Spezifität und Sensitivität elektrokardiographischer Veränderungen

Aus der Medizinischen Klinik II
des Marienhospitals Herne
Universitätsklinik der Ruhr-Universität Bochum
Direktor: Prof. Dr. med. H.-J. Trappe
Spezifität und Sensitivität elektrokardiographischer Veränderungen bei
Patienten mit mittels der kardiovaskulären Magnetresonanztomographie
nachgewiesenem nicht-transmuralen und transmuralen chronischen
Myokardinfarkt
Inaugural – Dissertation
zur Erlangung des Doktorgrades der Medizin
einer
Hohen Medizinischen Fakultät
der Ruhr-Universität Bochum
vorgelegt von
Binu Sebastian John-Puthenveettil
aus Paderborn
2007
Dekan:
Referent:
Prof. Dr. med. G. Muhr
Prof. Dr. med. H.-J. Trappe
Koreferent: Prof. Dr. med. Dieter Horstkotte
Tag der mündlichen Prüfung: 25.10.2007
2
Meinen Eltern und meiner Tante Maria gewidmet.
3
ABSTRACT
John-Puthenveettil
Binu Sebastian
Spezifität
und
kardiovaskulären
Sensitivität
elektrokardiographischer
Magnetresonanztomographie
Veränderungen
nachgewiesenem
bei
Patienten
nicht-transmuralen
mit
und
mittels
der
transmuralen
chronischen Myokardinfarkt.
Problem: Das 12-Kanal-Elektrokardiogramm (EKG) ermöglicht im klinischen Alltag die Diagnose von
Myokardinfarkten und deren Lokalisation im Bereich des Herzens. Allein durch das EKG ist die Unterscheidung
zwischen nicht-transmuralen (nt) und transmuralen (t) Myokardinfarkten schwierig. Q-Zacken werden zur
Detektion von chronischen Infarkten eingesetzt.
Durch die kontrastmittelverstärkte kardiovaskuläre
Magnetresonanztomographie (K-CMR) ist es möglich, die transmurale Ausdehnung eines Myokardinfarktes
exakt zu bestimmen. Ferner kann die Lokalisation des Infarktes und die Berechnung der infarzierten
Myokardmasse durchgeführt werden. Wir evaluierten erstmals in vivo das EKG hinsichtlich der Unterscheidung
zwischen t- und nt-Infarkten sowie der Bestimmung der Infarktlokalisation und untersuchten die Sensitivität von
Q-Zacken bezüglich Präsenz und Transmuralität der chronischen Myokardinfarkte. Die Kontrast-CMR diente als
Goldstandard.
Methode: 90 Patienten (64.6 ±11.1 Jahre) mit stattgehabtem Infarkt in der Vorgeschichte (Infarktalter 7.4 ±3.6
Monate) wurden im Rahmen einer prospektiv angelegten Studie mittels der K-CMR (1,5 Tesla Scanner,
Magnetom,
Siemens,
Erlangen,
Deutschland)
untersucht.
Bilder
im
horizontalen
und
vertikalen
Längsachsenschnitt sowie in 3 Kurzachsenschnitten wurden mit einer Gradienten-Echo-Sequenz (segmented
FLASH) 15 Min nach Gabe von 0,15 mmol pro kg Körpergewicht
Gadolinium-DTPA (Firma Schering,
Deutschland) akquiriert. Bei allen Patienten wurde vor der K-CMR ein 12-Kanal-EKG (Marquette MAC 1200,
Marquette Hellige, Freiburg) abgeleitet. Bei einer Untergruppe von 41 Patienten (61.3 ± 11.4 Jahre) wurde
zusätzlich die Infarktmasse nach der Formel Infarktfläche (cm²) x Schichtdicke (cm) x 1.05 g/cm berechnet.
Ergebnis: 45 Patienten wiesen einen t-Infarkt, 45 Patienten einen nt-Infarkt auf. Die Häufigkeit von Q-Zacken ist
bei transmuralen und nicht-transmuralen Myokardinfarkten nicht signifikant unterschiedlich (p=0.183). Die
Sensitivität des EKG bezüglich der Infarktlokalisation war bei inferioren Infarkten am höchsten (61,9%), die
Spezifität bei lateralen Infarkten (96,1%). Kappa als Maß zur Übereinstimmung war im lateralen sowie
anterolateralen Segment am größten (Kappa 0.55). In der Untergruppe hatten 18 von 41 Patienten einen t-Infarkt
und 23 einen nt-Infarkt. Es zeigte sich keine signifikante Korrelation zwischen Q-Zacke im EKG und der
Transmuralität des Infarktes. Infarkte mit Q-Zacken im EKG hatten eine größere Infarktmasse als Infarkte ohne
Q-Zacke (Median 6,1 versus 4 g, p= 0,0348). Die Sensitivität der Q-Zacken im EKG betrug für die Präsenz eines
Infarktes 37% und für die Transmuralität eines Infarktes 39%.
Diskussion: T-Infarkte können von nt-Infarkten mittels des EKG nicht unterschieden werden. Die Häufigkeit von
Q-Zacken in transmuralen und nicht-transmuralen chronischen Myokardinfarkten unterscheidet sich nicht
signifikant. Die Sensitivität des EKG zur Lokalisation von inferioren Infarkten ist am höchsten, die Spezifität ist für
laterale Infarkte am höchsten. Insgesamt werden anterolaterale und laterale Infarkte im EKG am genauesten
erkannt. K-CMR dient der exakten Lokalisierung des Infarktes und Beurteilung der transmuralen Ausdehnung.
Die Sensitivität von Q-Zacken im EKG hinsichtlich des Vorhandenseins und der Transmuralität von Infarkten ist
gering. Q-Zacken im EKG sind mit einer größeren Infarktmasse assoziiert, ungeachtet der Transmuralität des
Infarktes.
4
Inhaltsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis ................................................................................... 8
1. Einleitung .................................................................................................... 10
1.1. Das physiologische Herz ........................................................................ 11
1.1.1. Anatomie........................................................................................... 11
1.1.2. Koronararterien................................................................................. 14
1.1.3. Erregungsbildungs- und Erregungsleitungssystem........................... 16
1.2. Das pathologische Herz.......................................................................... 19
1.2.1. Definition der KHK ............................................................................ 19
1.2.2. Prädilektionsstellen der KHK ............................................................ 20
1.2.3. Atherosklerose.................................................................................. 21
1.2.4. Stabile Angina pectoris ..................................................................... 22
1.2.5. Instabile Angina pectoris................................................................... 22
1.2.6. Stunned myocardium und hibernating myocardium.......................... 22
1.2.7. Myokardinfarkt .................................................................................. 24
1.2.7.1. Definition..................................................................................... 24
1.2.7.2. Pathogenese............................................................................... 25
1.2.7.3. Traditionelle Einteilung der Myokardinfarkte ............................... 26
1.2.7.4. Einteilung der Myokardinfarkte in der heutigen Praxis ................ 27
1.2.7.5. Die Myokardinfarktnarbe............................................................. 28
1.3. Kardiovaskuläre Magnetresonanztomographie....................................... 29
1.3.1. Einführung ........................................................................................ 29
1.3.2. Geschichte der Magnetresonanztomographie .................................. 31
1.3.3. Geschichte der kardiovaskulären Kernspintomographie................... 34
1.3.4. Physikalische Grundlagen ................................................................ 36
1.3.4.1. Kernmagnetische Resonanz....................................................... 36
5
1.3.4.2. Relaxationsmechanismen........................................................... 40
1.3.4.3. Gewebskontraste und Signalintensitäten.................................... 41
1.3.4.4. Ortskodierung ............................................................................. 42
1.3.5. Kontrastmittel.................................................................................... 44
1.3.6. Infarktdiagnostik mittels Magnetresonanztomographie..................... 46
1.3.6.1. Late enhancement ...................................................................... 46
1.3.7. Bestimmung der Myokardmasse ...................................................... 47
1.4. Elektrokardiogramm................................................................................ 48
1.4.1. Definition........................................................................................... 48
1.4.2. Geschichte der Elektrokardiographie ................................................ 49
1.4.3. Elektrophysiologie des Herzens........................................................ 52
1.4.4. Myokardinfarktdiagnostik im EKG..................................................... 56
1.4.5. EKG-Zeichen eines abgelaufenen Infarktes ..................................... 58
1.4.5.1. Q-Zacken oder Q-Waves ............................................................ 58
1.4.5.2. R-Verlust und R-Minderung ........................................................ 58
1.4.5.3. Horizontale ST-Senkung und deszendierende ST-Senkung....... 59
1.4.5.4. Präterminal negatives T .............................................................. 60
2. Ziel der Arbeit.............................................................................................. 61
3. Material und Methoden............................................................................... 62
3.1. Patienten................................................................................................. 62
3.1.1. Patientenvorbereitung....................................................................... 64
3.2. Kardiovaskuläre Magnetresonanztomographie....................................... 65
3.2.1. Bildakquisition................................................................................... 65
3.2.2. Localizer und Untersuchungsprotokoll.............................................. 67
3.2.3. EKG bei Untersuchung ..................................................................... 70
3.2.4. Oberflächenspule.............................................................................. 71
3.2.5. Bildanalyse ....................................................................................... 72
6
3.2.6. Patienten der Untergruppe „Infarktmasse“........................................ 74
3.2.7. Bildanalyse der Untergruppe „Infarktmasse“..................................... 75
3.3. Elektrokardiographie ............................................................................... 76
3.3.1. Erstellung des Ruhe-EKG................................................................. 76
3.3.2. EKG-Analyse .................................................................................... 79
3.4. Statistische Auswertung.......................................................................... 80
4. Ergebnisse .................................................................................................. 81
4.1. Infarktlokalisation .................................................................................... 81
4.2. EKG-Veränderungen bei chronischen Infarkten ..................................... 86
4.3. Sensitivität der Q-Zacke in Bezug auf die Infarktmasse.......................... 87
4.4. Beispiele für Untersuchungsbefunde ...................................................... 89
5. Diskussion................................................................................................... 95
5.1. Gesamtkollektiv ...................................................................................... 95
5.2. Rolle der kardiovaskulären Magnetresonanztomographie...................... 96
5.3. Detektion der Infarktlokalisation.............................................................. 97
5.4. EKG beim transmuralen und nicht-transmuralen Myokardinfarkt............ 99
5.5. Sensitivität der Q-Zacke und Infarktmasse ........................................... 104
5.6. Limitationen .......................................................................................... 105
5.7. Schlussfolgerung .................................................................................. 107
6. Zusammenfassung ................................................................................... 108
7. Literaturverzeichnis.................................................................................. 109
8. Anhang ...................................................................................................... 125
9. Danksagung .............................................................................................. 129
10. Lebenslauf............................................................................................... 130
7
Abkürzungsverzeichnis
A.
Arteria
Abb.
Abbildung
AV
atrioventricular
bzw.
beziehungsweise
ca.
circa
Cm
Zentimeter
CMR
Kardiovaskuläre Magnetresonanztomographie
d.h.
das heißt
DTPA
Diethylentriaminpentaessigsäure
EKG
Elektrokardiogramm
engl.
englisch
Gd
Gadolinium
H
Stunde
HF
Hochfrequenz
i.v.
intravenös
KHK
Koronare Herzkrankheit
kontrastverstärkte kardiovaskuläre
K-CMR
Magnetresonanztomographie
LDL
Low densitiy Lipoproteine
LVOT
linksventrikulärer Ausflusstrakt
Min
Minute
Mm
Millimeter
MR
Magnetresonanz
MRT
Magnetresonanztomographie
mV
Millivolt
NSTEMI
Non ST Myocardial Infarction
PDGF
platelet derived growth factor
R.
Ramus
RCA
rechte Koronararterie
RCX
Ramus circumflexus
RIVA
Ramus interventricularis anterior
S
Sekunde
SA
Short axis = Kurzachse
sog.
so genannt
TE
Echozeit
TR
Repetitionszeit
V.
Vena
Vv.
Venae
WHO
World Health Organization
z.B.
zum Beispiel
9
1. Einleitung
Im Falle einer kardialen klinischen Fragestellung ist die große klinische
Bedeutung des 12-Kanal-Oberflächen-Elektrokardiogramms (EKG) unbestritten.
Es ist eine obligatorische und wertvolle diagnostische Maßnahme. Die
Leistungsfähigkeit des EKG darf auf der anderen Seite jedoch nicht überschätzt
werden [22].
Bei abgelaufenem Myokardinfarkt (transmural wie nicht-transmural) zeigen sich
unterschiedliche Veränderungen im EKG.
Einen transmuralen von einem nicht-transmuralen Herzinfarkt ausschließlich
durch das EKG zu unterscheiden ist jedoch schwierig [3, 123] .
Mit der kardiovaskulären Magnetresonanztomographie (CMR) steht eine neue
Methode mit exzellenter räumlicher Auflösung zur Verfügung.
Die kardiovaskuläre Kontrast-Magnetresonanztomographie (K-CMR) ist mit
Hilfe des Kontrastmittels Gadolinium-DTPA derzeit anderen bildgebenden
Verfahren
überlegen,
da
sie
eine
präzise
Evaluation
der
Wandbewegungsstörungen ermöglicht und die Ausdehnung und Lokalisation
der Infarktareale erlaubt [1, 38, 57, 78, 119, 139].
Sie ermöglicht somit eine Form der Vitalitätsdiagnostik und Identifizierung von
ischämischen und infarzierten Arealen des Myokards nach Kontrastmittelgabe
und hat hierdurch einen wichtigen Stellenwert in der Diagnostik und der
Therapie der koronaren Herzerkrankung [61].
Von entscheidender Bedeutung ist dabei, dass im K-CMR ohne große
Schwierigkeiten transmurale von nicht-transmuralen (subendokardialen und
endokardialen) Infarkten unterschieden werden können [1, 38, 57, 78, 119,
139].
10
1.1. Das physiologische Herz
1.1.1. Anatomie
Die Kenntnis des Erregungsleitungssystems und der Anatomie des Herzens ist
die Voraussetzung für das Verstehen des Elektrokardiogramms [39, 80].
Im Jahre 1628 gab William Harvey, Arzt, Anatom und Physiologe, eine genaue
Darstellung der Funktion des Kreislaufsystems und des Herzens [46].
Er zeigte, dass das Herz eine Pumpe ist, welche das Blut durch den Kreislauf
befördert.
Das Herz besteht aus vier Hohlräumen. Scheidewände, auch Septen genannt,
unterteilen das Herz in eine rechte und linke Herzhälfte.
11
Diese beiden Herzhälften wiederum bestehen aus je einem Vorhof (Atrium) und
einer Kammer (Ventrikel). Unterschieden werden folglich vier Holhräume:
Rechter Vorhof (Atrium dextrum), Rechte Kammer (Ventriculus dexter), Linker
Vorhof (Atrium sinistrum) und Linke Kammer (Ventriculus sinister).
Abbildung 1: Vorhöfe, Ventrikel sowie das Interventrikuläre Septum mit
Darstellung der Schnittebene - aus [90].
Die rechte und linke Herzhälfte unterscheiden sich anatomisch und funktionell.
Der rechte Vorhof enthält Blut aus der Vena cava inferior und superior, also
dem venösen System des Körpers, und pumpt dieses sauerstoffarme Blut
durch die Trikuspidalklappe in die getrennte rechte Herzkammer. Das Blut
gelangt von dort durch die Pulmonalklappe in die Lunge. Dort wird das Blut mit
Sauerstoff angereichert und erreicht durch die paarigen Vv. pulmonales
superiores und inferiores den linken Vorhof. Durch die Mitralklappe fließt das
Blut in die linke Kammer und wird dort durch die Aortenklappe in die Aorta
ascendens gepumpt.
12
Die Kammerscheidewand wird Septum interventriculare genannt. Sie trennt
linke und rechte Kammer voneinander. Das Septum interatriale trennt
entsprechend den rechten vom linken Vorhof.
Da der Gesamtwiderstand im Körperkreislauf größer ist als der im
Lungenkreislauf, weist die linke Herzkammer eine größere Wanddicke auf als
die rechte um die höhere Druckarbeit aufbringen zu können.
Mikroskopisch unterscheidet das Herz drei Schichten: Endokard, Myokard und
Epikard. Das Endokard bildet die Herzinnenhaut. Es überzieht alle Schichten
der Herzinnenräume. Aus dieser Schicht gehen auch die Herzklappen hervor.
Das Endokard besteht aus einem einschichtigen Plattenepithel, dem Endothel.
Die Sauerstoffversorgung des Endokards erfolgt durch ein subendokardiales
Kapillarnetz sowie durch das im linken Ventrikel befindliche arterielle Blut in
Ermangelung eigener Gefäße.
Das Myokard bildet den größten Wandanteil des Herzens und ist zwischen
Endokard
und
Epikard
lokalisiert.
Das
Myokard
ist
die
eigentliche
Arbeitsmuskulatur des Herzens. Hier findet sich neben dem Koronarienführenden Bindegewebe auch ein spezifisches Muskelgewebe, welches als
„Erregungsleitungssystem“ bezeichnet wird.
Das Myokard im Kammerbereich ist kräftiger und mehrschichtiger als im
Vorhofbereich.
Im
mikroskopischen
Bild
zeigen
sich
quergestreifte
Muskelfasern, die netzartig miteinander verflochten sind.
Das Epikard ist mit der äußersten Schicht des Herzens verwachsen und
gleichzeitig der innere Teil des Perikards [39, 80].
13
1.1.2. Koronararterien
Abbildung 2: Koronararterien des Herzens - aus [122].
Die Blutversorgung des Myokards erfolgt über Äste der rechten und linken
Koronararterie. Die rechte und die linke Kranzarterie entspringen im Sinus
aortae im Bereich der rechten bzw. linken Taschenklappe der Aorta. Sie
verlaufen im Sulcus coronarius und teilen sich dann netzwerkartig auf.
Die rechte Koronararterie versorgt die Hinterwand des Herzens, den
Sinusknoten, Vorhof, Vorderwand des rechten Ventrikels, die seitlichen
Randbereiche
des
rechten
Ventrikels
sowie
die
hinteren
Ventrikelseptumbereiche. Außerdem werden von ihr der AV-Knoten und die
Hinterseitenwand des rechten Vetrikels versorgt.
Die linke Koronararterie zieht zur Vorderseite und zur linken Seitenwand des
Herzens. Die A. coronaria sinistra zieht in der vorderen Längsfurche zwischen
A. pulmonalis und linkem Herzohr hindurch und teilt sich dann in den R.
interventricularis anterior sowie in den Ramus circumflexus.
14
Versorgungsgebiete der A. coronaria sinistra sind der Conus arteriosus, die
Vorderwand des linken Ventrikels und der vordere Kammerseptumbereich.
Der R. circumflexus versorgt die Seitenwand des linken Ventrikels, die
Hinterwand des linken Ventrikels und Teile des AV-Knotens.
Die Aufzweigung der Arterien erfolgt zu stetig kleiner werdenden Arteriolen und
schließlich zu Kapillaren. Diese „Haargefäße“ versorgen die Arbeitsmuskulatur
des Herzens mit Blut.
Die Ausprägung der Koronarterien kann variieren. Je nach bevorzugter
Ausprägung der rechten oder linken Koronararterie werden verschiedene
Versorgngstypen unterteilt. [39, 80].
Beim Rechtsversorungstyp ist die rechte Kranzarterie stärker ausgeprägt als die
linke, beim Linksversorgungstyp ist die linke Kranzarterie stärker ausgeprägt als
die rechte.
Der ausgeglichene Versorgungstyp ist mit 75% am häufigsten. Es folgt der
koronare Rechtsversorgungstyp mit 14% und der koronare Linksversorgungstyp
mit 11% [118].
Die Blutversorgung des Herzens erfolgt in der Phase der Diastole. Während der
Systole werden die Koronarien durch die Muskelkontraktion des Herzens
leergepresst.
Das venöse Blut des Herzens sammelt sich über die Herzvenen und fließt
durch den Sinus coronarius zurück in den rechten Vorhof [39, 80].
15
1.1.3. Erregungsbildungs- und Erregungsleitungssystem
Im Myokard gibt es spezifische Muskelfasern, die sich durch Bau und Funktion
von denen der Arbeitsmuskulatur unterscheiden. Funktionell zeichnen sie sich
durch die Fähigkeit zur spontanen, rhythmischen Erregungsbildung und -fortleitung aus. Sie werden
in ihrer Gesamtheit als Erregungsbildungs- und
Erregungsleitungssystem oder Systema conducens cordis bezeichnet.
Damit das Herz genügend Druck entwickeln kann, um das Blut in die Lunge und
vor allem in den Körperkreislauf zu pumpen, ist eine koordinierte Kontraktion
und Entspannung der Herzmuskelzellen notwendig. Die Herzmuskelzellen
werden zu diesem Zwecke von den Zellen des Erregungsleitungssystems
rhythmisch erregt.
Abbildung 3: Schematische Darstellung des Erregungsleitungssystems
des Herzens - Lage und Struktur im Herzen - aus [100].
