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Echokardiographische Dimensionsmessungen in B- und M-Mode an herzgesunden Kühen der Rasse Holstein Friesian
INAUGURAL – DISSERTATION zur Erlangung des Grades einer Doktorin
der Veterinärmedizin (Dr. med. vet.)
durch die Tierärztliche Hochschule Hannover
Vorgelegt von
Anne Strattner
aus Erlangen
Hannover 2002
1. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. J. Rehage 2. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. K. Otto
Tag der mündlichen Prüfung: 05. Juni 2002
A EINLEITUNG... 13
B LITERATURÜBERSICHT... 15
B.1 Grundlagen der Anatomie und Physiologie des Herzens ... 15
B.1.1 Aufbau und Funktion des Herzens ... 15
B.1.2 Das Herzskelett ... 16
B.1.3 Reizbildung, Erregungsleitung und Herzaktion... 17
B.1.4 Größe des Rinderherzens ... 17
B.1.5 Form und Lage des Rinderherzens ... 18
B.1.6 Herzseitenstoß und Herztöne... 19
B.2 Physikalische Grundlagen des Ultraschalls... 20
B.2.1 Schallwellen und deren Verhalten in verschiedenen Medien ... 20
B.2.2 Diagnostischer Ultraschall ... 21
B.2.2.1 Entwicklung des diagnostischen Ultraschalls ... 21
B.2.2.2 Die Entstehung des Ultraschallbildes... 22
B.2.2.3 Axiale und laterale Auflösung... 23
B.2.3 Ultraschallköpfe ... 24
B.2.4 Darstellungsformen des Ultraschallbildes... 25
B.2.4.1 A-Mode... 25
B.2.4.2 B-Mode... 26
B.2.5 Artefakte im Ultraschallbild ... 28
B.2.5.1 Rauschen ... 30
B.2.5.2 Wiederholungsechos... 30
B.2.5.3 Schallschatten... 31
B.2.5.4 Schichtdickenartefakte ... 31
B.2.5.5 Schallverstärkung... 31
B.2.5.6 Tiefenartefakte ... 32
B.3 Echokardiographie beim herzgesunden Großtier... 32
B.3.1 Vorbereitung der echokardiographischen Untersuchung... 32
B.3.3.3 M-Mode echokardiographische Untersuchungen beim Pferd... 35
B.3.3.4 B-Mode echokardiographische Untersuchungen beim Pferd ... 37
B.3.3.5 Auswirkungen von Rasse und Körpergewicht auf die für das Pferd ermittelten Herzdimensionen... 39
B.3.3.6 Vergleich von für das Pferd echokardiographisch sowie pathologisch-anatomisch ermittelten Herzdimensionen ... 40
B.3.4 Echokardiographische Untersuchungen an herzgesunden Rindern... 41
B.3.4.1 Beim Rind verwendete Schallköpfe und Schallfrequenzen ... 41
B.3.4.2 Bei Rindern genutzte echokardiographische Fenster... 41
B.3.4.3 Bisher echokardiographisch untersuchte Rinderrassen ... 42
B.3.4.4 M-Mode echokardiographische Untersuchungen beim Rind... 43
B.3.4.5 B-Mode echokardiographische Untersuchungen beim Rind ... 46
B.3.4.6 Auswirkungen der Rasse auf die für das Rind ermittelten Herzdimensionen ... 48
B.3.4.7 Auswirkungen des Körpergewichtes auf die für das Rind ermittelten Herzdimensionen ... 49
B.3.4.8 Vergleich von für das Rind echokardiographisch und pathologisch- anatomisch ermittelten Herzdimensionen ... 50
B.3.5 Reproduzierbarkeit echokardiographischer Messungen... 51
B.3.6 Berechnung von Volumina des linken Herzens aus echokardiographisch ermittelten Dimensionen... 51
B.3.6.1 Berechnung von enddiastolischem und endsystolischem Volumen, Schlagvolumen und Herzminutenvolumen beim Pferd... 52
B.3.6.2 Berechnung von enddiastolischem und endsystolischem Volumen, Schlagvolumen und Herzminutenvolumen beim Rind ... 54
B.3.7 Berechnung der prozentualen Verkürzungsfraktion des linken Ventrikels... 55
B.3.7.1 Berechnung der prozentualen Verkürzungsfraktion beim Pferd ... 55
C EIGENE UNTERSUCHUNGEN ... 59
C.1 Tiergruppen... 59
C.1.1 Gruppe A: Echokardiographische Dimensionsvermessung... 59
C.1.2 Gruppe B: Echokardiographische und pathologisch-anatomische Dimensionsvermessung ... 59
C.2 Technische Ausrüstung... 60
C.3 Durchführung der Untersuchung ... 60
C.3.1 Klinische Voruntersuchung... 60
C.3.2 Vorbereitung der Kühe für die sonographische Untersuchung ... 60
C.3.3 Reproduzierbarkeit der echokardiographischen Messungen... 61
C.3.4 Echokardiographische Untersuchungen im B-Mode ... 62
C.3.4.1 Rechts kaudal lange Achse (RKALA und RKALA/AO) ... 63
C.3.4.1.1 Rechts kaudal lange Achse (RKALA)... 63
C.3.4.1.2 Rechts kaudal lange Achse mit Aorta (RKALA/AO) ... 65
C.3.4.2 Rechts kaudal kurze Achse (RKAKA) ... 67
C.3.4.3 Rechts kranial lange Achse (RKRLA)... 69
C.3.4.4 Rechts kranial kurze Achse (RKRKA) ... 71
C.3.4.5 Links kaudal lange Achse (LKALA) ... 73
C.3.4.6 Links kranial lange Achse (LKRLA)... 75
C.3.5 Echokardiographische Untersuchungen im M-Mode ... 77
C.3.5.1 M-Mode auf Papillarmuskelebene (MPPM)... 77
C.3.5.2 M-Mode unterhalb der Mitralklappenebene (MUMV)... 79
C.4 Berechnungen zu Volumina und Kontraktilität des linken Herzens ... 81
C.4.1 Berechnung von enddiastolischem und endsystolischem Volumen, Schlagvolumen und Herzminutenvolumen ... 81
C.4.2 Berechnung der prozentualen Verkürzungsfraktion des linken Ventrikels... 82
C.5 Sektion ... 82
D.1 Zur echokardiographischen Untersuchung nicht geeignete Kühe ... 86
D.2 Herzfrequenz der untersuchten Kühe während der echokardiographischen Messungen... 86
D.3 Ergebnisse der echokardiographischen Messungen im B-Mode ... 87
D.3.1 Messergebnisse der kaudalen langen Herzachse von rechts ... 87
D.3.1.1 Messergebnisse rechts kaudal lange Achse (RKALA) ... 87
D.3.1.2 Messergebnisse rechts kaudal lange Achse mit Aorta (RKALA/AO)... 90
D.3.2 Messergebnisse rechts kaudal kurze Achse (RKAKA) ... 91
D.3.3 Messergebnisse rechts kranial lange Achse (RKRLA) ... 93
D.3.4 Messergebnisse rechts kranial kurze Achse (RKRKA)... 93
D.3.5 Messergebnisse links kaudal lange Achse (LKALA)... 94
D.3.6 Messergebnisse links kranial lange Achse (LKRLA) ... 97
D.4 Ergebnisse der echokardiographischen Messungen im M-Mode... 98
D.4.1 Messergebnisse im M-Mode auf Papillarmuskelebene (MPPM) ... 98
D.4.2 Messergebnisse im M-Mode unterhalb der Mitralklappe (MUMV)... 100
D.5 Ergebnisse der pathologisch-anatomischen Messungen ... 101
D.6 Vergleich der Ergebnisse in B- und M-Mode... 104
D.6.1 Vergleich der B-Mode und M-Mode Ergebnisse der kaudalen Achse ... 104
D.6.2 Vergleich der B-Mode Ergebnisse der kranialen langen Achse... 106
D.7 Vergleich der einzelnen M-Mode Ergebnisse... 107
D.8 Vergleich der Ultraschall- und der pathologisch-anatomischen Messungen 108 D.9 Ergebnisse der Berechnung von enddiastolischem und endsystolischem Volumen, Schlagvolumen und Herzminutenvolumen ... 111
D.10 Ergebnisse der Berechnung der prozentualen Verkürzungsfraktion ... 113
E DISKUSSION ... 115
E.1 Patientengut ... 115
E.2 Darstellbarkeit der Herzstrukturen... 115
E.3 Echokardiographische Dimensionsmessungen... 116
E.3.3 Erstellung von Referenzwerten für herzgesunde HF Kühe... 117
E.3.4 Vergleich der B-Mode Messergebnisse verschiedener Schnittebenen und der M- und B-Mode Messergebnisse untereinander... 119
E.4 Vergleich der echokardiographischen mit den pathologisch-anatomisch ermittelten Dimensionen... 119
E.5 Berechnete enddiastolische und endsystolische Volumina, Schlagvolumina und Herzminutenvolumina... 120
E.6 Vergleich der eigenen Messergebnisse mit denen früherer Studien ... 121
E.6.1 Vergleich der M-Mode Ergebnisse ... 122
E.6.2 Vergleich der B-Mode Ergebnisse ... 124
E.6.3 Vergleich der pathologisch-anatomischen Ergebnisse ... 126
E.6.3.1 Vergleich der prozentualen Verkürzungsfraktion... 127
E.7 Zusammenfassende Betrachtung... 128
F ZUSAMMENFASSUNG... 130
G SUMMARY ... 132
H LITERATURVERZEICHNIS ... 134
I ANHANG ... 148
J TABELLENVERZEICHNIS ... 171
K ABBILDUNGSVERZEICHNIS ... 176
AO Aorta
AO Umf. Umfang der Aorta auf Klappeneben AO B/ Bulbus Durchmesser der Aorta im Bulbus aortae
AOV Aortenklappen
BCS Bodyconditionscore
BV Braunvieh
ca. Circa
D/ Dia. Diastole
EDV Enddiastolisches Volumen
EKG Elektrokardiogramm
ESV Endsystolisches Volumen
FS Verkürzungsfraktion des linken Ventrikels
FV Fleckvieh
G Gruppe
gem. gemischt
HF Holstein Friesian
HMV Herzminutenvolumen
HR Herzfrequenz
IVS Interventrikuläres Septum
LA Linker Vorhof
LKALA Links kaudal lange Achse LKRLA Links kranial lange Achse
LMV Labmagenverlagerung
LV Durchmesser des linken Ventrikels LVFW Linksventrikuläre freie Wand
M Median
min. minimal
max. maximal
n Anzahl der Tiere
NB Normalbereich
NU Nicht untersucht
PPM Papillarmuskel
PV Pulmonalklappe
RA Rechter Vorhof
RKAKA Rechts kaudal kurze Achse RKALA Rechts kaudal lange Achse
RKALA/AO Rechts kaudal lange Achse mit Aorta RKRKA Rechts kranial kurze Achse
RKRLA Rechts kranial lange Achse
RSG Rusterholzsches Sohlengeschwür RV Durchmesser des rechten Ventrikels RVFW Rechtsventrikuläre freie Wand
S/ Sys. Systole
SV Schlagvolumen
TV Tricuspidalklappe
UAO Unterhalb der Aorta
UMV Unterhalb der Mitralklappe
US Ultraschall
WBB Weißblaue Belgier
A EINLEITUNG
Herzerkrankungen treten bei Milchkühen regelmäßig auf, am häufigsten kommen Endokarditiden, Perikarditiden traumatischer Genese und Kardiomyopathien vor.
