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7.  Untersuchung von Patienten vor/ nach Korrektur einer Fallotschen Tetralogie

Einleitung

In den letzten Jahren hat die Anzahl der Patienten, die das Erwachsenenalter nach kompletter Korrektur der Fallotschen Tetralogie erreichen deutlich zugenommen, was sich auch an der Zahl und Altersstruktur der Patienten, die in den Jahren 1987 – 1999 ambulant in der kinderkardiologischen Ambulanz des Deutschen Herzzentrum Berlin betreut wurden, zeigt (Abb.7.1). Mittlerweile nehmen Erwachsene ca. ein Drittel der Patienten ein, die sich regelmässigen Verlaufskontrollen in der Ambulanz für angeborene Herzfehler/Kinderkardiologie unterziehen. Aufgrund der mittlerweile durchgeführten Frühkorrektur, innerhalb des ersten Lebensjahres, treten früher häufige Spätkomplikationen nach chirurgischer Therapie [173] wie Rest-Ventrikelseptumdefekte und valvuläre wie supravalvuläre Pulmonalstenosen in den Hintergrund. Im Vordergrund stehen die Entwicklung von Pulmonalklappen-insuffizienzen und damit einhergehend eine Reduktion der rechtsventrikulären Funktion sowie das Auftreten von Arrhythmien bis hin zum plötzlichen Herztod [174, 175, 176]. Da die Quantifizierung von Pulmonalklappeninsuffizienzen mit der Doppler-Echokardiographie [147, 177], insbesondere bei älteren Patienten aufgrund eines unzureichenden Schallfensters durch die retrosternale Lage der Pulmonalarterie, aber auch mit der invasiven Methode dem Herzkatheter, nur unzureichend möglich ist, bietet sich die MR-Flussmessung mit Bestimmung der Regurgitationsfraktion für eine Quantifizierung an. Die ebenfalls eingesetzte Radionuklidventrikulographie [178] ist ebenfalls geeignet, weist jedoch eine schlechtere räumliche wie zeitliche Auflösung im Vergleich zur MRT auf und geht mit einer Strahlenexposition einher. Wie o.g. gibt es deutliche Hinweise auf eine mechanoelektrische Interaktion bei Patienten nach chirurgisch korrigierter Fallotscher Tetralogie. Diese Studien zeigen, dass eine QRS-Dauer > 180 ms abgeleitet mit einem 12-Kanal Oberflächen-EKG, mit einem erhöhten Risiko für das Auftreten maligner ventrikulärer Rhythmusstörungen einhergeht und ein hoher Grad der pulmonalen Regurgitation, die insbesondere nach transannulärer Patcherweiterung auftritt, das Auftreten von Arrhythmien begünstigt bzw. mit einer schlechteren Langzeitprognose einhergeht [178, 179, 180].


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Bisher wurde noch kein Versuch unternommen eine mögliche Korrelation zwischen einer abnormen QRS-Verlängerung, der RV-Funktion und RV-Volumina zu untersuchen. Der Goldstandard für die Ventrikulometrie, die MRT, aber auch in Grenzen der Methode die 3D-Echokardiographie [1, 181, 182] ermöglichen mittlerweile eine genaue Analyse des RV-Volumen (Kapitel 5). Zusammen mit neueren Doppler-Indizes [107, 183], die eine bessere Beurteilung der globalen Ventrikelfuntion erlauben als die reine Bestimmung der globalen EF, sind mittlerweile differenziertere Analyse der möglichen Zusammenhänge möglich. Mit der MRT sollte somit anhand der Bestimmung der Regurgitationsfraktion und der Ventrikelvolumina eine Risikostratifizierung vorgenommen und mit möglicherweise im EKG nachweisbaren Reizleitungsstörungen in Zusammenhang gebracht werden.

Abb. 7.1: a. Schema der Fallotschen Tetralogie (aus: Brickner ME et al. NEJM 2000) mit infundibulärer, subvalvulärer Pulmonalstenose. b. Altersverteilung der in der kinderkardiologischen Ambulanz des Deutschen Herzzentrums Berlin in den Jahren 1987-1999 betreuten Patienten mit operativ korrigierter Fallotscher Tetralogie.