Die Strukturen des Erregungsleitungssystems:
Der Sinusknoten oder Nodus sinu-atrialis ist der physiologische Schrittmacher
des Herzens - liegt im Bereich des Sinus venarum cavarum zwischen der
Mündung der oberen Hohlvene und dem rechten Herzohr im rechten Vorhof.
16
Unabhängig vom vegetativen Nervensystem erzeugt er rhythmisch autonom ca.
60-80 Impulse pro Minute. Das vegetative Nervensystem reguliert durch
Aktivierung von Sympathicus oder Parasympathicus die Schlagfrequenz und
Kontraktionsstärke. Der auch Keith-Flack-Knoten genannte Sinusknoten besitzt
unter dem Epikard kaudalwärts ziehende Fasern, welche die erzeugten Impulse
durch den Vorhof an den AV-Knoten weiterleiten
Der AV-Knoten (Atrioventrikularknoten, Nodus atrioventricularis) liegt in der
Vorhofscheidewand unter dem Endokard zwischen der Mündung des Sinus
coronarius und der Trikuspidalklappe. Er hat als Ventilfunktion die Verzögerung
der Erregungsüberleitung auf die Kammern um etwa 0,1 s, bis deren Füllung
abgeschlossen ist. Auch der AV-Knoten bildet rhythmische Erregungen. Seine
Eigenfrequenz ist jedoch nur halb so hoch wie die des Sinusknotens.
Normalerweise wird die Eigenerregung des AV-Knotens nicht bemerkt, da die
höherfrequente Sinuserregung am AV-Knoten eintrifft, bevor die langsame
Eigenerregung wirksam wird. Fällt jedoch der Sinusknoten aus, so schlagen die
Kammern in einem AV- Rhythmus von etwa 40 / Min. An der Vorhof-KammerGrenze kann die Erregung nicht auf die Kammern überspringen, weil Vorhof
und Kammermuskulatur durch das Herzskelett scharf voneinander geschieden
sind. Lediglich im rechten Faserdreieck (Trigonum fibrosum dextrum) ist eine
Lücke für das Erregungsleitungssystem gelassen. Aus dem AV-Knoten gehen
Reizleitungsfasern für die Erregung der Kammermuskulatur hervor, das sog.
Hissche Bündel.
Das Hissche-Bündel, Fasciculus atrioventricularis, besitzt einen bis zu 4 mm
dicken Stamm, Truncus fasciculi atrioventricularis, welcher die Vorhöfe und
Kammern durch die Lücke im Herzskelett, Trigonum fibrosum dextrum,
verbindet. Der Truncus zieht dann noch ein kleines Stück an der rechten Seite
des membranösen Teils der Kammerscheidewand weiter. Er teilt sich dort in die
zwei Kammerschenkel. Je ein Schenkel zieht rechts und einer links in den
muskulösen Teil der Kammerscheidewand in Richtung Herzspitze.
Die Purkinje-Fasern sind die Ausläufer dieser Kammerschenkel. Sie sind in das
Myokard eingebettet und unterscheiden sich makroskopisch nur noch wenig
von der Arbeitsmuskulatur.
17
Zusammenfassend ist zu sagen, dass die im Sinusknoten gebildeten
Erregungen entweder über die Arbeitsmuskulatur der Vorhöfe oder über eigene
Faserbündel mit höherer Leitungsgeschwindigkeit zum AV-Knoten gelangen.
Hier erfolgt dann zunächst eine Verzögerung, die verhindert, dass sich die
Kammern bereits kontrahieren, während sie noch durch die Kontraktion der
Vorhofmuskulatur gefüllt werden. Anschließend wird die Erregung über das
Hissche Bündel und seine Ausläufer zur Kammermuskulatur weitergeleitet [39,
80].
18
1.2. Das pathologische Herz
1.2.1. Definition der KHK
Unter der koronaren Herzkrankheit (KHK) versteht man die Manifestation der
Artherosklerose an einem oder mehreren Herzkranzgefässen.
Atherosklerose steht für die von der WHO vorgeschlagene Bezeichnung der
Arterienverkalkung
und
ist
definiert
als
variable
Kombination
von
Intimaveränderungen, bestehend aus herdförmigen Ansammlungen von
Lipiden, komplexen Kohlehydraten, Blut- und Blutbestandteilen, Bindegewebe
und Calciumablagerungen, verbunden mit Veränderungen der Arterienmedia.
Bei der KHK handelt es sich um eine multiätiologische Erkrankung, welche
eine Koronarinsuffizienz zu Folge hat. Dies meint ein Missverhältnis zwischen
Sauerstoffangebot und - bedarf im Herzmuskel.
Eine KHK ist mit einem erhöhten Morbiditäts- und Mortalitätsrisiko verbunden
und kann sich auf unterschiedliche Weise manifestieren.
In den Frühstadien der Erkrankung sind in der Regel keine klinischen
Symptome vorhanden, obwohl bereits Störungen der endothelialen Funktion
und
Lipideinlagerungen
in
der
Gefäßwand
vorliegen.
Im fortgeschrittenen Stadium tritt mit zunehmender Einengung der Gefäße eine
Unterversorgung des abhängigen Herzmuskelgewebes auf, die sich klinisch
meist
als
stabile
Anginga
pectoris
äußert.
Krisenhafte akute Myokardischämien in Ruhe sind Folge einer Plaqueruptur
bzw. Plaqueerosion mit nachfolgender Bildung eines Thrombus, der das
betroffene Gefäß ganz verschließt (akuter Myokardinfarkt) oder zu einer
hochgradigen Reduktion des Blutflusses führen kann (instabile Angina
pectoris).
Neben
der
Plaqueruptur
können
Vasospasmen
und
koronare
Entzündungsvorgänge eine myokardiale Ischämie triggern. Klinisch äußern sich
diese pathophysiologischen Vorgänge als sog. akutes Koronarsyndrom.
19
Linksherzinsuffizienz und Herzrhythmusstörungen können Folge einer akuten
Myokardischämie sein und zum plötzlichen Herztod führen [27, 36, 103].
1.2.2. Prädilektionsstellen der KHK
Das Koronarsystem weist bestimmte Prädilektionsstellen auf, an denen die
atherosklerotischen Veränderungen vorwiegend auftreten. In der rechten
Koronararterie (RCA) sind dies der Abgang des Ramus ventricularis dexter, die
Crux cordis und das Areal unterhalb der Konusarterie. Im Bereich des linken
Herzkranzgefässes sind vor allem der Hauptstamm, das Areal zwischen dem
ersten und zweiten Septalast des Ramus interventricularis anterior (RIVA) und
die Anfangsstelle des Ramus marginalis sinister und Ramus posterolateralis
des Ramus circumflexus (RCX) betroffen [44].
Je nach Anzahl der verengten Hauptstellen (RCA, RIVA und RCX)
unterscheidet man zwischen 1-Gefäß, 2-Gefäß- und 3-Gefäßerkrankungen.
20
1.2.3. Atherosklerose
Es gibt Hypothesen zur Entstehung der Atherosklerose. Eine der verbreitetsten
ist die „reaction to injury“ Hypothese [13].
Im Zentrum dieser Hypothese steht eine endotheliale Läsion bzw. Dysfunktion.
Diese
kann
durch
Bluthochdruck,
Nikotinabusus,
Immunmechanismen,
hämodynamische Faktoren und eine Hyperlipidämie verursacht werden.
Hierdurch kommt es zu einem Lipoprotein-Einstrom in die Intima, vor allem von
LDL. Dieses wird beim Endotheleintritt oxidiert.
Die Störung der Endothelfunktion und / oder die endotheliale Expression von
Adhäsionsmolekülen begünstigen die Einwanderung von Monozyten in die
Arterienintima. Sie inkorporieren nun über den sog. Scavenger-Rezeptor die
LDL-gebundenen Cholesterinester.
Dadurch entstehen die fettgefüllten Schaumzellen. Sie vermehren sich ständig,
so dass der atherosklerotische Plaque wächst. Dadurch kann es zu einer
zusätzlichen mechanischen Schädigung von Endothel und/oder Intima
kommen. Dies begünstigt die Adhäsion von Thrombozyten, welchen einen
besonderen Wachstumsfaktor, den PDGF (platelet derived growth factor)
sezernieren.
Zusammen
Wachstumsfaktoren
mit
stimuliert
von
PDGF
den
die
Markophagen
glatten
gebildeten
Muskelzellen
in
der
Arterienintima nun zu erhöhter Profliferation.
Die proliferierenden glatten Muskelzellen wandeln sich jetzt in aktive
Grundsubstanz synthetisierende Zellen um. Insbesondere werden Kollagene,
Proteoglykane und elastische Fasern gebildet, die zu einer Fibrosierung und
Hyalinisierung der Plaques führen. Die Plaques wachsen so kontinuierlich
weiter und es kommt histologisch zur Ausbildung von sog. Komplexen
Läsionen. Sie besitzen eine atheromatöse Nekrose aus Zelldetritus, Lipiden,
Cholesterinkristallen und einer lumenseitigen kollagenreichen fibrinösen Kappe.
Zusätzlich können sich Kalksalze ablagern [13]. So entsteht das Vollbild der
Atherosklerose.
21
1.2.4. Stabile Angina pectoris
Leitsymptom der stabilen Angina pectoris ist ein belastungsabhängiges
thorakales Druckgefühl / Brennen. Die Beschwerden können in linke Schulter,
Innenseite des linken Arms, Oberbauch, Hals und Unterkiefer oder Rücken
ausstrahlen.
Provokationssituationen
mit
Erhöhung
des
myokardialen
Sauerstoffverbrauchs sind körperliche Anstrengung, emotionale Belastung,
Kälte oder große Mahlzeiten. Die Dauer der Beschwerden beträgt wenige
Minuten und geht nach Beendigung der Belastung bzw. nach Gabe von
Nitroglyzerin rasch zurück [47].
1.2.5. Instabile Angina pectoris
Die instabile Angina pectoris gehört zu den akuten Koronarsyndromen ohne
persistierende
ST-Streckenhebungen
im
EKG.
Leitsymptom
ist
der
Brustschmerz in Ruhe oder bei geringer Belastung. Es kommt zu einem
Auftreten von Angina pectoris in körperlicher Ruhe, welche oft länger als 2 min
anhält. Die instabile Angina pectoris kann auch als neu (de novo) auftretende
ausgeprägte Angina pectoris mit mindestens einer Klasse III der Canadian
Cardiovascular Society Classification in Erscheinung treten.
Auch aus einer zuvor stabilen Angina pectoris kann eine instabile Angina
pectoris entstehen. Die stabile Angina pectoris kann häufiger, länger anhaltend
und bei geringer Belastung auftreten (Zunahme auf zumindest Klasse III der
Canadian Cardiovascular Society Classification).
1.2.6. Stunned myocardium und hibernating myocardium
Bis vor wenigen Jahren bestand die Vorstellung, dass eine Funktionsstörung
des Myokards im Sinne einer Hypo- oder Akinesie entweder reversibel durch
passagere Durchblutungsstörungen bedingt sei, oder aber irreversibel durch
einen bleibenden Myokardschaden infolge Nekrotisierung und Vernarbung des
Myokards auftritt. Es hat sich jedoch in den letzten Jahren gezeigt, dass
zwischen diesen beiden extremen Zuständen noch andere Arten von
22
Kontraktilitätsstörungen anzutreffen sind, die nicht mit einem irreversiblen
Schaden gleichzusetzen sind und in noch viablem Myokard auftreten.
Eine schwere Funktionsstörung kann durch eine stumme Ischämie bedingt sein
und über längere Zeitabschnitte vorliegen.
Das Stunning stellt einen Zustand von länger anhaltender kontraktiler
Dysfunktion nach Ischämieperfusion dar.
Beim "stunned myocardium" ist die Durchblutung zum Zeitpunkt der
Untersuchung zwar wieder in Ordnung, eine nachhinkende Unterfunktion des
Myokards kann für Minuten, Stunden oder Tage kann jedoch vorhanden sein
[28].
Als hibernierend (engl.: „to hibernate“ = „Winterschlaf halten“) wird ein
reversibler Zustand kontraktiler Dysfunktion bezeichnet, der im Verlauf einer
chronischen
Ischämie
mit
reduzierter Koronardurchblutung,
reduziertem
Myokardstoffwechsel und kontraktiler Funktion einhergeht und über einen
längeren Zeitraum bestehen bleibt (Tage, Wochen oder sogar Monate).
Beim "hybernating Myocardium" kann eine über einen langen Zeitraum
vorhandene Funktionsstörung die Anpassung an chronisch mangelhafte
Durchblutung sein, auch hier liegt noch lebensfähiges Myokard vor [107].
23
1.2.7. Myokardinfarkt
Der Myokardinfarkt kann aus verschiedenen Perspektiven betrachtet werden:
klinisch, elektrokardigraphisch, pathologisch und bildgebend [40].
1.2.7.1. Definition
Der akute Infarkt ist durch eine Myokardnekrose mit Verlust von kontraktilem
Gewebe gekennzeichnet. Er repräsentiert die gravierende Manifestation des
akuten Koronarsyndroms, zu dem instabile Angina pectoris und der sich
entwickelnde Myokardinfarkt gehören [56].
Das entscheidende morphologische Kriterium eines Herzinfarktes ist der
irreversible Untergang von Herzmuskelzellen, der erst nach dem Überschreiten
der Wiederbelebungszeit des Myokards beginnt. Die Zelluntergänge beginnen
im Myokard an jenen Stellen, die von den zuführenden Arterien am weitesten
entfernt sind, im Subendokard. Von dessen Zentrum breiten sie sich langsam in
die seitlichen subendokardialen Partien und senkrecht ins Myokard in Richtung
zum Epikard aus. Jedoch liegt einem Infarkt nicht immer ein vollständiger
Gefäßverschluss zugrunde, es genügt bereits eine „überkritische Drosselung“
der Blutzufuhr [51].
24
1.2.7.2. Pathogenese
Ursache eines akuten Koronarsyndroms ist zumeist ein Einriss der fibrinösen
Deckplatte einer lidpidreichen atheromatösen Plaque.
Mechanische Ursachen und entzündliche Prozesse sind an der Plaqueruptur
und der daraus resultierenden Entstehung von akuten thrombotischen
Komplikationen beteiligt [74].
Bei einer Plaqueruptur oder Erosion führt die Freilegung von extrazellulärer
Matrix zur Kontaktaktivierung der intrinsischen Gerinnungskaskade. Das
dadurch gebildete Thrombin stimuliert auch die Adhäsion und Aggregation von
Thrombozyten und Leukozyten. Folge ist ein intrakoronarer Thrombus
wechselnder Ausbildung, der zunächst noch durch den Blutstrom freigespült
werden kann.
Durch Embolisation von Thrombus oder Plaquematerial nach distal, sowie
durch lokale Freisetzung von vasokonstringierenden Substanzen können
arterielle Endäste verschlossen und myokardiale Mikroinfarkte ausgelöst
werden.
Bei subokklusivem bzw. intermittierend okklusivem Koronarthrombus kommt es
je nach Dauer der Ischämie zu einer wechselnd ausgeprägten Imbalance
zwischen
Sauerstoffzufuhr
und
myokardialem
Sauerstoffbedarf
mit
entsprechender klinischer Symptomatik und Myokardzellnekrosen.
Wird ein kompletter thrombotischer Gefäßverschluss durch Fibrin stabilisiert, so
kommt es zum Vollbild des akuten Myokardinfarktes [107].
25
1.2.7.3. Traditionelle Einteilung der Myokardinfarkte
Traditionell wurden zwei Arten von Myokardinfarkten beschrieben: der
„transmurale“ Infarkt und der „nicht-transmurale“ Infarkt, der auch als
subendokardialer Infarkt bezeichnet wurde.
In der klinischen Praxis traf man diese Unterscheidung aufgrund vom Entstehen
von abnormalen Q-Zacken im 12-Kanal-Oberflächen-Elektrokardiogramm.
Infarkte, die neue Q-Zacken zeigten, wurden als transmural bezeichnet
wohingegen
Infarkte
mit
ST-Streckenveränderungen
oder
T-Wellen-
Veränderungen als nicht-transmural deklariert wurden.
Diese Terminologie beinhaltet den Gebrauch von pathologischen Definitionen,
um eine klinische Erscheinung zu beschreiben.
Aus pathologischer Sicht handelt es sich beim transmuralen Herzinfarkt um
einen mehrere Zentimeter großen nekrotischen Herzwandabschnitt. Die
Infarzierung umfasst hierbei alle drei Wandschichten.
Beim nicht-transmuralen Innenschichtinfarkt findet man multiple, im inneren
Drittel der Ventrikelwand gelegene Nekroseherde, die 0,5 – 1,5 cm im
Durchmesser groß und unregelmäßig verteilt sind [102].
In den frühen 1980er Jahren zeigten verschiedene Autoren eine mangelnde
Übereinstimmung zwischen den klinischen Begriffen und den pathologischen
Befunden. Autoptische Studien haben gezeigt, dass pathologische Q-Wellen
auch in nicht-transmuralen Infarkten gefunden wurden sowie bei transmuralen
Infarkten nicht vorkommen.
Aus diesen Grund wurde empfohlen, dass die
Bezeichnungen transmural und nicht-transmural abgeschafft werden sollte und
gegen
die
adäquatere
Bezeichnung
„Q-wave“
und
„non-Q-Wave“
Myokardinfarkt ausgetauscht werden sollten [41, 102, 125].
26
1.2.7.4. Einteilung der Myokardinfarkte in der heutigen Praxis
In
der heutigen
klinischen
Praxis
erfolgt
die
Einteilung von
akuten
Myokardinfarkten in Nicht-ST-Hebungsinfarkte und ST-Hebungsinfarkte im
Rahmen eines akuten Koronarsyndroms [2].
Der
Begriff
„akutes
Koronarsyndrom“
umfasst
alle
klinischen
Erscheinungsformen der akuten Myokardischämie. Ihnen liegt in der Regel ein
gemeinsamer Pathomechanismus in Form von Ruptur oder Erosion einer
atheromatösen Plaque zugrunde. In der klinischen Praxis sind dies vor allem
die instabile Angina pectoris, der akute Myokardinfarkt und der plötzliche
Herztod. Da die Übergänge dieser klinischen Formen fließend sind, hat es sich
in den letzten Jahren etabliert, Patienten anhand des EKG in Gruppen mit und
ohne ST-Streckenhebung zu unterteilen, denen unterschiedliche therapeutische
Maßnahmen zuteil werden [45].
Nicht-ST-Hebungsinfarkt
Akute Koronarsyndrome ohne ST-Hebung aber mit Anstieg von biochemischen
Nekrosemarker werden als Nicht-ST-Hebungsinfarkt bezeichnet (NSTEMI). Das
pathologisch-anatomische Substrat ist eine Plaqueruptur oder -erosion mit nicht
lumenverschließender sekundärer Thrombusbildung. Eine Weiterentwicklung zu
einem akuten ST-Hebungsinfarkt ist jederzeit möglich.
ST-Hebungsinfarkte
Akute Koronarsyndrome mit ST-Hebung und im weiteren Verlauf häufig mit
Anstieg der Nekrosemarker sind ST-Hebungsinfarkte (STEMI), die sich
meistens zu Q-Zacken-Infarkten fortentwickeln. Pathologisch-anatomisches
Substrat ist hierbei eine Plaqueruptur oder - erosion mit lumenverschließender
Thrombusbildung [107].
27
Abbildung 4 - Einteilung der akuten Koronarsyndrome nach EKG –
Manifestation - aus [2].
1.2.7.5. Die Myokardinfarktnarbe
Vier bis sechs Stunden nach dem Infarktgeschehen kommt es zu einer
Koagulationsnekrose mit irreversibler Veränderung der Myofibrillen.
Durch die Schädigung der Herzmuskelzellen werden Entzündungsmediatoren
aktiviert und führen nach 10-24 h zum Einwandern von Entzündungszellen.
Makroskopisch ist der Herzinfarkt zu diesem Zeitpunkt als lehmfarbene Nekrose
sichtbar. Ab dem 4. Tag beginnt die Bildung von Granulationsgewebe. Aus dem
erhaltenen Gewebe am Rande der Nekrose sprießt eine zunehmende Zahl von
Kapillaren.
Die
Makrophagen
des
Granulationsgewebes
bauen
die
Myokardnekrose ab. Fibroblasten synthetisieren am Ende der 2. Woche
zunehmend Kollagenfasern. Nach etwa 6 Wochen ist die Nekrose durch
kollagenes Bindegewebe ersetzt. Die entstandene Myokardinfarktnarbe ist
makroskopisch als grauweiße Schwiele erkennbar.
Der Herzmuskel zählt zu den Dauergeweben – es findet keine nennenswerte
Regeneration statt. Das restliche Parenchym ist einer vermehrten Belastung
ausgesetzt [14].
28
1.3. Kardiovaskuläre Magnetresonanztomographie
1.3.1. Einführung
Die kardiovaskuläre Magnetresonanztomographie ermöglicht eine Form der
Vitalitätsdiagnostik und Identifizierung von ischämischen und infarzierten
Arealen des Myokards nach Kontrastmittelgabe und hat hierdurch einen
wichtigen Stellenwert in der Diagnostik und der Therapie der koronaren
Herzerkrankung [61].