Diese Herzerkrankungen sind mit den herkömmlichen klinischen Methoden wie der Adspektion, der Palpation, der Perkussion und der Auskultation in einer Vielzahl von Fällen nicht zuverlässig zu diagnostizieren. Auch weiterführende Untersuchungen wie das Elektrokardiogramm und die Thoraxradiologie sind, zumeist aufgrund der Größe der Tiere, nicht aussagekräftig oder sogar nicht anwendbar. Für Kühe mit einer Herzerkrankung ist die Prognose sehr schlecht. Daher ist es um so wichtiger, mit Gewissheit das Vorliegen einer Herzerkrankung ausschließen oder aber eine bestehende Herzerkrankung diagnostizieren zu können. Um dies zu ermöglichen, müssen neue Untersuchungsmethoden genutzt werden.
Als Ergänzung zur herkömmlichen klinischen Diagnostik ist z.B. die Ultraschalluntersuchung im B- und M-Mode in der Lage, auf nicht invasive Weise Informationen zu Kontur, Größe und Binnenstruktur des Herzens sowie Bewegungsabläufen des Myokards und der Herzklappen zu liefern. Für das adulte Rind liegen hierzu bislang nur wenige Untersuchungen, meist Fallberichte, vor.
Systematische Untersuchungen an Patienten und zu Normalwerten führten lediglich PIPERS et al. (1977), sowie YAMAGA u. TOO (1984 u. 1986) und SCHWEIZER (1998) durch. Nur SCHWEIZER (1998) erarbeitete Normaldimensionen mit dem B- Mode, er untersuchte in seinen Studien jedoch Kühe der Rasse Schweizer Braunvieh, Schweizer Fleckvieh und Schweizer Schwarzfleckvieh. B-Mode Untersuchungen an deutschen Holstein Friesian liegen nicht vor. Von Untersuchungen an Pferden und Kälbern ist aber bekannt, dass die Tierrasse Einfluss auf verschiedene Herzdimensionen hat. Es stellte sich also die Frage, ob die von SCHWEIZER (1998) gewonnenen Daten auf deutsche Holstein Friesian Kühe übertragbar sind. Da die Kenntnis der Normdimensionen des Herzens Grundlage für jede systematische Diagnostik am Patienten ist, müssen diese auch für deutsche Holstein Friesian Kühe ermittelt werden.
Aus diesem Grunde war es das Ziel dieser Studie, an klinisch und pathologisch- anatomisch herzgesunden Kühen der Rasse deutsche Holstein Friesian die wichtigsten Herzdimensionen in verschiedenen Schnittebenen per B- und M-Mode echokardiographisch zu untersuchen. Da aus Ultraschalluntersuchungen gewonnene Daten zur Herzarbeit und Herzleistung beim Rind noch nicht vorliegen, sollten auch hierfür aus den echokardiographisch ermittelten Dimensionen Referenzwerte berechnet werden.
B LITERATURÜBERSICHT
B.1 Grundlagen der Anatomie und Physiologie des Herzens B.1.1 Aufbau und Funktion des Herzens
Das Herz ist das muskulöse Zentralorgan des Blutgefäßsystems. Es funktioniert nach dem Prinzip einer doppelten Druck- und Saugpumpe (NICKEL et al. 1996) und liegt, aufgehängt an den zu- und abführenden Gefäßen, frei beweglich im Herzbeutel, dem Perikard. Mit diesem ist das Herz durch eine kapillare Schicht seröser Flüssigkeit verbunden. Die Wand des Herzens besteht, von außen nach innen betrachtet, aus drei Schichten, dem Epicardium, dem Myocardium und dem Endocardium (BARGMANN 1963). Das Herz ist zweigeteilt in einen rechten venösen und einen linken arteriellen Abschnitt, von denen jeder aus einem Vorhof mit seiner blindsackartigen Ausstülpung (Herzohr) und einer Herzkammer besteht. Diese beiden Abschnitte sind durch das Vorhofseptum (Septum interatriale) und das Kammerseptum (Septum interventriculare) getrennt (HAHN 1908, BARGMANN 1963). Diese Trennung spiegelt sich im Bereich der Herzkammern auch äußerlich in den Längsfurchen (Sulcus interventricularis paraconalis bzw. Sulcus interventricularis subsinuosus) wieder. Die kraniale Begrenzung des Herzens bildet der Margo ventricularis dexter, die kaudale der Margo ventricularis sinister. Die von den Herzohren und Anteilen der linken Herzkammer gebildete Facies auricularis ist der linken, die ebenfalls aus Anteilen der Herzohren und der rechten Herzkammer gebildete Facies atrialis der rechten Brustwand zugewandt (PREUSS 1955). Im Innern des Herzens trennen die Segelklappen die Kammern und Vorhöfe, die Taschenklappen verschließen den Ursprung der abführenden Gefäße. Diese Klappen bestehen aus dünnen Endokardduplikaturen (STEINMÜLLER 1910, BARGMANN 1963). In den rechten geräumigeren Vorhof münden die kraniale und die kaudale Hohlvene aus dem großen Körperkreislauf sowie der Sinus coronarius, der Blut aus herzeigenen Venen zuführt. Der Binnenraum beider Vorhöfe und der Herzohren wird durch die Musculi pectinati beherrscht. Durch die Trikuspidalklappen
Cuspis angularis) gelangt das Blut in die Einstrombahn des rechten Ventrikels mit seinen zwei septumständigen und einem wandständigen Papillarmuskel. Von ihnen ziehen dünne Sehnenfäden zu den freien Rändern der Segelklappen. Vom rechten Ventrikel gelangt das Blut über die Austreibungsbahn durch die Pulmonalklappen in die Pulmonalarterie (Valvula semilunaris sinister, dexter und intermedia) und weiter in die Lunge (PREUS 1955, BARGMANN 1963). Der halbmondförmige freie Rand dieser drei Taschenklappen ist leicht verdickt und trägt in der Mitte je ein kleines derbes Knötchen (Nodulus valvularum) (WITZEMANN 1923). Der linke Vorhof nimmt das Blut aus den Venae pulmonales auf. Von hier gelangt es über die Mitralklappen (Valva atrioventricularis bicuspidalis, bestehend aus Cuspis septalis und Cuspis parietalis) in die Einstrombahn des linken Ventrikels. Dieser weist zwei wandständige Papillarmuskeln auf, von denen wiederum dünne Sehnenfäden zu den freien Rändern der Segelklappen ziehen. Über die Austreibungsbahn strömt das Blut schließlich durch die Aortenklappen (Valvula semilunaris sinister, dexter und septalis) in die Aorta (BARGMANN 1963). Infolge ihrer stärkeren Beanspruchung sind diese Taschenklappen stärker ausgebildet als die entsprechenden Klappen im Truncus pulmonalis und die mittigen Noduli treten deutlicher hervor (WITZEMANN 1923).
Gleich hinter den Klappen erweitert sich die Aorta zum Bulbus aortae und entlässt dorsal der Valvula semilunaris dextra bzw. sinstra aus dem Sinus aortae die Herzkranzgefäße (BARGMANN 1963).
B.1.2 Das Herzskelett
Unter dem Begriff Herzskelett werden aus Bindegewebe-, Knorpel- und Knochensubstanz bestehende Strukturen und Bauelemente des Herzens zusammengefasst. Von Bedeutung sind zum einen die Anuli fibrosi atrioventriculares, welche eine morphologische und funktionelle Trennung von Vorhof und Kammermuskulatur bewirken. Zum anderen sind die Herzknochen, Ossa cordis dexter und sinister, wichtig. Sie stabilisieren das Ostium aorticum in einer hämodynamisch günstigen Form und dienen den Muskelfasern des Kammerseptums als Ansatz und Ursprung (GROSSMANN 1923).
B.1.3 Reizbildung, Erregungsleitung und Herzaktion
Die Reizbildung erfolgt im Sinusknoten. Dieser befindet sich im Bereich der Mündung der Vena cava cranialis am rechten Vorhof. Die Erregungswelle breitet sich vom Sinusknoten über die gesamte Arbeitsmuskulatur der Vorhöfe aus (PETERSEN 1918, ZIMMERMANN 1923, GÖTZE 1984, SILBERNAGL u. DESPOPOULOS 2001) und veranlasst sie zur Kontraktion (Vorhofsystole). Das durch die geöffneten Atrioventrikularklappen ausgetriebene Blut füllt die Ventrikel, die sich zu diesem Zeitpunkt in entspanntem Zustand, der Kammerdiastole, befinden. Diese Aktionsphase des Herzens endet mit dem Schluss der Atrioventrikularklappen nach Füllung der Ventrikel. Die Taschenklappen an der Mündung der Arteria pulmonalis und Aorta sind hierbei geschlossen (NICKEL et al. 1996). Anschließend beginnt die Kammersystole. Die Erregungswelle geht auf den Atrioventrikularknoten über und erreicht schließlich, über das Hissche Bündel und die Purkinjeschen Fasern, die Papillarmuskeln und die Arbeitsmuskulatur der Herzkammern (PETERSEN 1918, ZIMMERMANN 1923, GÖTZE 1984, SILBERNAGL u. DESPOPOULOS 2001). Es erfolgt zunächst, bei vollständig geschlossenen Herklappen, die Anspannungsphase.
Wird der Druck in den Ventrikeln größer als in der Aorta bzw. Pulmonalarterie, öffnen sich die Taschenklappen zur Austreibungsphase. Rasch fällt der Druck wieder, die Taschenklappen schließen. Es beginnen erneut Vorhofsystole und Kammerdiastole (NICKEL et al. 1996). Neben der automatischen Steuerung der Aktionen des Herzens durch das autonome Reizbildungs- und Erregungsleitungssystem, unterliegt seine Funktion dem sympathischen und parasympathischen Nervensystem (SILBERNAGL u. DESPOPOULOS 2001).
