Czym są objętość wyrzutowa, rzut serca i frakcja wyrzutowa?

Najłatwiej zrozumieć pracę serca, gdy trzy często mylone pojęcia przypiszemy do trzech odrębnych pytań. Objętość wyrzutowa odpowiada na pytanie: ile krwi jedna komora wypchnęła podczas jednego skurczu? Rzut serca mówi: ile krwi komora przepompowała w ciągu minuty? Frakcja wyrzutowa opisuje natomiast, jaki odsetek krwi znajdującej się w komorze pod koniec napełniania został usunięty podczas skurczu. Każdy parametr ma inną jednostkę i nie można używać ich zamiennie. Przed skurczem komora zawiera objętość końcoworozkurczową, oznaczaną EDV. Po skurczu część krwi pozostaje w środku; jest to objętość końcowoskurczowa, czyli ESV.

Objętość wyrzutowa jest różnicą między nimi: SV = EDV − ESV. Serce fizjologicznie nie opróżnia komory do zera. Pozostawanie części krwi w komorze po skurczu jest fizjologicznym elementem cyklu serca. Rzut serca oblicza się jako iloczyn częstości rytmu i objętości wyrzutowej: CO = HR × SV. Oznacza to, że ten sam rzut można uzyskać przy wolniejszym rytmie i większej porcji krwi na skurcz albo przy szybszym rytmie i mniejszej porcji. Organizm zmienia oba składniki zależnie od wysiłku, pozycji ciała, temperatury, emocji, nawodnienia i działania układu autonomicznego. Samo tętno nie wystarcza więc do określenia, ile krwi rzeczywiście przepompowuje serce.

Frakcja wyrzutowa jest ilorazem objętości wyrzutowej i EDV, wyrażonym w procentach: EF = SV/EDV × 100. Jest to proporcja. Podobna frakcja wyrzutowa może współistnieć z różnymi rozmiarami komór i objętościami wyrzutowymi. Przy zachowanej frakcji wyrzutowej i utrudnionym napełnianiu komory bezwzględna ilość wyrzucanej krwi może być zmniejszona. Z tego powodu wynik EF zawsze interpretuje się razem z objawami, budową serca i innymi pomiarami. W tej lekcji liczby służą do zrozumienia mechanizmu. Wynik badania obrazowego wymaga kontekstu klinicznego i opisu metody. Jeżeli występują nagły ból lub ucisk w klatce piersiowej, omdlenie, ciężka duszność, sinienie albo gwałtowne pogorszenie stanu, potrzebna jest pilna pomoc medyczna, niezależnie od wcześniej znanej wartości frakcji wyrzutowej.

Objętość wyrzutowa zmienia się wraz z warunkami napełniania i wyrzutu. Zmienia się z uderzenia na uderzenie, ponieważ zależy od napełnienia komory przed skurczem, zdolności mięśnia do wytworzenia siły oraz obciążenia, przeciw któremu krew musi zostać wypchnięta. Te trzy elementy określa się zwykle jako obciążenie wstępne, kurczliwość i obciążenie następcze.

Pojęcia te opisują poszczególne warunki pracy serca jako pompy. Kurczliwość oznacza zdolność mięśnia sercowego do wytwarzania siły niezależnie od samego rozciągnięcia. Pobudzenie współczulne podczas wysiłku zwiększa dostępność wapnia w komórkach mięśnia i zwykle nasila skurcz. Uszkodzenie mięśnia, niedokrwienie, ciężkie zaburzenia metaboliczne lub niektóre leki mogą tę zdolność zmniejszać.

Punktem wyjścia jest rozróżnienie: większe napełnienie daje sercu więcej krwi do wyrzucenia, a większa kurczliwość pomaga wyrzucić większą część tej objętości. Obciążenie następcze to warunki, które komora musi pokonać podczas wyrzutu. Dla lewej komory wiąże się ono między innymi z ciśnieniem w aorcie, oporem naczyń i właściwościami ściany komory.

Gdy obciążenie następcze rośnie, zdrowa komora musi wytworzyć większe ciśnienie, a przy pozostałych warunkach bez zmian objętość wyrzutowa może się zmniejszyć. Pomiar ciśnienia na ramieniu opisuje tylko część rzeczywistego obciążenia układu krążenia. Pozycja ciała i oddychanie pokazują, jak dynamiczny jest ten parametr.

Przejście do pionu może chwilowo zmniejszyć powrót żylny, a praca pompy mięśniowej kończyn pomaga przywracać krew do serca. Wysiłek zwykle zwiększa kurczliwość i powrót żylny; przy bardzo szybkim rytmie możliwość napełnienia komór ogranicza skrócenie rozkurczu. Znajomość tych mechanizmów ukierunkowuje obserwację zawrotów głowy, duszności lub nietolerancji wysiłku i wybór dalszej oceny przyczyny.

