Borges, Adrian Constantin: „Die Echokardiographie in der Diagnostik der Herzinsuffizienz - Ischämie, Vitalität und Hämodynamik“

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Kapitel 9. Zusammenfassung

Die Ultraschalldiagnostik des Herzens ist eine der wichtigsten nichtinvasiven Diagnostikmethoden in der Kardiologie. Die zuverlässige Bestimmung von Dimensionen, von Hypertrophie und links- und rechtsventrikulärer Funktion, von Parametern der diastolischen Funktion und die Kennzeichnung von Klappenmorphologie und -funktion bilden die Grundlage für die Diagnostik fast aller Entitäten in der Kardiologie und erleichtern eine klinische Einschätzung des Patienten und der weiteren Prognose .

Ziel der vorliegenden Arbeit war die Darstellung der Möglichkeiten der Echokardiographie, die Komplexität pathophysiologischer Zusammenhänge und Therapieauswirkungen bei der ischämisch bedingten Herzinsuffizienz durch Ischämie und Minderung der Vitalität des linksventrikulären Myokards aufzuzeigen.

Der Nachweis der Heterogenität der regionalen linksventrikulären systolischen Funktion gelingt mittels Echokardiographie und Magnetresonanztomographie bei gesunden Probanden sowohl in Ruhe als auch unter Belastung mittels Dobutamin. Dabei bilden morphologische und funktionelle Non-Uniformität des linken Ventrikels eine Einheit. Unterschiede in der regionalen linksventrikulären Architektur und bezüglich der regionalen Wandspannung könnten eine mögliche Erklärung dafür sein. Die vorliegenden Untersuchungen zeigten eine regional unterschiedliche Wanddickenzunahme unter Dobutamin bei kardiovaskulär Gesunden in der 2D-Echokardiographie. Im Vergleich zu anderen Wandabschnitten zeigte die inferiore Wand eine reduzierte Wanddickenzunahme. Es konnte eine inverse Korrelation zwischen enddiastolischer Wanddicke und Wanddickenzunahme unter positiv inotroper Stimulation beobachtet werden.

Für die Interpretation in der Stress Echokardiographie sind diese Erkenntnisse von großer Bedeutung, da sie eine Überinterpretation mit der Folge von hoher Sensitivität bei niedriger Spezifität verhindern können. Analysen der interinstitutionellen Variabilität der Stress-Echokardiographie-Befundung zeigten den großen Einfluss der Ischämiekriterien (ausbleibende Hyperkontraktilität vs. neu induzierte Kinetikstörung) auf die diagnostische Genauigkeit und


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Interobserver-Variabilität. Durch neue Techniken wie Digitalisierung, second Harmonic Imaging und Gewebe-Doppler lassen sich die diagnostische Genauigkeit und die Interobserver-Variabilität verbessern.

Pathophysiologischer Hintergrund der Gewebe-Doppler-Echokardiographie sind die unterschiedliche anatomische Architektur der Myokardfasern und deren zeitlich und örtlich unterschiedlicher Kontraktionsablauf. Die subendokardialen und epikardialen Fasern sind longitudinal ausgerichtet und es wird zuerst in diesen Fasern eine Spannung aufgebaut, es findet eine überwiegend longitudinal gerichtete Kontraktion statt, bevor die zirkumferentielle Faserverkürzung abläuft. Die Herzspitze ist relativ stationär und wird durch eine dünne Faserschicht gebildet.

Es wurde die hohe diagnostische Genauigkeit der Tissue Tracking Doppler Echokardiographie in der Erkennung von regionalen Kinetikstörungen bei Patienten nach transmuralem Myokardinfarkt in sehr guter Übereinstimmung zur Magnetresonanztomographie (Tagging-Technik) demonstriert, die hier als Referenzmethode gewählt wurde. Im ersten Abschnitt der Studie wurden die Normalwerte anhand von einem Kollektiv gesunder Probanden erhoben, um diese dann mit der Patientengruppe zu vergleichen. Wir konnten einen physiologischen basal-apikalen Gradienten der Geschwindigkeits-Zeit-Integrale mit einer Abnahme in Richtung Apex nachweisen. In der Erkennung von regionalen Kinetikstörungen bei Patienten nach Myokardinfarkt konnte eine erhöhte diagnostische Genauigkeit im Vergleich zum Harmonic Imaging nachgewiesen werden, was besonders für den unerfahrenen Untersucher von größerer praktischer Bedeutung ist. Kinetikgestörte Segmente zeigten ein reduziertes Geschwindigkeits-Zeit-Integral. Bei Patienten mit schwer eingeschränkter systolischer Funktion des linken Ventrikels (Ejektionsfraktion <35%) ergaben sich mittels Tissue Doppler Methode heterogene Verteilungsmuster der Geschwindigkeits-Zeit-Integrale, der basal-apikale Gradient der Longitudinalbewegung war vollständig aufgehoben, einzelne Wandabschnitte zeigten individuell sehr unterschiedliche Integralwerte.