B.1.4 Größe des Rinderherzens
Das Herz des Rindes ist sowohl absolut als auch relativ klein. Angaben zum Gewicht des Herzens adulter Kühe schwanken zwischen 1,95 und 2,40 kg bzw. 0,37 und 0,69 % des Körpergewichts bei Kühen mit einem durchschnittlichen Gewicht von 439 kg (SCHUBERT 1909) sowie zwischen 1,69 und 3,66 kg bei Kühen mit einem
Margo ventricularis dexter beträgt 18 bis 25 cm, die des Margo ventricularis sinister 15,8 bis 21,6 cm (SCHUBERT 1909). Besonders in den Längsfurchen finden sich oft starke Einlagerung von Fettgewebe, die bis zu 24 % des Herzgewichtes ausmachen können (SCHUBERT 1909).
B.1.5 Form und Lage des Rinderherzens
In der Diastole hat das Rinderherz die Form eines etwa gleichseitig gedrungenen, in der Systole die eines mehr spitzen Kegels. Das Herz steht mit seiner Achse fast senkrecht zum Brustbein, wobei die Herzbasis geringgradig nach kranial geneigt ist und die Herzspitze leicht nach links zeigt. Es reicht in kranio-kaudaler Richtung von der dritten bis zur fünften Rippe, die Herzbasis liegt etwa auf halber Höhe des Brustraumes, die Herzspitze einige Zentimeter dorsal des Brustbeines in der Gegend der linken fünften Rippe am Knorpel-Knochen-Übergang derselben (GÖTZE 1984, NICKEL et al 1996) (Abbildung 1). Der leicht konkave Margo ventrikularis sinister folgt der Kontur des nach kranial gewölbten Zwerchfells, während der Margo ventrikularis dexter der Kontur der Innenfläche des Brustbeines folgt (PREUS 1955, BARGMANN 1963). Beim Rind liegen, auf die Mediane bezogen, ca. 70 % des Herzens in der linken Brusthöhlenhälfte, hier berührt es die Brustwand im Bereich des vierten und fünften Interkostalraumes.
Abb. 1: Lage des Herzens im Thorax der Kuh (modifiziert nach NICKEL et al. 1996)
Die von der Brustwand in einigem Abstand liegende rechte Herzfläche wird in größerem Umfang von den Lobi cranialis und medius der rechten Lunge abgedeckt.
Auf der linken Seite dagegen gibt der zweigeteilte Lobus cranialis einen großen Teil der Herzfläche frei (GÖTZE 1984, NICKEL et al. 1996).
B.1.6 Herzseitenstoß und Herztöne
Der Herzseitenstoß ist links und rechts im Bereich des dritten bis fünften Interkostalraumes fühlbar, am deutlichsten im vierten Interkostalraum und rechts meist schwächer als links. Ein übermäßig guter Ernährungszustand mindert die Feststellbarkeit des Herzseitenstoßes (NICKEL et al.1996, STÖBER u. GRÜNDER 1990). Im Bereich des dritten bis fünften Interkostalraumes liegen auch die Puncta maxima. Dort sind die Töne der Herzklappen jeweils am stärksten zu auskultieren.
Für die Pulmonalklappe liegt das Punctum maximum im dritten Interkostalraum auf halber Höhe zwischen Schulter- und Ellbogengelenk. Die Aortenklappe wird im vierten Interkostalraum und die Mitralklappe im fünften Interkostalraum, jeweils ein wenig unterhalb der Horizontalen durch das Schultergelenk, auskultiert. Im dritten Interkostalraum rechts, auf halber Höhe zwischen Schulter- und Ellbogengelenk ist die Trikuspidalklappe zu auskultieren (STÖBER u. GRÜNDER 1990). Akustischer Ausdruck der normalen Herzaktion sind die Herztöne. Der erste ist in der Anspannungsphase des Myokard (systolischer Herzton oder Muskelton), der zweite beim Schluss der Taschenklappen (diastolischer Herzton oder Klappenton) auskultierbar. Krankhafte Herzgeräusche treten vor allem bei Stenosen bzw.
Insuffizienzen der Klappen (GLAZIER 1987, STÖBER u. GRÜNDER 1990, SILBERNAGL u. DESPOPOULOS 2001) aber auch bei schweren Anämien auf (GLAZIER 1987). Die Herzfrequenz adulter Rinder liegt in Ruhe zwischen 60 und 90 Schlägen / Minute (DEROTH 1980, STÖBER u. GRÜNDER 1990). Ängstliche Tiere reagieren auf (untersuchungsbedingte) Beunruhigung mit einer vorübergehenden Erhöhung der Herzfrequenz (STÖBER u. GRÜNDER 1990). Auch Fieber oder Schmerzen können zu einer Erhöhung der Herzfrequenz führen (SILBERNAGL u.
DESPOPOULOS 2001).
B.2 Physikalische Grundlagen des Ultraschalls
B.2.1 Schallwellen und deren Verhalten in verschiedenen Medien
Schallwellen sind elastische Wellen in deformierbaren Medien. Sie sind an ein Medium gebunden, ihr Ausbreitungsverhalten hängt stark von dessen Eigenschaften ab. Für alle Schallwellen gelten die Gesetze der Absorption, der Reflexion, der Brechung und der Beugung (PIPERS u. HAMLIN 1977, PIPERS et al. 1978, LESCURE u. TAMZALI 1983, STADLER 1988). Eine Schallquelle kann jedes in einem Medium schwingende Gebilde sein. Für das menschliche Ohr sind Frequenzen von 16 Hz bis maximal 20 KHz hörbar. Schallwellen mit einer Frequenz oberhalb der Hörschwelle bezeichnet man als Ultraschall (RANTANEN u. EWING 1981, LESCURE u. TAMZALI 1983, KAARMANN 1988, STADLER 1988, FLÜCKINGER 1997). Die Eindringtiefe eines Schallstrahles im konstanten Medium ist größer, je kleiner die Frequenz und je größer die Wellenlänge der Schwingungen ist (KAARMANN 1988, STADLER 1988) (Tabelle 1).
Tab. 1: Beispiele für das Verhältnis von Frequenz und Eindringtiefe bei Ultraschallwellen in Weichteilgeweben (Ausbreitungsgeschwindigkeit c ≈ 1540 m/s) (modifiziert nach POULSEN NAUTRUP u. TOBIAS 2001):
Schallfrequenz 1 MHz 3,5 MHz 5 MHz 7,5 MHz 10 MHz 15 MHz Eindringtiefe in
Weichteilgewebe 50 cm 15 cm 10 cm 7 cm 5 cm 1 cm
Die Schalldurchlässigkeit (Z) eines Mediums wird als akustische Impedanz bezeichnet (STADLER 1988). Sie errechnet sich aus dem Produkt der Dichte (δ) des Mediums und der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls (c) in diesem Medium (Z
= δ x c). Die Schallgeschwindigkeit in Luft (c) ist gleich dem Produkt aus Frequenz (f) und Wellenlänge (λ) (c = f x λ) (RANTANEN u. EWING 1981, STADLER 1988, FLÜCKINGER 1997). Die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Schallwelle in einem festen Körper ist jedoch auch von einer Materialkonstanten, dem Elastizitätsmodul
(E) abhängig (Tabelle 2). In Flüssigkeiten und weichen Geweben wird E durch das Kompressionsmodul (K) ersetzt (BREUER 2000).
Tab. 2: Beispiele für Ausbreitungsgeschwindigkeit, akustische Impedanz, Schallabschwächung und Reflexion des Schalles in verschiedenen Medien (modifiziert nach POULSEN NAUTRUP u. TOBIAS 2001):
Medium
Ausbreitungs- geschwindig-
keit des Schalles
[m/s]
Akustische Impedanz x106[Ns/m3]
Abschwächung durch Absorption,
Divergenz und Streuung bei 1 MHz
[db/cm]
Reflektierte Energie an der Grenzfläche Medium/ Wasser bei senkrechtem Auftreffen [%]
Luft 345 0,00042 1,7 99,9
Fett 1450 1,41 0,4 0,2
Wasser 1520 1,52 0,002 -
Blut 1560 1,56 0,1 0,1
Muskel 1570 1,68 0,7 0,4
Haut 1950 2,15 1,0 2,9
Knochen 2200 7,30 5,0 42,0
An der Grenzfläche zwischen zwei Geweben mit unterschiedlicher akustischer Impedanz wird ein Teil der Schallwellen reflektiert. Dies geschieht um so stärker, je mehr sich die Impedanzwerte unterscheiden (RANTANEN u. EWING 1981, KAARMANN 1988, FLÜCKINGER 1997).
B.2.2 Diagnostischer Ultraschall
B.2.2.1 Entwicklung des diagnostischen Ultraschalls
Bereits 1880 beschrieben die Brüder JAQUES und PIERRE CURIE den piezoelektrischen Effekt (LESCURE u. TAMZALI 1983). 1883 gelang dem englischen Naturforscher FRANCIS GALTON die Erzeugung hochfrequenter Töne über 100 KHz mittels einer Pfeife. Im Gegensatz zum Röntgenverfahren, das direkt nach Entdeckung bereits medizinisch genutzt wurde, dauerte es noch 59 Jahre (bis 1942) ehe der österreichische Militärarzt KARL T. DUSSIK Ultraschall in der medizinischen Diagnostik verwendete. Dieser konnte Entwicklungen der Rüstungsindustrie, vor allem der U-Boottechnik, die in den beiden Weltkriegen bis hin zur Entwicklung des
Sonars (sound navigation and ranging) große Fortschritte gemacht hatte, nutzen (POULSEN NAUTRUP u. TOBIAS 2001).
B.2.2.2 Die Entstehung des Ultraschallbildes
Ultraschallwellen werden im Ultraschallkopf (auch genannt: Transducer, Scanner, Probe) erzeugt. Dort bringt das Anlegen einer hochfrequenten elektrischen Wechselspannung piezoelektrische Kristalle in Schwingung (RANTANEN u. EWING 1981, LESCURE u. TAMZALI 1983). Die elektrische Energie wird in den Kristallen (Wandler) in mechanische umgesetzt und als Strahl und in einer definierten Richtung in den Körper ausgesandt (Impuls) (KAARMANN 1988, STADLER 1988). Bei modernen Ultraschallsystemen besitzt ein Sendeimpuls eine Dauer von etwa ein bis zwei µs, pro Sekunde werden ca. 300 bis 3000 Impulse abgegeben (POULSEN NAUTRUP u. TOBIAS 2001). Nach dem Impuls arbeitet der Transducer im Empfangsbetrieb. Echosignale, die an bestimmten Orten im Körper ausgelöst werden, kehren dann zum Schallkopf zurück, wo sie wieder in elektrische Signale umgesetzt werden (Impuls-Echo-Methode) (PIPERS u. HAMLIN 1977, PIPERS et al.
