliczony udział węższej z tętnic kręgowych w całkowitej objętości przepływu kręgowego w podgrupach wydzielonych na podstawie dwóch przyjętych kryteriów morfologicznych – średnicy węższej z tętnic przedstawiono w tab. I, a dla stopnia asymetrii średnic między tętnicami w tab. II. Obliczoną dla obu kryteriów czułość, swoistość oraz dodatnią i ujemną wartość predykcyjną zestawiono w tab. III.

Dyskusja

Tętnice kręgowe i podstawna stanowią unikalny układ naczyń połączonych, gdzie w warunkach fizjologicznych gradient ciśnień w obu tętnicach kręgowych jest jednakowy, niezależnie od ich średnicy oraz asymetrii między prawą i lewą stroną. Dlatego w warunkach asymetrii średnic przepływ w węższej z tętnic kręgowych, a więc i procentowy udział w zaopatrzeniu tętnicy podstawnej, zależy nie tylko od jej szerokości, ale także od szerokości drugiej z tętnic. Najwcześniej rozpoznanie hipoplazji tętnicy kręgowej opierano na określeniu średnicy węższej tętnicy [10, 19]. Hedera jako pierwszy ustalał diagnozę hipoplazji nie tylko na podstawie oceny średnicy wąskiej tętnicy, ale także na porównaniu średnic między prawą i lewą stroną [20]. Porównanie średnic tętnic między stronami stosowali także kolejni autorzy [9, 13, 18]. Po wprowadzeniu technik USG duplex-doppler i color-doppler pojawiły się próby powiązania pomiaru średnic tętnic z oceną przepływu w celu określenia hemodynamicznych kryteriów hipoplazji [9, 13–18]. Oder ustalił wartość średnicy tętnicy szerszej, przy której
parametry przepływu w tętnicy o średnicy 2 mm są znacząco niższe, na co najmniej 3,5 mm [13]. Jeng zaproponował rozpoznanie hipoplazji, gdy średnica tętnicy węższej jest mniejsza niż 2,2 mm, a druga z tętnic jest co najmniej o 1,2 mm szersza [9]. Część autorów w ocenie hipoplazji opiera się na względniej różnicy średnic – różnica co najmniej 2/3 średnicy tętnicy szerszej lub różnica co najmniej 75% średnicy tętnicy węższej [18, 20]. Zestawienie rodzajów stosowanych kryteriów oceny hipoplazji tętnicy kręgowej przedstawiono w tab. IV.
Prezentowane wyniki wskazują na konieczność kompleksowej oceny średnicy tętnic kręgowych i porównania średnic między stronami, jako algorytmu w sposób najbardziej wiarygodny definiującego hipoplazję. W badaniach obrazowych bez możliwości oceny parametrów przepływu – ultrasonografii, tomografii komputerowej, rezonansu magnetycznego – właściwym kryterium hipoplazji jest średnica do 2 mm lub co najmniej 2-krotna różnica średnic między stronami, ponieważ marginalna względna objętość minutowa przepływu występowała w węższej tętnicy w obu tych sytuacjach. Średnica tętnic kręgowych wykazuje dużą zmienność osobniczą, dlatego stosowanie jedynie kryterium szerokości jest ryzykowne. W grupie badanej częstotliwość hipoplazji przy przyjętym kryterium 2 mm wyniosła 10,6% (12/113), natomiast przy kryterium 2-krotnej różnicy średnic aż 14,2% (16/113). Znaczenie hipoplazji tętnicy kręgowej w hemodynamice krążenia mózgowego nie jest jednoznacznie określone. Rezerwa czynnościowa naczyń zaopatrujących koło Willisa w warunkach fizjologicznych powinna być na tyle duża, że hipoplazja jednego z zaopatrujących naczyń nie powoduje deficytu przepływu. Jednak przy występowaniu dodatkowych czynników ograniczających przepływ, jak słaby rzut serca, miażdżyca czy wreszcie deregulacja krążenia mózgowego w przebiegu menopauzy, szybciej dochodzi do zniesienia rezerwy czynnościowej. Co ważne, obecność hipoplazji może ograniczać skuteczność terapii substytucyjnej. Celowe jest więc jej wykluczenie na podstawie podanych kryteriów w badaniu USG dla właściwego ustawienia projekcji oczekiwanych efektów terapeutycznych. Optymalne jest tu wykonanie pełnego badania USG doppler z oceną przepływu, jednak jeśli to jest trudne z przyczyn organizacyjnych, wystarczająca może być ocena szerokości tętnic kręgowych metodą USG w prezentacji B.