Eine Limitation dieser Untersuchungsmethode stellt die eingeschränkte Aussagefähigkeit im Bereich der Herzspitze dar. Dies erklärt sich einerseits durch die Reduktion der eigentlichen anatomischen Herzspitze aufgrund der


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transthorakalen Anschalltechnik und andererseits durch die geringen Ausgangswerte der Integrale für die Herzspitze bei Gesunden. Deshalb lassen sich schwere Einschränkungen nicht mehr weiter quantitativ erfassen.

Die verschiedenen Techniken der Gewebe-Doppler-Echokardiographie wird unterschiedlichen Fragestellungen und verschiedenen klinischen Problemen und Untersuchungsanforderungen gerecht. Die pulsed-wave-Technik ermöglicht Messungen in einzelnen Myokardregionen mit Bestimmung von Maximalgeschwindigkeiten und die Farbdoppler-Technik gibt einen schnellen und guten Überblick über die regionale Kontraktilität mit der Möglichkeit der kontinuierlichen Messung und gleichzeitigen Bestimmung der Bewegung des Myokards (Endokardeinwärtsbewegung) und der Bestimmung von quantitativen Werten als Farbscala quantitativ dargestellt (Longitudinalbewegung mittels Tissue Tracking Doppler Echokardiographie). Moderne Techniken erlauben heute neben der off-line Analyse quantitativer Daten auch schon die on-line Darstellung quantitativer Gewebe-Doppler-Daten.

Trotz des Fortschrittes der medikamentösen Therapie und der Weiterentwicklung von Techniken zur Revaskularisation ist die Prognose der Patienten mit ischämischer Kardiomyopathie, gekennzeichnet durch eine extensive Koronare Herzerkrankung und reduzierte linksventrikuläre Funktion, mit einer 5-Jahres-Überlebensrate von 50-60% sehr ernst. Die chronische linksventrikuläre Dysfunktion bei diesen Patienten ist ein Ergebnis einer Narbenbildung durch myokardiale Nekrose und einer chronischen Hibernation.

Der Langzeitverlauf bei Patienten mit chronischer linksventrikulärer Dysfunktion wird durch klinische Faktoren, die Schwere der linksventrikulären Dysfunktion und wesentlich vom Vorhandensein ischämischen und/oder vitalen Myokards bestimmt. Patienten mit schwerer Herzinsuffzienz und positivem Nachweis von vitalem Myokard besitzen eine bessere perioperative und späte Überlebensrate, eine höhere Verbesserung der regionalen und globalen linksventrikulären Funktion, eine bessere Belastbarkeit nach Revaskularisation und eine deutlichere symptomatische Verbesserung.

Bei diesen Patienten sind die diagnostischen Aussagen durch die Stress-


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Echokardiographie hinsichtlich Ischämie, Vitalität und globaler Ventrikelfunktion unter Belastung von besonderer Bedeutung für die weiteren therapeutischen Konsequenzen wie konservativ-medikamentöse Therapie, Revaskularisation oder Herztransplantation.