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Material und Methoden

Patienten

Es wurden insgesamt 40 Patienten im Alter zwischen 3 und 44 Jahren (im Mittel 14,3 ± 9,5) untersucht. Die MR-Untersuchung war im Mittel 9,5 ±6 (1-25) Jahre nach kompletter chirurgischer Korrektur einer Fallotschen Tetralogie im Alter von im Mittel 4,7 ± 6 Jahren erfolgt. Bei 19 Patienten (47,5 %) erfolgte eine Rekonstruktion des rechtsventrikulären Ausflusstraktes (RVOT) durch einen klappentragenden Homograft in Pulmonalklappenposition. Bei 16 Patienten (40%) war eine Erweiterung des RVOT durch eine Patchplastik erfolgt. 12 der untersuchten Patienten (12,5 %) waren bereits einer Zweitoperation nach vollständiger Korrektur aufgrund einer höhergradigen Obstruktion im Bereich des RVOT oder einer ausgeprägten Pulmonalklappeninsuffizienz unterzogen worden.

MRT

Die MRT-Untersuchungen erfolgten an einem 1.5 T Gyroscan ACS-NT (Philips, Best, Niederlande) mit einer Standardkörper- und/oder einer Oberflächenspule in Abhängigkeit vom Thoraxdurchmesser. Die verschiedenen MR-Untersuchungen wurden entsprechend ihrer klinischen Wertigkeit nacheinander angefertigt. Zunächst erfolgte die reine Bildgebung mit Turbospinecho-Sequenzen (TSE), danach die Ventrikelfunktionsbestimmung, abschliessend die Flussquantifizierung. Die EKG-getriggerten TSE-Sequenzen erfolgten in transversaler und gewinkelt sagittaler Schnittführung durch den RVOT (Abb. 7.2) in Atemmittellage mit folgenden Parametern: Mittleres TR = 857 ms (in Abhängigkeit von der Herzfrequenz), TE = 40 ms, Turbofaktor 8, Triggerdelay 0 ms, Schichtdicke 3-5 mm, Matrix 256:256, maximales FOV 400, Untersuchungszeit: 3-7 Minuten. Anhand der TSE-Bilder erfolgte eine Beurteilung von möglicherweise vorliegenden Restenosen im Bereich des RVOT oder der peripheren Pulmonalarterienäste. Für die Ventrikelmessung und Muskelmassenbestimmung in ”Multislice-Multiphasen” Technik wurden schnelle Gradientenechosequenzen (GE) in gewinkelter paratransversaler Schnittführung (”4-Kammerblick-Äquivalent”) in Atemmittellage bei den Patienten unter 6 Jahren mit folgenden Parametern durchgeführt: TR= 14 [Seite 138↓]ms, TE=2.6 ms, Flipwinkel=20°, Schichtdicke 5-8 mm, maximales FOV 350, 20-30 Phasen pro Herzzyklus in Abhängigkeit von der Herzfrequenz, Matrix 128:256 mit retrospektivem gating.

Abb. 7.2: a. Transversales TSE-Bild eines Patienten nach operativer Korrektur einer Fallotschen Tetralogie mit Homograft und beträchtlicher Pulmonalklappeninsuffizienz und massiv dilatierten Pulmonalarterienästen mit Schnittebene (gestrichelte Linie) für b. die gewinkelte parasagittale Aufnahme durch den RVOT und den Pulmonalarterienhauptstamm (PA) desselben Patienten.

Bei retrospektivem gating werden die akquirierten Bilder erst nachträglich den einzelnen Phasen des Herzzyklus zugeordnet, so dass der gesamte Herzzyklus von der Messung erfasst wird. Die Untersuchungszeit betrug zwischen 12 und 20 Minuten, je nach Herzfrequenz und Anzahl der benötigten Schichten. Bei allen anderen Patienten war die Verwendung einer Sequenz in Atemanhaltetechnik in Kurzachsenschnitten mit folgenden Parametern möglich: TR= 5,6 ms, TE= 2 ms , Flipwinkel=25°, Schichtdicke 5-8 mm, maximales FOV 350 20-30 Phasen pro Herzzyklus in Abhängigkeit von der Herzfrequenz, Matrix 128:256 mit prospektiver EKG-Triggerung. Die einzelnen Schichten wurden durch manuelles Umfahren der endo- und epikardialen Grenzen des linken (LV) und rechten Ventrikels (RV) in der Endsystole und Enddiastole (Kapitel 1.5) segmentiert, die Flächen mit der Schichtdicke multipliziert und zum endsystolischen und enddiastolischen Volumen aufsummiert (”Scheibchen-Summations” Methode, modifizierte Simpson-Methode). Aus den Volumina wurden die Ejektionsfraktion, für den RV und LV sowie die [Seite 139↓]Schlagvolumina bestimmt. Alle erhobenen Werte wurden auf die Körperoberfläche normiert [1]. Flussmessungen erfolgten zunächst „in-plane“ im Verlauf des RVOT zur Ermittlung der maximalen Flussgeschwindigkeit und der Richtung des Hauptflussvektors sowie zum Ausschluss von hämodynamisch relevanten Stenosen mit einer EKG-getriggerten flusssensitiven GE-Sequenz in Phasenkontrasttechnik in Atemmittellage (TR=20 ms, TE= 2,4 - 7 ms, Flipwinkel=30°, Schichtdicke 3 - 6 mm, Venc=1 - 5 m/s, Matrix=96:128, retrospektives gating). Für die Bestimmung der Regurgitationsfraktion erfolgte die eigentliche Flussmessung „through-plane“ mit den selben Parametern, senkrecht zum Gefässverlauf, direkt kranial der Pulmonalklappe (Abb. 7.3) [177, 178, 184, 185]. Hierzu wird das prozentuale Verhältnis zwischen antegradem und retrogradem Flussvolumen gebildet. Die Graduierung der Pulmonalklappeninsuffizienz erfolgte nach folgendem Schema:

Abb. 7.3: a. Gewinkelt parasagittales TSE-Bild durch den RVOT und den Pulmonalarterienhauptstamm mit Darstellung der Pulmonalklappe (Pfeil) und der Schnittebene für die „through plane“ Flussmessung. b. Schema der resultierenden Flusskurve bei einem Patienten mit beträchtlicher Pulmonalklappeninsuffizienz.


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EKG-Ableitung

Alle Patienten erhielten ein 12-Kanal Oberflächen-EKG (Siemens, Erlangen) mit einer Aufzeichnungsgeschwindigkeit von 25 mm/s und einer Amplitude von 1 mV/cm. Die maximale QRS-Dauer wurde anhand der ersten bis zur letzten die isoelektrische Linie kreuzende Zacke bestimmt.

Echokardiographie

Um einen besseren Parameter für die globale Funktion des rechten Ventrikels als die RV-EF zu haben, wurde zusätzlich der myokardiale Performansindex (MPI) bestimmt. Hierbei wird die isovolumetrische Kontraktion und Relaxation des Ventrikels im Gegensatz zur globalen EF mit berücksichtigt, indem das Verhältnis zwischen isovolumetrischer Kontraktions- und Relaxationszeit und Austreibungszeit gebildet wird. Dies erfolgte echokardiographisch aufgrund der besseren zeitlichen Auflösung der Doppler-Echokardiographie im Vergleich zur MRT (Abb.7.4).

Abb. 7.4: Schema zur Ermittlung des myokardialen Performanceindex (MPI) aus der PW-Dopplerkurve (aus Abd-el-Rahman et al. Heart 2000; 84 [182]). ICT=isovolumetrische Kontraktionszeit, IRT=isovolumetrische Relaxationszeit, ET=Austreibungszeit.

[Seite 141↓]Statistik

Die statistische Betrachtung der Ejektionsfraktionen, Volumina und der QRS-Dauer erfolgte mit Hilfe des Wilcoxon-Mann-Whitney-U-Test für ungepaarte bzw. unverbundene Stichproben. Als statistisch signifikant wurde ein p-Wert < 0.05 angesehen. Des weiteren erfolgten Regressionsanalysen zwischen den Volumina und der QRS-Dauer mit Bestimmung des Korrelationskoeffizienten. Zur Berechnung wurde das Statistikprogramm StatViewR Version 4.02 der Firma Abacus Concepts verwendet.

7.1. Ventrikelfunktionsanalyse

Die Ventrikelmessung war bei allen 40 Patienten möglich. Die Datenakquisition mit Hilfe der schnellen Gradientenechosequenz betrug sowohl bei der Sequenz in Atemanhaltetechnik, als auch bei der mit retrospektivem gating im Mittel 15 Minuten (zwischen 12 und 15 Minuten), die Ermittlung der Ventrikelvolumina für den rechten und linken Ventrikel zwischen 33 und 58 Minuten (im Mittel 45 Minuten). Für die Analyse wurden zunächst nur die Volumina des RV herangezogen. Die Patienten wiesen im Mittel eine normale Globalfunktion des rechten Ventrikels auf. Die mittlere RV-EF betrug 53,4 % (± 11), mit einer Spannbreite von 33,5 - 71,7 %. Der endsystolische rechtsventrikuläre Volumenindex lag mit im Mittel 37,6 ml/m² (± 19,6; Norm: 29 ml/m² ± 5 {19-39} und einer Spannbreite zwischen 13,4 – 73,6 ml/m² deutlich oberhalb des Normbereiches [186] und am oberen Referenzbereich. Der mittlere enddiastolische rechtsventrikuläre Volumenindex mit 80,2 ml/m² (± 19,6; Norm: 75 ml/m² ± 13 {49-101}) und einer Spannbreite von 36,8-129,8 ml/m² ebenfalls. Erwartungsgemäss zeigte sich eine negative Korrelation zwischen der RV-EF und dem RV-EDVI (r=-0,35, p< 0.05) (Abb. 7.5), allerdings noch ausgeprägter gegenüber dem ESVI (r=-0,82, p < 0,001) (Abb. 7.6).