Rzut serca jest pomiarem pracy pompy w czasie. Równanie CO = HR × SV pokazuje, że serce może zwiększyć minutowy przepływ przez przyspieszenie rytmu, zwiększenie objętości jednego wyrzutu albo jednoczesną zmianę obu składników. W spoczynku wartości różnią się między ludźmi zależnie od rozmiaru ciała, wieku, pozycji, wytrenowania i warunków pomiaru. Z tego powodu pojedynczej liczby nie traktuje się jak uniwersalnej normy odłączonej od osoby i sytuacji.

Podczas wysiłku mięśnie zużywają więcej tlenu, dlatego rzut serca zwykle rośnie. Na początku wzrost objętości wyrzutowej może wynikać z większego powrotu żylnego i silniejszego skurczu. Częstość rytmu także wzrasta pod wpływem układu współczulnego. U wielu osób przy większych intensywnościach dalszy wzrost rzutu jest coraz bardziej zależny od rytmu, ponieważ SV osiąga względne plateau albo zwiększa się mniej. Przebieg zależy jednak od pozycji, wytrenowania i stanu układu krążenia.

Korzyść ze wzrostu częstości rytmu zależy od utrzymania skutecznego napełniania i wyrzutu. Gdy rytm staje się bardzo szybki, rozluźnia się trwa krócej, a komory mają mniej czasu na napełnienie. Objętość wyrzutowa może wtedy spaść. Jeżeli rytm jest nieregularny, kolejne cykle różnią się czasem napełniania, co także zmienia porcję wyrzucanej krwi. Puls pozwala ocenić częstość i miarowość; do określenia rzutu potrzebna jest także informacja o objętości wyrzutowej.

Rzut można odnosić do powierzchni ciała, tworząc indeks sercowy. Przeliczenie na powierzchnię ciała ułatwia porównanie osób o różnej budowie z zachowaniem ograniczeń wynikających ze zmienności biologicznej i błędów pomiaru. W praktyce klinicznej rzut serca można szacować różnymi metodami, a wyniki nie zawsze są identyczne. Najważniejsza jest zgodność metody, warunków i celu badania.

Dla fizjoterapeuty przydatna jest obserwacja odpowiedzi na obciążenie: tętna, ciśnienia, objawów, skali odczuwanego wysiłku oraz tempa powrotu do wartości spoczynkowych. Obliczenie rzeczywistego rzutu serca wymaga także pomiaru objętości wyrzutowej. Jeżeli podczas aktywności pojawia się omdlenie, ból w klatce piersiowej, narastająca ciężka duszność, splątanie lub nagła niestabilność, trening przerywa się i wdraża się odpowiednią ocenę medyczną.

Zmiany wyniku porównuje się razem z metodą badania. Frakcja wyrzutowa lewej komory jest jednym z najczęściej podawanych wyników echokardiografii. Oblicza się ją jako stosunek objętości wyrzutowej do objętości końcoworozkurczowej. Jeżeli komora zawiera przed skurczem 120 ml, a wyrzuca 72 ml, EF wynosi 60%.

Przy EDV 80 ml i SV 48 ml frakcja wyrzutowa również wynosi 60%, przy mniejszej bezwzględnej objętości wyrzutu. Ten prosty przykład pokazuje, dlaczego EF nie odpowiada bezpośrednio na pytanie, ile krwi trafia do organizmu w ciągu minuty. EF przybliża funkcję skurczową lewej komory w danych warunkach napełnienia i obciążenia następczego. Zmiana ciśnienia, objętości krwi lub warunków pomiaru może wpłynąć na wynik bez trwałej zmiany samego mięśnia.

Ponadto serce ma cztery jamy, zastawki, funkcję rozkurczową i prawą komorę. Prawidłowa wartość LVEF nie wyklucza zaburzeń napełniania, choroby zastawek, dysfunkcji prawej komory ani niewydolności serca z zachowaną frakcją wyrzutową. Obniżona EF może być ważną informacją o osłabionej funkcji skurczowej i wpływa na klasyfikację niewydolności serca oraz część decyzji terapeutycznych. Podobny wynik może występować po zawale, w kardiomiopatii, zapaleniu mięśnia, ciężkiej chorobie zastawkowej albo przy innych stanach.

Lekarz łączy go z wywiadem, badaniem, EKG, wymiarami jam, ruchem ścian, funkcją zastawek i dodatkowymi testami. Wynik ma również niepewność pomiarową. Echokardiografia wymaga właściwego zobrazowania granicy wsierdzia i poprawnego wyznaczenia objętości. Jakość obrazu, geometria komory i doświadczenie osoby wykonującej analizę wpływają na powtarzalność. Inne metody, takie jak rezonans magnetyczny serca, mogą dać nieco inną wartość.

Porównywanie zmian w czasie jest najbardziej wiarygodne, gdy uwzględnia się metodę, warunki i pełny raport. Pacjentowi wyjaśnia się znaczenie EF jako jednego z parametrów opisujących funkcję serca, ocenianego wraz z objawami i pozostałymi badaniami. Nie mówi samodzielnie, jak człowiek będzie tolerował wysiłek ani czy objaw jest sercowy. Nowe lub nasilające się objawy wymagają kontaktu z personelem medycznym, nawet gdy wcześniejsza EF była opisana jako prawidłowa. Ta sama EF może oznaczać różne objętości wyrzutowe, a prawidłowa EF nie wyklucza istotnej choroby.