Vor dem Hintergrund der Kombination vasodilatatorischer und inotroper Stimuli bei gleichzeitig geringer Beeinflussung der hämodynamischen Situation wurden neue pharmakologische Stress-Protokolle entwickelt. Die Kombination von Dipyridamol (0,28 mg/kg über 4 min) und Dobutamin (5-10 µg/kg/min über jeweils 3 min) zeigte in den ersten Untersuchungen eine erhöhte Sensitivität bei gleichbleibender Spezifität in der Vitalitätsdiagnostik bei chronisch ischämischer Herzkrankheit und reduzierter linksventrikulärer Funktion. In den eigenen Studien (sowohl in den Multicenter Studien als auch in den Subgruppen Analysen) zeigte sich die Kombination von niedrig dosiertem Dipyridamol plus low dose Dobutamin als sensitiver (90%) ohne Spezifitätsverlust (92%) im Vergleich zu den Substanzen allein (Sensitivität: Dipyridamol 82%; Dobutamin 82% und Spezifität: Dipyridamol 95%; Dobutamin 93%) und vor allem im Vergleich zur Thallium-Myokardszintigraphie (Sensitivität 87%), die im Vergleich zu allen pharmakologischen Stress-Untersuchungen eine signifikant geringere Spezifität (61%) aufwies.

Zu der Frage der prognostischen Relevanz eines Ischämienachweises kurz nach akutem Myokardinfarkt konnte durch die EPIC (Echo Persantine International Cooperative) Studie in einem multizentrischen, prospektiven Design an über 1000 Patienten die Bedeutung und Möglichkeiten der Stress-Echokardiographie verdeutlicht werden. Die Daten dokumentierten ein 1-Jahres Ereignis-Risiko (Re-Myokardinfarkt und Tod) von 2% bei Patienten mit einer negativen Stress-Echokardiographie und zeigten eine Verdopplung des Risikos bei einem positiven Testergebnis und eine Vervierfachung des Risikos, wenn der Test schon nach der ersten Dipyridamoldosis positiv ausfällt. Dabei ist die Echokardiographie fähig, mehrere prognostische Faktoren gleichzeitig zu bestimmen. Patienten mit einer mittelgradig eingeschränkten linksventrikulären Ejektionsfraktion und einem positiven Ischämienachweis haben dann ein Ereignisrisiko von 11%. Die Stress-Echokardiographie kann direkt als Entscheidungshilfe für diese Patienten dienen.


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Wenn Patienten mit einem positiven Stress Test einer koronaren Revaskularisation unterzogen werden, lässt sich ihr Risiko um den Faktor 11 reduzieren, wohingegen Patienten mit einem negativen Stress Test, die einer operativen Koronar-Revaskularisation unterzogen wurden, einen Anstieg des kardialen Risikos um den Faktor 3 aufwiesen.

Die Kontrast-Echokardiographie mittels lungengängiger Mikrobläschen-haltiger Kontrastmittel findet Anwendung in der Kontrastierung des linken Ventrikels zur verbesserten Abgrenzung der Endokardgrenze und genaueren Quantifizierung der globalen und regionalen systolischen Funktion des linken Ventrikels in Ruhe und unter Belastung und in der Verstärkung von Doppler Signalen, insbesondere bei der Mitralinsuffizienz und bei der Darstellung des Lungenvenenflusses. Zusätzlich ergibt sich die prinzipielle Möglichkeit einer Myokardkontrastierung und damit der myokardialen Perfusion.

Erste klinische Studien untersuchten die Validität der Technik im Nachweis von Perfusionsstörungen in Ruhe und unter Belastung mittels Vasodilatatoren-Stress, unter Dobutamin und bei ergometrischer Belastung im Vergleich zur Myokardszintigraphie. Die erreichte Sensitivität betrug zwischen 78-87% und die Spezifität zwischen 90-100%.

Sowohl nach akutem Myokardinfarkt als auch bei chronisch hibernierendem Myokard mit reduzierter linksventrikulärer Funktion basiert der Nachweis vitalen Myokards mittels Kontrast-Echokardiographie auf der Demonstration einer intakten Mikroperfusion. In eigenen Untersuchungen konnte die Durchführbarkeit und gute diagnostische Genauigkeit der intravenösen Kontrast-Echokardiographie bei Patienten nach akutem Myokardinfarkt innerhalb von 24-48 h nach akuter perkutaner Koronar-Revaskularisation im Vergleich zur pharmakologischen Stress-Echokardiographie (Kombination aus niedrig dosiertem Dipyridamol und Dobutamin) und zur Myokardszintigraphie nachgewiesen werden. Es ergab sich für die Kontrast-Echokardiographie die höchste Sensitivität (96%) im Vergleich zur SPECT (77%), aber eine geringere Spezifität (58% vs 93%). Die Übereinstimmung in der Einschätzung der einzelnen Segmente zwischen beiden Methoden betrug 69%. Die pharmakologische Stress Echokardiographie konnte mit etwas geringerer Sensitivität eine Voraussage der funktionellen Erholung treffen.