Wnioski

1. Najlepszym morfologicznym kryterium uzasadniającym rozpoznanie hipoplazji tętnicy kręgowej okazało się porównanie średnic między stronami – różnica co najmniej 2-krotna pozwala na określenie dysproporcji objętości przepływu 10–90% z czułością 86% przy specyficzności 96%.
2. Szerokość tętnicy kręgowej do 2 mm stanowi kryterium pozwalające na określenie dysproporcji objętości przepływu 10–90% z czułością 71% przy specyficzności 98%.

Praca realizowana w ramach grantu KBN 2 PO5B 15026

Piśmiennictwo

1. Amarenco P, Hauw J, Gautier J. Arterial pathology in cerebellar infarction. Stroke 1990; 21: 1299-305.
2. Baloh RW. Vertebrobasilar insufficiency and stroke. Otolaryngol Head Neck Surg 1995; 112: 114-7.
3. Caplan LR. Vertebrobasilar disease. Time for a new strategy. Stroke 1981; 12: 111-4.
4. Grad A, Baloh RW. Vertigo of vascular origin. Arch Neurol 1989; 46: 281-4.
5. Acar M, Degirmenci A, Yucel R, et al. An evaluation of internal carotid
artery and cerebral blood flow volume using color duplex sonography in patients with vertebral artery hypoplasia. Eur J Radiology 2005; 53: 450-3.
6. Lo LY, Ford S, McKinney WM, Toole JF. Asymptomatic bruit, carotid and vertebrobasilar transient ischemic attacks – a clinical and ultrasonic correlation. Stroke 1986; 17: 65-8.
7. Stręk P, Reroń E, Olszewski E i wsp. Ocena korelacji zaburzeń przepływu krwi tętnicami kręgowymi badanego metodą dopplerowską ze zmianami zwyrodnieniowymi kręgosłupa szyjnego u chorych leczonych z powodu szumów usznych. Otolaryngol Pol 1998; 52: 425-9.
8. Bekavac I, Kupesic S, Mihaljevic D, Kurjak A. Vascular impedance of uterine, inferior vesicle, and ophthalmic arteries in postmenopausal women receiving hormonal replacement therapy: comparative Doppler study. Crot Med J 2000; 41: 235-9.
9. Jeng JS, Yip PK. Evaluation of vertebral artery hypoplasia and asymmetry by color-coded duplex ultrasonography. Ultrasound Med Biol 2004; 30: 605-9.
10. Deckler A, Timmann D, Diener HC, Juptner M. Die Doppler- und Duplexsonographie der Vertebralarterien. Fortschr Rontgenstr 1992; 157: 573-8.
11. Dorobisz AT, Rybak Z, Wołyniec A. Zespół kręgowo-podstawny – diagnostyka przedoperacyjna. Wiadomości Lekarskie 1998; 51: 11-2.
12. Schneider P, Rossman M, Bernstein E, et al. Noninvasive evaluation of vertebrobasilar insufficiency. J Ultrasound Med 1991; 10: 373-9.
13. Oder B, Oder W, Lang W, et al. Hypoplasia, stenosis and other alterations of the vertebral artery: does impaired blood rheology manifest a hidden disease? Acta Neurol Scand 1998; 97: 398-403.
14. Scheel P, Ruge C, Schoning M. Flow velocity and flow volume measurements in the extracranial carotid and vertebral arteries in healthy adults: reference data and the effects of age. Ultrasound in Med & Biol 2000; 26: 1261-6.
15. Schoning M, Hartig B. The development of hemodynamics in the extracranial carotid and vertebral arteries. Ultrasound Med Biol 1998; 24: 655-62.
16. Schoning M, Walter J, Scheel P. Estimation of cerebral blood flow through color duplex sonography of the carotid and vertebral arteries in healthy adults. Stroke 1994; 25; 17-22.
17. Seidel E, Eicke BM, Tettenborn B, Krummenauer F. Reference values for vertebral artery flow volume by duplex sonography in young and elderly adults. Stroke 1999; 30: 2692-6.
18. Weintraub MI, Khoury A. Cerebral hemodynamic changes induced by simulated tracheal intubation: a possible role in perioperative stroke? Stroke 1998; 29: 1644-9.
19. Bartels E Color-coded duplex ultrasonography of the cerebral vessels: Atlas and manual. Schattaner, Stuttgart New York 1999; 113-55.
20. Hedera P. Influence of extreme head rotations on brainstem auditory evoked potentials (BAEP). Clin Neurol Neurosurg 1995; 97: 290-5.