1978, LESCURE u. TAMZALI 1983, STADLER 1988, FLÜCKINGER 1997). In der medizinischen Diagnostik werden Schallköpfe mit Frequenzen von 1-10 MHz eingesetzt (RANTANEN u. EWING 1981, LESCURE u. TAMZALI 1983, KAARMANN 1988, STADLER 1988, FLÜCKINGER 1997). Nachdem die Ultraschallechos des Körpers im Wandler wieder in elektrische Energie umgesetzt worden sind, können sie auf verschiedene Weise auf einem Oszilloskop abgebildet werden. Die Tiefenposition des Echos wird immer entsprechend der Zeitdifferenz zwischen dem gesendeten Impuls und dem jeweiligen Echo abgebildet (KAARMANN 1988), die Stärke des Echos wird entweder in einen Helligkeitswert (Abbildung 4 und 5) oder eine Amplitude (Abbildung 3) umgesetzt (STADLER 1988). Ein starker Echoimpuls ergibt einen großen Helligkeitswert (weiß) (KAARMANN 1988) oder eine hohe Amplitude. Homogene Flüssigkeiten, wie z.B. Harn, erzeugen kaum Reflexionen und erscheinen schwarz (anechogen). Inhomogene Flüssigkeiten wie z.B. zellreiche Flüssigkeiten, Abszesse erscheinen dunkelgrau (hypoechogen), parenchymatöse Organe wie Milz und Leber stellen sich mittelgrau (isoechogen) und Knochen oder
dichtes Bindegewebe stellen sich hellgrau bis weiß dar (hyperechogen) (BÖNHOF 1987, FLÜCKINGER 1997, POULSEN NAUTRUP u. TOBIAS 2001).
B.2.2.3 Axiale und laterale Auflösung
Wichtig für die Differenzierung feinerer Strukturen im Ultraschallbild ist das Auflösungsvermögen, wobei zwischen axialem und lateralem Auflösungsvermögen unterschieden wird.
Das axiale Auflösungsvermögen bezieht sich auf Objekte, die längs zur Ausbreitungsrichtung der Schallwellen liegen und hängt von Dauer und Länge des Ultraschallimpulses ab. Um zwei Strukturen (Grenzflächen) unterscheiden zu können, muss die Reflexion an der ersten Grenzfläche abgeschlossen sein, bevor die Echos der zweiten Grenzfläche sie aus der Tiefe bereits wieder erreichen.
Daraus ergibt sich, dass der Abstand zweier Grenzflächen gerade größer als die halbe Länge eines Ultraschallimpulses multipliziert mit der Schallgeschwindigkeit im jeweiligen Gewebe sein muss (POULSEN NAUTRUP u. TOBIAS 2001) (Tabelle 3).
Tab. 3: Frequenz und maximales Auflösungsvermögen in Weichteilgeweben (c ≈ 1549 m/s) (modifiziert nach POULSEN NAUTRUP u. TOBIAS 2001):
Schallfrequenz 1 MHz 3,5 MHz 5 MHz 7,5 MHz 10 MHz 15 MHZ maximales axiales
Auflösungsvermögen 1,5 mm 0,4 mm 0,3 mm 0,2 mm 0,15 mm 0,1 mm Da das axiale Auflösungsvermögen von einer hohen Schallfrequenz profitiert, die Eindringtiefe des Schallstrahles in das Gewebe jedoch mit zunehmender Frequenz abnimmt, muss im Allgemeinen je nach den diagnostischen Anforderungen ein Kompromiss gefunden werden. Zur Darstellung oberflächennaher Strukturen können Frequenzen zwischen 7 und 15 MHz verwendet werden, für Eindringtiefen von 25 cm kommen Frequenzen im Bereich 2 MHz zur Anwendung.
Das laterale Auflösungsvermögen bezieht sich auf Objekte, die quer zur
Wandlerelemente (Abbildung 2), der Breite des Ultraschallimpulses und der Eindringtiefe bestimmt. Am besten ist das laterale Auflösungsvermögen bei einem breiten Linearschallkopf, in der Regel ist es jedoch zwei- bis dreimal schlechter als das axiale (POULSEN NAUTRUP u. TOBIAS 2001).
B.2.3 Ultraschallköpfe
Man unterscheidet aufgrund der Anordnung der Wandlerelemente im Schallkopf (Scanner) verschiedene Schallkopftypen. Die wichtigsten Scanner sind der Linearscanner, der Konvexscanner (Curved Array Scanner) und der Sektorscanner.
Jeder hat verschiedene Vor- und Nachteile, die der Untersucher den diagnostischen Anforderungen entsprechend abwägen muss.
Der Linearscanner benötigt eine relativ große Ankopplungsfläche (LONG 1992, FLÜCKINGER 1997), ermöglicht aber durch viele kleine nebeneinander angeordnete Wandler bereits im Nahbereich ein möglichst geometriegetreues Bild (FLÜCKINGER 1997). Die laterale Auflösung wird in der Tiefe kaum schlechter (Abbildung 2a).
Beim Sektorscanner wird ein im einfachsten Fall einziges Wandlerelement so um eine Achse bewegt, dass der Echoimpuls in verschiedene Richtungen abgeschickt und von dort auch wieder empfangen werden kann. Der Schwenk kann mechanisch oder elektronisch geschehen. Die Positionsänderungen führen zu einem sektorförmig auffächernden Bild (KAARMANN 1988). Dadurch ermöglicht dieser Scanner durch eine Art „Schlüssellocheffekt“ die Untersuchung eines Gebietes mit kleiner Ankopplungsfläche (LONG 1992). Das dargestellte Bild im Nahbereich ist jedoch sehr begrenzt (FLÜCKINGER 1997), die laterale Auflösung wird in der Tiefe durch das Auffächern der Bildzeilen schlechter (Abbildung 2c).
Der Konvexscanner stellt einen Kompromiss zwischen Linear- und Sektorscanner dar. Die Wandler liegen in linearer Anordnung auf einer konvexen Oberfläche, die
Bildzeilen sind, je nach Wahl der Krümmung, unterschiedlich stark divergent (KAARMANN 1988) (Abbildung 2b).
Abb. 2: Anordnung der Bildzeilen bei einem Linearscanner (a), einem Curved Array-/ Konvexscanner (b) und einem Sektorscanner (c) (modifiziert nach KAARMANN 1988)
B.2.4 Darstellungsformen des Ultraschallbildes
Die Darstellung der aus dem Körper zurückkehrenden Ultraschallechos auf einem Oszilloskop kann auf verschiedene Weise erfolgen. Man unterscheidet als Darstellungsformen den A-Mode, den B-Mode und den M-Mode.
B.2.4.1 A-Mode
Die einfachste Darstellungsmöglichkeit eines Ultraschallechos ist die A-Mode Aufzeichnung. Ein gerichteter Ultraschallstrahl wird durch Gewebe geleitet, wobei die aus dem Gewebe reflektierte Echostärke als Amplitude (A-Mode = Amplituden- Modulation) wiedergegeben wird (Abbildung 3). Die Entfernung vom Schallkopf wird, entsprechend der Zeitdifferenz zwischen dem gesendeten Impuls und dem jeweiligen Echo, auf der Abszisse dargestellt (PIPERS u. HAMLIN 1977, PIPERS et al. 1978, FEIGENBAUM 1981, O`CALLAGHAN 1987, STADLER 1988; REWEL 1991). Diese Methode kam vor allem in der Ophthalmologie, aber auch in der Echokardiographie und Trächtigkeitsdiagnostik zur Anwendung (LINDAHL 1966, SCHIFFER et al. 1982,
Abb. 3: Schematische Darstellung des A-Mode Bildverfahrens am Beispiel eines Ultraschallquerschnittes durch das Herz auf Höhe der Papillarmuskeln (modifiziert nach POULSEN NAUTRUP u. TOBIAS 2001).
B.2.4.2 B-Mode
Aus der A-Mode Darstellung wurde die B-Mode (Brightness-Modulation) Darstellung entwickelt (STADLER 1998). Im B-Mode werden die in einer Linie oder einer Ebene liegenden, reflektierenden Gewebegrenzen auf einem Monitor als Punkte verschiedener Helligkeit, Graustufen, dargestellt (Abbildung 4) (PIPERS u. HAMLIN 1977, PIPERS et al. 1978). Die aus der eindimensionalen B-Mode Darstellung entwickelte zweidimensionale B-Mode Darstellung (auch: Real-Time-Untersuchung oder 2-D-Mode) ist die Methode der Wahl im Rahmen der Ultraschalldiagnostik (HOWRY u. BLISS 1952). Hierbei können Strukturen mit einer Vielzahl an Bildzeilen und einer Bildrate von 20-50 Bildern pro Sekunde untersucht werden. Es entsteht ein von der Bauart des Schallkopfes abhängiges, räumlich orientiertes Schnittbild, bei dem alle vom Schallstrahl erfassten Strukturen auf dem Bildschirm erscheinen. Die Darstellung im 2-D-Mode ermöglicht die Beurteilung von Kontur, Größe und Binnenstruktur physiologischer und pathologischer Gewebestrukturen (POULSEN NAUTRUP u. TOBIAS 2001), aber auch der Bewegung des Herzens (BONAGURA 1994).
Abb. 4: Schematische Darstellung des zweidimensionalen B-Mode Bildverfahrens am Beispiel eines Ultraschallquerschnittes durch das Herz (modifiziert nach POWRIS 1986)
B.2.4.3. M-Mode
Der M-Mode oder TM-Mode (Time-Motion-Modulation) ist ebenfalls aus dem eindimensionalen B-Mode entstanden (STADLER 1988). Hierbei werden die Grenzflächen und Strukturen entlang einer Linie abgetastet. Die vom Schallstrahl in einer Bildzeile erfassten Gewebestrukturen werden in Abhängigkeit von der Zeit als bewegtes Bild wiedergegeben (Abbildung 5). Dabei erzeugen bewegliche Strukturen Wellenlinien, stationäre Echos dagegen werden als gerade Linien abgebildet (STADLER 1988, REWEL 1991). Um die Lage des Schallstrahles zu kontrollieren, verwendet man einen gezielt gerichteten Schallstrahl, den man in einer 2-D-Mode Darstellung positioniert (BONAGURA 1994). Der M-Mode dient in erster Linie der exakten Darstellung und Beurteilung von bewegten Strukturen und Bewegungsabläufen (ALLEN 1982, 1982 BONAGURA 1983, STADLER 1988) und wird fast ausschließlich in der Kardiologie angewandt.
Abb. 5: Schematische Darstellung des M-Mode Bildverfahrens am Beispiel eines Ultraschallquerschnittes durch das Herz auf Höhe der Mitralklappen (modifiziert nach LESCURE u. TAMZALI 1983)
B.2.5 Artefakte im Ultraschallbild
Der Aufbau des Ultraschallschnittbildes läuft unter der Annahme bestimmter, stark vereinfachter Vorraussetzungen ab. Bei einer Anwendung des Ultraschalls in biologischen Medien spielen jedoch eine Vielzahl von Variablen eine große Rolle.