Es
handelt
sich
bei
Magnetresonanztomographie
der
=
Kernspintomographie
MRT)
um
ein
(Synonym:
nicht-invasives
Schnittbildverfahren für die medizinische Diagnostik und verwendet keine den
Patienten schädigende Strahlung. Das MRT zeichnet sich durch ein hohes
Auflösungsvermögen des Weichteilgewebes aus. Dies ist eine Überlegenheit im
Vergleich mit konventioneller Röntgendiagnostik.
Ein Kernspintomograph setzt sich im Wesentlichen aus drei Elementen
zusammen: einem starken Permanentmagneten, einer Hochfrequenzspule und
einer Antenne [137].
Stark vereinfacht kann eine MRT-Untersuchung wie folgt beschrieben werden:
Der Patient wird in einen starken in der Regel röhrenförmigen Magneten
gebracht, eine elektromagnetische Radiowelle wird eingestrahlt und kurz darauf
wieder ausgeschaltet. Hierdurch sendet der Patient bzw. das untersuchte
Organ Signale aus, aus welchen mit Hilfe eines Computers ein Bild konstruiert
werden kann [109].
29
Abbildung 5: Kernspintomograph des Marienhospitals Herne, Magnetom
Sonata, Siemens, Erlangen, Deutschland.
Diese MRT-Bilder basieren auf der unterschiedlichen Zusammensetzung der
untersuchten Gewebe. Die biochemische Zusammensetzung der Gewebe hat
einen Einfluss auf die Bildqualität und den Bildkontrast.
Die MRT-Bilder werden durch so genannte Spinecho- und GradientenechoSequenzen erzeugt. Die Aufnahmezeit für eine solche Sequenz beträgt nur
eine bis zwei Minuten. Eine vollständige Untersuchung besteht aus der
Wiederholung
der
Sequenzen
in
verschiedenen
Schichten
der
zu
untersuchenden Region. Dadurch kann sie 20 Minuten oder länger dauern
[109].
30
1.3.2. Geschichte der Magnetresonanztomographie
Im Jahr 1900 beschreibt Nikola Tesla die Entstehung und die Wirkung von
Magnetfeldern. Der „Vater der Magnetfelder“ wurde zum Namensgeber für die
internationale Einheit, welche die Stärke von Magnetfeldern angibt [106].
1946 führten zwei Wissenschaftler in den Vereinigten Staaten von Amerika
unabhängig voneinander die ersten Experimente mit nuklearer Magnetresonanz
durch. Der Schweizer Felix Bloch (Stanford University) und Edward Purcell
(Harvard University) fanden heraus, dass bestimmte Atomkerne in einem
externen Magnetfeld in der Lage sind, die Energie von hochfrequenten
Radiowellen zu absorbieren und wieder abzugeben, sobald sie wieder in ihren
Ausgangszustand zurückkehren. Voraussetzung hierfür ist allerdings, dass die
Frequenz der eingestrahlten Hochfrequenz (HF)-Pulse mit der Eigenfrequenz
der Atomkerne übereinstimmt. Diese Frequenz wurde durch den Irischen
Physiker Sir Joseph Larmor entdeckt und wird als Larmorfrequenz (f0)
bezeichnet.
Im Jahre 1952 erhielten Bloch und Purcell für diese Entdeckung den Nobelpreis
für Physik [4, 117].
Abbildung 6: Felix Bloch (links) & Edward Mills Purcell (rechts)
Begründer der Magnetresonanz und Nobelpreisträger für Physik des
Jahres 1952 - aus [104].
31
Das als NMR bezeichnete Verfahren verbreitete sich sehr schnell in den
Bereichen der Physik und Chemie und wurde zu einer analytischen Methode
bei der Untersuchung von chemischen Zusammensetzungen.
In den späten ’60er und frühen ’70er Jahren des 20. Jahrhunderts entdeckte
Raymond Damadian, ein Arzt der State University (Brooklyn, New York),
anhand von in-vitro Versuchen, dass sich Protonenrelaxationszeiten von
malignen Tumoren und normalen Geweben unterscheiden. Damadian nutzte
die neue Technik jedoch nicht, um Schnittbilder zu erzeugen, sondern um mit
seiner sogenannten „FONAR“-Technik eindimensionale Relaxationszeiten in
unterschiedlichen Geweben zu bestimmen mit dem Ziel, verschiedene Gewebe
zu charakterisieren.
Im Jahr 1974 gelang es Damadian in Aberdeen/Schottland, die erste Abbildung
eines Tumors an einem lebenden Tier zu präsentieren [23-25].
Paul Lauterbur, ein Chemieprofessor an der State University of New York zeigte
1973
im
Journal
flüssigkeitsgefüllten
“Nature”
die
Modells
erste
[73].
ortsauflösende
Lauterbur
Abbildung
hatte
die
eines
Idee,
Magnetfeldgradienten in allen drei Dimensionen zu schalten, um zwei- oder
dreidimensionale Bilder zu erzeugen. Die Idee kam ihm, als er zum ersten Mal
Computertomographie-Bilder sah.
Einige Jahre später ist es wieder Raymond Damadian, dem es gelang, das
erste Bild eines menschlichen Körpers anzufertigen. Der von ihm erstellte
Thorax-Querschnitt ist zum damaligen Zeitpunkt eine technische Sensation,
allerdings reicht die Ortsauflösung bei weitem nicht aus, um das Bild
diagnostisch zu verwenden. Die Aufnahmezeit des Bildes betrug mehrere
Stunden und war daher nicht für die praktische Anwendung geeignet [23-25].
1978 gelang es Peter Mansfield in Nottingham das Problem der langen
Bildakquisition zu beheben. Mansfield ließ eine ganze Bildzeile anstelle eines
einzigen Bildpunktes auslesen. Erst diese erheblich verkürzte Aufnahmezeit
bietet die Aussicht auf eine klinische Anwendung [83].
32
Die
ersten
Magnetresonanztomographen
enthielten
einen
zirkulären
Permanentmagneten, welcher aus ferromagnetischem Material bestand. Diese
wogen oftmals weit über 100 Tonnen. Wiederstandsmagneten wurden alternativ
verwendet, hatten allerdings den Nachteil eines hohen Kühlbedarfs, da sich die
enthaltene Spule erwärmte, um eine Feldstärke von bis zu 0.3 Tesla (T) zu
erreichen.
Durchgesetzt
haben
sich
supraleitende
Magneten,
welche
Feldstärken auch deutlich über 1 T erlauben [127].
Die Schering AG in Berlin hinterlegte im Jahre 1981 das erste Patent für ein
durch Dr. Weinmann entwickeltes MRT-Kontrastmittel. Der Klinische Einsatz
des Gd-DTPA (Magnevist®)
erfolgte erstmalig Mitte der ’80er Jahre. Das
intravenös applizierbare Kontrastmittel dient der Kontrastverstärkung im MRT
und ähnelt in seiner Verteilung den jodhaltigen Röntgenkontrastmitteln. Die
Verträglichkeit ist hierbei jedoch deutlich besser [71].
Ein gegenwärtiger Höhepunkt der Geschichte der Kernspintomographie
ereignete sich 2003. Paul Lauterbur und Sir Peter Mansfield erhalten für Ihre
Forschungen und Entwicklungen, welche entscheidend zur Entwicklung der
Magnetresonanztomographie beigetragen haben, den Nobelpreis für Medizin
[116].
Abbildung 7: Paul Lauterbur (links) & Sir Peter Mansfield (rechts)
Nobelpreisträger für Medizin des Jahres 2003 - aus [105].
33
1.3.3. Geschichte der kardiovaskulären Kernspintomographie
Im Jahr 1983 untersuchten Herfkens et al. im Rahmen einer klinischen Studie
das kardiovaskuläre System von 244 Patienten mit einem 0,35 T Scanner. Sie
ermittelten mit Hilfe von Spin-Echo-Sequenzen anatomische Strukturen des
Herz- und Gefäßsystems [48].
Im gleichen Jahr beschrieb Goldman die Fähigkeit der Kernspintomographie, in
zwei- oder dreidimensionaler Form die anatomischen Strukturen des Herzens
noninvasiv darzustellen. Dadurch ist sie insbesondere dazu geeignet, Kinder
mit Herzkrankheiten zu untersuchen [42].
Im Jahr 1984 beschrieb McNamara eine neue Aufnahmetechnik in der
Magnetresonanztomographie. Durch die Kopplung des MRT an das EKG des
untersuchten Patienten erhielt er qualitativ gute Bilder der kardialen Strukturen
[85].
Auch Lieberman et al. verwandten 1984 EKG-gekoppelte Aufnahmen und
erhielten wesentlich bessere Aufnahmen als bei nicht-EKG-gekoppelter
Aufnahmetechnik. Es gelangen, die gute Darstellung der anatomischen
Strukturen des Herzens, einer Aortenstenose und Atherosklerose der Aorta
abdominalis. Eine Bildgebung von atherosklerotischen Veränderungen der
Koronarien gelang jedoch nicht [75].
Für
die
kardiale
Diagnostik
gewann
die
EKG-gekoppelte
Magnetresonanztomographie immer mehr Bedeutung. Die Aufnahmezeit für
transversale Schnitte des gesamten linken Ventrikels verkürzt sich auf ca. 6
Minuten. Dies machte die Magnetresonanztomographie zu einer praktischen
bildgebenden Modalität [49].
1985 unterschieden Revel und Higgins zwischen infarziertes und normales
Myokard durch den Gebrauch von Relaxationszeiten und der sich daraus
ergebenden Signalintensität [101].
34
1987 beschrieb der Deutsche Kardiologe Udo Sechtem die Anwendung der
neuen CINE-Technik zur Messung der kardialen Funktion. Sie ermöglicht durch
die schnelle Aufnahme von Frames, also Einzelaufnahmen, die Darstellung
eines gesamten Herzschlagzyklus. Hierdurch wurde eine Messung der
ventrikulären Volumina und der Ejektionsfraktion möglich gemacht [114].
Schouman-Claeys et al. zeigten 1988 infarzierte Bereich in Form eines
„Hypersignals“.
Im
Rahmen
eines
Tierversuches
injizierten
Sie
das
paramagnetische Kontrastmittel Gadolinium-DOTA und schlussfolgerten, dass
hierdurch eine bessere Abgrenzung der Infarktareale ermöglicht wird [111].
In den ’90er Jahren wurden zahlreiche Studien in Bezug auf die MRTDiagnostik des Myokardinfarktes veröffentlicht.
Krauss et al. von der Universität Leiden in den Niederlanden korrelierten CMRBefunde mit enzymatischen, angiographischen und nukelarmedizinischen
Befunden. Sie zeigten, dass die Spin-Echo-Magnetresonanztomographie im
Bezug auf den akuten Myokardinfarkt mit allen etablierten Modalitäten
vergleichbar ist [66].
Die
Kontrast-CMR
Myokardinfarkte
(K-CMR)
zu
wurde
identifizieren
zur
und
gängigen
Untersuchung,
quantifizieren.
Die
um
schnellen
Bildsequenzen der MRT dienen mehr und mehr zur Bestimmung der
Myokardperfusion. Die MRT ermöglicht eine Evaluation der regionalen
Perfusion und kontraktilen Funktion sowie die Unterscheidung zwischen
normalem und geschädigtem Myokard. Die MRT ist in der Lage Infarktareale zu
identifizieren, sowie Bereiche von „stunned“ oder „hibernating“ Myokard. Die
Stress-MRT verwendet Dobutamin und Dipyridamol und erweitert dadurch die
Exaktheit der MRT [93].
Joao A.C. Lima beschrieb 2004 in seinem State of the Art Paper, dass die MRT
die komplexeste und sich am schnellsten entwickelnde Untersuchungsmethode
bei Patienten mit verschiedenen kardiovaskulären Erkrankungen sei. Sie zähle
zu den dominierenden bildgebenden Verfahren in den meisten Bereichen der
klinischen Kardiologie [77].
35
1.3.4. Physikalische Grundlagen
1.3.4.1. Kernmagnetische Resonanz
Der menschliche Körper besteht zu mehr als 60% aus Wasser. Damit ist
Wasser das häufigste Molekül in unserem Körper, bestehend aus Wasserstoff
und Sauerstoff [67].
In der medizinischen Diagnostik wird das Resonanzsignal des Wasserstoffkerns
zur Bildgebung benutzt. Der Kern des Wasserstoffs besteht aus nur einem
Teilchen, dem positiv geladenen Proton. Durch Eigenrotationen (den sog. Spin)
erzeugt das Proton ein Magnetfeld, das dem einer stromdurchflossenen Spule
bzw. einem Stabmagneten ähnelt.
Abbildung 8: schematische Darstellung a) eines Protons mit Spin,
b) einer stromdurchflossenen Spule und c) eines Stabmagneten - aus [37].
In biologischem Gewebe haben diese Magnetfelder normalerweise beliebige,
zufällig verteilte Richtungen, so dass nach außen keine magnetische Wirkung
auftritt. In einem äußeren Magnetfeld (B0) richten sich diese Magnetfelder
jedoch wie Kompassnadeln parallel zu diesem Feld aus [89].
36
Abbildung 9: a) zufällig verteilte Ausrichtung der Magnetfelder
b) parallele Ausrichtung der Magnetfelder zum äußeren Magnetfeld B0 aus [37].
Das Proton führt bei der Einwirkung einer solchen äußeren Kraft eine kreisende
Bewegung aus, die als Präzession bezeichnet wird. Hierunter versteht man die
Lageveränderung der Rotationsachse eines Kreisels, sobald äußere Kräfte auf
ihn wirken. Vergleichbar ist dies mit einem rotierenden Kreisel, der angestoßen
wurde.
Die Anzahl solcher Präzessionsbewegungen um die Achse des Protons pro
Sekunde wird als Präzessionsfrequenz bezeichnet. Diese Frequenz wird auch
Larmorfrequenz genannt und ist proportional zur Stärke des Magnetfeldes B0.
Errechnet wird sie durch die Larmor-Gleichung:
ω0=γΒ0
ω = Präzessionsfrequenz (in Hz/Mhz)
B0= Stärke des Magnetfeldes ( in T)
γ = gyromagnetisches Verhältnis (für Protonen 42,5 Mhz / T).
Das gyromagnetische Verhältnis ist eine Konstante, die für das chemische
Element „H“, also für Wasserstoff 42.5 MHz / T beträgt [137].
37
Die Mehrzahl der Protonen richtet sich in B0 parallel zur Richtung des Feldes
aus. Die geringere Anzahl der Protonen richtet sich entgegengesetzt
(=antiparallel) aus. Dies ist der Grundzustand [67].
Die antiparallelen Ausrichtungen weisen ein höheres Engergieniveau auf. Die
energieärmere, parallele Ausrichtung wird von den Kernen bevorzugt, so dass
die Kerne parallel zum externen Magnetfeld, in Z-Richtung überwiegen. Es
entsteht
ein
messbares
magnetisches
Summationsmoment,
da
die
magnetischen Kräfte sich in dieser Richtung addieren. Die Magnetisierung
entlang
des
externen
Magnetfeldes
bezeichnet
man
als
Longitudinalmagnetisierung, die Magnetisierung quer zum externen Magnetfeld
in der XY-Ebene als Transversal- oder Quermagnetisierung [130].
Bei MR-Systemen dienen spezielle Aufnahmespulen zum Empfang des
Signals, das von den Protonen aus dem menschlichen Körper zurückgesendet
wird. Diese Signale sind die Rohdaten für die Berechnung des MR-Bildes.
Die Aufnahmespulen der MR-Systeme liegen quer zu B0 in der xy-Ebene,
daraus induziert die Längsmagnetisierung kein Signal [67].
Eine kurzzeitige Einstrahlung eines Hochfrequenzimpulses (HF-Impuls) wird als
Anregung bezeichnet. Der Impuls in Form einer elektromagnetischen Welle hat
die gleiche Frequenz wie die Larmorfrequenz der Protonen. Dies wird als
„Resonanzbedingung“ bezeichnet. Es bedeutet, dass der Impuls Energie auf
die Protonen überträgt.
Der Ausdruck Phase bezeichnet den Winkel, um den ein magnetischer Vektor
eines präzedierenden Spins ein zweiter Vektor voraus- oder hinterherläuft.
Durch Einsstrahlung des HF-Impulses werden die präzedierenden und dadurch
in unterschiedliche Richtungen weisenden Protonen synchronisiert und somit
„in Phase“ gebracht. Dies wird auch als Phasenkohärenz bezeichnet [109, 137].
Die Magnetisierung wird um einen bestimmten Winkel aus ihrer feldparallelen
Lage gedreht. Der gedrehte Magnetisierungsvektor kann nun in eine
longitudinale Komponente Mz in Richtung des Magnetfeldes und in eine
38
transversale Komponente Mxy quer zum Magnetfeld in der xy-Ebene zerlegt
werden. Erzeugt ein HF-Impuls α die Kippung des magnetischen Vektors um
90°, so spricht man auch von einem 90° Impuls.
Abbildung 10: Schematische Darstellung der Kippung des magnetischen
Vektors durch Hochfrequenzimpuls α um 90° in die xy-Ebene - Entstehung
der Transversalmagnetisierung [37].
Dieser neue Vektor steht natürlich auch nicht still, sondern bewegt sich
ebenfalls mit der Präzessionsfrequenz der Protonen. Durch ihre Rotation
erzeugen die Protonen in einer Empfangsspule eine messbare Spannung - das
MR-Signal [89].
Abbildung 11: Rückkehr der Gewebsmagnetisierung in den
Gleichgewichtszustand erzeugt einen Strom in Empfangsspule.
Verstärkung in Radiofrequenzverstärker - Entstehung des
Ausgangssignals des MR Bildes - aus [37].
39
1.3.4.2. Relaxationsmechanismen
Direkt nach der Anregung beginnt die Relaxation, bei der die Protonen den
angeregten Zustand verlassen und in den Grundzustand zurückkehren [130].
Für die Abnahme des MR-Signals sind zwei unabhängige Relaxationsprozesse
verantwortlich. Der erste Prozess beruht darauf, dass die Kerne die bei der
Anregung aufgenommene Energie wieder an ihre Umgebung abgeben. Die
Längsmagnetisierung Mz baut sich wieder auf. Dieser Prozess wird als SpinGitter-Relaxation bezeichnet. Die Längs- oder Spin-Gitter-Relaxationszeit T1
beschreibt
die
Zeitkonstante
der
Rückkehr
der
Z-Kompomente
des
Summenmagnetisierungsvektors zum Ausgangswert.
Abbildung 12: T1 Relaxation mit schematischer Darstellung der Rückkehr
der Magnetfeldvektoren in B0 – Richtung - aus [81, 92].
Die bei der Anregung aufgenommene Energie wird wieder abgegeben, wobei
die Geschwindigkeit von der Beweglichkeit des angeregten Kernes innerhalb
des Gitters, d.h. des Molekülverbandes, abhängt. Daher unterscheiden sich die
T1-Relaxationszeiten der Gewebe. In Geweben mit einer langen T1-Zeit läuft
die Relaxation langsam ab. In Geweben mit einer kurzen T1-Zeit läuft die
Relaxation schnell ab.
40
Die Quer- oder Spin-Spin-Relaxationszeit T2 ist die Zeitkonstante des
exponentiellen Abfalls des Magnetismus in XY-Richtung.
Abbildung 13: T2-Relaxation mit schematischer Darstellung der
Phasenbeziehung der einzelnen Magnetfeldvektoren in der XY-Ebene aus [81, 92].
Hier präzedieren die Spins zunächst synchron, phasenkohärent, in einem
Winkel (Phase) der XY-Ebene. Augrund von Wechselwirkungen der atomaren
Dipole kommt es zunehmend zu Phasendifferenzen. Dadurch entsteht eine
Reduktion des MR-Signals, da sich die Magnetvektoren gegenseitig aufheben,
anstatt sich zu addieren. Zusätzlich wird diese Phasenverschiebung noch durch
Inhomogenitäten des Magnetfeldes, verursacht durch das MR-Gerät und das
untersuchte Gewebe, beschleunigt. Die Kombination dieser Dephasierungen
verursacht einem beschleunigten Zerfall des Signals mit der Zeitkonstante T2*
[72, 81, 89, 130].
1.3.4.3. Gewebskontraste und Signalintensitäten
Das Kontrastverhalten der MR-Bildgebung ist sehr viel komplexer, als das
anderer
bildgebender
Verfahren.
Die
Relaxationszeiten
haben
einen
wesentlichen Einfluss auf die Signalintensitäten und Bildkontraste, wobei die
starke Gewebeabhängigkeit der Relaxationszeiten den ausgezeichneten
Gewebekontrast vieler MRT-Aufnahmen erklärt. In vielen Fällen sind daher
41
unterschiedliche
Weichteilstrukturen
bereits
ohne
Kontrastmittel
schon
voneinander abgrenzbar.
