Gewebedoppleruntersuchungen in Ruhe

Die Gewebedopplertechnik kann zur Beurteilung der regionalen und globalen Funktion angewendet werden.

Üblicherweise wird in der Humanmedizin der Ventrikel von apikal geschallt. Dabei ist die Herzspitze relativ statisch, während Herzbasis, Mitralring, Hinter- und Mittelwand des linken Ventrikels sich weitestgehend parallel zum Ultraschallstrahl bewegen.

Dabei können Aussagen sowohl über die regionale als auch über die globale ventrikuläre Funktion getroffen werden.

Die regionale Funktion des Ventrikels lässt sich in den verschiedenen Segmenten des Myokards beurteilen, während sich die globale Funktion des linken Ventrikels am besten auf Höhe des Mitralklappenrings beurteilen lässt (BRUCH 2004). Die Gewebegeschwindigkeiten nehmen typischerweise vom Mitralklappenring nach apikal hin ab (NIKITIN et al. 2004). Dabei haben Studien gezeigt, dass die gemessene Gewebegeschwindigkeit auf Höhe des Mitralklappenrings mit verschiedenen anderen Parametern wie zum Beispiel dem Schlagvolumen und der Auswurffraktion korreliert (BRUCH 2004; NAGUEH et al.1997). Eine Ausnahme stellen Patienten mit künstlichen Mitralklappen oder Mitralringprothesen und

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Patienten mit Mitralklappenringverkalkung dar, bei denen die Geschwindigkeitsberechnung am Mitralklappenring aufgrund von Artefakten nicht erfolgen kann (PELLERIN et al. 2003).

2.3.1.1 Gewebedoppleruntersuchungen bei ischämischer Herzerkrankung Die ischämische Herzerkrankung, die durch eine Koronarinsuffizienz verursacht wird, ist die häufigste vorzeitige Todesursache bei Menschen in den Industrienationen.

Daher nimmt diese Erkrankung eine besondere Stellung in der humanmedizinischen Forschung ein (SEYSEN 2004). Durch den Verschluss von einer oder mehreren Koronararterien kommt es zu einer Minderversorgung des Myokards sowohl bei erhöhtem Sauerstoffbedarf als auch in Ruhe. Dabei unterscheidet man zwischen

„viablem“ Myokard, welches durch ein inaktives, jedoch vitales Myokard mit reversibler regionaler Wandbewegungsstörung charakterisiert ist und das „stunned“

(benommene) Myokard, welches eine postischämische kontraktile Dysfunktion aufweist. Des Weiteren unterscheidet man zwischen „hibernating“ (Winterschlaf haltendem) Myokard, einer länger andauernden Funktionsstörung des Myokards nach ischämischer Belastung bei reduzierter Myokarddurchblutung von einem

„jeopardized“ (gefährdetem) Myokard, welches durch länger andauernde Kontraktionsstörungen gekennzeichnet ist, wodurch der Energieverbrauch des Myokards gesenkt werden soll, um einen drohenden Myokardinfarkt abzuwenden sowie dem narbigen Myokard (MOLTZAHN 1996). Durch die ischämische Herzerkrankung kommt es oft zu gestörten systolischen und diastolischen Funktionen (BACH et al. 1996).

Die qualitative und semiquantitative Beurteilung der myokardialen Funktion mittels konventioneller Echokardiographie war lange Zeit die wichtigste nicht-invasive Methode zur Diagnostik von koronaren Herzerkrankungen. Dabei wurden ischämische Myokardbereiche durch eine Abnahme der Myokarddicke als Ausdruck der Nekrose und durch Wandbewegungsstörungen identifiziert. Eine Unterscheidung zwischen nekrotischen und „hibernating“ Myokardbereichen ist jedoch nicht möglich.

Die Myokarddickenabnahme ist jedoch nicht proportional zum Grad der Nekrose (LIEBERMANN et al. 1981).