Abweichungen dieser Variablen von den idealisierten Grundannahmen führen zu Bildfehlern oder Artefakten (KAARMANN 1988).
Tab. 4: Gegenüberstellung der idealisierten Grundannahmen für den Bildaufbau des Ultraschallschnittbildes und den realen Bedingungen in biologischen Medien (modifiziert nach KAARMANN 1988):
Idealisierte Grundannahmen: Reale Bedingungen in biologischen Medien:
Schallimpuls läuft mit definierter Richtung
Ablenkung durch Reflexion und/oder Brechung
Zurückkehrende Echos sind nur ein einziges Mal reflektiert worden
Mehrfachreflexionen bei starken Reflektoren (V.a. Luft und Knochen) Schallimpuls breitet sich strahlenförmig
aus
Schallfeld hat eine (tiefenabhängige) laterale Ausdehnung
Schallimpuls läuft mit konstanter Schallgeschwindigkeit (1540 m/s)
Schallgeschwindigkeiten von 1400 m/s (Fett) bis 4200 m/s (Knochen)
Schallimpulse unterliegen einem konstanten Dämpfungskoeffizienten
Dämpfungskoeffizienten von 0 bis – 4 dB/(MHz x mm)
Man unterscheidet technisch oder physikalisch bedingte Artefakte. Unter „technische Artefakte“ fallen z.B. die bei der Verwendung von Sektorscannern durch Brechungseffekte entstehenden Verzerrungen (KAARMANN 1988). Die Art des Schallkopfes ist also bei der Bildinterpretation zu berücksichtigen. Auch der gleichzeitige Betrieb mehrerer Ultraschallgeräte oder anderer elektrischer Geräte (Kühlschrank, Heizung etc.) kann im gesamten Bild „Störechos“ hervorrufen (POULSEN NAUTRUP u. TOBIAS 2001). Einige physikalische Artefakte, wie das Rauschen, betreffen die Qualität des gesamten Ultraschallbildes. Andere Artefakte betreffen nur bestimmte Bildausschnitte. Sie können, wie die technischen Artefakte, die Beurteilung von Ultraschallbildern erheblich erschweren (z.B. das Rauschen). In anderen Fällen können sie jedoch die Befunderhebung auch erleichtern (z. B.
Schallschatten, Schallverstärkung) (FLÜCKINGER 1997, POULSEN NAUTRUP u.
TOBIAS 2001).
B.2.5.1 Rauschen
Als Rauschen werden zahlreiche kleine bis mittelgroße, mehr oder weniger unregelmäßige Echos im Bild bezeichnet (BÖNHOF 1987, POULSEN NAUTRUP u.
TOBIAS 1998). Auf dem Bildschirm erscheinen vor allem schallkopfnah, in einigen Fällen auch besonders auffällig in anechogenen Gebieten „Schneegestöber“
(FLÜCKINGER 1997). Das Rauschen entsteht meist als Folge zu großer Schallverstärkung, kann aber durch Verringerung der tiefenabhängigen Verstärkung im verrauschten Bereich unterdrückt werden (POULSEN NAUTRUP u. TOBIAS 2001).
B.2.5.2 Wiederholungsechos
An Grenzflächen zwischen Geweben mit sehr unterschiedlicher Impedanz kann es zu Mehrfachspiegelungen oder Wiederholungsechos kommen. Im Anschluss an die erste, echte Reflexion treten, jeweils im gleichen Abstand, mehrere Echos mit abnehmender Intensität (Revertebrationen) auf (AVRUCH u. COOPERBERG 1985, BÖNHOF 1987, POULSEN NAUTRUP u. TOBIAS 2001). Zwischen den Echos liegen anechogene Bänder (FLÜCKINGER 1997). Typischerweise treten solche Artefakte im Thorax an der Pleuraoberfläche oder bei ungenügender Ankopplung des Schallkopfes an die Haut auf (POULSEN NAUTRUP u. TOBIAS 2001). Eine Sonderform der Wiederholungsechos stellen Kometenschweifartefakte dar. Sie entstehen durch das Auftreffen einer Schallwellenfront auf mehrere, dicht nebeneinander liegende starke Reflektoren (z.B. Gasbläschen) und den daraus entstehenden, entsprechend intensiven Mehrfachreflexionen (FLÜCKINGER 1997).
Helle, leicht radiär verlaufende Streifen distal der echoreichen Strukturen wirken wie
„Kometenschweife“. Auch akustische Spiegelbilder gehören zu den Wiederholungsechos. Strukturen, die proximal echogener, glatter Grenzflächen wie dem Zwerchfell und dem Perikard liegen, können aufgrund von Mehrfachreflexionen an diesen Oberflächen gespiegelt distal dieser erscheinen (POULSEN NAUTRUP u.
TOBIAS 2001).
B.2.5.3 Schallschatten
Schallschatten entstehen, wenn in einem Gewebe (z.B. Knochen, Blasensteine, Gewebeverkalkungen) Schallstrahlen zum Teil reflektiert, aber überwiegend absorbiert werden. Im Ultraschallbild können distal der absorbierenden Struktur keine weiteren Strukturen sonographisch differenziert werden (POULSEN NAUTRUP u.
TOBIAS 2001). Einer (hyper)echogenen Struktur folgt also eine anechogene Zone, der akustische Schatten (FLÜCKINGER 1997). Bei unvollständiger Totalreflexion und -absorbtion spricht man von einem inkompletten Schallschatten. Für die Echokardiographie sind vor allem die Schallschatten der Rippen hinderlich, da sie das Schallfenster einengen. Auch im Randbereich von flüssigkeitsgefüllten Hohlräumen oder abgerundeten Organoberflächen entsteht durch starke Brechung an der abgerundeten Wand ein schmaler, divergierender, meist inkompletter Schallschatten (Randschatten) (POULSEN NAUTRUP u. TOBIAS 2001).
B.2.5.4 Schichtdickenartefakte
Schichtdickenartefakte treten am Rand von flüssigkeitgefüllten Organen (z.B.
Harnblase, Herzkammern) als Saum feiner, unscharf begrenzter Echos auf (BÖNHOF 1987, POULSEN NAUTRUP u. TOBIAS 2001). Trifft ein Ultraschallimpuls großer lateraler Ausdehnung schräg auf eine Grenzfläche, werden die Echos vom Rand der Struktur sowohl vor als auch hinter der echten Struktur abgebildet (KAARMANN 1988). Es entsteht ein Saum mittlerer Echogenität mit unscharfer Kontur, der zu Fehldeutungen führen kann (FLÜCKINGER 1997). Durch exakte Einstellung der Fokuszone und senkrechtes Auftreffen der Schallwellen verschwinden diese Artefakte (POULSEN NAUTRUP u. TOBIAS 2001).
B.2.5.5 Schallverstärkung
Distal flüssigkeitgefüllter Organe tritt eine relative Schallverstärkung auf. Bei dem Durchlaufen eines Gebietes mit schwacher Dämpfung werden die Schallimpulse weniger stark abgeschwächt, als in lateral benachbarten Geweben mit stärkerer Dämpfung (BÖNHOF 1987, KAARMANN 1988). Das heißt im Anschluss an die
flüssigkeitgefüllten Hohlräume werden Strukturen deutlicher dargestellt als die laterale Umgebung. Eine teilweise weniger starke Abschwächung des Schallstrahls führt distal also zu einer scheinbaren Bildverstärkung (POULSEN NAUTRUP u.
TOBIAS 2001).
B.2.5.6 Tiefenartefakte
Liegen Strukturen sehr tief, kann es vorkommen, dass die Echos dieser Strukturen den Schallkopf erst wieder nach dem nächsten Impuls erreichen. Die Echos erscheinen dann fälschlicherweise schallkopfnah (FLÜCKINGER 1997).
B.3 Echokardiographie beim herzgesunden Großtier
Unter Echokardiographie versteht man die nicht invasive Darstellung des Herzens bzw. Herzdiagnostik mittels Ultraschall (PSCHYREMBEL 2001).
In Anlehnung an die Erkenntnisse aus der Humanmedizin (KREIDL 1950, EDLER u.
HERZ 1954, FEIGENBAUM et. al. 1968, FEIGENBAUM u. HALMEN 1969, SAHN et al. 1978, HENRY et al. 1980) begann man in der Veterinärmedizin Mitte der siebziger Jahre Echokardiographie als diagnostisches Hilfsmittel zu nutzen (LAMB et al. 1988).
Da der A-Mode zu diesem Zeitpunkt in der Diagnostik bereits überholt war, erfolgten die ersten Untersuchungen im M-Mode (PROHOST et al. 1975, MASHIRO et al.
1976, PIPERS u. HAMLIN 1977, PIPERS et al. 1978). Ab 1979 wurde auch der zweidimensionale B-Mode (SALCEDO 1979) in der Veterinärmedizin genutzt. Im Folgenden soll nur auf Anwendungen der Echokardiographie bei Großtieren eingegangen werden.
B.3.1 Vorbereitung der echokardiographischen Untersuchung
Die echokardiographischen Untersuchungen aller bislang veröffentlichten Studien über herzgesunde Pferde und Rinder fanden am stehenden Tier statt. In einigen Fällen waren die Tiere sediert (PIPERS u. HAMLIN 1977, CARLSTEN 1987), in der
Regel war eine Sedation jedoch nicht nötig (LESCURE u. TAMZALI 1983, LESCURE u. TAMZALI 1984, YAMAGA u. TOO 1984, YAMAGA u. TOO 1986, YAMAGA u.
TOO 1987, STADLER et al. 1988, ROBINE 1990, AMORY et al. 1991, REWEL 1991, LONG 1992, LONG et al. 1992, SCHWEIZER 1998). Die Tiere wurden zur Ruhigstellung im Allgemeinen in einer Box bzw. einem Stand untersucht (LESCURE u. TAMZALI 1983, LESCURE u. TAMZALI 1984, O`CALLAGHAN 1985, AMORY et al. 1991, AMORY u. LEKEUX 1991, VÖRÖS et al. 1991, AMORY et al. 1992, SCHWEIZER 1998). Das Fell im echokardiographischen Fenster wurde meist rasiert oder fein geschoren (CARLSTEN 1987, STADLER et al. 1988, ROBINE 1990, AMORY et al. 1991, AMORY u. LEKEUX 1991, REWEL 1991, AMORY et al. 1992, LONG 1992, LONG et al. 1992, SCHWEIZER 1998), bei Tieren mit feinem Haarkleid wurde darauf jedoch z.T. auch verzichtet (PIPERS u. HAMLIN 1977, PIPERS et al.
1978, LONG 1992, LONG et al. 1992). Alle Autoren empfahlen die Verwendung von ausreichend Ultraschallkontaktgel, um eine luftblasenfreie Ankopplung zu gewährleisten. Das Vorstellen der Vordergliedmaße der jeweils untersuchten Seite hat sich bei Pferd und Rind als für die Untersuchung nützlich erwiesen (PIPERS u.
