Ejektionsfraktion (EF): Fysiologi, måling og klinisk evaluering

Ventrikulær ejektionsfraktion (EF)

I flere årtier har ejektionsfraktion (EF) været den dominerende metode til vurdering af venstre ventrikels systoliske funktion. Ejektionsfraktionen er enkel at beregne; hvis venstre ventrikel indeholder 100 ml blod ved slutningen af diastolen, og 40 ml pumpes ud under systolen, så er ejektionsfraktionen 40 %. Ejektionsfraktionen er således slagvolumen (SV) divideret med det endediastoliske volumen (EDV):

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

Da slagvolumen (SV) er forskellen mellem end-diastolisk volumen (EDV) og end-systolisk volumen (ESV), kan EF også beregnes som:

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

Normale værdier for ejektionsfraktion (EF)

Undersøgelser af raske personer tyder på, at den gennemsnitlige ejektionsfraktion er 63 % til 69 %. Europæiske og amerikanske retningslinjer er enige om, at den nedre normale grænse for ejektionsfraktion er 55 %. Nedsat ejektionsfraktion defineres som ejektionsfraktion <55%. Det betyder, at venstre ventrikels pumpekapacitet er reduceret, og det er synonymt med hjertesvigt med reduceret ejektionsfraktion (HFREF).

Ejektionsfraktion undersøges rutinemæssigt i hvile, hvilket ikke afslører den venstre ventrikels funktionelle (maksimale) kapacitet, da dette ville kræve måling af ejektionsfraktionen under submaksimal træningstest. Ejektionsfraktionsreserve er den tilgængelige reserve i ejektionsfraktion, der kan genereres under træning.

Effekt af preload og afterload på ejektionsfraktion

Ejektionsfraktioner er meget afhængige af preload og afterload. En hurtig forøgelse af preload (f.eks. ved at øge det venøse tilbageløb til hjertet i liggende stilling) fører til en øjeblikkelig stigning i ejektionsfraktionen. På samme måde fører et fald i afterload (f.eks. ved hjælp af nedsat modstand i det systemiske kredsløb) til en stigning i ejektionsfraktionen. Det modsatte er også tilfældet; nedsat preload resulterer i nedsat ejektionsfraktion, og øget afterload resulterer i nedsat ejektionsfraktion.

Da ejektionsfraktionen påvirkes af preload og afterload, er det nødvendigt at tage hensyn til belastningsforholdene, når man evaluerer den målte ejektionsfraktion. Ideelt set bør ejektionsfraktionen vurderes under normale belastningsforhold i forhold til patienten. Hvis gentagne ekkokardiogrammer viser markante variationer i ejektionsfraktion, er det sandsynligt, at variationer i preload og afterload snarere end ændringer i kontraktil funktion forklarer den varierende ejektionsfraktion.

Ejektionsfraktion og venstre ventrikels volumen

Ejektionsfraktionen påvirkes også af venstre ventrikels volumen (størrelse). For eksempel har atleter store ventrikeldimensioner og ofte lavere ejektionsfraktion sammenlignet med ikke-atleter. Det skyldes, at atleters hjerte producerer betydeligt større slagvolumener, som opfylder kroppens iltbehov på trods af mindre ejektionsfraktioner.

Generelt har personer med små ventrikulære volumener en tendens til at have høje ejektionsfraktioner. Dette omvendte forhold ser ud til at være en kompensationsmekanisme, således at små ventrikelvolumener kompenseres med større ejektionsfraktioner.

Betydningen af ventrikelstørrelsen bliver tydelig i forbindelse med hypertrofisk kardiomyopati (HCM, HOCM). Personer med hypertrofisk kardiomyopati kan udvise normal eller supranormal ejektionsfraktion på trods af manifest hjertesvigt og alvorlige symptomer. Disse personer udviser udtalt hypertrofi, hvilket resulterer i en reduktion af ventrikelvolumen og efterfølgende en stigning i ejektionsfraktion. Slagvolumen er generelt reduceret ved hypertrofisk kardiomyopati.

Nedsat ejektionsfraktion

Mange tilstande kan føre til nedsat ejektionsfraktion. Kardiomyopati, valvulær hjertesygdom, diabetes, hypertension, nyresvigt, iskæmisk hjertesygdom (koronar hjertesygdom) er blandt de mest almindelige årsager. De mekanismer, der fører til forringelse af ejektionsfraktionen, varierer for disse tilstande. Her følger to eksempler.

REGURGITATION AF AORTAKLAPPEN – Ved regurgitation af aortaklappen regurgiterer blodet fra aorta tilbage til venstre ventrikel. Det resulterer i en overbelastning af ventriklens volumen, som ventriklen forsøger at modvirke ved at udvide sig og udvikle hypertrofi. Dilatationen forhindrer volumenoverbelastningen i at forårsage trykoverbelastning, og udviklingen af hypertrofi gør det muligt for ventriklen at udstøde større mængder blod. Dilatation og hypertrofi mildner således konsekvenserne af volumenoverbelastning. Desværre er de langsigtede virkninger af dilatation og hypertrofi remodellering af myokardiet og neurohormonelle forstyrrelser, som gradvist forringer kontraktiliteten og fører til udvikling af myokardiefibrose. I sidste ende forværres de enkelte muskelfibres kontraktilitet, og ejektionsfraktionen forringes.

Koronararteriesygdom-Koronararteriesygdom kan føre til akut myokardieinfarkt, hvilket indebærer, at noget af myokardiet permanent ophører med at trække sig sammen, og den samlede ejektionsfraktion reduceres.

