Validierung neuer nicht-invasiver Parameter der diastolischen Absaugung im linken Ventrikel

Hintergrund

1. Klinischer Hintergrund: Herzinsuffizienz ist weltweit eine weit verbreitete Ursache für Morbidität und Mortalität. Trotz ihrer ähnlichen klinischen Manifestation sind systolische und diastolische Herzinsuffizienz zwei unterschiedliche Entitäten, die sich hinsichtlich Pathophysiologie, Diagnose, Prognose und Behandlung unterscheiden.

Eine diastolische Dysfunktion tritt früh im Beginn einer Herzinsuffizienz auf. In der Vergangenheit wurde die diastolische Dysfunktion häufig per Exclusionem als Herzinsuffizienz ohne Nachweis einer systolischen Dysfunktion definiert. Diese Definition kann für die klinische Diagnose angemessen sein, wenn eine konzentrische oder exzentrische LV-Hypertrophie gleichzeitig besteht, aber sie ist physiologisch irreführend, da die diastolische Dysfunktion fortbesteht oder sich mit dem Einsetzen einer systolischen Dysfunktion sogar verschlimmert. Es sollte berücksichtigt werden, dass die Symptome bei Herzinsuffizienz enger mit der diastolischen als mit der systolischen Dysfunktion zusammenhängen. Darüber hinaus scheint auch die Prognose der Herzinsuffizienz eher mit dem zugrunde liegenden Grad der diastolischen als mit der systolischen Dysfunktion zusammenzuhängen. Trotz ihrer klinischen Bedeutung sind jedoch große Studien zum Behandlungsergebnis bei diastolischer Herzinsuffizienz (wie die CHARM-Preserved- und PEP-CHF-Studien) rar und enttäuschend. Neben zahlreichen anderen sind drei wichtige Gründe für diese Datenknappheit: Überschätzung von Endpunktereignissen in den Power-Analysen der jeweiligen Studien, Mangel an Therapeutika, die speziell auf die diastolische Dysfunktion abzielen, und Mangel an einfachen echokardiographischen Parametern, mit denen die diastolische Funktion unabhängig gemessen werden kann aus Ladezuständen. Letzteres wird in der hier vorgestellten Studie thematisiert. Wie weiter unten detailliert beschrieben wird, ist die frühdiastolische Funktion untrennbar mit den endsystolischen Zuständen des Ventrikels verbunden. Ein echokardiographischer Parameter, der ein frühdiastolisches mechanisches Ereignis beschreibt, variiert daher sehr wahrscheinlich mit Änderungen der endsystolischen Bedingungen. Die vorliegende Studie wird neue Parameter der frühdiastolischen Funktion untersuchen, indem sie Kontraktilitätsänderungen hervorruft.

1.2 Physiologischer Hintergrund: Das menschliche Herz ist zweifellos eine Saugpumpe, die Blut ansaugen und wieder ausstoßen kann. Es gibt ein Konzept der frühdiastolischen Absaugung: Es wird angenommen, dass die systolische myokardiale Verkürzung potenzielle Energie in elastischen Fasern und Myozytenfilamenten speichert, die in der frühen Diastole freigesetzt werden, um eine Saugwirkung zu erzeugen und so zu einer schnellen LV-Füllung beizutragen.

1930 haben Katz et al. veröffentlichten erstmals eine Studie, die ein Saugphänomen in einer In-vitro-Präparation eines isolierten schlagenden Schildkrötenventrikels beschreibt. Sie zeigten, dass die frühdiastolische Volumenzunahme des Ventrikels mit einem Druckabfall zusammenfällt, was mit dem Konzept des Sogs vereinbar ist. Er kam zu dem Schluss, dass Kontraktion und Entspannung den elastischen Zustand des Ventrikels zwischen zwei Grenzen (endsystolisch und -diastolisch) verändern, und schlug einen Saugeffekt vor, der durch elastischen Rückstoß erzeugt wird. Diese Sichtweise stellte einen Paradigmenwechsel dar, da früher die Füllung als Ergebnis des Vorhofdrucks angesehen wurde. Definiert man Sog nach Katz, also Füllung bei Druckabfall, so wird er bei allen ausstoßenden Herzen beobachtet, unabhängig von Kontraktilität, endsystolischem Volumen oder Fülldruck. Diese Art des Sogs entspricht dem, was frühe Physiologen die Ventrikelfüllung „vis a fronte“ nannten: ein vom Herzen erzeugter Füllmechanismus. Es bildet gegenüber dem Füllreservoir eine Sogwirkung. Es kann sowohl als Folge von elastischem Rückstoß als auch von Entspannung auftreten.