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7.2.  Pulmonalklappeninsuffizienzquantifizierung

Die Bestimmung der Regurgitationsfraktion mit Hilfe der flussensitiven Gradientenechosequenz war ebenfalls bei allen Patienten möglich. Die Datenakquisition mit „in-plane“ Messung im RVOT und anschliessender „through-plane“ Messung dauerte im Mittel 10 Minuten (zwischen 8 und 16 Minuten), die anschliessende Auswertung im Mittel 20 Minuten (zwischen 15 und 30 Minuten).

Die Mehrzahl der Patienten (n=35) wiesen eine leicht bis mässige Pulmonalklappeninsuffizienz, d.h. eine Pulmonalklappeninsuffizienz I° - II° mit einer Regurgitationsfraktion ≤ 50% auf. Nur fünf Patienten zeigten eine Regurgitationsfraktion > 50%, also eine schwere Pulmonalklappeninsuffizienz III°. In der Gruppe mit schwerer Pulmonalklappeninsuffizienz zeigte sich ein signifikanter Unterschied (p<0.01) zur Gruppe mit PI Grad I-II bezüglich der globalen rechtsventrikulären Ejektionsfraktion, die sich deutlich vermindert zeigte (Abb. 7.7). Der myokardiale Performansindex (MPI) war in dieser Gruppe ebenfalls signifikant (p<0,01) gegenüber den Normalwerten erhöht, was ebenfalls für eine verminderte Globalfunktion des RV in dieser Gruppe spricht. Insgesamt wiesen 6 Patienten (15%) aus der untersuchten Gruppe über dem Normbereich liegende Werte für den MPI auf. Fünf von diesen sechs Patienten hatten eine PI III°, einer eine PI II°. Im Mittel lag der MPI bei 0,24 ± 0,18 (zwischen 0,03 und 0,87).


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Abb. 7.5: Die lineare Regressionsanalyse zeigt eine gering ausgeprägte inverse Korrelation zwischen dem RV-EDV und der rechtsventrikulären EF von r = 0.35.

Abb. 7.6: Die lineare Regressionsanalyse zeigt ein deutliche inverse Korrelation zwischen RV-ESV und der RV-EF von r = 0.82.


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7.3.  Einfluss verschiedener Parameter auf das Reizleitungssystem

Alle Patienten wiesen einen Rechtsschenkelblock auf (komplett oder inkomplett) mit einer mittleren QRS-Dauer von 131,9 ms ± 19,6 (zwischen 80 und 180 ms). Die besten Korrelationen zeigten sich zwischen dem absoluten rechtsventrikulären enddiastolischen Volumen und der QRS-Dauer mit einem Korrelationskoeffizienten von r=0,61; p<0,01 (Abb. 7.8) und dem absoluten rechtsventrikulären endsystolischen Volumen mit einem Korrelationskoeffizienten von r=0,51; p<0,01. Zusätzlich zeigte sich eine signifikante Korrelation mit dem Alter der Patienten und der QRS-Dauer (r=0,43, p<0,01) sowie der Zeit, die seit Operation vergangen war (r=0,34, p<0,05).

Abb. 7.7: Box plot der Patienten mit einer Regurgitationsfraktion (RF) < und > 50% im Vergleich bezüglich ihrer RV-Ejektionsfraktion (EF) zeigt einen signifikanten Unterschied (p<0.001) zwischen beiden Gruppen. In der Gruppe mit einer RF > 50 % ist die RV-EF signifikant erniedrigt.


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Abb. 7.8: Korrelationsgerade zwischen QRS-Dauer (in ms) und rechtsventrikulärem enddiastolischen Volumen (RV-EDV).