HAMLIN 1977, PIPERS et al. 1978, LESCURE u. TAMZALI 1983, YAMAGA u. TOO 1984, STADLER et al. 1988, ROBINE 1990, AMORY et al. 1991, REWEL 1991, LONG et al. 1993, SLATER u. HERRTAGE 1995, SCHWEIZER 1998).
B.3.2 Bildqualität der echokardiographischen Untersuchung
Die Qualität des dargestellten Ultraschallbildes unterscheidet sich von Tier zu Tier.
Laut STADLER et al. (1988), LONG et al. (1992) und SCHWEIZER (1998) war die Qualität des Ultraschallbildes bei adipösen Tieren schlechter als bei schlanken Pferden. CARLSTENS (1987) konnte dagegen keine signifikante Korrelation zwischen Körpergewicht und Bildqualität beobachten. Hochträchtigkeit erschwerte die Darstellung (STADLER et. al.1988) ebenso wie die schmalen Interkostalräume beim Rind (VÖRÖS et al. 1991, SCHWEIZER 1998). Hier gelang die Ankopplung der Sonde schlecht, beim Drehen oder Kippen der Sonde schränkten reflektierende Rippen den Bildausschnitt ein. Auch bei unruhigen Tieren und Tieren, die eine
Vorstellung des jeweiligen Vorderbeines nicht duldeten, war die Darstellung der Schnittbilder erschwert (SCHWEIZER 1998). In der Expirationsphase war die Bildqualität in der Regel besser als während der Inspirationsphase, da in dieser Phase des Atemzyklus Störungen durch lufthaltiges Lungengewebe geringer sind (CARLSTEN 1987). STADLER (1988) und LONG et al. (1992) gelang die Darstellung des Herzens von rechts in einer besseren Bildqualität als von links. CARLSTEN (1987) und SCHWEIZER (1998) gaben dagegen an, dass sich die Strukturen des rechten Herzens von der rechten Körperseite aus besser darstellen ließen, die des linken Herzens aber von beiden Körperseiten klar sichtbar waren. Nur die Pulmonalklappe bildeten hier eine Ausnahme, sie ließ sich von links besser darstellen (YAMAGA u. TOO 1984, SCHWEIZER 1998).
B.3.3 Echokardiographische Untersuchungen an herzgesunden Pferden
B.3.3.1 Beim Pferd verwendete Schallköpfe und Schallfrequenzen
Beim Pferd sind zwischen 27 cm (MARR 1994) und 35 cm (BONAGURA 1983) Eindringtiefe nötig, um das gesamte Herz eines adulten Pferdes von rechts vollständig zu untersuchen. Ist diese Tiefe nicht zu erzielen, muss das Herz zur vollständigen Beurteilung von beiden Körperseiten aus betrachtet werden (CARLSTEN 1987, LONG 1992). Um eine für die Untersuchung adäquate Eindringtiefe zu ermöglichen, müssen bei der echokardiographischen Untersuchung des Pferdeherzens Schallköpfe mit relativ niedrigen Frequenzen angewendet werden. Auch hat sich aufgrund des kleinen thorakalen Fensters die Verwendung eines Sektorschallkopfes als vorteilhaft erwiesen (STADLER 1988, LONG 1992). Es kamen jedoch auch Linearscanner zum Einsatz (YAMAGA u. TOO 1984). Bei den im M-Mode vorgenommenen Studien an herzgesunden Pferden wurden bislang 1,9 MHz bis 2,5 MHz Schallköpfe verwendet (PIPERS u. HAMLIN 1977, LESCURE u. TAMZALI 1983, LESCURE u. TAMZALI 1984, YAMAGA u. TOO 1984, O´CALLAGHAN 1985, YAMAGA u. TOO 1986, YAMAGA u. TOO 1987, REWEL 1991, LONG 1992, SLATER u. HERRTAGE 1995). Im B-Mode kamen Sektorschallköpfe mit einer Frequenz von 2,25 MHz bis 3,5 MHZ zum Einsatz
(BONAGURA 1983, CARLSTEN 1987, STADLER et al. 1988, ROBINE 1990, VÖRÖS et al. 1990, VÖRÖS et al. 1991, LONG 1992, LONG et al. 1992, MARR 1994). YAMAGA u. TOO (1984) verwendeten auch im B-Mode 3,0 bis 5,0 MHz Linearscanner. Für Fohlen eignen sich Frequenzen zwischen 3,5 und 5 MHz (LONG 1992, MARR 1994).
B.3.3.2 Beim Pferd genutzte echokardiographische Fenster
Die Untersuchungen im M-Mode fanden zumeist von der rechten Körperseite aus statt. Der Schallkopf wurde entweder im vierten Interkostalraum (LESCURE u.
TAMZALI 1983, LESCURE u. TAMZALI 1984), im dritten und vierten Interkostalraum leicht dorsal des Olekranon (O´CALLAGHAN 1985, REWEL 1991) oder im vierten und fünften Interkostalraum ca. 25 cm dorsal des Sternums (PIPERS et al. 1977) aufgesetzt. YAMAGA u. TOO (1984) untersuchten das Herz von rechts und links im vierten und fünften Interkostalraum etwas oberhalb des Olekranon. Im B-Mode wurden entsprechende Anschallpositionen gewählt. CARLSTEN (1987) definierte beidseits den zweiten oder dritten Interkostalraum als kraniale Position, den vierten oder fünften Interkostalraum als kaudale Position. Sein Schallfenster lag dort je ca.
20 bis 25 cm dorsal des Sternums. Diese Bezeichnungen für die Schallfenster leicht dorsal des Olekranon nutzten auch STADLER et al. (1988) und ROBINE (1990), wobei von ihnen jeweils der dritte Interkostalraum als kraniale Position und der vierte Interkostalraum als kaudale Position bezeichnet wurden. VÖRÖS et al. (1990, 1991) untersuchten von rechts und links aus dem dritten bis fünften Interkostalraum. LONG (1992) sowie LONG et al. (1992) beschrieben als Schallfenster den vierten und fünften Interkostalraum der rechten und linken Körperseite gerade oberhalb des Olekranon. Auch SLATER u. HERRTAGE (1995) griffen auf diese Schallfenster zurück.
B.3.3.3 M-Mode echokardiographische Untersuchungen beim Pferd
1977 führten PIPERS u. HAMLIN als erste an 25 Pferden verschiedener Rassen echokardiographische Untersuchungen und Messungen im M-Mode durch. Die
gelang ihnen die Darstellung der Klappenbewegung von Mitral- und Aortenklappen, sowie die Darstellung und Vermessung der Aortenwurzel, des linken Atriums und des Bulbus aortae. Im Schnittbild der Längsachse des Herzens war die Darstellung und Vermessung der linken freien Ventrikelwand, des interventrikulären Septums und der rechten und linken Herzkammer möglich. Für die vermessenen Strukturen gaben sie Richtwerte an. Auch LESCURE u. OLIVER (1980) beschrieben die Bewegungsmuster dieser mit der M-Mode Technik darstellbaren Strukturen, besonders der Mitralklappe. LESCURE u. TAMZALI (1983) untersuchten, unter A- Mode Kontrolle, 140 Pferde verschiedener Rassen und gaben ebenfalls Richtwerte zu Herzdimensionen an. Diese beinhalteten nicht nur die kardialen Dimensionen wie bei PIPERS u. HAMLIN (1977), sondern auch funktionelle Parameter wie z.B. das Schlagvolumen, das Herzminutenvolumen und die Verkürzungsfraktion des linken Ventrikels (zur Beurteilung der myokardialen Funktion), sowie Angaben zur Schlussgeschwindigkeit der Mitral- und Aortenklappen. Sie betonten wie MARR (1994) die Bedeutung der M-Mode Echokardiographie bei der Beurteilung der funktionellen Auswirkungen einer Herzerkrankung gerade beim Pferd, dessen Herz radiologisch relativ unzugänglich ist. Auch YAMAGA u. TOO (1984) beschrieben, unter Lagekontrolle des M-Mode Schallstrahles im B- statt im A-Mode, die Bewegungsmuster und Darstellbarkeit der kardialen Strukturen. Ihnen gelang nicht nur die Darstellung der Aortenwurzel, des linken Atriums, des Bulbus aortae, der linken freien Ventrikelwand, des interventrikulären Septums und der rechten und linken Herzkammer sowie der Mitral- und Aortenklappen, sondern auch der Pulmonal- und Trikuspidalklappen. Letztere war jedoch meist nur in der Diastole sichtbar. REWEL (1991) ermittelte ausführliche Normwerte der Herzdimensionen und Bewegungsmuster der Herzklappen beim Warmblutpferd. Wie zum Teil bei PIPERS u. HAMLIN (1977) und LESCURE u. TAMZALI (1983) gelang ihr die Darstellung und Vermessung der Bewegungsmuster der Herzklappen (bei der Trikuspidalklappe nur die Darstellung) und der Herzkammern. Die Strukturen der Herzkammern wurden bis auf die rechtsventrikuläre freie Wand auf Höhe der Papillarmuskeln (PPM) und unterhalb der Mitralklappe (UMV) im Schnittbild der Längsachse des Herzens vermessen. PIPERS u. HAMLIN (1977) sowie LESCURE u. TAMZALI (1983) führten
Messungen nur auf der Höhe der PPM durch. Wie LESCURE u. TAMZALI (1983) berechnete auch REWEL (1991) funktionelle Parameter wie z.B. das Schlagvolumen, das Herzminutenvolumen und die prozentuale Verkürzungsfraktion des linken Ventrikels und machte Angaben zur Schlussgeschwindigkeit der Mitral- und Aortenklappen. LONG (1992) sowie LONG et al. (1992) beschrieben ebenfalls Methoden zur standardisierten Darstellung der kardialen Strukturen beim Pferd im M- Mode und die diagnostischen Möglichkeiten. Echokardiographische Dimensionsmessungen zur Ermittlung von Referenzwerten wurden an 27 Vollblutpferden durchgeführt. Die Messungen erfolgten nur in Schnittbildern des Herzquerschnitts, die Strukturen der Herzkammern wurden, bis auf die rechtsventrikuläre freie Wand, auf Höhe der PPM vermessen. Die Ergebnisse entsprachen denen von LESCURE u. TAMZALI (1984), die Dimensionen waren jedoch größer als die von PIPERS u. HAMLIN (1977) ermittelten.