Aufnahmen mit einem hohen Anteil an T1-relaxationsbedingtem Bildkontrast
werden auch als T1-gewichtete Aufnahmen bezeichnet. Auf T1-gewichteten
Aufnahmen haben Strukturen mit kurzen T1-Relaxationszeiten (z.B. Fett,
kontrastmittelangereichertes
Gewebe),
eine
hohe
Signalintensität
und
umgekehrt haben Stoffe mit langen T1-Relaxationszeiten (z.B. Wasser, Liquor)
eine niedrige Signalintensität.
Bei Aufnahmen mit hohem Anteil an T2-relaxationszeitbedingtem Bildkontrast
wird von T2-gewichteten Aufnahmen gesprochen. Gewebe mit kurzen T2Relaxationszeiten (z.B. Hirn) haben eine niedrige Signalintensität, wogegen
Strukturen
mit
langen
T2-Relaxationszeiten
(z.B.
Wasser)
eine
hohe
Signalintensität aufweisen [137].
Da der von den Protonen bei Längsrelaxation ausgehende magnetische Impuls
sehr klein ist, werden die Protonen mehrmals angeregt und die gemessenen
Signale elektronisch gemittelt (Averaging). Die magnetischen Impulse werden
messbar. Eine Folge von mehreren HF-Impulsen bezeichnet man als (Puls-)
Sequenz. Die Zeit zwischen zwei Anregungen heißt Repetitionszeit (TR), die
Zeit zwischen Anregung und Signalaufnahme ist die Echozeit (TE) [52].
1.3.4.4. Ortskodierung
Zur Ortskodierung magnetischer Impulse überlagert man das Magnetfeld durch
zusätzliche Magnetfelder, die Gradientenfelder. Dies dient der eindeutigen
Zuordnung
der
Signale
eines
dreidimensionalen
Objektes
zu
ihrem
Ursprungsort. Die drei Gradientenfelder stehen orthogonal zueinander und
überlagern während der Messung nacheinander das magnetische Hauptfeld.
Ein Gradient beschreibt in diesem Fall eine definierte Magnetflußdichtezu- oder
abnahme pro Längeneinheit. Ein HF-Impuls in einer bestimmten Lamorfrequenz
regt dann nur Protonen einer schmalen Schicht an. So entsprich die Frequenz
einem Ort im Gradientenfeld.
42
Nach Aufnahme der Datensätze mit den Frequenz- und Phaseninformationen
für jede Schicht werden die Bilder durch eine spezielle Rechenoperation, die
Fournier-Transformation, aus den gemessenen Signalen rekonstruiert [52, 130].
43
1.3.5. Kontrastmittel
Die Signalintensitätsdifferenz zweier Gewebe bestimmt in der MRT den
Bildkontrast. Er ist abhängig von den intrinsischen Faktoren der verschiedenen
Gewebe und von extrinsischen (gerätespezifischen) Faktoren, insbesondere
der verwendeten Pulssequenz. MR-Kontrastmittel sind Pharmazeutika, welche
zur Verbesserung der diagnostischen Information, die Signalintensitätsdifferenz
erhöhen. Sie verändern die intrinsischen Eigenschaften der Gewebe. [137]
Die für die MRT verwendeten Kontrastmittel sind chemische Verbindungen mit
unpaaren Elektronen. Die unpaaren Elektronen sind bei Anlage eines externen
Magnetfeldes ursächlich für die Magnetisierung des Stoffes, da sie eine wahre
Ladung im Molekül darstellen, im Gegensatz zu einer partiellen Ladung.
Kontrastmittel basieren auf sog. seltenen Erden, also Transitionsmetallen oder
Lanthaniden, weil viele dieser Metalle eine hohe Anzahl unpaarer Elektronen
enthalten. Allerdings sind diese Metalle toxisch und müssen in einem
Chelatkomplex einschlossen werden, um den Körper zu schützen, in den sie
injiziert
werden.
In
der
klinischen
Anwendung
kommen
routinemäßig
Gadodiamide und Gadolinium-Diethylentriaminpentaessigsäure (Gd-DTPA)
zum Einsatz.
Abbildung 14: Strukturformel des Gd-DTPA - aus [50].
44
Sie sind auf der Basis von Gadolinium zusammengesetzt. Gadolinium in dieser
Form hat sieben unpaare Elektronen, die eine koordinative Bindung innerhalb
des Chelatkomplexes darstellen. Obwohl das Chelat bis zu einem gewissen
Grad den Zugang zu den paramagnetischen Zentren der Zusammensetzung
blockiert, wird immer noch eine sehr große Relaxation erreicht. Dadurch
beeinflusst das Kontrastmittel das Magnetfeld in seiner Umgebung und bewirkt
eine Änderung der Signalintensität durch Verkürzung der T1- und T2-Relaxation
[89].
Das Kontrastmittel beschleunigt die Relaxation der es umgebenden Protonen
dadurch, dass es ihnen in der T1-Wichtung die überschüssige Energie entzieht.
Aufgrund der schnelleren Relaxation der Spins nimmt das Signal im MR-Bild zu.
Es handelt sich daher um ein positive Kontrastmittel. Ebenso erfolgt in der T2Wichtung aufgrund von Spin-Spin-Effekten eine raschere Dephasierung und
somit eine Beschleunigung der Relaxation (T2-Reduktion) [137].
Gewebe, die paramagnetisches Kontrastmittel enthalten, erscheinen in T2-oder
T2*-gewichteten Bildern hypointens, in T1-gewichteten hyperintens [89].
In denen der vorliegenden Arbeit zugrundeliegenden Untersuchungen wurde
als Kontrastmittel Gadolinium-DTPA (Magnevist®, Schering AG, Berlin,
Deutschland) i.v. appliziert.
45
1.3.6. Infarktdiagnostik mittels Magnetresonanztomographie
Myokardinfarkte können durch kontrastmittelverstärkte Aufnahmen mit der MRT
dargestellt werden (K-CMR).
Gadolinium-Verbindungen wie Gd-DTPA verteilen sich frei im Intravasalraum
und diffundieren schnell in den Extrazellulärraum (Interstitium). Bei der
kontrastmittelverstärkten Darstellung von infarzierten Myokardarealen wird der
T1-verkürzende Effekt von Gadolinium-DTPA ausgenutzt. Gd-DTPA reichert
sich in myokardialen Narben an und führt zur Signalanhebung in T1gewichteten Sequenzen, wobei man durch einen Inversionsvorpuls das Signal
des nichtinfarzierten Myokards (längere T1-Relaxationszeit) weiter unterdrückt.
Nach Kontrastmittelgabe kann im Gleichgewichtszustand im chronischen
Infarktstadium ein hyperintenses Signal im Bereich der Infarktnarbe gesehen
werden [58, 78].
1.3.6.1. Late enhancement
Optimaler Kontrast zwischen der hyperintensen Infarktzone und normalem
Myokard wird erzielt, wenn die Bildgebung erst zehn Minuten nach der
Kontrastmittelgabe stattfindet, so dass ein Auswaschen des Kontrastmittels aus
dem Blut erfolgen kann. Diese auch als „late enhancement“ bezeichnete
Technik eignet sich aufgrund der hohen räumlichen Auflösung hervorragend zur
Bestimmung
von
Lokalisation
und
Ausmaß
(z.B.
Volumen)
eines
Myokardinfarktes. Kim et. al. nutzten diese Technik, um Myokardregionen mit
reversibler
Dysfunktion
(kein
Zelltod,
jedoch
Bestehen
einer
Wandbewegungsstörung) zu identifizieren und somit den Erfolg einer
Revaskularisationsmaßnahme vorherzusagen [58].
Das Hyperenhancement chronischer Infarkte wird auf die größere interstitielle
Matrix der kollagenen Fasern des Narben- bzw. Bindegewebes zurückgeführt,
die zu einem größeren Verteilungsvolumen für Gd-DTPA führt. Im Gegensatz
dazu
finden
sich
im
normalen
Myokard
dicht
gepackte
Myozyten.
Der dem Hyperenhancement zugrundeliegende zelluläre Mechanismus ist
jedoch bis heute noch nicht vollständig geklärt [129].
46
Die
kontrastmittelverstärkten
Bilder
enthalten
Informationen
über
die
Lokalisation und Ausdehnung von irreversibel geschädigten Myokardarealen,
die sich hyperintens darstellen [89].
1.3.7. Bestimmung der Myokardmasse
Die Bestimmung der linksventrikulären Myokardmasse und Wanddicke erfolgt
durch Planimetrie der endo- und epikardialen Konturen in mehreren Schichten
mit anschließender Berechnung der Wanddicke durch Subtraktion der endound epikardialen Abschnitte unter Berücksichtigung der Schichtdicke, des
Schichtabstands und der Anzahl der Schnitte. Das spezifische Gewicht von
Myokard beträgt ca. 1,05 g/cm³ [89, 128].
47
1.4. Elektrokardiogramm
1.4.1. Definition
Das
Elektrokardiogramm
diagnostisches
Verfahren,
(EKG)
ist
welches
ein
in
einfaches
Klinik
und
und
nichtinvasives
Praxis
mittlerweile
unverzichtbar geworden ist. Das EKG ist eine Aufzeichnung elektrischer
Potentialdifferenzen
zwischen
zwei
verschiedenen
Punkten
der
Körperoberfläche im Ablauf der Herzaktion [131].
Das
Oberflächen-Elektrokardiogramm
repräsentiert
die
intrakardiale
Ausbreitung und Rückbildung elektrischer Impulse, die vom Sinusknoten
gebildet, über die Vorhöfe, AV-Knoten und His-Bündel auf die Kammern
übergeleitet werden, und sich in den Kammern über Reizleitungsschenkel und
Purkinje-Faser-System ausbreiten. Jeder elektrische Teilvorgang ist im
Elektrokardiogramm direkt repräsentiert mit Ausnahme der Impulsbildung im
Sinusknoten und der sinuatrialen Erregungsüberleitung [112].
Abbildung 15: Die entsprechenden Abschnitte des normalen
menschlichen EKG - modifiziert nach [110].
Der Kurvenverlauf des normalen menschlichen EKGs zeigt charakteristische
Zacken, die seit Einthoven mit den Buchstaben P,Q,R,S,T benannt werden [22].
48
1.4.2. Geschichte der Elektrokardiographie
Im Jahr 1789 entdeckte der italienische Anatom Luigi Galvani zufällig an einem
Froschschenkel den Zusammenhang zwischen elektrischen Strömen und
Muskelkontraktion. Hierdurch wurde Galvani der Begründer einer neuen
Wissenschaft, der Elektrophysiologie [95].
Im Jahr 1843 beobacht Carlo Mateucci, Physikprofessor der Universität Pisa,
dass auch die Herztätigkeit auf elektrischen Strömen basiert. Er hatte
Tierversuche
mit
Taubenherzen
durchgeführt
und
die
gewonnenen
Erkenntnisse wurden von anderen Forschern erweitert und vertieft [88].
Im Jahr 1887 zeichnete der Britische Physiologe Augustus D. Waller der St.
Mary’s Medical School, London, das erste menschliche EKG auf. Er
verwendete hierfür ein Mercury Kapillar-Elektrometer [135].
Abbildung 16: Augustus Desiré Waller (1856 – 1922) zeichnet 1887 das
erste menschliche EKG auf - aus [53].
Nachdem der niederländische Physiologe Willem Einthoven im Jahre 1889 auf
einem Kongress beobachtete, wie A. Waller sein neues Verfahren vorstellte,
entwickelte er ein neues Elektrometer und verwendete 1893 zum ersten Mal
den Begriff “Elektrokardiogramm” [30].
49
Einthoven
benutzte
ein
verbessertes
Elektrometer
und
verwendet
Korrekturformeln. Er beobachtete 5 Phasen welche er P, Q, R, S und T nannte
[31].
In
Anlehnung
an
ein
Empfangs-
und
Verstärkerinstrument
der
Überseetelegraphie entwickelt Einthoven das Saitengalvanometer. Er nutzte es
zu elektrokardiographischen Zwecken und etablierte das EKG als ein
klinisches, diagnostisches Hilfsmittel [32].
Einthoven
stellt
sich
vor,
dass
die
vom
Herzen
stammenden
elektromagnetischen Kräfte durch einen Einzelvektor (Dipol) in der Mitte eines
gleichseitigen Dreiecks dargestellt werden können. Das „Einthoven-Dreieck“
wird durch die drei Standardableitungen I, II, III gebildet [33].
Einthoven gilt als Erfinder der Elektrokardiographie und erhielt im Jahre 1924
“Für seine Entdeckung des Mechanismus des Elektrokardiogramms” den
Nobelpreis. Noch heute werden die von ihm entwickelten Ableitungen und die
Bezeichnung der einzelnen Zacken (P,Q,R,S,T) verwendet [10].
Abbildung 17: Willem Einthoven (1860- 1927), Nobelpreisträger 1924 für
die Entdeckung des EKG-Mechanismus - aus [96].
50
Harold
Ensign
Bennet
Pardee
gilt
als
Pionier
der
Diagnostik
von
Myokardischämie und Myokardinfarkt mittels der Elektrokardiographie. Der Arzt
der New York Hospital Medical Clinic beschrieb im Jahr 1920 erstmalig die
Entstehung von EKG-Veränderungen im Rahmen eines Myokardinfarktes am
Menschen. Er zeigt die klare ST-Elevation im Laufe eines akuten Infarktes und
die symmetrische T-Negativierung in späteren Phasen des Myokardinfarktes
[62, 91].
Abbildung 18: Harold Ensign Bennet Pardee (1886 – 1973), Internist und
Pionier im Bereich der Ischämiediagnostik mittels des EKG - aus [62].
Frank Wilson entwickelte die Konzepte Einthovens weiter und verwendete eine
„indifferente Elektrode“, die später als Null- oder Zentralelektrode bezeichnet
wird. Wilson entwickelte die unipolaren Ableitungen VR, VL und VF [138].
Emanuel Goldberger entwickelte die verstärkten (englisch = augmented)
unipolaren Ableitungen aVR, aVF und aVL. Zusammen mit den drei EinthovenAbleitungen und den sechs Brustwandableitungen erhalten wir das 12-Kanal
Oberflächen-EKG, welches heutzutage verwendet wird [54].
51
1.4.3. Elektrophysiologie des Herzens
Die Herzmuskulatur ist ein erregbares Gewebe. Das bedeutet, dass
bioelektrische Vorgänge bei der Herztätigkeit eine entscheidende Rolle spielen.
Sowohl die rhythmische Auslösung der Herzschläge als auch die Reihenfolge
und zeitliche Latenz, mit der Vorhöfe und Kammern nacheinander in Aktion
treten, wird durch den Erregungsablauf bestimmt. Die Herzmuskelfasern bilden
ein funktionelles Synzytium - ein verzweigtes Netzwerk, in dem sich die
Erregung ungehindert ausbreiten und eine Kontraktion auslösen kann [8]. Jede
Muskelfaser ist in Ruhe polarisiert. Dabei entsteht eine Potentialdifferenz
zwischen intrazellulärem (negativ) und extrazellulärem (positiv) Raum. Dieses
sogenannte Membranpotential beträgt ca. -90 mV [121].
Bei der Entstehung des EKG spielen nur solche Potentialdifferenzen eine Rolle,
die im Außenmedium der Herzmuskelfasern längs der Faserachse auftreten.
Die Einzelfaser verhält sich dabei wie ein elektrischer Dipol, d.h. wie zwei
räumlich getrennte, entgegengesetzt gleiche Punktladungen. Dieser Dipol wird
durch den Dipolvektor dargestellt, welcher in Richtung des Faserverlaufs von
minus (erregt) nach plus (unerregt) weist. Ruhende oder gleichmäßig erregte
Fasern erzeugen keinen Dipolvektor [8].
Die Umladung der Zelle durch einen elektrischen Reizimpuls führt über eine
Depolarisation zur Kontraktion [79].
Wird die Myokardfaser erregt, so wird das Ruhepotential über den
Schwellenwert angehoben und es kommt zur plötzlichen Depolarisation mit
überschießender Umladung der Membran, der so genannten Umpolarisation.
Die Membranoberfläche wird gegenüber dem Zellinneren elektrisch negativ.
Daran schließt sich die Erregungsrückbildungsphase an. Während dieser
Repolarisation wird das negative Ruhepotential wieder aufgebaut. Die
aufeinander folgenden Phasen der Depolarisation, Umpolarisation und
Repolarisation bilden das monophasische Aktionspotential [43].
52
Der Dipolvektor an der Erregungsfront (Depolarisationsvektor) zeigt in Richtung
der
Erregungsausbreitung.
Die
starken
Aufzweigungen
des
Erregungsleitungssystems bewirken, dass jeweils nur kurze Abschnitte der
Kammermuskulatur kontinuierlich von der Erregung passiert werden. Die
fortschreitende Erregungswelle ist daher immer nur in kurzen Abschnitten
tatsächlich präsent [8].
Die über das Myokard laufende Welle der Depolarisation führt zu einer
fortlaufenden Kontraktion [79].
Zu jedem Zeitpunkt der Herzerregung summieren sich die Dipolvektoren zu
einem räumlichen Integralvektor, der die Form der EKG-Kurve bestimmt. Die
Größe und Richtung der EKG-Ausschläge ergibt sich aus der Größe des
entsprechenden Integralvektors und seiner Projektion auf die Abgriffsrichtung.
Das Fehlen einer Auslenkung im EKG (Nullinienverlauf) kann verursacht sein
durch das Verschwinden des Integralvektors oder durch die Einstellung des
Vektors senkrecht zur Abgriffrichtung.
Das EKG entsteht durch Stromschleifen, die während der Erregung des
Herzens an die Körperoberfläche gelangen. In den EKG-Kurven werden
zeitliche
Spannungsänderungen
zwischen
definierten
Stellen
der
Körperoberfläche dargestellt. Die einzelnen Ausschläge enthalten Informationen
über den kardialen Erregungsablauf [8]. Wenn eine depolarisierende Welle
(Erregung) in Richtung auf eine positive Hautelektrode verläuft, so entsteht im
EKG eine positive, nach oben gerichtete Zacke [79].
53
Abbildung 19: Zeitliche Zuordnung der Phasen der Herzerregung zum
EKG mit momentanen Integralvektoren darstellt als roter Pfeil - aus [64].
Die obige Abbildung zeigt eine zeitliche Zuordnung zwischen einzelnen Phasen
der Herzerregung und entsprechenden Abschnitten des EKGs.
P-Welle: Erregungsausbreitung über die Vorhöfe
QRS-Komplex: Erregungsausbreitung über die Kammern
T-Welle: Erregungsrückbildung in den Kammern [8].
Die Erregungsausbreitung in der Ventrikelmuskulatur lässt sich in drei
Zeitabschnitte aufteilen, die bestimmten Teilen der Kammeranfangsgruppe des
Elektrokardiogramms entsprechen. Während des ersten Zeitabschnittes erfolgt
die Erregung des Kammerseptums, während des zweiten die Erregung der
freien Wand beider Ventrikel und während des dritten die Erregung
posterolateraler Anteile des linken Ventrikels und der Ausflussbahn des rechten
Ventrikels.
Die Erregungsausbreitung im Septum benötigt etwa 10-15 ms und beginnt im
mittleren Drittel des Septums.
54
Die Erregung der freien Wand beider Ventrikel ergreift zunächst die
spitzennahen Anteile beider Kammern. Die Erregung dringt von den
Innenschichten zu den Außenschichten vor, ihre Erregungsausbreitung beträgt
ca. 20-30 ms. Schließlich greift die Erregung auf die hinteren und
diaphragmalen
Partien
beider
Ventrikel
über.
Dieser
letzte
Teil
der
Erregungsausbreitung benötigt etwa 40 ms.
Die Muskulatur der Kammern ist nun unter gleichzeitiger Kontraktion der
Ventrikel vollständig erregt.
Die Erregungsrückbildung beginnt zunächst in den Außenschichten der
Spitzengegend und der freien Wand beider Ventrikel. Sie schreitet von den
Außen- zu den Innenschichten fort [43].
55
1.4.4. Myokardinfarktdiagnostik im EKG
Neben der Diagnose eines Myokardinfarktes erlaubt das Elektrokardiogramm
eine Abschätzung von Infarktstadium, Infarktgröße und Lokalisation des
Infarktareals [112].
Das EKG zeigt beim Herzinfarkt prinzipiell folgende Veränderungen:
Deutliche
Hebung der ST-Strecke im EKG als
sog.
Monophasische
Deformierung beim akuten Herzinfarkt. Beim alten Herzinfarkt ist die STStrecke nicht mehr angehoben. Die Q-Zacke ist jedoch auffällig groß, verbreitert
und tief. Elektrokardiographisch kann der Herzinfarkt bezüglich der Q-Zacke
(engl. Q-Wave) in zwei Gruppen eingeteilt werden. Die eine ist der Herzinfarkt
mit Erscheinen von Q-Zacken und die andere ist der Herzinfarkt ohne Q-Zacke
[120].
Geht man bei einem Infarkt vom Zentrum der Nekrose aus auf deren Rand zu,
gelangt man vom Myokard mit deutlicher anatomischer Schädigung (Läsion)
zunächst in Myokard mit nur funktioneller Störung (Ischämie) und schließlich in
gesundes Myokard [43].