7.4. Diskussion

Die Pathogenese von anhaltenden ventrikulären Tachykardien, die als eine der Hauptursachen für den plötzlichen Herztod bei Patienten nach operativer Korrektur einer Fallotschen Tetralogie angesehen wird, ist bisher weitgehend unklar [174, 175, 176]. Einige Untersuchungen berichten über einen Zusammenhang zwischen einer RV-Vergrösserung, bedingt durch eine Volumenbelastung bei Pulmonalklappen-insuffizienz, und einer Verlängerung der QRS-Dauer, welches als prognostisch ungünstiger Faktor für die Entstehung von ventrikulären Arrhythmien angesehen wurde [174]. In der genannten Studie wurde allerdings für die Beurteilung der Ventrikelgrösse die Herz-Thoraxrelation einer gewöhnlichen posterior-anterior und lateralen Thoraxröntgenaufnahme herangezogen, um Aussagen über eine Vergrösserung des rechten Ventrikels zu machen.


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Es wurde hierbei nicht berücksichtigt, dass neben der häufig im Verlauf einer korrigierten Fallotschen Tetralogie auftretenden Pulmonalklappeninsuffizienz auch residuelle ventrikuläre Shunts, eine Trikuspidalklappeninsuffizienz wie auch eine Linksherzdekompensation zu einer Vergrösserung des RV führen. Mit Hilfe des Goldstandards für die Ventrikelmessung, insbesondere des rechten Ventrikels mit seiner komplexen Geometrie, konnte die Hypothese einer möglichen mechanoelektrischen Interaktion zwischen rechtsventrikulärem Ventrikelvolumen und dem Reizleitungssystem gestützt werden. Die Korrelation zwischen den rechtsventrikulären enddiastolischen und endsystolischen Volumina war allerdings insgesamt nicht sehr stark ausgeprägt, so dass von weiteren Einflussfaktoren ausgegangen werden muss. Insbesondere das Alter des Patienten und der zeitliche Abstand zur Korrekturoperation mögen hier weitere Einflussfaktoren darstellen [174]. Im Vergleich zu anderen Studien [174, 187], in denen ein Zusammenhang zwischen der QRS-Dauer und dem Alter der Patienten gezeigt werden konnte, war der Untersuchungszeitraum nach Operation in unserem Kollektiv geringer. Die geringe Anzahl von Patienten mit einer QRS-Dauer ≥ 180 ms bei 4/40 Patienten mag einen Hinweis darauf geben. In zahlreichen Studien [188, 189, 190] wurde der Effekt der Pulmonalklappenregurgitation auf die rechtsventrikuläre Funktion bei Patienten nach korrigierter Fallotscher Tetralogie gezeigt. Im Vergleich zum Normalkollektiv [103, 104, 186] waren die rechtsventrikulären Volumina im Gesamtkollektiv erhöht. Somit bestätigen unsere Ergebnisse vorhergehende Studien [182, 191, 192], bei denen ein negativer Einfluss der Pulmonalinsuffizienz auf die systolische Funktion des RV bedingt durch eine Dilatation angenommen wurden. Als ein neues nichtinvasives Werkzeug für die Beurteilung der globalen rechtsventrikulären Funktion bei abnormer Geometrie wurde kürzlich der myokardiale Performansindex [107, 182, 183] vorgestellt. Hierbei wird die isovolumetrische Kontraktion und Relaxation des Ventrikels zur Austreibungszeit in Beziehung gesetzt. Eine Differenzierung zwischen systolischer und diastolischer Ventrikelfunktion ist jedoch mit diesem Index nicht möglich. Der Effekt einer Druckbelastung des Ventrikels auf den Index konnte bereits nachgewiesen werden [107]. Ein über den Normwert von 0.59 (+/- 0.10) hinausgehender Index wurde als Indikator für eine global reduzierte ventrikuläre Funktion angesehen. In unserer Studie zeigten vor allem Patienten mit einer [Seite 147↓]schweren Pulmonalklappeninsuffizienz, also einer Volumenbelastung des RV, einen signifikant erhöhten Index.

Das Fehlen einer signifikanten Korrelation zwischen dem rechtsventrikulären myokardialen Performanceindex (RV-MPI) und dem RV-EDV, so wie mit der QRS-Dauer unterstützt die These vorhergehender Studien [182], dass der Index nicht durch Störungen des Reizleitungssystems oder Ventrikelvolumina beeinflusst wird. Deshalb wurde spekuliert, ob ein abnormaler Index möglicherweise Veränderungen der myokardialen Struktur reflektiert. Weiterführende Studien zur Anwesenheit und dem Ausmass der myokardialen Fibrose sind hierzu notwendig.


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22.09.2004