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Die diastolische Funktionsstörung wurde bisher mittels gepulstem Doppler untersucht. Dabei wurde das linksventrikuläre diastolische Einstromprofil über der Mitralklappe abgeleitet. Bei einem Anstieg der linksventrikulären und linksatrialen Füllungsdrücke, kann es zu einer Pseudonormalisierung des Einstromprofils kommen, die eine schwere Relaxationsstörung verdecken kann (SOHN et al. 1997).

Mit der Gewebedopplerechokardiographie lassen sich dagegen ischämische Myokardbereiche früher diagnostizieren und reversible von irreversiblen Myokardschädigungen differenzieren. Ischämische Myokardregionen sind durch eine Reduktion der systolischen Myokardgeschwindigkeiten charakterisiert (VOIGT 2003).

Studien an Versuchstieren, bei denen eine künstliche Ischämie durch Verschluss von Koronararterien induziert wurde, zeigten schon frühzeitig veränderte Myokardgeschwindigkeiten an, wobei die Geschwindigkeiten zum Zeitpunkt der isovolämischen Kontraktion und Relaxation am deutlichsten verändert waren (EDVARDSEN et al. 2002). Zusätzlich kann es bei einer akuten Ischämie zu einer Verlängerung der regionalen isovolämische Relaxationszeit sowie zu eine Abnahme der Geschwindigkeit der E- und A-Wellen kommen (VOIGT 2002). Eine Studie von BRUCH et al. (1999) zeigte zum einen, dass bei Patienten, die bei der herkömmlichen Dopplerechokardiographie eine Pseudonormalisierung des Mitralklappenprofils aufwiesen, erniedrigte frühdiastolische Myokard-geschwindigkeiten und eine Umkehr der Myokard E/A Ratio auf eine diastolische Funktionsstörung hinwiesen, ohne dass eine Lastabhängigkeit der bestimmten Myokardgeschwindigkeiten vorlag. Zusätzlich wurden im Rahmen der Studie asymptomatische Patienten mit bekannter koronarer Herzkrankheit untersucht. Dabei zeigten diese Patienten normale oder pseudonormale Mitralklappenprofile in der konventionellen Dopplerechokardiographie, während sie in der Gewebedoppler-echokardiographie signifikant erniedrigte frühdiastolische Myokardgeschwindigkeiten aufwiesen.

2.3.1.2 Gewebedoppleruntersuchungen bei dilatativer Kardiomyopathie Die dilatative Kardiomyopathie (DCM) ist die häufigste Form der Kardiomyopathie.

Dabei kommt es zu einer Dilatation einer oder beider Ventrikel verbunden mit einer verminderten Ejektionsfraktion. Es wird zwischen viral und/oder immunbedingten, toxischen, alkoholtoxischen, genetisch bedingten und ätiologisch unklaren Fällen

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(Idiopathische DCM) unterschieden (SEYSEN 2004). Zur Diagnose der dilatativen Kardiomyopathie zählt im Frühstadium vor allem die Messung der Ejektionsfraktion.

Dabei zeigten Untersuchungen von FUKUDA et al. (1998) und MISHIRO et al. (1999) einen signifikanten Zusammenhang zwischen verminderter Ejektionsfraktion und verringerten longitudinalen systolischen Myokardgeschwindigkeiten.