Najczęściej używanym badaniem do oceny objętości komór i frakcji wyrzutowej jest echokardiografia. Obraz ultrasonograficzny pozwala wyznaczyć granice lewej komory w rozkurczu i skurczu, a następnie obliczyć EDV, ESV, SV i EF. W praktyce stosuje się określone projekcje i metody planimetryczne, ponieważ pojedynczy wymiar nie wystarcza do opisania trójwymiarowej jamy. Wynik zależy od jakości okna akustycznego, prawidłowego rozpoznania końca rozkurczu i skurczu oraz dokładności obrysowania wsierdzia. Rezonans magnetyczny serca daje dokładną ocenę objętości i jest szczególnie przydatny przy trudnej geometrii lub niejasnym obrazie echokardiograficznym.

Zastosowanie tej metody ograniczają dostępność, czas badania i jej specyficzne wymagania. Rzut serca można także mierzyć inwazyjnie metodą termodylucji albo obliczać na podstawie zasady Ficka, wykorzystując zużycie tlenu oraz różnicę zawartości tlenu we krwi tętniczej i żylnej. Takie metody stosuje się w określonych sytuacjach klinicznych. Różne techniki mierzą ten sam fizjologiczny parametr inną drogą, dlatego wyniki mogą nie być identyczne. Dodatkowo sam organizm zmienia się między pomiarami: rytm, ciśnienie, oddychanie, nawodnienie i pozycja wpływają na hemodynamikę.

Przy porównywaniu badań sprawdza się, czy zastosowano tę samą metodę, czy warunki były podobne i czy różnica przekracza oczekiwaną zmienność. Fizjoterapeuta wykorzystuje dostępny opis do planowania obciążenia; brakujące dane lub niejasności diagnostyczne wyjaśnia z zespołem prowadzącym. Wątpliwości dotyczące wyniku wymagają omówienia z lekarzem lub osobą wykonującą badanie. Ważniejsza od jednej cyfry jest spójność obrazu klinicznego, trendu i pełnego raportu. Każda metoda ma założenia i źródła błędu, dlatego wyniki porównuje się w kontekście techniki i stanu pacjenta.

Objętość wyrzutową, rzut serca i frakcję wyrzutową interpretuje się łącznie z objawami oraz sprawnością pacjenta. Dwie osoby z podobną LVEF mogą mieć zupełnie inną tolerancję aktywności, ponieważ o wysiłku decydują też rytm, funkcja rozkurczowa, zastawki, płuca, hemoglobina, mięśnie szkieletowe, naczynia i stan ogólny. Z kolei osoba z obniżoną EF może funkcjonować stabilnie dzięki leczeniu i adaptacji. Parametr wyznacza część obrazu.

W rehabilitacji ważne są trend objawów i odpowiedź na obciążenie. Uczucie wysiłku, duszność, ból, zawroty głowy, ciśnienie, rytm, tętno i tempo regeneracji dostarczają różnych informacji. Leki mogą spłaszczać odpowiedź tętna, dlatego brak dużego wzrostu pulsu nie musi oznaczać braku wysiłku. Podobnie wysokie tętno może wynikać z gorączki, bólu, lęku, odwodnienia, niedokrwistości lub arytmii.

Edukacja wyraźnie oddziela wyjaśnienie od diagnozy. Ograniczenie wzrostu rzutu lub zastój należą do możliwych przyczyn duszności; ich udział ustala się w diagnostyce różnicowej. Objaw może pochodzić z układu oddechowego, niedokrwistości, infekcji, zatorowości, zaburzeń metabolicznych lub innych przyczyn. Rozpoznanie wymaga badania klinicznego i odpowiednich testów. Są sytuacje, w których planowe monitorowanie nie wystarcza.

Podsumowanie

Nagły lub narastający ucisk w klatce piersiowej, ciężka duszność w spoczynku, omdlenie, sinienie, splątanie, zimna wilgotna skóra z wyraźnym osłabieniem, nowy znaczny deficyt neurologiczny albo gwałtowne pogorszenie wymagają pilnej oceny. W takich przypadkach wcześniejsza prawidłowa EF nie uspokaja, a trening lub próby samodzielnego zwiększania nawodnienia nie opóźniają pomocy. Najbezpieczniejszy sposób użycia parametrów jest prosty: rozumieć, co każdy mierzy; nie utożsamiać procentu z całkowitą wydolnością; porównywać wyniki w kontekście metody; łączyć je z objawami i decyzjami zespołu prowadzącego. Dzięki temu fizjologia wspiera komunikację i rehabilitację, zamiast tworzyć fałszywe poczucie pewności.

Najważniejsze wnioski
• Każdy z trzech parametrów odpowiada na inne pytanie.
• EF porównuje SV z objętością przed skurczem.
• Tolerancja wysiłku zależy od wielu układów.