B.3.3.4 B-Mode echokardiographische Untersuchungen beim Pferd
YAMAGA u. TOO (1984) führten beim Pferd als erste echokardiographische Untersuchungen im zweidimensionalen B-Mode durch. Sie beschrieben, wie für den M-Mode, Bewegungsmuster und Darstellbarkeit der Mitral-, Trikuspidal-, Aorten- und Pulmonalklappen, des Bulbus aortae, des linken Vorhofes sowie des rechten und linken Ventrikels. Dies war ihnen aufgrund der Verwendung eines Linearschallkopfes nur im Schnittbild der Längsachse des Herzens möglich. Erst CARLSTEN (1987) entwickelte eine standardisierte Untersuchungstechnik im zweidimensionalen B- Mode. Er empfahl gemäß den Richtlinien der „American Society of Echocardiography“ (HENRY et al. 1980) die Darstellung der Herzstrukturen auf einem Sektorbild, wobei in der langen Herzachse die Herzspitze nach links und die Herzbasis nach rechts ausgerichtet werden sollte. Er definierte als Anschallebene die rechte kaudale und kraniale lange (LA = Längsschnitt) und kurze Achse (KA = Querschnitt), sowie die linke kaudale und kraniale lange und kurze Achse mit genauem Schallwinkel. Er identifizierte dabei folgende Herzstrukturen: rechter Ventrikel, rechtes Atrium, Trikuspidalklappe, Pulmonalklappe, interventrikuläres Septum, linker Ventrikel, linkes Atrium, Mitralklappe, Aortenklappe und Aortenwurzel.
CARLSTEN (1987) fand die B-Mode Technik der M-Mode Technik zwar in räumlicher Hinsicht bei der Festlegung standardisierter Schnittbilder überlegen, jedoch in Bildwiederholungsrate und Auflösungsvermögen unterlegen, so dass er die Kombination beider Untersuchungstechniken empfahl. Zu dieser Erkenntnis kamen auch STADLER et al. (1988). Sie griffen die von CARLSTEN (1987) empfohlenen Anschallpositionen und acht Schnittbilder auf und führten an sieben klinisch gesunden und dreizehn herzkranken Warmblutpferden Untersuchungen durch, um die Auffindbarkeit von Herzstrukturen zu prüfen. Sie stellten dabei fest, dass für die untersuchten Warmblutpferden bis auf zwei Ausnahmen zur Darstellung bestimmter Herzstrukturen bei allen die gleichen Schallkopfpositionen galten. ROBINE (1990) ermittelte daraufhin, ausgehend von den von CARLSTEN (1987) entwickelten und von STADLER et al. (1988) als gut wiederholbar befundenen Standardschallpositionen, B-Mode Richtwerte für die Herzdimensionen von 45 Warmblutpferden. Folgende Parameter wurden, zum Teil wiederholt in verschiedenen Schnittbildern, gemessen: die Dicke der rechtsventrikulären und der linksventrikulären (UMV, PPM) freien Wand, des interventrikulären Septums (UMV, PPM), der Durchmesser des linken und rechten Vorhofes, des rechten und linken (UMV, PPM) Ventrikels sowie der Durchmesser der Mitral-, Pulmonal- und Aortenklappenebene. VÖRÖS et al. (1991) sowie LONG (1992) und LONG et al.
(1992) beschrieben für den B-Mode ebenfalls Methoden zur standardisierten Darstellung der kardialen Strukturen beim Vollblutpferd und die diagnostischen Möglichkeiten dieser Ultraschalltechnik. Richtwerte wurden im B-Mode von LONG (1992) und LONG et al. (1992) nicht ermittelt, da LONG et al. (1992) aufgrund der im B-Mode gegenüber dem M-Mode niedrigeren Bildwiederholungsrate von zu großen Ungenauigkeiten bezüglich des Zeitpunktes der Messungen innerhalb eines Herzzyklus ausgingen. Die standardisierten B-Mode Anschallebenen sollten vielmehr der genauen Positionierung des M-Mode Schallstrahles dienen. Wie auch MARR (1995) betonten sie die Nützlichkeit der komplementären Informationen des B-Mode mit seinen Aussagen zur Morphologie, und des M-Mode mit seinen Informationen über Bewegungsmuster. VÖRÖS et al. (1991) ermittelte im B-Mode Herzdimensionen für das Vollblutpferd.
B.3.3.5 Auswirkungen von Rasse und Körpergewicht auf die für das Pferd ermittelten Herzdimensionen
LESCURE u. TAMZALI (1984) stellten bei M-Mode Messungen an 100 untrainierten Pferden unterschiedlicher Rassen, 20 trainierten englischen Vollblutpferden („Pur Sang Anglais“) im Renneinsatz sowie 34 trainierten Spring- und Vielseitigkeitspferden („Selle Français“) signifikante Unterschiede einiger gemessener Parameter fest. Sie kamen zu dem Ergebnis, dass bei den trainierten Vollblütern im Gegensatz zu den untrainierten Pferden im Mittel signifikant größere Durchmesser des linken Vorhofes und der linken Herzkammer (in Diastole) vorlagen.
Weiterhin ergab sich für die trainierten Vollblutpferde gegenüber den trainierten Tieren der Rasse „Selle Français“ im Mittel eine signifikant größere Dicke des interventrikulären Septums und der linksventrikulären freien Wand und ein signifikant kleinerer Durchmesser des linken Vorhofes und der Aorta. LESCURE u. TAMZALI (1984) schlossen daraus, dass nicht nur der Trainingszustand, sondern auch die Rasse einen Einfluss auf Herzdimensionen hat. Auch SLATER u. HERRTAGE (1995) kamen zu dem Schluss, dass an heterogenen Tiergruppen gewonnene Daten nicht in jedem Fall übertragbar sein müssen, nachdem sie eine heterogene Gruppe von 41 Equiden (kleine Ponies, große Ponies und Großpferde) mittels M-Mode untersucht hatten. Die Verkürzungsfraktion des linken Ventrikels war für jede der drei Gruppen ähnlich, korrelierte also nicht mit dem Körpergewicht. Betrachtete man die Gesamtgruppe, nahmen die gemessenen Herzdimensionen zwar mit dem Körpergewicht zu, betrachtete man hingegen die Gruppe der kleinen Ponies, der großen Ponies sowie der Pferde getrennt, ergab sich für diese Parameter innerhalb der Gruppen keine lineare Korrelation. Auch LESCURE u. TAMZALI (1984), REWEL (1991) und LONG et al. (1992) fanden keine lineare Korrelation zwischen dem Körpergewicht und den von ihnen gemessenen Herzdimensionen. Aufgrund ihrer Ergebnisse mahnten SLATER u. HERRTAGE (1995) zur Vorsicht bei der Beurteilung von Herzpatienten anhand von an anderen Pferderassen gewonnenen Daten.
B.3.3.6 Vergleich von für das Pferd echokardiographisch sowie pathologisch- anatomisch ermittelten Herzdimensionen
Um die Richtigkeit der mittels M-Mode Echokardiographie für Pferde ermittelten Herzdimensionen zu überprüfen, führten O’CALLAGHAN (1985) an 55 Pferden unterschiedlicher Rassen und ROBINE u. STADLER (1990) an acht Warmblutpferden zunächst echokardiographische Messungen im M-Mode bzw. B- Mode und daraufhin pathologisch-anatomische Dimensionsmessungen durch. Im M- Mode und pathologisch-anatomisch wurden auch von O’CALLAGHAN (1985) Dimensionen des linken Herzens ermittelt. Gemessen wurde sowohl sonographisch, als auch ca. zwei Stunden nach Schlachtung die Dicke des interventrikulären Septums, der linksventrikulären freien Wand sowie der Durchmesser des linken Ventrikels. O’CALLAGHAN (1985) ermittelte für das interventrikuläre Septum und die linksventrikuläre freie Wand keine signifikanten Unterschiede zwischen den systolisch und postmortal gemessenen Werten. Der Durchmesser des linken Ventrikels war dagegen postmortal signifikant kleiner als sowohl der diastolisch als auch der systolisch gemessene Durchmesser. Bei den von ROBINE u. STADLER (1990) durchgeführten Vergleichen zwischen echokardiographisch im B-Mode und postmortal ermittelten Myokarddicken lagen die postmortal ermittelten Wanddicken wie bei O’CALLAGHAN (1985) im Bereich der mit Ultraschall gemessenen systolischen Werte oder leicht darüber. VÖRÖS et al. (1990) führten Untersuchungen zur Genauigkeit von zweidimensionalen B-Mode Messungen an formalinfixierten Herzen geschlachteter Pferde durch. Dazu untersuchten sie fünfzehn Herzen in einem wassergefüllten Eimer echokardiographisch. Die so ermittelten Dimensionen (die Dicke des Interventrikularseptums, der Durchmesser beider Ventrikel, des linken Vorhofes, der Mitralklappen, der Aorta und die Länge der Chordae tendineae) wurden auch pathologisch-anatomisch vermessen. Es ergab sich eine enge Korrelation zwischen an den in vitro fixierten Pferdeherzen ultrasonographisch ermittelten und tatsächlichen pathologisch-anatomischen Dimensionen. Sie schlossen daraus, dass Echokardiographie eine verlässliche Methode sei, um kardiologische Dimensionen zu ermitteln. VÖRÖS et al. (1990) stellten auch fest, dass die Herzkammern bei fünf Tieren postmortal subjektiv kleiner
wirkten als in vor der Schlachtung aufgenommenen B-Mode Aufnahmen. Den Grund hierfür sahen sie wie O`CALLAGHAN (1985) in einer postmortalen Überkontraktion des blutleeren Herzens. Prinzipiell soll aber davon ausgegangen werden, dass die Herzen im Tod in systolischer Stellung arretieren (O’CALLAGHAN 1985, VÖRÖS et al. 1990).
B.3.4 Echokardiographische Untersuchungen an herzgesunden Rindern
B.3.4.1 Beim Rind verwendete Schallköpfe und Schallfrequenzen
Wie bei Pferden sollten auch bei Rindern zur echokardiographischen Untersuchung Sektorschallköpfe verwendet werden (VORÖS et al. 1992). YAMAGA u. TOO (1984) verwendeten als einzige einen Linearschallkopf. Angaben über die maximale Eindringtiefe der von diesen Autoren benutzten Schallköpfe liegen nicht vor.
BONAGURA (1983) gab jedoch an, dass für die echokardiographische Untersuchung im M-Mode Schallköpfe mit einer Frequenz zwischen 1,6 und 2,25 MHz und einer maximalen Eindringtiefe von 35 cm benötigt werden. Für M-Mode Untersuchungen zu Herzdimensionen beim Rind wurden bislang 2,25 MHz bis 3,0 MHz Schallköpfe verwendet (PIPERS et al. 1978, YAMAGA u. TOO 1984, YAMAGA u. TOO 1986, YAMAGA u. TOO 1987, SCHWEIZER 1998). Im B-Mode kamen ebenfalls Schallköpfe mit einer Frequenz von 2,25 MHz bis 3,0 MHz zum Einsatz (YAMAGA u.