In einer Studie von CHETBOUL et al. (2004) wurden Golden Retriever untersucht, die unter Golden Retriever Muscular Dystrophy, einem Modell von Duchenne´s Kardiomyopathie, litten. Bei dieser Erbkrankheit kommt es aufgrund einer Dystrophin-Mutation zur Ausbildung eines mangelhaften Proteins, welches nicht mehr als Bindeglied zwischen Myozytensarkolemm und Sarkomer funktionieren kann. Dadurch entsteht eine ausgeprägte Fibrose nach einer asymptomatischen Phase einer dilatativen Kardiomyopathie. Im Rahmen der Studie wurde untersucht, ob mit Hilfe der Gewebedopplerechokardiographie Hunde mit dieser Erkrankung vor dem Auftreten myokardialer Dysfunktionen erfasst werden können. Dabei wurde mit Hilfe des Gradienten der myokardialen Geschwindigkeit die Myokardgeschwindigkeit in der parasternalen kurzen Achse erfasst. In den Auswertungen zeigten Hunde mit Genmutation bei der konventionellen Echokardiographie keine Abweichungen im Vergleich zu gesunden Hunden, während bei der Gewebedoppleruntersuchung signifikant erniedrigte systolische und diastolische Myokardgeschwindigkeiten bei den erkrankten Tieren festgestellt werden konnten.

2.3.1.3 Gewebedoppleruntersuchungen bei hypertropher Kardiomyopathie

In der Humanmedizin ist die Unterscheidung zwischen hypertropher Kardiomyopathie (HCM) und trainingsbedingter Hypertrophie ein wichtiges klinisches Problem. Eine Studie von CARDIM et al. (2003) vergleicht myokardiale longitudinale und radiale Geschwindigkeiten zwischen Patienten mit HCM und gesunden Probanden, die Wettkampfrudern ausübten. Dabei zeigten die Patienten mit HCM signifikant erniedrigte systolische und diastolische Myokardgeschwindigkeiten sowohl in radialer als auch in longitudinaler Richtung. Ein Teil der HCM-Patienten zeigte auch eine Umkehr des E/A Verhältnisses. Die veränderten Myokard-geschwindigkeiten zeigten sich auch in nicht hypertrophen Herzsegmenten, während die Myokardgeschwindigkeiten bei den Probanden mit trainingsbedingter

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Hypertrophie im Normbereich lagen. Diese Ergebnisse stimmte mit einer Studie von VINEREANU et al. (2001) überein, die Patienten mit hypertropher Kardiomyopathie oder systemischer Hypertension mit einer Gruppe von gesunden Athleten verglichen.

NAGUEH et al. (2000) zeigten, dass Gewebedoppleruntersuchungen des Mitralklappenrings auch dann systolische Dysfunktionen widerspiegeln wenn die konventionellen echokardiographischen Parameter keine Abweichungen aufweisen.

2.3.1.4 Gewebedoppleruntersuchungen bei Klappeninsuffizienz

Bislang liegen in der Literatur nur wenige Studien zur Untersuchung von Klappeninsuffizienzen mit Hilfe der Gewebedopplerechokardiographie vor. Es wird vermutet, dass es durch die veränderten Druckverhältnisse im Herzen zu einer Veränderung der Myokardbewegungen kommt (VOIGT 2002). ABE et al. (1999) untersuchten Patienten mit schwerer Mitral- oder Aortenklappeninsuffizienz und verglichen diese mit gesunden Probanden. Dabei zeigten die Patienten mit Mitralklappen- oder Aortenklappeninsuffizienz einen vergrößerten Diameter des linken Ventrikels. Die Verkürzungsfraktion gemessen in der kurzen, parasternalen Achse zeigte keine signifikanten Unterschiede in den verschiedenen Gruppen, während die Verkürzungsfraktion der langen Achse bei den Patienten mit Aortenklappeninsuffizienz deutlich erniedrigt war. Bei der gewebedoppler-echokardiographischen Untersuchung wurden die diastolischen Myokardgeschwindigkeiten in radialer und longitudinaler Richtung gemessen.

Patienten mit Aortenklappeninsuffizienz zeigten eine erniedrigte und verkürzte E-Welle in longitudinaler Richtung, sowie eine Verlängerung des Zeitraumes zwischen Aortenklappenschluss und Beginn der E-Welle. Patienten mit Mitralklappeninsuffizienz zeigten eine erhöhte und verkürzte E-Welle sowohl in longitudinaler als auch in radialer Richtung.