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Durch die Einführung und Verwendung geringerer akustischer Energien, die die Mikrobläschen im Kontrastmittel nicht mehr zerstörten (Mechanischer Index 0.1-0.2), gelingt die „real-time“ Darstellung der Myokardperfusion mit gleichzeitiger Darstellung des Kontraktionsablaufes. Verschiedene Herangehensweisen wie „Pulse inversion Doppler“ oder „Power Modulation“, unterschiedliche Weiterverarbeitungsmodalitäten oder Ansätze in der Quantifizierung wie Videodensitrometrie oder Backscatter-Analyse sind Ausdruck einer bisher noch nicht standardisierten und uneinheitlichen Herangehensweise und zeigen die noch nicht beendete Suche nach der optimalen Technik.

Die dreidimensionale Echokardiographie ermöglicht die plastische und räumliche Darstellung des Herzens und eine bessere topographische Zuordnung im Vergleich zur zweidimensionalen Echokardiographie. Auf Grund der in der Regel besseren Schallbarkeit auf transösophagealen Weg, wurden verschiedene Techniken der transösophagealen dreidimensionalen Echokardiographie erarbeitet. Die Akquisition der zweidimensionalen Schnittbilder wird unter Registrierung des jeweiligen Herzzyklus und der Atemlage durch parallele, rotierende oder fächerartige (longitudinale oder transversale) Schnittführung vorgenommen. Als für die meisten Fragestellungen geeignet hat sich die Anwendung einer multiplanen Sonde bewährt, die durch einen Adapter gesteuert eine rotierende Bewegung in einem 180° Sektor ausübt und so ein räumlicher Datensatz erstellt wird.

Besonders bei komplizierten pathologischen Veränderungen erleichtert die dreidimensionale Darstellung eine Einschätzung des jeweiligen Krankheitsbildes. Sie ermöglicht bei vielen angeborenen Vitien erst eine ausreichende bildliche Vorstellung und liefert eine Hilfe in der weiteren Therapieplanung. Herzchirurgische Zugangswege und Operationsplanung können mit Hilfe dieser dreidimensionalen, dynamischen Bilder simuliert bzw. vorgenommen werden.

Anhand eigener Untersuchungen bei Herztumoren und bei komplizierten angeborenen Vitien konnte in einer Studie anhand konsekutiver Patienten die Überlegenheit der 3D Echokardiographie gegenüber der 2D Echokardiographie demonstriert werden. Die Volumetrie der Herzhöhlen, die Bestimmung von Ejektionsfraktion und die Berechnung der linksventrikulären Masse, von


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Klappenöffnungsflächen oder intrakardialen Raumforderungen sind besonders bei pathologisch veränderten Zuständen und damit in geometrisch komplizierter Weise mit hoher diagnostischer Sicherheit möglich. Wir konnten ebenfalls im Vergleich zu hämodymamischen Messungen mittels Swan-Ganz-Katheter eine gute Übereinstimmung der 3D Echokardiographie zu den invasiven hämodynamischen Daten nachweisen. Dies ist insbesondere bei Patienten mit Herzinsuffizienz und kompliziert veränderter Ventrikelgeometrie von großer praktischer Bedeutung, insbesondere im Rahmen von Therapiestudien, die den Nachweis der positiven Veränderung von Hämodynamik und Ventrikelgeometrie erbringen sollen.

Trotz rasanter Verbesserung der nichtinvasiven Diagnostik werden auch heute noch einzelne Zusammenhänge zwischen Funktion und Aufbau von Gefäßwänden bei unterschiedlichen Erkrankungen durch die direkte Untersuchung auf invasivem Weg, durch die intravasale Ultraschalluntersuchung erkennbar, auch wenn die MRT erste Erfolge in der Darstellung von Wandveränderungen kleinster Gefäße zu verzeichnen hat. Auf dem Gebiet der Koronararterien ist der intravasale Ultraschall für viele Fragestellungen noch nicht zu ersetzen und stellt damit für andere Methoden den goldene Standard dar.