Abbildung 20: EKG bei Infarzierung mit den Bereichen Nekrose, Läsion,
Ischämie und gesundem Myokard - modifiziert nach [43].
56
Durch die infarzierte Gegend können keine elektrischen Impulse mehr geleitet
werden, da dieses Gewebe elektrisch tot ist und nicht mehr auf normale Weise
depolarisiert werden kann. Die Infarktgegend ist eine Lücke während der
elektrischen Erregungsausbreitung; im übrigen Herzen, das normal durchblutet
ist, läuft die Erregung normal ab [79].
Im Jahre 1954 berichteten Prinzmetal et al. über Ihre Versuche an einem
Tiermodell. Sie zeigten, dass Q-Wave Myokardinfarkte transmural seien und
Non-q-wave Infarkte nicht transmural seien [98]. Seit ungefähr 50 Jahren
gehörte diese EKG-basierte Unterscheidung der Infarkte zur klinischen Praxis.
Die Bedeutung dieser Unterscheidung bleibt jedoch unklar. Verschiedene
Studien unter Einschluss von Autopsien am menschlichen Herzen haben
jedoch gezeigt, dass die Beziehung zwischen Q-Zacken und der transmuralen
Ausdehnung zufällig ist.
In der heutigen Infarktdiagnostik wird der akute Myokardinfarkt in einen STSegmenthebungs- und einen nicht-ST-Segmenthebungs-Infarkt eingeteilt.
Hierbei entsprechen die ST-Hebungsinfarkte den Q-Wave-Infarkten und die
non-ST-Hebungsinfarkte den Non-q-wave-Infarkten [87].
In klinischen Leitfäden und in der Forschung wird jedoch auch heute noch
weitestgehend das Vorhandensein von Q-Waves für die EKG-Diagnose von
alten Infarkten verwendet [16, 29, 108].
57
1.4.5. EKG-Zeichen eines abgelaufenen Infarktes
Das Endstadium eines Myokardinfarktes geht mit der Konsolidierung der
Infarktnarbe einher und ist im Elektrokardiogramm lebenslang nachzuweisen.
Das Endstadium ist gekennzeichnet durch pathologische Befunde des QRSKomplexes und fakultativ auch der ST-Strecke bzw. der T-Welle [113].
1.4.5.1. Q-Zacken oder Q-Waves
Die Q-Zacke (engl. Q-Wave) ist die erste nach unten gerichtete Zacke des
QRS-Komplexes, der keine andere Zacke des Kammerkomplexes vorausgeht.
Eine signifikante oder auch pathologische Q-Zacke dauert 0,04 s und ist bei
einer Registrierungsgeschwindigkeit von 50 mm/s gewöhnlich 2mm breit.
Ein anderes Kriterium für die Signifikanz einer Q-Zacke ist ihre Größe bzw. ihre
Höhe: die signifikante Q-Zacke hat die Größe von einem Drittel des genannten
QRS-Komplexes.
In bestimmten Ableitungen können normalerweise sehr kleine Q-Zacken
auftreten. Diese kleinen q-Zacken werden als insignifikante Q-Zacken
bezeichnet [79].
Der nekrotische Bezirk fällt elektrisch aus, da die abgestorbenen Myokardzellen
bei erloschenem Ruhepotential keine Aktionspotentiale mehr bilden können.
Die dem nekrotischen Gebiet entsprechenden Vektoren fehlen, so dass die
Vektoren der übrigen intakten Kammerwand, die vom Infarkt wegzeigen,
überwiegen. Hierdurch wird die Vektorschleife der Erregungsausbreitungsphase
vom infarzierten Gebiet weggelenkt [43].
1.4.5.2. R-Verlust und R-Minderung
Die erste nach oben gerichtete Zacke der QRS-Komplexes ist die R-Zacke [79].
Normalerweise nimmt die Größe der R-Zacken von V1 – V6 zu. Dieser RZuwachs ist um so schneller, je steiler die Herzachse ist, je weiter die
Herzachse nach links dreht, desto langsamer ist der R-Zuwachs. Liegt statt
eines regelmäßigen, adäquaten R-Zuwachses ein R-Verlust von einer
58
Brustwandableitung zur nächsten vor, so ist dies ein Infarktzeichen,
desgleichen eine Reduktion der R-Höhe [63].
Bei großen Infarkten ist die gesamte Vektorschleife so hochgradig vom Infarkt
weggedreht, dass in Brustwandableitungen mit direktem Abgriff die R-Zacke
verwindet und an ihre Stelle eine rein negative Kammeranfangsgruppe tritt: RVerlust [43].
1.4.5.3. Horizontale ST-Senkung und deszendierende ST-Senkung
Auf den QRS-Komplex folgt eine Pause. Diese Erregungspause nennt man die
ST-Strecke. Diese isoelektrische Strecke verläuft im normalen EKG als
Grundlinie zwischen QRS-Komplex und T-Welle. Sie entspricht dem kurzen
Zeitraum, in dem beide Kammern gleich erregt sind [79].
Als weitgehend sicheren Hinweis auf eine Ischämie der Innenschichten des
linksventrikulären Myokards gilt eine Senkung der ST-Strecke um wenigstens
0,05 – 0,1 mV (0,5-1 mm) in mindestens einer Extremitätenableitung bzw. um
wenigstens 0,1 – 0,2 mV (1-2 mm) in einer Brustwandableitung, bei einem
horizontal gestreckten oder abfallenden deszendierenden Verlauf.
Als Messpunkt der ST-Senkung gilt die ST-Absenkung 0,08 s nach dem JPunkt (Ende der Kammeranfangsgruppe, Wendepunkt vom aufsteigenden
Schenkel der S-Zacke zur ST-Strecke).
Die Deszension der ST-Strecke stellt eine unspezifische Veränderung der
Erregungsrückbildung
dar.
Sie
kann
Ausdruck
einer
pathologischen
Veränderung sein. Die deszendierende ST-Strecke kann primär durch eine
Minderdurchblutung des Herzmuskels bedingt sein.
Verläuft die ST-Strecke horizontal gesenkt oder überhöht, so liegt eine sog.
Läsion vor. Bedeutsam ist eine solche Verlagerung der ST-Strecke erst, wenn
sie mehr als 0,1 mV bzw. mehr als 1 mm auf dem Papier beträgt [63].
59
1.4.5.4. Präterminal negatives T
Die T-Welle schließt sich der ST-Strecke an und beschreibt die Depolarisation
der Ventrikel. Während der Repolarisation werden die Herzmuskelzellen wieder
umgeladen, erst dann können sie wieder depolarisiert werden [79].
Die präterminal negative T-Welle hat einen zweizeitigen Verlauf. Der erste
Anteil, liegt präterminal (vor dem Ende), unterhalb der isoelektrischen Linie,
also im negativen Bereich.
Der zweite Anteil, der terminale (Schlussteil), liegt oberhalb der isoelektrischen
Linie, also im positiven Bereich. Die Winkelhalbierende durch die Spitze der TWelle zeigt in Richtung auf den zugehörigen QRS-Komplex [63].
Als Folge einer Schädigung der Kammerinnenwandschichten werde diese
weniger stark erregbar, die Erregung erfolgt hier abgeschwächt und verkürzt.
Dadurch beginnt in den Innenschichten im Anschluss an die verkürzte
Erregungsausbreitung
die
Erregungsrückbildung
vorzeitig,
wogegen
normalerweise die Außenschichten mit der Erregungsrückbildung beginnen.
Bei
Schädigung
der
Innenschicht
herrscht
gleich
nach
der
Erregungsausbreitung die elektrische Negativität der Außenschichten vor.
Hierdurch zeigen die Einzelvektoren schon zu ST-Beginn und während der
weiteren Erregungsrückbildung von der Außen- zur Innenschicht.
Der Hauptvektor der Erregungsrückbildung verläuft nun in entgegengesetzter
Richtung zum Hauptvektor der Erregungsausbreitung.
Die Hauptauschlagsrichtung des Kammerendteils wird diskordant zu der
Kammeranfangsgruppe. In den für den linken Ventrikel charakteristischen
Ableitungen kommt es zu einer T-Negativierung [43].
60
2. Ziel der Arbeit
Patienten mit abgelaufenem Myokardinfarkt haben je nach Infarktausdehnung
(transmural
–
nicht
transmural)
und
Lokalisation
des
Infarktareals
unterschiedliche Veränderungen im 12-Kanal-Oberflächen-EKG.
Mit der kardiovaskulären Kernspintomographie steht eine neue Methode mit
exzellenter zeitlicher und räumlicher Auflösung zur Verfügung, die nicht nur die
Beurteilung von Wandbewegungsstörungen, sondern auch, im Kontrastbild
(nach Gabe eines Kontrastmittels, Gadolinium-DTPA), die exakte Abgrenzung
und
somit
Lokalisation
des
Infarktareals erlaubt.
Von
entscheidender
Bedeutung ist dabei, dass im Kontrast-CMR ohne große Schwierigkeit
transmurale von nicht-transmuralen (subendokardialen und endokardialen)
Infarkten unterschieden werden können. Damit ist die kardiovaskuläre
Magnetresonanztomographie ein optimales Verfahren, um EKG-Veränderungen
auf ihre Spezifität zu untersuchen.
Bezüglich der Infarktausdehnung stellt sich die Frage, inwieweit Non-Q-WaveInfarkte wirklich nicht-transmural und Q-Wave-Infarkte wirklich transmural sind.
Bezüglich der Infarktlokalisation stellt sich die Frage, wie exakt man unter
Berufung auf das EKG die Infarktlokalisation voraussagen kann.
Im Klinikalltag werden Q-Zacken im EKG zur Detektion von abgelaufenen bzw.
chronischen Myokardinfarkten verwendet. Es stellt sich die Frage nach der
Sensitivität der Q-Zacke. Die kardiovaskuläre Magnetresonanztomographie
dient auch hier als Verfahren, um die Sensitivität von Q-Zacken im EKG
bezüglich der Präsenz und Transmuralität chronischer Myokardinfarkte zu
untersuchen.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist somit der Versuch, der genauen Abschätzung
der Folgeerscheinung des abgelaufenen, chronischen Myokardinfarktes in Form
einer myokardialen Narbe mittels des 12-Kanal-Oberflächen EKG und der
CMR.
61
3. Material und Methoden
3.1. Patienten
Untersucht
wurden
90
Patienten
(64.6
± 11.1
Jahre)
mit
einem
vorausgegangenen Infarktgeschehen (7.4 ± 3.6 Monate vor Untersuchung).
Diese Evaluation basiert auf einer im Vorfeld sorgfältig erhobenen Anamnese,
Feststellung der Krankengeschichte und nach Einsicht in die entsprechenden
Patientenakten.
Es wurden 69 Männer (76.7%) und 21 Frauen (23.3%) untersucht.
Tabelle 1: Alter in Jahren des Gesamtkollektivs nach Geschlecht unterteilt
gültige N Mittelwert+SA
Median
Minimum-Max
Frauen
21
65.5+12.8
66
28-83
Männer
69
64.3+10.6
65
36-81
insgesamt
90
64.6+11.1
66
28-83
Die kardiovaskuläre Magnetresonanztomographie wurde im Rahmen einer
klinischen Untersuchung oder aber zu wisschenschaftlichen Zwecken in
Rahmen einer prospektiven Studie angefertigt.
45 Patienten (65.3 ± 11.6 Jahre) hatten einen transmuralen Herzinfarkt
während 45 Patienten (63.8 ± 10.6 Jahre) einen nicht-transmuralen Herzinfarkt
aufwiesen.
Tabelle 2: Alter in Jahren des Gesamtkollektivs nach Art des Infarktes
unterteilt
gültige N Mittelwert+SA
Median
Minimum-Max
nontransmural
45
63.8+10.6
64
36-83
transmural
45
65.3+11.6
67
28-83
Insgesamt
90
64.6+11.1
66
28-83
62
Um die Spezifität und den prädiktiven Wert der Ergebnisse bestimmen zu
können, wurden EKG und kardiovaskuläre Magnetresonanztomographie an
einer Kontrollgruppe von 45 herzgesunden Patienten durchgeführt. Diese
hatten keinerlei Herzbeschwerden, keine Veränderungen des 12- Kanal
Oberflächen-EKG und keinerlei Auffälligkeiten bzw. kein „late enhancement“ im
Rahmen der Kontrastmittel verstärkten kardiovaskulären CMR.
Die Ausschlusskriterien waren das Vorhandensein von allen kardialen
Erkrankungen, die möglicherweise eine Q-Zacke verursachen könnten wie
beispielsweise: Hypertrophe Kardiomyopathie, WPW-Syndrom oder eine
dilatative Kardiomyopathie.
Außerdem wurden Patienten mit den Kontraindikationen für die K-CMR
ausgeschlossen:
Die
Untersuchung
war
absolut
Herzschrittmachern,
Defibrillatoren,
Herzklapppen
Typ
(vom
kontraindiziert
bei
Patienten
Neurostimulatoren,
Starr-Edwards),
Clips
nach
mit
speziellen
Gefäß-
oder
neurochirurgischen OP’s, Insulinpumpen, Metallsplitter, Ohrimplantate, schwere
Ruhedyspnoe (pulmonale Hypertonie, schwere Herzinsuffizienz) sowie ein
instabiler Zustand des Patienten.
Relative Kontraindikationen waren Klaustrophobie und Adipositas per magna.
Patienten mit Links- oder Rechtsschenkelblock wurden nicht mit in die Studie
eingeschlossen, da dies die korrekte Interpretation des QRS-Komplexes und
der Kammerendteile nicht zulässt [87].
Unruhe des Patienten, Rückenschmerzen, Juckreiz, Pollakisurie im Rahmen
einer
Diuretikatherapie
sowie
Vorhofflimmern
verursachten
erschwerte
Untersuchungsbedingungen.
Untersuchungsbefunde
mit
schlechter
Bildqualität
wurden
nicht
ausgeschlossen. Kein Patient wurde innerhalb des Zeitraums von einer Woche
63
nach einem Infarktgeschehen mit in die Studie eingeschlossen. In dieser Zeit
eines akuten Infarktes kann eine Q-Zacke dynamisch sein [60, 84].
Die Studie wurde gemäß der Deklaration von Helsinki durchgeführt.
3.1.1. Patientenvorbereitung
Vor dem Tag der geplanten Untersuchung wurden die Patienten über die Art
und den Ablauf der Untersuchung aufgeklärt. Eine Einverständniserklärung des
Patienten wurde in schriftlicher Form eingeholt.
Wenn Kontraindikationen vorhanden waren, wurden die Patienten im Voraus
von der geplanten Untersuchung ausgeschlossen.
Am Tag der Untersuchung wird der bis auf die Unterwäsche entkleidete Patient
in Rückenlage mit dem Kopf in Richtung des Kernspintomographen auf den
Untersuchungstisch positioniert.
Auf Wunsch des Patienten wurden bei Bedarf (Unruhe, Angst) 20 Tropfen
Prometazin per os zur Beruhigung verabreicht.
64
3.2. Kardiovaskuläre Magnetresonanztomographie
3.2.1. Bildakquisition
Die Bilder wurden aufgenommen von einem Siemens 1.5 Tesla MRT
(Magnetom, Sonata, Erlangen, Deutschland) mit einer vorder- und rückseitigen
Oberflächenspule und einer prospektiven EKG-Triggerung.
Abbildung 21: Siemens 1.5 Tesla MRT (Magnetom, Sonata, Erlangen,
Deutschland) mit Patientenliege, Sende- und Empfangsspule und
Gehörschutz.
Verwendet wurde die Gradienten-Echo-Sequenz TrueFISP, eine schnelle
Bildsequenz mit steady-state free precision.
Auf der Basis von sog. „Scout images“ - also Orientierungsbildern wurden cineBilder erstellt in der kurzen, der vertikalen und der vertikalen langen Achse.
65
Kurzachsen-Bilder
wurden
unter
Atemanhalten
in
der
Endexspiration
aufgenommen von der Herzbasis (AV-Ring) bis zur Herzspitze mit einer
Schichtdicke von 10 mm. Eine Schicht wurde pro Atemanhaltephase
aufgenommen. Die Anzahl der Einzelbilder pro Schicht betrug 80-90% eines
RR-Intervalls, dem Intervall zwischen zwei R-Zacken, geteilt durch die TR.
Folgende Parameter wurden verwendet:
TR (repetition Time):
3,2 msec
TE (echo Time):
1,6 msec
Schichtdicke:
10 mm
Flip-Winkel:
60°
In-plane Pixel size: 2,3 x 1,4 mm
Akquirierungszeit: 12 Herzschläge
15 Minuten nach intravenöser Gabe eines Gadolinium-basierten Kontrastmittels
(gadopenat
dimeglumin
oder
gadoteridol;
0,15
mmol/kg)
wurde
die
kardiovaskuläre Kontrast-CMR in den gleichen Achsen der cine-Bilder erstellt.
Hierbei wurde eine segmentierte Gradienten-Echo-Sequenz verwendet. Das
Inversions-delay betrug 230-300 ms an die typische Voxelgröße 1.9 x 1.4 x 6.0
mm.
66
3.2.2. Localizer und Untersuchungsprotokoll
Zu
Beginn
der
Untersuchung
erfolgte
die
Anfertigung
eines
ersten
Übersichtsscans (Scout), d.h. mit einer Abbildung des Thorax in geringer
räumlicher Auflösung mit transversaler, koronarer und sagittaler Schnittführung
zur Orientierung sowie zur Festlegung der Herzhauptachse und evtl.
abweichender Anatomie.
Danach wurde ein zweiter Scout angefertigt. Dafür wurde in der transversalen
Schnittführung des ersten Scouts die Schnittebene durch die Spitze des linken
Ventrikels und durch die Mitte der Mitralklappe gelegt. In diesem Scout kann
der linke Ventrikel in seiner maximalen Längsausdehnung abgebildet werden.
Dieser zweite Scout sollte bereits in maximaler Endexspiration aufgenommen
werden, ebenso wie die späteren Kurzachsenaufnahmen.
Ferner fertigten wir noch einen dritten Scout an, der senkrecht auf dem zuvor
angefertigtem Scout stehen sollte. Anhand dieses nun angefertigten, dritten
Scouts konnten die Kurzachsenschnitte (engl.: short axis = SA) geplant werden.
Nun wurden die sog. Kurzachsenschnitte (SA) angefertigt, die jeweils den
kreisrunden linken Ventrikel sowie den ihm benachbarten entrundeten,
muskelschwächeren rechten Ventrikel abbilden sollten.
Sie wurden im 3. Scout geplant, indem wir dort die Schnittebene senkrecht zum
interventrikulären Septum durch den rechten und den linken Ventrikel legten.
67
Abbildung 22: Beispiel für einen Kurzachsenschnitt (SA) mit kreisrundem
linken und muskelschwächerem rechten Ventrikel
Für unsere Zwecke haben wir bei unseren Untersuchungen den kompletten
linken und rechten Ventrikel von der AV-Klappenebene bis zum Apex des linken
Ventrikels mit einer Schichtdicke von 10 mm und einer Lücke von 3 mm
zwischen den Schnitten in Endexpiration abgebildet, wofür wir insgesamt 7 – 11
Kurzachsenschnitte benötigten.
Danach wurde, ausgehend von einem medialen Kurzachsenschnitt, ein sog.
Vierkammerblick geplant (engl.: 4-chamber = 4-CH). Er zeigt die beiden
Ventrikel
und
beide
Vorhöfe
in
maximaler
Längsausdehnung.
Die
einzustellende Schnittebene verläuft durch zwei Orientierungspunkte, von
denen einer in der lateralen Spitze des rechten Ventrikels und der andere
Orientierungspunkt im linken Ventrikel ventral des hinteren Papillarmuskels
liegt. So verläuft die Schnittebene also nicht genau parallel zur dorsalen
Hinterwand des Herzens.
Als nächstes wurde der sog. Zweikammerblick (2-CH) eingestellt, welcher den
linken Vorhof und den linken Ventrikel in der maximalen Längsausdehnung
zeigt. Hierzu wurde im Vierkammerblick die Schnittebene durch den Apex des
linken Ventrikels und durch die Mitte der Mitralklappe gelegt.
68
Abbildung 23: Beispiel für einen 4-Kammerblick und einen 2-Kammerblick
Die letzte einzustellende Ebene ist der sog. Dreikammerblick (3-CH), auf dem
der linksventrikuläre Ausflusstrakt (LVOT), die Aortenklappe und die Aorta
ascendens dargestellt sind. Um die Ebene einzustellen, wählten wir einen basal
gelegenen Kurzachsenschnitt, auf dem bereits LVOT und Aorta ascendens zu
sehen sind.
Abbildung 24: Darstellung des linksventrikulären Ausflusstraktes und der
Aorta ascendes
69
Hier legte man die Schnittebene längs durch den LVOT und die Aorta
ascendens.