Eine Studie von AGRICOLA et al. (2004) zur Einschätzung einer linksventrikulären Dysfunktion untersuchte asymptomatische Patienten mit schwerer Mitralklappeninsuffizienz vor und nach chirurgischer Intervention. Patienten, die erst nach Entwicklung einer linksventrikulären Dysfunktion mit Auswurfverminderung einer Operation unterzogen wurden, entwickeln nach der Operation signifikant häufiger verminderte Auswurfvolumina und haben ein erhöhtes Risiko für

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Herzversagen verbunden mit einer erhöhten Mortalität. Aus diesem Grund ist die Früherkennung der ventrikulären Dysfunktion von essentieller Bedeutung.

Typischerweise wird die Dysfunktion durch eine erniedrigte Auswurffraktion charakterisiert, die allerdings von der Nachlast abhängig ist. Dadurch befindet sich die Auswurffraktion in der kompensierten Phase oft innerhalb ihres Referenzbereiches. In der erwähnten Studie wurden die longitudinalen Myokardgeschwindigkeiten auf Höhe des Mitralklappenrings aufgezeichnet.

Außerdem wurde die Dauer der isovolämischen Kontraktion sowie die Dauer der systolischen Welle (Kontraktionszeit) ausgerechnet. Dabei zeigten Patienten mit einer Reduktion der Auswurffraktion von über 10% nach der Operation signifikant erniedrigte systolische Myokardgeschwindigkeiten, sowie verlängerte Präkontraktions- und Kontraktionszeiten.

2.3.1.5 Gewebedoppleruntersuchungen bei Resynchronisationstherapie Bei Patienten mit chronischer Herzinsuffizienz kann es zu unkoordinierten Kontraktionsabläufen kommen. Damit entsteht unabhängig von der myokardialen Schädigung auf zellulärer Ebene eine hämodynamische Funktionseinschränkung.

Die kardiale Resynchronisationstherapie wird meistens in Form einer biventrikulären Stimulation durchgeführt (SOGAARD et al. 2002; BREITHARDT et al. 2005). Die Selektion geeigneter Patienten ist allerdings nach wie vor schwierig. Das wichtigste Kriterium ist die Asynchronie, die sich im EKG als QRS-Verbreiterung darstellt.

VOIGT et al. (2005) beschreiben, dass sich die Gewebedopplerechokardiographie hervorragend zur Asynchronieanalyse, vor allem bei Patienten mit grenzwertiger QRS-Komplex-Breite eignet. Dabei lassen sich bei gleichzeitigen Myokardanalysen in mehreren Segmenten asynchrone Kontraktionsabläufe objektiv darstellen.

2.3.1.6 Gewebedoppleruntersuchungen bei Patienten mit Vorhofflimmern Der Einfluss von chronischem Vorhofflimmern auf die ventrikuläre Funktion ist in den letzten Jahren Thema vieler Studien in der Humanmedizin gewesen. Dabei zeigte sich, dass die diastolische Myokardgeschwindigkeit, vor allem die spätdiastolische Welle, bei Patienten mit Vorhofflimmern signifikant verringert war und nach der erfolgreiche Elektrokardioversion innerhalb der nächsten vier Wochen signifikant

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zunahm (MELEK et al. 2007). Die systolische Myokardgeschwindigkeiten bei Patienten mit Vorhofflimmern wurden in einer Studie von OKI et al. (1999) untersucht. Dabei zeigten Patienten mit Vorhofflimmern im Vergleich zu gesunden Probanden erniedrigte systolische Myokardgeschwindigkeiten in der linken freien Ventrikelwand. Zusätzlich zeigten Patienten mit einer zusätzlichen Dilatation des linken Ventrikels noch niedrigere Myokardgeschwindigkeiten als Patienten, bei denen ausschließlich Vorhofflimmern vorlag. Eine Studie von YILMAZ et al. (2005) untersucht die myokardialen longitudinalen Geschwindigkeiten bei Patienten mit Vorhofflimmern nach einem Myokardinfarkt. Dabei zeigten Patienten, die Vorhofflimmern entwickelt hatten, signifikant erniedrigte frühdiastolische sowie systolische Myokardgeschwindigkeiten im Vergleich zu Infarktpatienten, die kein Vorhofflimmern entwickelt hatten. Das E/A-Verhältnis war ebenfalls signifikant erniedrigt.