Som det fremgår af disse eksempler, kan de mekanismer, der fører til reduceret ejektionsfraktion, variere betydeligt. Men når ejektionsfraktionen først er reduceret, er det naturlige forløb påfaldende ens på tværs af alle ætiologier. Nedsat ejektionsfraktion udløser neurohormonale mekanismer (se nedenfor), som i første omgang er gavnlige, men som i det lange løb medfører en forværring af tilstanden. Symptomer på hjertesvigt (f.eks. dyspnø, nedsat ydeevne, ødemer osv.) udvikles før eller senere.

Neurohormonal aktivering ved hjertesvigt med nedsat ejektionsfraktion

Nedsat ejektionsfraktion fører til nedsat minutvolumen. Højtryksbaroceptorer i venstre ventrikel, aortabuen og carotis sinus registrerer nedsat minutvolumen og reagerer ved at øge deres afferente signalering til vasomotoriske center i centralnervesystemet (CNS). Aktivering af det vasomotoriske center resulterer i øget aktivitet i efferente sympatiske veje, der innerverer hjertet, skeletmuskulaturen, nyrerne og de perifere blodkar. Aktivering af det vasomotoriske center fører også til øget udskillelse af vasopressin fra den bageste del af hypofysen (figur 2).

Som det fremgår af figur 2, udløses en række neurohormonelle mekanismer, når ejektionsfraktionen reduceres. Disse mekanismer og deres konsekvenser omfatter:

• Øget sympatisk aktivitet fører til øget hjertefrekvens og i første omgang øget kontraktilitet, hvilket midlertidigt kan lindre symptomerne, men de langsigtede virkninger af sympatisk aktivitet er ødelæggende. Betablokkere, som reducerer aktiviteten i de sympatiske fibre, forbedrer både hjertefunktion og overlevelse dramatisk ved hjertesvigt.
• Øget sympatisk aktivitet fører til øget udskillelse af aldosteron, renin (aktivering af RAAS) og dermed øgede koncentrationer af angiotensin II. Dette resulterer i øget blodtryk og tilbageholdelse af salt og vand. Dette resulterer efterfølgende i en øget forspænding af hjertet og på længere sigt en volumenoverbelastning.
• I hjertemusklen resulterer den sympatiske aktivitet i desensibilisering af beta-adrenerge receptorer, reducerede noradrenalinlagre, hypertrofi, fibrose, apoptose og øget risiko for arytmier. I sidste ende fører det til yderligere forringelser af den systoliske og diastoliske funktion.
• Sympatiske stimuli til perifere kar resulterer i hypertension og vaskulær hypertrofi.
• Når de kompenserende mekanismer ikke er tilstrækkelige til at opretholde et normalt intraventrikulært tryk, begynder ventrikeldilatationen. Dilatationen kan i begyndelsen føre til øget kontraktilitet i de enkelte muskelfibre (se Frank-Starlings lov), men den kontraktile funktion forringes gradvist.

Visuel estimering af ejektionsfraktion

Ejektionsfraktion kan estimeres visuelt. Det betyder, at ejektionsfraktionen estimeres ved at se på de todimensionelle videoklip. Denne metode er naturligvis subjektiv og kræver en betydelig mængde erfaring. Undersøgelser (Gudmundsson et al.) viser dog, at eyeballed ejection fraction korrelerer godt med kvantitative vurderinger af ejection fraction.

Beregning af ejektionsfraktion med kvantitative metoder

Objektiv estimering af ejektionsfraktion kræver målinger i M-mode eller todimensionel (2D) ekkokardiografi. Målinger i M-mode er baseret på to modige antagelser: (1) ventrikelgeometrien skal være helt normal, og (2) der må ikke være regionale forskelle i kontraktil funktion. Disse antagelser brydes ofte, så M-mode er ringere end 2D-ekkokardiografi. Derfor foretrækkes 2D-metoder til beregning af ejektionsfraktion. Der findes flere metoder, hvoraf den bedst validerede og mest anvendte er Simpsons metode.

Simpsons biplan-metode til beregning af ejektionsfraktion (EF)

Simpsons biplan-metode kræver fire enkle målinger for at opnå end-diastolisk volumen (EDV) og end-systolisk volumen (ESV), som derefter bruges til at beregne ejektionsfraktionen:

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

Simpsons metode er formentlig den bedste 2D-metode til at estimere venstre ventrikels EDV og ESV og dermed ejektionsfraktion. Denne metode er mindre afhængig af ventriklens geometri sammenlignet med M-mode.

Simpsons biplan-metode kræver, at man sporer (dvs. trækker en linje langs) endokardiet i apikal fire-kammer-visning (A4C) og apikal to-kammer-visning (A2C) i diastole og systole. Hele endokardiet, fra mitral annulus til mitral annulus, skal spores (figur 3). Ultralydssystemet opdeler derefter området i et antal lige store skiver og rekonstruerer disse, så volumen kan beregnes.

Udtrykket biplan betyder, at målingerne foretages i to planer, nemlig A4C og A2C. Som nævnt ovenfor er formlen, der bruges til at beregne ejektionsfraktion, som følger:

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

Forkortning og underestimering af ejektionsfraktion

Når man visualiserer venstre ventrikel fra apikale vinduer, kan små vinkelfejl føre til store forskelle i ventriklens dimensioner. Faktisk fører alle vinkelfejl til undertimering af ventrikelvolumen. Det fremgår tydeligt af figur 4, som illustrerer, hvordan vinkelfejl fører til forkortning.

Referencer

Hartupee et al (2017): Neurohormonal aktivering ved hjertesvigt med reduceret ejektionsfraktion. Nature Reviews Cardiology (2017).

Gudmundsson et al: Visuelt estimeret venstre ventrikels uddrivningsfraktion ved ekkokardiografi er tæt korreleret med formelle kvantitative metoder (2005).