Nach Abschluß der Planung der gewünschten Kurz- und Längsachsenschnitte
für die Wandbewegungsanalyse wurde das Kontrastmittel (Gadolinium-DTPA,
Schering, Deutschland) als Bolus von 0,15 mmol/kg Körpergewicht über eine
periphere Vene injiziert. Daraufhin blieb ein Zeitfenster von 10-15 Minuten um
die Wandbewegung in Ruhe darzustellen. Anschließend wurde der gesamte
linke
Ventrikel
mit
einer
T1-gewichteten
Gradienten-Echo-Sequenz
in
Kurzachsenschnitten (z.B. 20 Schichten à 5 mm) durchgeschichtet. Dies
geschah mit Mehrschichtaufnahmen in Atemanhaltetechnik. Optimaler Kontrast
wurde durch einen Vorpuls-Delay zwischen 220 und 250 ms erzielt.
3.2.3. EKG bei Untersuchung
Das EKG hat bei Herzuntersuchungen den höchsten Stellenwert. Es dient der
Patientenüberwachung
und
der
Darstellung
des
Herzzyklus.
Um
die
Herzbewegung auszugleichen, werden nahezu alle Untersuchungen des
Herzens EKG-gesteuert erstellt. Dabei kommen verschiedene Trigger- und
Gating-Techniken zur Anwendung, die oft mit Techniken zur Unterdrückung der
Atembewegung kombiniert werden [89].
Hierbei wird jede Anregung durch die R-Zacke ausgelöst, sodass jede Messung
an genau der gleichen Stelle des Herzzyklus erfolgt. Damit werden die
Bewegungsartefakte durch die Herzaktion eliminiert [137].
70
3.2.4. Oberflächenspule
Die Oberflächenspulen werden benutzt, um oberflächennahe Organe und
Strukturen darzustellen. Sie dienen als Sende- und Empfangs-Spulen, deren
Aufgabe
es
ist,
Hochfrequenz-Impulse
einzustrahlen,
um
die
Wasserstoffprotonen im Körper anzuregen und das erzeugte Signal zu
empfangen. Oberflächenspulen liegen direkt auf dem Körper, woraus sich ein
gutes Signal-Rausch-Verhältnis ergibt [89].
Abbildung 25: Exemplarische Anlage einer Oberflächenspule bei einem
Patienten vor der Untersuchung.
71
3.2.5. Bildanalyse
Die Bilder wurden ausgewertet mit dem kommerziell erhältlichen ComputerSoftware-Programm Argus (Siemens) von zwei unabhängigen Untersuchern.
Die Kontrastmittelanreicherung wurde mit Hilfe eines 17-Segment-Modells
lokalisiert [18].
Abbildung 26: 17- Segment-Modell des linken Ventrikels im
Kurzachsenschnitt und in der vertikalen Längsachse zur Lokalisation der
Kontrastmittelanreicherung - modifiziert nach [18].
72
Das Gebiet der Kontrastmittelanreicherung wurde in jeder Schicht abgegrenzt
und einem Segment bzw. mehreren entsprechenden Segmenten zugeordnet.
Abbildung 27: Abgrenzung eines durch late enhancement identifizierten
transmuralen Infarktareals – anterolaterales, laterales, inferolaterales und
inferiores late enhancement.
Der Myokardinfarkt wurde als transmural definiert, wenn in der gesamten
Myokarddicke eine Kontrastmittelanreicherung präsent war. Nicht-transmural
war ein Infarkt, sobald sich eine Kontrastmittelanreicherung von weniger als 75
% der Myokarddicke zeigte [139].
Infarkte mit einer Kontrastmittelanreicherung von 75-99%
der Wanddicke
wurden aus der Studie ausgeschlossen um sicherzugehen, dass eine klare
Unterscheidung zwischen transmuralen und nicht-transmuralen Infarkten
gegeben ist.
73
3.2.6. Patienten der Untergruppe „Infarktmasse“
In einer Untergruppe von 41 Patienten (61.3 ± 11.4 Jahre) wurde die Masse der
Infarkte berechnet. Die Patienten hatten einen dokumentierten chronischen
Myokardinfarkt mit einem Infarktalter von 8.5 ± 2.6 Monaten. Darunter
befanden sich 34 Männer (83%) und 7 Frauen (17%).
18
Patienten
(59.8
+
12.9
Jahre)
hatten
einen
transmuralen
und
23 (62.5 + 10.2 Jahre) einen nicht-transmuralen Infarkt.
EKG und kardiovaskuläre Magnetresonanztomographie wurden an einer
Kontrollgruppe von 10 herzgesunden Probanden durchgeführt. Diese hatten
keinerlei Herzbeschwerden, somit keine Veränderungen des 12- Kanal
Oberflächen EKG und keinerlei Auffälligkeiten bzw. kein Late enhancement im
Rahmen
der
Kontrastmittel
verstärkten
kardiovaskulären
Magnetresonanztomographie.
74
3.2.7. Bildanalyse der Untergruppe „Infarktmasse“
Die im K-CMR kontrastmittelverstärkte Fläche (hyperenhancement) wurde in
jeder Schicht abgegrenzt und die infarzierte Fläche in cm² pro Segment sowie
die transmurale Ausdehnung berechnet.
Hierfür wurden durch eine TrueFISP-Sequenz alle Schichten lückenlos in der
kurzen Herzachse von der Herzbasis bis zum Apex angefertigt. Das
linksventrikuläre Kavum wurde durch spezielle Nachbearbeitungssoftware
entlang der Endokardkonturen manuell segmentiert. Im weiteren erfolgte eine
manuelle Segmentierung entlang der Epikardkonturen.
Abbildung 28: Kurzachsenschnitt mit Markierung des Endokards (grün),
des Epikards (gelb), der Papillarmuskeln (weiß) und des infarzierten
Areals (rot) bei einem Patienten mit inferiorem Myokardinfarkt modifiziert nach [128].
Die Myokardmasse berechnet sich dann aus der Subtraktion der endo- und
epikardialen
Abschnitte
unter
Berücksichtigung
der
Schichtdicke,
des
Schichtabstands und der Anzahl der Schnitte. Das spezifische Gewicht des
Myokards beträgt 1.05 g/cm³ und wird zur Massenberechnung benötigt [89].
Die
Infarktmasse
wurde
nach
folgender
Formel
errechnet:
Infarktfläche (cm²) x Schichtdicke (cm) x 1.05 g/cm³.
Die errechnete Infarktmasse in Gramm (g) pro Schicht wurde addiert und somit
die totale Infarktmasse in Gramm (g) errechnet.
75
3.3. Elektrokardiographie
3.3.1. Erstellung des Ruhe-EKG
Vor jeder K-CMR-Untersuchung wurde bei allen Patienten ein 12-KanalOberflächen-Elektrokardiogramm erstellt. Das hierfür genutzte Gerät war ein
Marquette MAC 1200 (Marquette Hellige, Freiburg, Deutschland).
Vor Beginn der EKG-Ableitung wurden die Unterschenkel, die Brust sowie die
Arme des Patienten von Kleidung befreit und der Patient gebeten, sich auf eine
bereitstehende Liege zu legen, sofern er sich nicht schon in liegender Position
befand.
Zur Reduktion des Kontaktwiderstandes der Haut wurde ein Kontaktspray
(Contact Spray, GE Medical Systems Information Technologies GmbH,
Freiburg,
Deutschland)
zur
Befeuchtung
auf
die
entsprechenden
Elektrodenanlagestellen gesprüht. Die Saugelektroden wurden daraufhin auf
der Haut über der Muskulatur angebracht.
Die zwölf EKG-Ableitungen beim Standard-12-Kanal-EKG setzen sich aus
Extremitätenableitungen
und
Brustwandableitungen
zusammen.
Die
Saugelektroden sind farblich gekennzeichnet und werden wie folgt plaziert:
Extremitätenableitungen:
1. Elektrode (rotes Kabel)
rechter Arm
2. Elektrode (gelbes Kabel)
linker Arm
3. Elektrode (grünes Kabel)
linkes Bein
4. Elektrode (schwarzes Kabel) rechtes Bein
76
Brustwandableitungen:
V1: 4. ICR rechts parasternal
V2: 4. ICR links parasternal
V3: 5. Rippe zwischen V2 und V4
V4: 5. ICR linke Medioklavikularlinie
V5: 5. ICR vordere, linke Axillarlinie
V6: 5. ICR mittlere, linke Axillarlinie
Abbildung 29: Marquette MAC 1200, Marquette Hellige, Freiburg,
Deutschland, wurde zur Aufzeichnung des 12-Kanal-Oberflächen-EKG
verwendet.
77
Nach Anlage der Elektroden wurde der Patient aufgefordert ruhig liegen zu
bleiben, nicht zu sprechen und keine Bewegungen mehr auszuführen.
Abbildung 30: Die Plazierung der Elektroden am liegenden Patienten
Auf Knopfdruck erfolgten die Aufzeichnung und die Ausgabe des EKG auf zwei
separaten
Seiten.
Durch
einen
weiteren
Knopfdruck
lösen
sich
alle
angebrachten Saugelektroden und die Untersuchung ist beendet. Die
Gesamtdauer der Untersuchung betrug durchschnittlich ca. 2 Minuten.
78
3.3.2. EKG-Analyse
Die 12-Kanal-Oberflächen-Elektrokardiogramme wurden von zwei Untersuchern
in Anlehnung an den Minnesota Code 1.1.1 -
1.2.8 und 1.3.1 - 1.3.6
ausgewertet [12].
Beide Untersucher hatten keine Kenntnis über den Befund der K-CMR. Die
Untersucher, welche die K-CMR Bildanalyse durchführten, hatten entsprechend
keine Kenntnisse über die Befunde der Elektrokardiogramme.
Es
erfolgte
die
Anwendung
der
„Q-Wave
/
non-Q-Wave“
-
Myokardinfarktdefinition der „Thrombolysis in Myocardial Infarction (TIMI)
Gruppe sowie den Minnesota Code 1.1.1-1.2.8 und 1.3.1-1.3.6 zur primären
Auswertung der Elektrokardiogramme.
Der Q-Wellen-Infarkt wird wie folgt definiert:
Pathologische Q-Zacke (>30 ms) in zwei benachbarten Ableitungen [7, 12].
Die EKG-Zeichen Q (großes Q), q (kleines q), R-Minderung, R-Verlust,
horizontale ST-Senkung, deszendierende ST-Senkung und T-Negativierung
wurden
in
den
entsprechenden
Ableitungen
aufgesucht.
Anhand der EKG-Zeichen wurden die Infarkte lokalisiert, wobei folgende 6
Lokalisationen der Infarzierung betrachtet wurden:
Anterior: V2-V6, I, avL
Inferior: II,III,avF
Anterolateral: V2-V5, I, aVL
Anteroseptal: V1-V4
Lateral: I, aVL, V5, V6
Inferolateral: II,III,avF, V4-V6 [22, 113].
79
3.4. Statistische Auswertung
Die Auswertungen kategorialer Merkmale erfolgte durch die Angabe von
absoluten und relativen Häufigkeiten (Prozent).
Zur Deskription metrischer Merkmale wurden Mittelwert+Standardabweichung
(SA) angegeben. Der Mittelwert ist eine Funktion aus der Summe aller
Messwerte dividiert durch deren Anzahl n. Die Standardabweichung misst die
Abweichung der Messwerte vom Mittelwert [69].
Der exakte Fishertest wurde benutzt, um die Nullhypothese der Unabhängigkeit
von EKG-Veränderung und transmuraler Ausdehnung der Infarzierung
(transmural oder nicht-transmural) gegen die Alternative der Abhängigkeit zu
testen. Zum Vergleich der Infarktmasse bei Patienten mit transmuralen und
nicht-transmuralen Infarkten bzw. bei Infarkten mit und ohne Q-Zacke wurde
der
Mann-Whitney-U-Test
verwendet.
Getestet
wurde
jeweils
die
Nullhypothese, dass die Infarktmasse in beiden Gruppen identisch verteilt ist.
Alle statistischen Tests erfolgten zweiseitig zum Signifikanzniveau 0.05. Der pWert gibt die Wahrscheinlichkeit an, die Nullhypothese abzulehnen, obwohl die
Nullhypothese richtig ist [70].
Zur Beurteilung der diagnostischen Güte des EKG hinsichtlich der
Bestimmung der Infarktlokalisation im Vergleich mit den Befunden der
Kardiovaskulären Magnetresonanztomographie wurden Sensitivität, Spezifität
sowie positiver und negativer prädiktiver Wert (PPV, NPV) berechnet.
Die Interobservervarianz wurde mit der Kappa-Statsitik quantifiziert. Dieses
Maß misst den Grad der Übereinstimmung zweier (oder mehrerer) Observer bei
der Beurteilung eines kategorialen Merkmals [132].
80
4. Ergebnisse
Kein
Patient
der
Kontrollgruppe
zeigte
EKG-Veränderungen
oder
Kontrastmittelanreicherungen in der kardiovaskulären MRT (Spezifität 100%,
negativ prädiktiver Wert 100%).
Die kardiovaskuläre Magnetresonanztomographie zeigte transmurales late
enhancement in 45 Fällen und nicht-transmurales late enhancement in 45
Fällen der untersuchten Patienten.
19 (42,2%) der Patienten mit transmuraler Kontrastmittelanreicherung zeigten
Q-Wave-Infarkte im EKG, während 26 einen Non-Q-Wave Infarkt zeigten.
12 (26,7%) der Patienten mit nicht-transmuralem late enhancement zeigten
einen Q-Wave-Infarkt, 33 einen Non-Q-Wave-Infarkt.
4.1. Infarktlokalisation
Die Infarktlokalisation wurde im EKG und im K-CMR (Goldstandard) bestimmt.
Die Diagnose transmural bzw. nicht-transmural wurde durch das K-CMR
bestimmt.
Tabelle 3: Infarktlokalisation MRT vs. EKG
transmural (n=45)
MRT
nicht-transmural (n=45)
EKG
MRT
insgesamt (n=90)
EKG
MRT
EKG
N
%
n
%
n
%
n
%
n
%
n
%
anterolateral
4
8.9
4
8.9
8
17.8
7
15.6
12
13.3
11
12.2
anterior
11
24.4
10
22.2
7
15.6
5
11.1
18
20.0
15
16.7
anteroseptal
13
28.9
8
17.8
10
22.2
5
11.1
23
25.6
13
14.4
lateral
6
13.3
4
8.9
7
15.6
6
13.3
13
14.4
10
11.1
inferior
18
40.0
16
35.6
24
53.3
17
37.8
42
46.7
33
36.7
inferolateral
17
37.8
15
33.3
16
35.6
15
33.3
33
36.7
30
33.3
inferoseptal
10
22.2
0
0.0
12
26.7
-
-
22
24.4
-
-
septal
9
20.0
-
-
7
15.6
-
-
16
17.8
-
-
81
Die Sensitivität, Spezifität und der prädiktive Wert der EKG-Zeichen im Hinblick
auf die Lokalisation der transmuralen und nicht-transmuralen Narbe wurden
bestimmt.
Tabelle 4: Sensitivität, Spezifität und der prädiktive Wert der EKG –
Zeichen in Bezug auf die Lokalisation des Infarktareals
% der
Gesamtkollektiv
Kappa
Fälle mit
Sensitivität
Spezifität
(%)
(%)
PPV (%)
NPV(%)
gleicher
Angabe
Anterolateral
90.0
0.55
58.3
94.9
63.4
93.7
Anterior
83.3
0.44
50.0
91.7
60.0
88.0
Anteroseptal
82.2
0.46
43.5
95.5
76.9
83.1
Lateral
90.0
0.55
53.9
96.1
70.0
92.5
Inferior
74.4
0.48
61.9
85.4
78.8
71.9
Inferolateral
72.2
0.39
57.6
80.7
63.3
76.7
Inferoseptal
-
-
-
-
-
-
Septal
-
-
-
-
-
-
Die höchste Sensitivität fand sich mit 61,9 % im inferioren Segment. Die
Spezifität war am höchsten im lateralen Segment (96,1%). Der positiv prädiktive
Wert war inferior am höchsten und der höchste negativ prädiktive Wert fand
sich anterolateral.
82
inferiore Infarkte
100%
90%
EKG:
14.6
80%
70%
61.9
Infarkt
kein Infarkt
60%
50%
40%
85,4
30%
20%
38,1
10%
0%
kein Infarkt (n=48)
Infarkt (n=42)
MRT
Abbildung 31: Sensitivität und Spezifität bei inferioren Infarkten.
anterolaterale Infarkte
100%
5,1
EKG:
90%
80%
58,3
70%
Infarkt
kein Infarkt
60%
50%
94,9
40%
30%
41,7
20%
10%
0%
kein Infarkt (n=78)
Infarkt (n=12)
MRT
Abbildung 32: Sensitivität und Spezifität bei anterolateralen Infarkten.
83
anteriore Infarkte
100%
8,3
EKG:
90%
80%
50,0
70%
Infarkt
kein Infarkt
60%
50%
91,7
40%
30%
50,0
20%
10%
0%
kein Infarkt (n=72)
Infarkt (n=18)
MRT
Abbildung 33: Sensitivität und Spezifität bei anterioren Infarkten.
anteroseptale Infarkte
100%
4,5
EKG:
90%
80%
43,5
Infarkt
kein Infarkt
70%
60%
50%
95,5
40%
30%
56,5
20%
10%
0%
kein Infarkt (n=67)
Infarkt (n=23)
MRT
Abbildung 34: Sensitivität und Spezifität bei anteroseptalen Infarkten.
84
laterale Infarkte
100%
3,9
EKG:
90%
80%
53,8
70%
Infarkt
kein Infarkt
60%
50%
96,1
40%
30%
46,2
20%
10%
0%
kein Infarkt (n=77)
Infarkt (n=13)
MRT
Abbildung 35: Sensitivität und Spezifität bei lateralen Infarkten.
inferolaterale Infarkte
100%
EKG:
90%
19,3
80%
57,6
70%
Infarkt
kein Infarkt
60%
50%
40%
80,7
30%
42,4
20%
10%
0%
kein Infarkt (n=57)
Infarkt (n=33)
MRT
Abbildung 36: Sensitivität und Spezifität bei inferolateralen Infarkten.
85
4.2. EKG-Veränderungen bei chronischen Infarkten
Die
Häufigkeit
von
individuellen
EKG-Veränderungen
in
chronischen
transmuralen und nicht-transmuralen Infarkten sind in folgender Tabelle 5
wiedergegeben. Dabei wurde die K-CMR als Goldstandard verwendet. Die
Diagnose nicht-transmual und transmural wurde durch die K-CMR gestellt.
Tabelle 5: EKG-Veränderungen bei transmuralen und nicht-transmuralen
Infarkten
nicht-transmural
transmural
insgesamt
(n=45)
(n=45)
(n=90)
präterminal negatives T
35 (77.8%)
35 (77.8%)
70 (77.8%)
1.000
Q
12 (26.7%)
19 (42.2%)
31 (34.4%)
0.183
q
7 (15.6%)
13 (28.9%)
20 (22.2)
0.204
R-Verlust
8 (17.8%)
10 (22.2%)
18 (20.0%)
0.793
R-Minderung
14 (31.1%)
18 (40.0%)
32 (35.6%)
0.509
1 (2.2%)
1 (2.2%)
2 (2.2%)
1.000
1 (2.2%)
2 (4.4%)
3 (3.3%)
1.000
desc. ST
p-Wert
Senkung
horiz. ST
Senkung
Q-Zacken,
q-Zacken,
R-Verluste,
R-Minderungen
und
horizontale
ST-
Senkungen kommen in absoluten Zahlen gemessen häufiger bei transmuralen
Infarkten vor.
Die präterminal negativen T-Wellen und deszendierenden ST-Senkungen
kommen bei beiden Infarktformen gleich häufig vor.
Keiner der Unterschiede in den EKG-Parametern zwischen transmuralen und
nicht-transmuralen Infarkten war statistisch signifikant.
86
4.3. Sensitivität der Q-Zacke in Bezug auf die Infarktmasse
In einer Untergruppe von 41 Patienten wurde die Masse des jeweiligen Infarkts
berechnet.
Bei keinem der 10 herzgesunden Probanden wurden EKG-Veränderungen oder
späte Kontrastmittelanreicherungen in den K-CMR-Bildern diagnostiziert
(Spezifität 100%). Es zeigten sich bei 18 Patienten transmurale Infarkte, bei 23
Patienten nicht-transmurale Infarkte. Q-Zacken zeigten sich im Rahmen der
nicht-transmuralen Infarkte in 35% der Fälle und bei 39% der transmuralen
Infarkte.
Tabelle 6: Q-Zacke in transmuralen und nicht-transmuralen Infarkten
sowie entsprechende Infarktmasse
Nicht-Transmural
Transmural
Total
(n=23)
(n=18)
(n=41)
Q-wave
8 (35%)
7 (39%)
15 (37%)
Non-Q-wave
15 (65%)
11 (61%)
26 (63%)
4.3+2.7
7.2+4.4
5.6+3.8
Masse (g)
P-Wert
1.000
0.0239
87
Die Sensitivität der Q-Zacken im EKG betrug für die Präsenz eines Infarktes
37%, für die Transmuralität eines Infarktes 39%.