2.3.1.7 Weitere Einsatzmöglichkeiten

In den letzten Jahren sind die Verwendungsbereiche der Gewebedopplerechokardiographie zahlreicher geworden. Mit Hilfe der konventionellen Echokardiographie, Computertomographie, Magnetresonanz-tomographie oder Herzkatheteruntersuchung ist die Unterscheidung zwischen konstriktiver Perikarditis und restriktiver Kardiomyopathie oft schwierig. Das gilt vor allem für Patienten im okkulten Stadium, bei denen noch keine Veränderung der Füllungsdrücke vorliegt oder bei Patienten mit anderen Erkrankungen (z. B.

Lungenerkrankungen). Bei solchen Patienten kann eine endgültige Diagnose oft erst nach operativer Exploration gestellt werden. Eine Studie von GARCIA et al. (1996) untersuchte mit Hilfe des PW-Gewebedopplers Patienten mit restriktiver Kardiomyopathie und vergleicht diese mit Patienten mit konstriktiver Perikarditis einerseits und gesunden Probanden andererseits. Die Autoren vermuten, dass man mit Hilfe der Gewebedopplerechokardiographie die intrinsischen, mechanischen und elastischen Eigenschaften des Myokards beurteilen kann, die bei der konstriktiven Perikarditis unverändert sind, während diese bei der restriktive Myopathie erniedrigt sein sollten. Diese Annahme wurde in späteren Studien bestätigt (GORCSAN et al.

2000; NIKITIN et al. 2004). Es wurden ebenfalls longitudinale Myokard-geschwindigkeiten gemessen. Dabei waren frühdiastolische und systolische

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Myokardgeschwindigkeiten bei Patienten mit restriktiver Kardiomyopathie erniedrigt, während sie bei den gesunden Probanden und bei Patienten mit konstriktiver Perikarditis nicht beeinflusst waren. Patienten mit restriktiver Myokarditis wiesen signifikante Unterschiede in den frühdiastolischen Myokardgeschwindigkeiten auf.

Auch zur Diagnose der kardialen Transplantatabstoßung nach Herztransplantation ist die Gewebedopplertechnik hilfreich. DANDEL (2006) beschreibt den klinischen Einsatz des PW-Gewebedopplers zur Diagnostik linksventrikulärer Funktions-Störungen, die bei einer akuten Abstoßungsreaktion oder Transplantatvaskulopathie auftreten. Dabei zeigten Patienten mit Abstoßungsreaktionen oder Transplantatvaskulopathien signifikant verringerte diastolische Gewebeparameter im Sinne einer verlängerten frühdiastolischen Relaxationszeit und einer verringerten frühdiastolischen maximalen Wandgeschwindigkeit. Wenn diese Veränderungen bei unveränderter systolischer Funktion fehlen, kann grundsätzlich eine Abstoßungsreaktion ausgeschlossen werden und demnach auf invasive Diagnostikmaßnahmen, wie zum Beispiel Endomyokardbiopsien, verzichtet werden.

Die Früherkennung von Relaxations-Störungen und/oder einer systolischen Dysfunktion mit Hilfe des PW-Gewebedopplers ermöglicht ein zuverlässiges Abstoßungsmonitoring und durch regelmäßige PW-Gewebedoppleruntersuchungen werden invasive Routinebiopsien überflüssig.

2.3.2 Gewebedopplerechokardiographische Untersuchungen in