In einem physikalisch strengeren Konzept wird Absaugen als Füllen bei negativem LV-Transmuraldruck definiert. Gemäß dieser Definition verrichtet die Ventrikelwand Arbeit, um Blut in den Hohlraum zu ziehen. Es gibt zwei wichtige Bedingungen für ein solches Saugereignis. Erstens muss das endsystolische Volumen kleiner sein als das Volumen des elastischen ventrikulären Gleichgewichts, sonst würde keine elastische Energie gespeichert werden. Zweitens muss die frühdiastolische Entspannung schnell genug sein, damit die Rückstellkräfte die verschwindenden Wirkkräfte überwiegen können. Der Saugvorgang dauert bis zum Erreichen des Gleichgewichtsvolumens. Der Vorhofdruck dehnt dann den Ventrikel auf ein Volumen aus, bei dem ein Kräftegleichgewicht zwischen Füllungsdruck und ventrikulärer passiver Spannung jeden weiteren Fluss behindert (Diastase). Das Diastasevolumen ist wahrscheinlich höher als das elastische Gleichgewichtsvolumen, das eine ventrikuläre Materialeigenschaft ist. Da die LV-Füllung selbst sehr schnell jeden negativen transmuralen Druck aufhebt und das Gleichgewichtsvolumen des LV wahrscheinlich klein ist, wurde der Sog gemäß dieser Definition fast ausschließlich unter bestimmten Umständen gemessen, wie z. B. in fast leeren Ventrikeln (z. künstlich niedriger Nachlast), bei künstlicher Füllungslosigkeit oder bei inotroper Stimulation.

1.3 Konzept zur Erprobung neuer Parameter: In der aktuellen Studie werden mehrere Schritte der Modellreduktion erprobt. Jede Reduktion soll dazu führen, dass nicht-invasive Messungen bei reduzierter Echoqualität immer einfacher und durchführbar werden. Der Vergleich mit dem Goldstandard wird dann die Kosten von Modellreduktionen in Bezug auf Genauigkeit und Vorhersagekraft aufzeigen. Da direkte Druckmessungen nicht-invasiv nicht durchführbar sind, sind einige Vereinfachungen des Pumpenmodells zwingend erforderlich. Am sinnvollsten ist es, das Herz auf ein 1-dimensionales, kolbenartiges Pumpsystem zu reduzieren, das sich nur in apiko-basaler Richtung bewegt (Längsfunktion). In einem solchen Modell sind nicht nur Kontraktionen, sondern auch Fließrichtungen longitudinal. Die 1-dimensionale Euler-Gleichung kann dann verwendet werden, um augenblickliche atrioventrikuläre Druckgradienten aus Farbdoppler-M-Modus-Echokardiogrammen zu berechnen. In ähnlicher Weise kann die apiko-basale Verschiebung des "Kolbens" leicht durch M-Mode-Echokardiogramme des Mitralrings (Mitralringebene systolische Exkursion, MAPSE) gemessen werden. In Kombination kann die Sogwirkung des Ventrikels relativ zum linken Vorhof beurteilt werden. Eine weitere Vereinfachung besteht darin, MAPSE durch die weit verbreiteten Doppler Tissue Imaging (DTI)-Parameter der systolischen (s') und frühdiastolischen (e') Geschwindigkeit zu ersetzen. Die Referenzmethode dieser Studie wird aus einer invasiv gemessenen Saugarbeit bestehen, mit der die neuen Parameter direkt verglichen werden.

Zielsetzung

Die Studie wird durchgeführt, um prospektiv neue, nicht-invasive Parameter der frühdiastolischen Funktion auf ihre Eignung zur Quantifizierung des physiologischen Phänomens der LV-Absaugung zu testen.

Hypothese: Folgende Parameter korrelieren signifikant mit der LV-Saugarbeit, jedoch in absteigender Größenordnung (r2): absolute Saugarbeit aus Druck/MAPSE, relative Saugarbeit aus IVPG/MAPSE, e'/L0, e'/s', ( in Ruhe und unter Dobutamin).

Methoden

Referenz für LV-Absaugarbeiten: Leitkatheter wird durch die Aortenklappe eingeführt und entlang der Längsachse des LV platziert. Kontinuierliche Leitfähigkeit wird in LV-Volumendaten umgewandelt und gleichzeitig werden Druckmessungen durchgeführt.

Echoparameter:

IVPG (intraventrikuläre Druckgradienten) wird aus Farbdoppler-M-Mode-Echokardiogrammen berechnet. Diese Bildgebungsmodalität erzeugt ein farbcodiertes Längsprofil der Vorwärtsströmungsgeschwindigkeit (y-Achse) über der Zeit (x-Achse). Solche Geschwindigkeitskarten können dann verarbeitet werden, um momentane Druckgradienten zwischen zwei beliebigen Punkten auf der Längsachse abzurufen.

MAPSE (systolische Exkursion der Mitralringebene) wird mit einem M-Mode-Echokardiogramm des septalen und lateralen Mitralrings durchgeführt.

Gewebegeschwindigkeit: Die systolische Spitzengeschwindigkeit (s') und die frühe diastolische negative Spitzengeschwindigkeit (e') des septalen und lateralen Mitralanulus werden durch Pulswellen-Doppler-Gewebebildgebung (DTI) gemessen.