Es wurden weiterhin Infarkte mit Q-Zacke hinsichtlich der bestimmten
Myokardmasse in Gramm (g) betrachtet. Infarkte ohne Q-Zacke hatten im Mittel
eine Infarktmasse von 5.1 g (Median: 4 g); Infarkte mit Q-Zacke hatten im Mittel
eine Infarktmasse von 6.5 g (Median 6.1g). Dieser Unterschied zeigte eine
statistische Signifikanz (p=0.0348).
Tabelle 7: Relation Q-Zacke zu Infarktmasse (g).
Infarktmasse
gültige
Mittelwert+SA
Median
N
Minimum
P-Wert
- Max
Q-Zacke
Nicht vorhanden
26
5.1+4.1
4
0.6-18
vorhanden
15
6.5+3.1
6.1
0.9-13.4
0.0348
Infarktmasse
Infarktmasse [g/cm2]
20
15
10
5
0
nicht vorhanden (n=26)
vorhanden (n=15)
Q-wave
Abbildung 37: Box-Plot der Infarktmasse (g) gegen Q-wave.
88
4.4. Beispiele für Untersuchungsbefunde
Abbildung 38: Transmuraler Myokardinfarkt ohne Q-Zacken.
Die Kontrastanreicherung im CMR zeigt einen inferolateralen, inferioren und
inferoseptalen transmuralen Myokardinfarkt in der vertikal longitudinalen Achse
und in zwei Kurzachsenschnitten (siehe weiße Pfeile). Obschon der Infarkt
transmural ist, zeigt das entsprechende EKG keine pathologischen Q-Zacken.
89
Abbildung 39: Transmuraler Infarkt mit nicht pathologischen q-Zacken.
Das Bild zeigt einen transmuralen Infarkt mit anteriorer, anterolateraler,
anteroseptaler und septaler Ausdehnung ( weiße Pfeile) in der vertikal
longitudinalen Achse sowie in drei Kurzachsenschnitten von der Basis bis zur
Herzspitze.
Das
entsprechende
12-Kanal-Oberflächen-EKG
zeigt
nicht
pathologische q-Zacken (gepunktete Pfeile) und T-Negativierungen (schwarze
Pfeile) in den Ableitungen I und aVL. In den Ableitungen V2 bis V6 finden sich
eine Reduktion der R-Zacke und fehlende R-Progression.
90
Abbildung 40: Nicht-transmuraler Infarkt mit tiefen T-Wellen.
Die K-CMR zeigt einen inferioren nicht-transmuralen Infarkt in verschiedenen
Kurzachsenschnitten (weiße Pfeile). Das korrespondierende EKG zeigt tiefe TWellen in den Ableitungen II, III, aVF und V4-V6 (schwarze Pfeile). Die
verminderte R-Progression ist in den Ableitungen V4-V6 zu beobachten.
91
Abbildung 41: Nicht-transmuraler Infarkt mit Q-Zacken.
Die K-CMR zeigt eine midventrikuläre, inferoseptale und apikale bis
inferoseptale
nicht-transmurale
Infarzierung
in
zwei
unterschiedlichen
Kurzachsenschnitten (weiße Pfeile). Das EKG zeigt pathologische Q-Wellen
(schwarze Pfeile) und T-Negativierungen in den Ableitungen II, III und aVF
sowie
deszendierende
ST-Senkungen
mit
T-Negativierungen
in
den
Brustwandableitungen V4-V6.
92
Abbildung 42: Nicht-transmuraler Infarkt mit Infarktmasse von 11,77 g
zeigt deutliches Q in III.
In der kontrastverstärkten kardiovasulären Magnetresonanztomographie zeigt
sich ein nicht-transmuraler Infarkt inferoseptal, inferior und inferolateral (weiße
Pfeile). Die Infarktmasse wurde in jeder einzelnen der drei Schichten bestimmt
und addiert. Es ergab sich ein Wert von 11,7 g. Es zeigt sich ein deutliches Q in
Ableitung III des 12-Kanal-Oberflächen EKG (schwarze Pfeile).
93
Abbildung 43: Transmuraler inferiorer Infarkt mit EKG-Veränderungen in
II,III und aVF.
Die
kardiovaskuläre
Kernspintomographie
zeigt
ein
transmurales
late
enhancement im inferioren Segment (weiße Pfeile). Das 12-Kanal-EKG zeigt
tiefe T-Negativierungen in den Ableitungen II, III und aVF (schwarze Pfeile).
94
5. Diskussion
Ziel der vorliegenden Arbeit war zu klären, ob es anhand des 12-KanalElektrokardiogramms
möglich
ist,
transmurale
von
nicht-transmuralen
chronischen Myokardinfarkten zu unterscheiden.
Ferner
hinterfragte
die
vorliegende
Arbeit
die
Exaktheit
des
Elektrokardiogramms hinsichtlich der Bestimmung der Infarktlokalisation.
Die Sensitivität der Q-Zacke im Hinblick auf die Präsenz und Transmuralität von
chronischen Infarkten konnte durch Untersuchung einer Untergruppe des
gesamten Studienkollektivs ermittelt werden.
5.1. Gesamtkollektiv
Im Zeitraum zwischen Januar 2001 und Mai 2005 wurden insgesamt 90
Patienten untersucht.
Es wurden 69 Männer (79.7%) und 21 Frauen (23.3%) untersucht. Die
weiblichen Patienten waren im Durchschnitt 65.5 ± 12.8 Jahre alt, die
männlichen 64.3 ± 10.6 Jahre alt. Insgesamt betrug das Durchschnittsalter der
untersuchten Patienten 64.6 ±11.1 Jahre. Männliche und weibliche Patienten
unterscheiden sich nicht signifikant hinsichtlich des Alters (p=0,593).
Es
zeigte
sich
ein
signifikanter
Unterschied
hinsichtlich
der
Geschlechtsverteilung, die koronare Herzerkrankung wird als eine Erkrankung
des männlichen Geschlechts angesehen [86]. Frauen besitzen während der
Adoleszenz ein niedrigeres Risiko, kardiale Erkrankungen zu erleiden. Dieser
Vorteil relativiert sich jedoch nach der Menopause [126].
Dies erklärt die deutlich höhere Anzahl der männlichen Patienten einerseits,
andererseits auch den fehlenden Altersunterschied der männlichen und
weiblichen Patienten.
Die Studie wurde so konzipiert, dass 45 Patienten mit einem transmuralen und
45 Patienten mit einem nicht-transmuralen Infarktgeschehen untersucht
wurden.
95
Patienten mit nicht-transmuralem Infarkt waren im Durchschnitt 63.8 ±10.6
Jahre alt, Patienten mit transmuralem Infarkt im Durchschnitt 65.3 ±11.6 Jahre.
Statistisch zeigt sich somit kein signifikanter Unterschied hinsichtlich des Alters
und des entsprechenden Infarktes (p = 0.674).
5.2. Rolle der kardiovaskulären Magnetresonanztomographie
Die koronare Herzkrankheit ist in den westlichen Industrieländern die häufigste
Todesursache und für 30% aller Todesfälle im Alter zwischen 35 und 64 Jahren
verantwortlich. In Deutschland fallen ihr jährlich über eine Viertelmillion
Menschen zum Opfer. Das entspricht 336 Sterbefällen an ischämischer
Herzkrankheit und akutem Myokardinfarkt auf 100000 Einwohner.
Moderne
Therapiestrategien
verfolgen
eine
möglichst
unverzügliche
Reperfusion des betroffenen Myokardareals nach einem Myokardinfarkt.
Für die Planung einer adäquaten Therapie ist eine frühzeitige Diagnostik des
myokardialen Infarktes mit einer präzisen Darstellung, Charakterisierung und
Vitalitätsbeurteilung des geschädigten Myokards von grundlegender Bedeutung
[59].
Die kardiovaskuläre Magnetresonanztomographie zur Diagnose von kardialen
Erkrankungen gewinnt immer mehr an Bedeutung. Die kontrastmittelverstärkte
Magnetresonanzbildgebung
wird
nach
Gabe
von
paramagnetischen
Kontrastmitteln durchgeführt. Hierbei erscheint myokardiales Narbengewebe als
ein
Bereich
von
hoher
Signalintensität
welche
typischerweise
eine
subendokardiale Ausdehnung oder eine transmurale Ausdehnung zeigt [133].
Daher ist die kardiovaskuläre Magnetresonanztomographie momentan der
Goldstandard, die Methode der Wahl zur Lokalisation und Quantifizierung einer
Myokardnekrose [35, 87, 115, 139].
96
5.3. Detektion der Infarktlokalisation
Die kontrastmittelverstärkte kardiovaskuläre Magnetresonanztomographie mit
Spätaufnahmen (late enhancement) erlaubt die präzise in vivo Detektion der
gesamten Infarktgröße, der Lokalisation und der transmuralen Ausdehnung
eines Myokardinfarktes [139].
Myers
et
al.
linksventrikulären
haben
vor
über
fünfzig
Myokardinfarkten
Jahren
untersucht.
die
Lokalisation
Hierbei
von
wurden
elektrokardiographische Ergebnisse mit pathologischen makroskopischen
Befunden korreliert und im Verlauf durch weitere Studien bestätigt.
Nach den Arbeiten von Myers et. al wurde konstatiert, dass der Nachweis von
signifikanten Q-Zacken im EKG in den Ableitungen V1-V2 mit einem septalen
Myokardinfarkt korrespondierte, Q-Zacken in den Ableitungen V3,V4 mit einem
anterioren Myokardinfarkt einhergehen und Q-Zacken in den Ableitungen
V5,V6, I und aVL zu einem lateralen Myokardinfarkt gehören. Ein Q in den
Ableitungen II, III und aVF korrespondierte mit einem inferioren Myokardinfarkt
[11].
Die vorliegende Arbeit hat sich bei der Auswertung der vorliegenden
Elektrokardiogramme an klinischen Leitfäden und Standardwerken orientiert,
welche, abgesehen von diskreten Modifikationen, mit den Erkenntnissen von
Myers et al. übereinstimmen [22, 113].
Die Überprüfung dieser Korrelation ist nicht nur aus akademischer Sicht
nützlich, sondern besitzt auch für den klinischen Alltag Bedeutung. Die genaue
Ermittlung des infarzierten Myokardareals durch vorgegebene EKG-Muster führt
zu wichtigen klinischen, diagnostischen Folgerungen und erweitert die
Information zur Quantifizierung der infarzierten Myokardmasse [21].
In der vorliegenden Arbeit wurden die Sensitivität und Spezifität der EKGZeichen in Bezug auf die Lokalisation des Infarktareals bestimmt. Hierbei fand
sich die höchste Sensitivität mit 61,9 % im inferioren Segment. Die Spezifität
war mit 96,1% am höchsten im lateralen Segment. Der positiv prädiktive Wert
97
war inferior am höchsten und der höchste negativ prädiktive Wert fand sich
anterolateral.
Zusätzlich
wurde
Kappa
als
Maß
zur
Beurteilung
der
Übereinstimmung bestimmt. Hierbei zeigte sich, dass die Konkordanz zwischen
kardiovaskulärer Magnetresonanztomographie und Elektrokardiographie
im
anterolateralen Segment (Kappa 0.55) wie auch im lateralen Segment (Kappa
0.55) am größten ist.
Bayes de Luna et al. untersuchten 2006 in ihrer Studie die Konkordanz von
elektrokardiographischen Veränderungen und der Lokalisation von chronischen
Myokardinfarkten, welche durch die K-CMR detektiert wurden [11].
Aus der gleichen Arbeitsgruppe veröffentlichten Cino et al. ebenfalls 2006 eine
Studie, welche mit Hilfe der K-CMR die Wahrscheinlichkeit untersuchte, dass
ein Myokardinfarkt eine typische EKG-Veränderung erzeugt.
Bayes de Luna et al. beobachteten EKG-Veränderungen wie Q-Zacken, RVerluste und R-Minderungen bei 51 Probanden mit akutem Koronarsyndrom.
Bayes de Luna et al. sowie auch Cino et al. definierten im Vorfeld sieben
verschiedene
EKG-Muster,
also
EKG-Veränderungen
in
definierten
Ableitungen, und ordneten vier EKG-Muster der anteroseptalen Zone und drei
EKG-Muster der inferolateralen Zone des Herzens zu.
Diese prädefinierten EKG-Muster wurde durch die Autoren erstellt, da sie die
strikte Klassifikation von Myers et al. in Frage stellten und Einschränkungen
nachweisen konnten. Es sei schwierig, die präkordialen Ableitungen mit den
entsprechenden betroffenen Herzwänden zu korrelieren. Häufig seien die
präkordialen Elektroden nicht gut platziert. Außerdem seien die Veränderungen
der präkordialen Ableitungen abhängig vom entsprechenden Körperbau des
Patienten [11, 21].
98
Bayes de Luna et al. konnten nachweisen, dass die prädefinierten EKG-Muster
sehr
gut
mit
der
entsprechenden
Magnetresonanztomographie
durch
die
nachgewiesenen
kardiovaskuläre
Infarktlokalisation
übereinstimmten. Bei Anwendung von eigenen EKG-Mustern konnte eine
globale Konkordanz (Kappa) von 86% gezeigt werden.
Die Definition von eigenen EKG-Mustern stellt einen Unterschied zur
vorliegenden Arbeit dar. Bayes de Luna et al. sowie Cino et al. nutzen die
eigenen
Definitionen
der
EKG-Veränderungen
im
Hinblick
auf
die
Berücksichtigung von technischen Aspekten und vom Körperbau des Patienten.
Außerdem erfassen ihre EKG-Muster Areale des Herzens wie das Septum.
Ziel der vorliegenden Arbeit war es die klinische Relevanz des 12-KanalElektrokardigramms zu prüfen. Hierbei wurde auf die vorherige Definition von
speziellen EKG-Mustern bewusst verzichtet, sondern die im klinischen Alltag
gängigen
Standardwerke
und
Leitfäden
verwendet.
Dies
erklärt
die
unterschiedlichen Ergebnisse der Studien.
5.4. EKG beim transmuralen und nicht-transmuralen Myokardinfarkt
Das 12-Kanal-Elektrokardiogramm ist ein entscheidendes Hilfsmittel bei der
Behandlung des Myokardinfarktes [140]. Es ist eine simple, schnelle und
günstige kardiale Untersuchungsmethode [26]. Bis zu den ’80er Jahren wurde
in der Literatur eine anatomische Beschreibung verwendet, welche auf
Veränderungen
des
12-Kanal-EKG
transmurale
Myokardinfarkte
bezeichnet,
während
wurden
transmurale
basierte.
als
Subendokardiale,
nicht-
Nicht-Q-Zacken-Myokardinfarkt
Myokardinfarkte
als
Q-Zacken-
Myokardinfarkte bezeichnet wurden [65].
Diese Erkenntnisse gehen auf eine tierexperimentelle Studie von Prinzmetal et
al. aus dem Jahre 1954 zurück, welche zeigte, dass Q-Zacken-Myokardinfarkte
transmurale Ausdehnung hatten und Nicht-Q-Zacken-Myokardinfarkte eine
subendokardiale Ausdehnung hatten [98].
99
Bereits in den ’80er Jahren berichteten Spodick und Phipps [94], dass
pathologische Q-Zacken im EKG nicht mit der transmuralen Ausbreitung des
Infarktes korrelieren. Sie empfahlen, dass Q-Wave-Infarkte nicht mehr länger
als transmural und Non-Q-Wave-Infarkte nicht mehr länger als nicht-transmural
interpretiert werden sollten. Stattdessen schlugen sie vor lediglich zwischen QWave-Infarkten und Non-Q-Wave-Infarkten zu unterscheiden [124].
Die Unterscheidung beider Infarktformen war relevant für die längerfristigen
therapeutischen Konsequenzen des entsprechenden Patienten. Einem Q-Wave
Myokardinfarkt wurde eine höhere Kurzzeitsterblichkeit zugesprochen, einem
Non-Q-Wave-Infarkt eine schlechtere Langzeitprognose [76].
Da allerdings die Entscheidung über die Anwendung einer systemischen
Thrombolyse oder Akutintervention in der Akutphase gefällt werden muss und
diese in der Regel vor der Entstehung von Q-Zacken fällt [76], ist die
Unterscheidung
zwischen
ST-Hebungsinfarkt
(ST-elevation
myocardial
infarction; STEMI) und Nicht-ST-Hebungsinfarkt (non-ST-elevation myocardial
infarction; NSTEMI) in den Vordergrund gerückt. Hierbei entwickelt sich der STHebungsinfarkt zu einem Q-Wave-Infarkt bzw. der Nicht-ST-Hebungsinfarkt zu
einem Nicht-Q-Wave-Infarkt [6, 87].
Verschiedene
Klinische
Leitfäden
verwenden
jedoch
weiterhin
das
Vorhandensein von signifikanten Q-Zacken als Kriterium zur Diagnose von
alten Myokardinfarkten [16, 29, 108].
Pathologische Q-Zacken, die in Bezug auf den Minnesota Code 1.1.1 bis 1.2.8
definiert werden, wurden in einer Vielzahl von Studien als möglicher Indikator
eines entweder transmuralen oder nicht-transmuralen Herzinfarktes gefunden.
100
Lediglich Baer et. al. fanden eine Korrelation zwischen dem EKG und den
Befunden aus cine-K-CMR Untersuchungen [9].
Durch Messung der
segmentalen systolischen Wanddickenzunahme mit einer Gradienten-Echo
cine-Sequenz
haben
sie
transmurale
von
nicht-transmuralen
Infarkten
unterschieden.
Sie fanden häufiger pathologische Q-Zacken bei Patienten mit transmuralem
Myokardinfarkt als bei Patienten mit nicht-transmuralem Infarkt. Allerdings
waren sie nicht in der Lage, eine klare Korrelation zwischen dem
Vorhandensein
von
pathologischen
Q-Zacken
und
der
transmuralen
Ausdehnung des Infarktes zu zeigen. Allein auf cine-Sequenzen basierend ist
es häufig schwierig, zwischen transmuralen und nicht-transmuralen Infarkten zu
unterscheiden - selbst wenn die systolische ventrikuläre Wanddickenzunahme
gemessen wurde. Daher waren Baer et al. nicht in der Lage, ventrikuläre
Wandbewegungsstörungen, durch „hibernating“ Myokard mit Gewissheit
auszuschließen [99, 134].
Die Unterscheidung ermöglicht eine Untersuchung unter Stress, wie im Falle
der Stress-Echokardiographie oder der Stress-MRT [19, 20, 136], da hier durch
„stunned“ Myokard verursachte ventrikuläre Wandbewegungsstörungen in
Infarkten die älter als vier Monate sind, ausgeschlossen werden können [15, 17,
34, 97].
Eine Studie von Wu et al. zeigte ebenfalls, dass pathologische Q-Zacken nicht
ausschließlich bei transmuralen Infarkten gefunden werden, sondern auch in
nicht-transmuralen Infarkten. Andere EKG-Zeichen wurden in dieser Studie
nicht in Betracht gezogen.
Jedoch war das Ziel der Studie, die Sensitivität der K-CMR an verschiedenen
Zeitpunkten nach Myokardinfarkten zu bewerten und nicht etwa der Vergleich
von EKG-Veränderungen mit der durch das K-CMR ermittelten Größe des
Infarktes.
101
In zwei Tierversuchen wurde versucht die Häufigkeit von pathologischen QZacken im EKG zu testen [5, 82].
Antalozy et al. [5] fanden in 67% von 100 untersuchten Fällen pathologische QZacken bei transmuralen Herzinfarkten und in 30% der Fälle bei nichttransmuralen Infarkten. Die EKG-Befunde korrespondierten allerdings nicht mit
den pathologischen Befunden.
In der vorliegenden Arbeit zeigten sich pathologische Q-Zacken bei 19 von 45
(42,2%) transmuralen Herzinfarkten und bei 12 von 45 (26,7%) nichttransmuralen Herzinfarkten. Allerdings muss gesagt werden, dass Antalozy et
al. in ihrer Studie im Gegensatz zur vorliegenden Studie lediglich akute
Myokardinfarkte untersuchten.
Maeda et al. [82] untersuchten die Rolle von T-Negativierungen bei Patienten
mit stattgehabten Infarkten und fanden heraus, dass 7 von 8 Patienten mit
persistierender
T-Negativierung
und
pathologischen
Q-Zacken
einen
transmuralen Infarkt hatten. 6 von 9 Patienten mit pathologischen Q-Zacken
und positiven T-Wellen hatten nicht-transmurale Infarkte. Diese Ergebnisse
stehen nicht in Übereinstimmung mit unseren Ergebnissen, da wir nicht in der
Lage waren, die transmurale Ausdehnung des Infarktes auf Basis der T-Wellen
im EKG zu identifizieren. Der Grund hierfür beinhaltet mitunter das längere
Zeitintervall nach dem Infarkt (> 1 Jahr nach dem Infarkt) und die kleinere
Patientenzahl in der Studie (n=18) von Maeda et al.
In unserer Studie konnten wir durch das K-CMR bei 45 Patienten einen nichttransmuralen, subendokardialen Myokardinfarkt nachweisen. Hierbei fanden
sich jedoch bei 12 Patienten (26,7%) pathologische Q-Zacken.
Bei 45 Patienten mit nachgewiesenem transmuralen Myokardinfarkt zeigten 19
Elektrokardiogramme (42,2%) eine pathologische Q-Zacke.