Wir haben uns mit einer bisher wenig untersuchten Fragestellung auf dem Gebiet der Herzinsuffizienz beschäftigt: Zusammenhänge zwischen Herzinsuffizienz, pulmonaler Hypertonie und der Wandstruktur und Wandfunktion der pulmonalen Gefäßbahn.

Strukturveränderungen konnten sowohl bei sekundärer als auch bei primärer pulmonaler Hypertonie in Form von Wandverdickungen, Lumenreduktion, pathologischen Wandstrukturen und Einschränkung der systolisch-diastolischen Pulsatilität beschrieben werden. Es konnten derzeit bei Patienten mit pulmonaler Hypertonie im Vergleich zu einem Normalkollektiv verschiedene Befunde beschrieben werden: Wanddickenzunahme, Inhomogenität des Wandaufbaus, erhöhte Gefäßsteifigkeit und Plaques. Nach eigenen Untersuchungen korrelieren diese Veränderungen bei sekundärer pulmonaler Hypertonie nicht mit den hämodynamischen Veränderungen (Druck, pulmonalvaskulärer Widerstand). Bei der primären pulmonalen Hypertonie läßt sich eine Korrelation dagegen zum


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pulmonalvaskulären Widerstand nachweisen: die relative Wanddicke nimmt mit dem Widerstand zu (r=0,86, p<0,05; n=11) und die Pulsatilität nimmt mit den Widerstand ab (r=0,78; p<0,05; n=11).

Bei der medikamentösen Testung bei pulmonaler Hypertonie wurde der IVUS zur genauen Bestimmung der Veränderung der Lumenquerschnittsfläche und der Veränderung der Pulsatilität verwendet. Hier zeigten sich zum Teil kontroverse Verhaltensweisen bei Patienten mit sekundärer pulmonaler Hypertonie, die in eigenen Untersuchungen keine Veränderungen des Lumenquerschnitts oder der Pulsatilität der großen Gefäße (Leitungsgefäße bis zum Querschnittsdiameter von 4 mm) unter medikamentöser Testung mittels Acetylcholin und Nitroprussid-Natrium zeigten. Bei IVUS-nachgewiesenen morphologischen Veränderungen der großen und mittelgroßen Pulmonalarterien (bis 2-3 mm Durchmesser) konnte mittels Doppler-Draht-gestützter Flußvolumenmessungen eine intakte Endothelfunktion mit Vasodilatation der peripheren Widerstandsgefäße unter Acetylcholin nachgewiesen werden .

Auf Grund der hohen Schallfrequenz (15-30 MHz) besitzt diese Technik zwar eine sehr große Auflösung, ist aber dadurch in der Eindringtiefe begrenzt (5-20 mm), so daß die großen Pulmonalarterienäste nicht immer vollständig dargestellt werden können. Die stabile zentrale Lage des IVUS-Katheters ist in großen Gefäßen schwierig zu erreichen. In Abhängigkeit vom Diameter des IVUS-Katheters können Gefäße minimal bis etwa 2-3,5 mm Durchmesser untersucht werden.

Als weitere wichtige Limitationen sind die relativ hohen Kosten und die Invasivität dieses Verfahrens zu erwähnen. Kosteneffizienz-Studien fehlen und größere Untersuchungen über den Vorteil und das Ausmaß des Informationsgewinns im Vergleich zu den konventionellen Verfahren für die klinische Praxis liegen nicht vor. Deshalb ist diese Methodik nur einzelnen Fragestellungen vorbehalten.

Die Echokardiographie wird weiterhin, auch bedingt durch die Entwicklungen auf dem Gebiet der Kontrast-Echokardiographie und der Gewebe-Doppler-Echokardiographie, die zentrale, nichtinvasive Diagnostikmethode in der Kardiologie sein. Es gelingt die Darstellung von Ischämie, Vitalität, Koronarreserve, Gefäßarchitektur und -funktion und die Ableitung wichtiger


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prognostischer Informationen. Die Echokardiographie bleibt auch weiterhin ein Verfahren, das sich exzellent zur Verlaufbeobachtung bei den Patienten mit Koronarer Herzkrankheit und Herzinsuffizienz eignet. Durch die Weiterentwicklung von kleinen, tragbaren und preiswerten Geräten mit guter Bildqualität erhöht sich die Attraktivität und Verbreitung dieser Methode.

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