TOO 1984, SCHWEIZER 1998). VÖRÖS et al. (1992) empfahlen für Kühe die Verwendung von 2,0-3,5 MHz Sektorschallköpfen. Für die Untersuchung von Kälbern eignen sich, je nach Körpergröße der Tiere, Frequenzen zwischen 3,0 und 6,0 MHz (AMORY et al. 1991, AMORY u. LEKEUX 1991, AMORY et al. 1992, VÖRÖS et al.
1992).
B.3.4.2 Bei Rindern genutzte echokardiographische Fenster
Die am adulten Rind vorgenommenen echokardiographischen Untersuchungen im M-Mode fanden bei PIPERS et al. (1978) von der rechten Körperseite aus im dritten und vierten Interkostalraum statt. Der Schallkopf wurde dort jeweils ca. 25 cm dorsal
ebenfalls den dritten und vierten Interkostalraum, aber von rechts und links als Schallfenster und setzten den Schallkopf leicht dorsal des Olekranon an.
SCHWEIZER (1998) führte einige M-Mode Messungen aus dem vierten Interkostalraum der rechten Körperseite 8 bis 10 cm dorsal des Olekranon durch. Für Untersuchungen im B-Mode empfahlen YAMAGA u. TOO (1984) die selben Anschallpositionen wie im M-Mode. VÖRÖS et al. (1992) und SCHWEIZER (1998) nutzten ebenfalls den dritten und vierten Interkostalraum für ihre Untersuchungen.
Das Schallfenster lag dabei beidseits 3 bis 10 cm dorsal des Olekranon. AMORY et al. (1991), AMORY u. LEKEUX (1991) und AMORY et al. (1992) untersuchten in ihren Studien Kälber parasternal aus dem fünften Interkostalraum der rechten Körperseite.
B.3.4.3 Bisher echokardiographisch untersuchte Rinderrassen
Mittels M-Mode wurden bislang echokardiographische Untersuchungen mit Dimensionsvermessungen an adulten Kühen der Rassen Holstein Friesian (HF) (YAMAGA u. TOO 1984, YAMAGA u. TOO 1986, YAMAGA u. TOO 1987) Schweizer Braunvieh (BV), Schweizer Fleckvieh (FV) und Schweizer Schwarzfleckvieh (SFV) (SCHWEIZER 1998) vorgenommen. PIPERS et al. (1978) machten keine Angaben über die Rasse der zu den Untersuchungen herangezogenen Tiere. Mittels B-Mode wurden echokardiographische Untersuchungen mit Dimensionsvermessungen bislang nur an adulten Kühen der Rassen Schweizer Braunvieh, Schweizer Fleckvieh und Schweizer Schwarzfleckvieh (SCHWEIZER 1998) vorgenommen. Bei Holstein Friesian Kühen handelt es sich um milchbetonte Zweinutzungsrinder mit einer Widerristhöhe von 140 (Kühe) bzw. 152 cm (Bullen) und einem Gewicht von 600 bis 700 kg (Kühe) bzw. 1000 bis 1200 kg (Bullen). Schweizer Braunvieh Kühe sind wie Schweizer Schwarzfleckvieh Kühe ebenfalls milchbetonte Zweinutzungsrinder mit einer Widerristhöhe von 135 bis 142 cm bzw. von 140 cm und einem Gewicht von 600 bis 700 kg bzw. von 650 bis 700 kg. Bei Schweizer Fleckvieh Kühen handelt es sich dagegen um Zweinutzungsrinder bei gleicher Betonung von Milch- und Fleischleistung mit einer Widerristhöhe von 138 bis 142 cm und einem Gewicht von 750 kg (SAMBRAUS 2001). Die milchbetonten Zweinutzungsrinder unterscheiden
sich also durchschnittlich nicht deutlich in der Körpergröße oder dem Gewicht, die Schweizer Fleckvieh Kühe dagegen sind, wohl aufgrund stärkerer Bemuskelung, durchschnittlich schwerer. Für echokardiographische Untersuchungen und Dimensionsvermessungen im M- und B-Mode an Kälbern wurden Tiere der Rassen Holstein Friesian (AMORY et al. 1991, AMORY u. LEKEUX 1991 und AMORY et al.
1992) sowie Weißblaue Belgier (WBB) (AMORY et al. 1991 und AMORY et al. 1992) verwendet. Bei den Tieren der Rasse Weißblaue Belgier handelt es sich um fleischbetonte Tiere mit einer Widerristhöhe von 138 bis 145 (Kühe) bzw. 145 bis 150 cm (Bullen) und einem Gewicht von 700 bis 800 (Kühe) bzw. 1100 bis 1300 kg (Bullen). Die Tiere der Rasse Weißblaue Belgier werden also mit ihrer starken Bemuskelung bei etwa gleicher Körpergröße deutlich schwerer als die Holstein Friesian Rinder.
B.3.4.4 M-Mode echokardiographische Untersuchungen beim Rind
PIPERS et al. (1978) untersuchten die Herzen 15 klinisch gesunder Kühe verschiedener Rassen im M-Mode-Verfahren und erstellten Richtwerte für sieben Parameter. Es wurde der Durchmesser des rechten Ventrikels, der Durchmesser des linken Ventrikels (in Systole und Diastole), der Durchmesser des linken Vorhofes sowie der Aortenwurzel, außerdem die Dicke der linken Kammerwand und des interventrikulären Septums gemessen (Tabelle 5). Dabei wurde der Schallstrahl für die Messung der Ventrikeldurchmesser, der Dicke der linksventrikulären Wand und des Septums auf Höhe der Papillarmuskeln gelegt. Für die Messung des Durchmessers des linken Vorhofes und der Aorta lag der Schallstrahl wenig proximal der Aortenklappe durch den Bulbus aortae. Angaben zum Zeitpunkt der Messung liegen nur für den Durchmesser der linken Herzkammer vor.
Tab. 5: Mittelwerte und Standardabweichung ( ± s) der M-Mode Messungen von PIPERS et al. (1978) an 15 klinisch gesunden Kühen (Köpergewicht ca.
300 kg) bei einer mittleren Herzfrequenz von 47 ± 5,9 Schlägen/min (keine Angaben zu evtl. Sedation). Gemessen aus dem dritten und vierten Interkostalraum
Rechter
Ventrikel Septum
Linker Ventrikel
Diastole
Linker Ventrikel
Systole
Linke Wand
Linkes
Atrium Aorta
± s
(cm) 3,0 ± 0,6 2,2 ± 0,3 7,5 ± 0,8 4,0 ± 1,2 2,0 ± 0,2 4,8 ± 0,6 6,0 ± 0,4 YAMAGA u. TOO (1984) beschrieben Anschallpositionen für die Darstellung der Mitral-, Trikuspidal-, Aorten- und Pulmonalklappe und der Strukturen der Herzkammern. Ausgehend von diesen Positionen erstellten YAMAGA u. TOO (1986) an 15 gesunden Kühen und 5 gesunden Färsen (YAMAGA u. TOO 1987) der Rasse Holstein Friesian M-Mode Vergleichswerte von Herzdimensionen (Tabelle 6), um pathologische Veränderungen bei acht herzkranken Patienten beurteilen zu können.
Messungen der Kammerwände und des interventrikulären Septums erfolgten aus der kurzen Achse zwischen dem Rand der Mitralklappen und den Papillarmuskeln, die Aorta und der linke Vorhof wurden in der langen Achse mit dem Schallstrahl durch die Aortenklappe vermessen (YAMAGA u. TOO 1984). Wie bei PIPERS et al. (1978) liegen hier nicht für alle Strukturen Angaben zum Zeitpunkt der Messung vor (Tabelle 6). Auch SCHWEIZER (1998) maß, mit dem Schallstrahl unterhalb der Mitralklappen, den Durchmesser des rechten und linken Ventrikels sowie die Dicke des interventrikulären Septums und der linksventrikulären freien Wand (Tabelle 7).
Tab. 6: Mittelwerte und Standardabweichung ( ± s) der M-Mode Messungen von YAMAGA und TOO (1986) an 15 klinisch gesunden Kühen (HR = 59 ± 7 Schläge/Minute, Körpergewicht = 589 ± 63 kg) sowie an fünf klinisch gesunden Färsen (HR = 70 ± 10 Schläge/Minute, Körpergewicht = 250 ± 52 kg) (YAMAGA und TOO 1987). Gemessen aus dem dritten und vierten Interkostalraum rechts und links
Parameter Messzeitpunkt ± s (cm)
(Kühe) ± s (cm) (Färsen) Rechtsventrikuläre freie Wand keine Angabe 0,9 ± 0,1 0,7 ± 0,1 Rechter Ventrikel keine Angabe 3,2 ± 0,6 2,7 ± 0,5 Interventrikular Septum Diastole 2,1 ± 0,2 1,3 ± 0,1 Diastole 9,7 ± 0,7 6,7 ± 0,2 Linker Ventrikel
Systole 5,7 ± 0,6 3,8 ± 0,2 Diastole 2,1 ± 0,2 1,3 ± 0,1 Linksventrikuläre freie Wand
Systole 3,7 ± 0,2 2,7 ± 0,1
Aorta keine Angabe 7,0 ± 0,3 5,0 ± 0,3
Linkes Atrium keine Angabe 5,6 ± 0,5 3,9 ± 0,1 Linkes Atrium / Aorta keine Angabe 0,8 ± 0,05 0,8 ± 0,02
B.3.4.5 B-Mode echokardiographische Untersuchungen beim Rind
VORÖS et al. (1992) beschrieben die Möglichkeit der Nutzung von zweidimensionaler B-Mode Echokardiographie in der Diagnostik von Missbildungen und Herzerkrankungen beim Rind (Herzbeutelergüsse, Kardiomyopathien und Endokarditiden). Sie stellten das Herz in der langen und der kurzen Achse dar, führten aber keine eigenen Messungen durch, sondern verwiesen auf das Fehlen von Referenzwerten für erwachsene Rinder. Um Normalwerte für die Herzdimensionen gesunder Kühe zu ermitteln, untersuchte SCHWEIZER (1998) 51 klinisch gesunde Kühe der Rassen Schweizer Braunvieh, Schweizer Fleckvieh und Schweizer Schwarzfleckvieh im B- Mode-Verfahren (Tabelle 7 und Tabelle 8). Dabei orientierte er sich an den von CARLSTEN (1987) und STADLER et al. (1988) verwendeten Anschallpositionen. In Diastole und Systole wurde der Durchmesser des rechten Ventrikels (unmittelbar unterhalb der Trikuspidalklappe), die Dicke des interventrikulären Septums (ohne Angaben des Messpunktes), der Aortendurchmesser (unmittelbar über der Klappe), der Durchmesser des linken Ventrikels (unmittelbar unterhalb der Mitralklappe), die Dicke der linksventrikulären freien Wand (ohne Angaben des Messpunktes) und der Durchmesser der Pulmonalklappen (unmittelbar über der Klappe) gemessen.