Damit
kann
festgestellt
werden,
dass
ein
durch
das
12-Kanal-
Elektrokardiogramm diagnostizierter transmuraler (Q-Zacken) Myokardinfarkt
durchaus
eine
entsprechend
nicht-transmurale
nicht-transmuraler
Ausdehnung
besitzen
(Nicht-Q-Zacken)
kann
und
Myokardinfarkt
ein
eine
transmurale Ausdehnung einnehmen kann.
102
In der vorliegenden Arbeit unterscheiden sich die Häufigkeiten für das Auftreten
von Q-Zacken bei transmuralen und nicht-transmuralen Myokardinfarkten nicht
signifikant (p=0.183).
Diese Feststellung wird durch die Ergebnisse von Moon et al. untermauert. Sie
fanden bei 99% der Patienten mit Q-Wave-Infarkt letztlich einen Anteil der
Infarzierung mit nicht-transmuraler Ausdehnung. 28% der untersuchten
Patienten hatten einen Non-Q-Wave-Infarkt, mit Regionen transmuraler
Ausdehnung [87].
In den vergangenen Jahren ist der Myokardinfarkt redefiniert worden [2].
Der wesentliche Bestandteil dieser neuen Definition besteht darin, dass bereits
beim Nachweis von kleinsten myokardialen Nekrosen, welche durch spezifische
Marker wie Troponin I oder Troponin T bestimmt werden können, von einem
Myokardinfarkt gesprochen wird. Hierbei werden alle Akutmanifestationen einer
koronaren Herzkrankheit als akute Koronarsyndrome zusammengefasst und
initial eine Einteilung in akutes ST-Hebungs- bzw. akutes Nicht-ST-HebungsKoronarsyndrom. Erst nachfolgend wird eine Einteilung in Q-ZackenMyokardinfarkt bzw. nicht-Q-Zacken-Myokardinfarkt vorgenommen, falls
myokardiale Enzymerhöhungen nachweisbar sind [2, 68].
Arai und Hirsch stellten sich die Frage, welche Rolle die Q-Waves in den
aktuellen klinischen Algorithmen spielen. Es gilt festzustellen, dass die Q-Wave
sich erst nach einiger Verzögerung entwickelt, oftmals nachdem die wichtige
initiale Diagnostik und therapeutische Intervention stattgefunden hat. Daher
spielt die Q-Welle keine Rolle im akuten Management des Myokardinfarkts. Die
Q-Welle zählt während der chronischen Phase des Myokardinfarkts zu den
spezifischeren EKG-Zeichen, welche auf einen Myokardinfarkt hindeuten. Die
Autoren kamen zum Schluss, dass die Unterscheidung zwischen Q-Wave- und
Non-Q-Wave-Infarkt immer noch klinische Bedeutung besitzt [76].
103
5.5. Sensitivität der Q-Zacke und Infarktmasse
In der vorliegenden Arbeit wurde in einer Untergruppe die Sensitivität der QZacke untersucht. Die Interpretation der Q-Zacke im Rahmen eines
chronischen
Myokardinfarktes
zählt
zu
den
kontroversen
elektrokardiographischen Zeichen. In dieser Arbeit konnte nachgewiesen
werden, dass die Q-Zacke im 12-Kanal-Elektrokardiogramm kein sicheres
Zeichen für einen transmuralen Myokardinfarkt darstellt.
Die vorliegende Arbeit untersuchte in einer Untergruppe des Gesamtkollektivs
41 Patienten (61.3 ± 11.4 Jahre). Es erfolgte die Berechnung der myokardialen
Infarktmasse
in
Gramm.
Die
Patienten
hatten
einen
dokumentierten
chronischen Myokardinfarkt mit einem Infarktalter von 8.5 ± 2.6 Monaten.
Darunter befanden sich 34 Männer (83%) und 7 Frauen (17%).
Es konnte nachgewiesen werden, dass keine signifikante Korrelation zwischen
der Q-Zacke im EKG und der Transmuralität des Infarktes besteht (p=1.000).
Jedoch konnte gezeigt werden, dass die Infarkte mit Q-Zacke im EKG eine
größere Masse aufweisen, als Infarkte ohne Q-Zacke. (Median 6.1g versus 4 g,
p=0.0348). Die Sensitivität der Q-Zacke für die Transmuralität eines Infarktes
betrug 39%.
Moon et al. belegten mit ihrer Studie [87] die klinische Bedeutung der
Unterscheidung in Q-Wave- und Non-Q-Wave-Infarkte.
Es wurde demonstriert, dass die Präsenz einer Q-Wave hauptsächlich von der
Infarktgröße abhängt, weniger von der transmuralen Ausdehnung des Infarktes.
Q-Wave-Myokardinfarkte waren größer als Non-Q-Wave-Infarkte (anterior: 54%
versus 29% des Gebietes infarziert, P <0,0001; inferior: 34% versus 22% des
Gebietes infarziert, P = 0,007).
Moon et al. wählten zur Quantifizierung der Infarktgröße eine Sechs-PunkteSkala und drückten die Infarktgröße prozentual zur linksventrikulären Größe
aus. Wir verwendeten eine exakte Bestimmung der Infarktmasse in Gramm (g).
104
Dennoch muss gesagt werden, dass die Ergebnisse aus der Studie von Moon
et al. mit der vorliegenden Arbeit übereinstimmen. Auch hier fanden sich
häufiger Q-Waves in Infarkten mit größerer Masse als in Infarkten mit kleiner
Masse.
Kaandorp et al. konnten in ihrer Studie ebenfalls zeigen, dass die Präsenz oder
die Absenz einer Q-Zacke im EKG nur mit der Infarktgröße bzw. der räumlichen
Ausdehnung des Infarktes, weniger mit der Transmuralität des Infarktes
korreliert. Der prozentuale Anteil infarzierten Gewebes war signifikant höher bei
Patienten mit Q-Wave-Infarkt (P<0.05) [55].
Auch hier findet sich eine Übereinstimmung mit unseren Ergebnissen obschon
Kaandorp et al. die Infarktnarbe im Gegensatz zu unserer Studie mit einem
Score-System quantifizieren und keine Angaben zur Infarktmasse machen.
Zusammenfassend lässt sich also sagen, dass Q-Zacken im EKG nicht
zwischen transmural und nicht-transmural unterscheiden können, dass aber der
Nachweis einer Q-Zacke auf größere Infarktnarben hindeutet.
5.6. Limitationen
Die vorliegende Studie weist noch zu benennende Einschränkungen auf:
Die vorliegende Studie betrachtete Patienten mit einem einzigen Myokardinfarkt
in der Vorgeschichte, um eine homogene Studienpopulation zu erhalten. Die
Beobachtungen dieser Studie können also womöglich nicht für Patienten gelten,
die multiple Infarkte erlitten haben.
In diese Studie wurden Patienten mit chronischem Infarkt (7.4 ± 3.6 Monate vor
Untersuchung) eingeschlossen. Somit bleibt es fraglich, ob die vorliegenden
Ergebnisse ebenfalls auf Patienten mit akutem Infarktgeschehen zutreffen.
Das EKG ermöglicht die Lokalisation eines Infarktes aufgrund von EKGVeränderungen
in
entsprechenden
Ableitungen.
Hierbei
finden
sich
unterschiedliche Angaben in der aktuellen Literatur. Diese Studie orientierte
105
sich am Minnesota Code sowie an einer im klinischen Alltag verwendeten
Zuordnung [22, 113]. In Abhängigkeit der verwendeten Einteilung können sich
bei der Infarktlokalisation mittels des EKG bei anderen Studien unterschiedliche
Ergebnisse einstellen.
Die kardiovaskuläre Magnetresonanztomographie ist momentan die Methode
der Wahl zur Lokalisation und zur Quantifizierung einer Myokardnekrose [35,
87, 115, 139]. Es ist hierbei aber wichtig zu erkennen, dass die
Kontrastmittelanreicherung in der K-CMR nicht spezifisch ist für einen
Myokardinfarkt.
Verschiedene
kardiale
Erkrankungen
infektiöser
oder
entzündlicher Genese, Kardiomyopathien, kardiale Neoplasmen wie auch
kongenitale oder genetische kardiale Erkrankungen können ebenfalls zu einem
late enhancement führen [133].
Die Unterscheidung zwischen akuten und chronischen Myokardinfarkten ist mit
den Methoden der kardiovaskulären Magnetresonanztomographie alleine
schwierig. Beide Myokardinfarktformen zeigen eine hohe Signalintensität beim
late enhancement. Generell ist zu sagen, dass chronische und transmurale
Myokardinfarkte
ein
atrophisches,
dünneres
Myokard
aufweisen.
Die
Myokarddicke im Rahmen des akuten Infarkts ist normal. Chronische
subendokardiale
Myokardinfarkte
haben
mitunter
auch
eine
normale
Myokarddicke. Hieraus ergibt sich die Wichtigkeit der in dieser Studie
durchgeführten sorgfältigen Anamnese,
um den erhaltenen Befund richtig
interpretieren zu können [133]. Die theoretische Möglichkeit, dass das
erhaltende late enhancement nicht unbedingt einem Myokardinfarkt zuzuordnen
ist, bleibt jedoch bestehen.
106
5.7. Schlussfolgerung
Aufgrund der Ergebnisse dieser Arbeit läßt sich schlussfolgern, dass durch das
EKG nicht zwischen einem transmuralen und nicht-transmuralen Myokardinfarkt
unterschieden und auch nicht exakt die Infarktlokalisation bestimmt werden
kann.
Die
Sensitivität
höchsten
bei
des
der
12-Kanal-Oberflächen-Elektrokardiogramms
Detektion
von
inferior
lokalisierten
ist
am
chronischen
Myokardinfarkten. Die Spezifität war am höchsten im lateralen Segment
(96,1%).
Die Konkordanz zwischen kardiovaskulärer Magnetresonanztomographie und
Elektrokardiographie war insgesamt im anterolateralen und lateralen Segment
am größten.
Die Sensitivität der Q-Zacke hinsichtlich der Transmuralität eines Infarktes ist
gering. Q-Zacken im EKG sind mit einer größeren Infarktmasse assoziiert,
ungeachtet der Transmuralität des Infarktes.
Nach den vorliegenden Informationen ist dies die erste in vivo Studie ihrer Art
gewesen, welche K-CMR genutzt hat um gezielt zu evaluieren, ob mittels des
EKG zwischen transmuralen und nicht transmuralen Infarkten unterscheiden
werden kann.
107
6. Zusammenfassung
In der vorgestellten Arbeit wurden die Sensitivität und Spezifität von
elektrokardiographischen Veränderungen im Rahmen eines chronischen
Myokardinfarktes untersucht. Die kardiovaskuläre Magnetresonanztomographie
diente als Goldstandard zur exakten Bestimmung der Infarktlokalisation und zur
Bestimmung
der
transmuralen
respektive
der
nicht-transmuralen
Infarktausdehnung.
Im Rahmen einer prospektiv angelegten Studie wurden 90 Patienten im
Zeitraum von 2001 bis 2005 untersucht. Bei allen Patienten erfolgte die
Anfertigung
eines
12-Kanal-Oberflächen-Elektrokardiogramms.
Die
Durchführung der kardiovaskulären Magnetresonanztomographie erfolgte mit
Applikation von paramagnetischem Kontrastmittel.
45 Patienten hatten einen transmuralen Myokardinfarkt und 45 Patienten einen
nicht-transmuralen Myokardinfarkt. Die Häufigkeit für das Auftreten von QZacken war bei transmuralen und nicht-transmuralen Myokardinfarkten nicht
signifikant unterschiedlich (p=0.183).
Hinsichtlich der Lokalisation der Myokardinfarkte fand sich die höchste
Sensitivität bei inferioren Infarkten (61,9%). Die Spezifität war bei lateralen
Infarkten am höchsten (96,1%). Kappa als Maß der Übereinstimmung wurde
bestimmt und war bei lateralen und anterolateralen Infarkten am höchsten.
Im Rahmen der Studie wurde eine Untergruppe mit 41 Patienten untersucht und
mittels der kardiovaskulären Magnetresonanztomographie die Infarktmasse
berechnet. Auch hier zeigte sich keine signifikante Korrelation zwischen QZacke im EKG und der Transmuralität des Infarktes (p=1.000).
Jedoch konnte gezeigt werden, dass die Infarkte mit Q-Zacke im EKG eine
größere Masse aufweisen als Infarkte ohne Q-Zacke. (Median 6.1g versus 4 g,
p=0.0348). Die Sensitivität der Q-Zacke für die Transmuralität eines Infarktes
betrug 39% und für die Präsenz eines Infarktes 37%.
Insgesamt ist festzustellen, dass das 12-Kanal-Oberflächen-EKG nicht
zwischen transmuralen und nicht-transmuralen Infarkten unterscheiden kann.
Die Präsenz von Q-Zacken im Elektrokardiogramm gibt einen Hinweis auf eine
größere Infarktmasse ungeachtet der Transmuralität des Myokardinfarktes.
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124
8. Anhang
Tabelle A1: Alter und Lokalisation des Late Enhancement bei
untersuchten Probanden mit transmuralen Myokardinfarkt
KM Anreicherung
Nr.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
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26
27
28
29
30
31
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35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
Initialien
D.L.
K.S.
K.A.
M.W.
K.P.
L.H,
G.G.
J.I.
D.K.
G.W.
J.H.
R.G.
K.A.
W.R.
K.J.
G.W.
P.P.
S.C.
B.M.
P.B.
S.G.
W.H.
E.F.
T.H.
P.H.
M.R.
W.G.
B.R.
S.R.
K.K.
R.K.
H.R.
W.H.
F.H.
D.H.
D.H.
G.G.
K.E.
R.W.
N.B.
B.G.
S.K.
B.H.
Y.F.
G.F.
Alter
67
54
28
59
43
47
58
57
65
71
42
72
69
62
58
63
78
69
65
72
74
66
78
71
58
57
73
77
81
74
83
71
71
72
63
62
55
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58
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endokardial nicht endokardial
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125
Tabelle A2: Alter und Lokalisation des Late Enhancement bei
untersuchten Probanden mit nicht-transmuralen Myokardinfarkt
KM Anreicherung
Nr.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
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21
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30
31
32
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34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
Initialien
G.R.
G.J.
H.D.
S.H.
B.H.
D.L.
K.H.
K.H.
L.E.
M.E.
P.I.
S.A.
S.R.
K.P.
K.H.
H.D.
R.H.
M.E.
G.W.
J.E.
O.F.
T.H.
G.K.
G.D.
N.R.
A.E.
S.U.
M.E.
K.G.
K.M.
U.M.
V.I.
R.H.
P.W.
K.E.
S.W.
B.A.
M.E.
B.G.
L.T.
S.R.
S.A.
T.R.
S.R.
G.A.
Alter
52
72
59
81
77
67
71
64
71
49
76
71
52
43
47
63
66
69
60
62
53
60
57
60
69
78
83
66
79
66
61
75
62
53
63
73
63
75
70
36
73
52
48
66
59
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0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Ausdehnung
endokardial subendokardial
1
0
1
0
1
0
1
0
0
1
0
1
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
1
0
126
Tabelle A3: Untergruppe der Patienten mit nicht-transmuralem
Myokardinfarkt und Bestimmung der Infarktmasse in Gramm (g) durch die
CMR
KM Anreicherung
Nr.
Initalien
Alter
Infarktmasse
Lokalisation
Ausdehnung
anterior
anterolateral
lateral
inferolateral
inferior
inferoseptal
septal
anteroseptal
transmural
Endokardial
subendokardial
Infarktmasse total (g)
Masse pro Schicht (g)
1
G.R.
52
1
1
0
0
0
0
1
1
0
1
0
7,78
32,83
2
G.J.
72
0
1
1
0
0
0
0
0
0
1
0
4,35
57,33
3
H.K.
59
0
0
0
1
1
1
0
0
0
1
0
4,44
24,27
4
S.H.
81
0
0
1
1
1
1
1
0
0
1
0
7,02
50,38
5
D.L.
67
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
5,56
18,93
6
K.H.
71
0
0
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1,93
27,43
7
K.H.
64
1
1
0
0
0
1
1
1
0
1
0
6,44
27,73
8
L.E.
71
0
0
0
1
1
1
0
0
0
1
0
11,77
53,18
9
M.E.
49
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
4,07
45,56
10
P.I.
76
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
2,32
25,02
11
S.R.
52
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
0
7,43
40,71
12
K.P.
43
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0,94
13,13
13
K.H.
47
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
3,97
46,08
14
R.H.
66
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
3,15
31,06
15
M.E.
69
1
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0,6
21,18
16
G.W.
60
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0,83
12,75
17
J.E.
62
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
5,09
60,16
18
O.F.
53
0
0
0
1
1
0
0
0
0
1
0
3,08
37,5
19
T.H.
60
1
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
1,28
13,91
20
G.K.
57
0
0
0
0
1
1
1
0
0
1
0
4,25
47,2
21
G.D.
60
0
0
1
1
1
0
0
0
0
1
0
2,89
24,73
22
N.R.
69
0
1
1
1
1
1
0
0
0
1
0
7,27
46,61
127
Tabelle A4: Patienten mit transmuralem Myokardinfarkt und Bestimmung
der Infarktmasse in Gramm (g) durch die CMR
KM Anreicherung
Nr.
Initialien
Alter
Infarktmasse
Lokalisation
Ausdehnung
anterior
anterolateral
lateral
inferolateral
inferior
inferoseptal
septal
anteroseptal
transmural
endokardial
nicht endokardial
MASS INFARCT
MASS SLICE
1
D.L.
67
1
1
0
0
0
0
1
1
1
0
0
10,75
46,73
2
K.S.
54
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
5,31
28,26
3
K.A.
28
0
0
0
1
1
1
0
0
1
0
0
8,57
25,74
4
M.W.
59
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
2,01
14,99
5
K.P.
43
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
4,84
30,29
6
L.H.
47
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
0
5,77
50,97
7
G.G.
58
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
0
6,23
47,55
9
G.H.
71
0
0
1
0
0
0
0
0
1
0
0
11,71
53,69
10
J.H.
42
0
0
0
0
1
1
1
1
1
0
0
5,42
32,68
11
R.G.
72
0
0
0
0
0
0
1
1
1
0
0
3,71
36,88
12
K.A.
69
1
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
4,41
18,71
13
W.R.
62
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
0
13,37
44,93
14
K.J.
58
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
4,76
31,73
15
G.W.
63
0
0
1
1
0
0
0
0
1
0
0
17,97
64,23
16
P.P.
78
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
3,52
17,26
17
S.C.
69
0
0
1
1
0
0
0
0
1
0
0
6,14
17,65
18
B.M.
65
1
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
2,68
13,57
19
P.B.
72
0
0
0
1
1
1
0
0
1
0
0
13,1
67,25
128
9. Danksagung
An dieser Stelle möchte ich mich ganz herzlich bei Herrn Prof. Dr. med. Trappe,
Direktor der Medizinischen Klinik II des Marienhospitals Herne,
für die
Überlassung des Themas, die Betreuung und Koordination der Arbeit
bedanken.
Besonderer Dank gebührt Dr. med. Burkhard Sievers, Dr. med. Ulrich Franken
und Dr. med. Marc van Bracht für die Betreuung unserer Arbeitsgruppe. Ohne
Ihre Unterstützung, Geduld und viele hilfreiche Ratschläge wäre meine Arbeit in
dieser Form nicht zustande gekommen.
Meinen Mitdoktoranden Marvin Addo, Asli Bakan und Simon Kirchberg danke
ich für die sehr gute Zusammenarbeit und die ständige gegenseitige
Unterstützung.
Dr. med. Rolf Borchard und Ingo Wickenbrock aus der Medizinischen Klinik II
danke
ich
für
die
großartige
Unterstützung
und
Diskussionsbereitschaft.
Bedanken
möchte
mich
ich
die
bei
ständige
meinen
Studienkollegen Tobias Klein für das Erstellen der Fotos. Dr. med. Stefan
Zimmermann, Sebastian Dick, Barbara Seeliger und besonders Sören Müller
danke ich für die Ratschläge beim Erstellen und Layouten des Textes.
Meinen Freunden Dominik Müller und Sükran Yolcu danke ich für die ständige
Motivation und die kulinarische Versorgung zu jeder Tages- und Nachtzeit auch
noch weit über meine Studienzeit hinaus.
Dipl. Ing. (ETH) Tina Spiess danke ich dafür, dass Sie mir zeigt, was und wie
alles zu schaffen ist. Für Ihre ständige Motivation und die konstruktiven
Ratschläge danke ich von ganzem Herzen.
Meinen Eltern und meinem Bruder Sinu A. John-Puthenveettil danke ich für Ihre
Liebe und ständige Unterstützung vor und während meines ganzen Studiums.
Sie haben mir mein Studium und somit den Weg zu dieser Arbeit ermöglicht.
Großer Dank gebührt meiner Tante Maria und meinem Onkel Herbert – sie
haben entscheidend dazu beigetragen, dass ich das geworden bin, was ich bin.
129
10. Lebenslauf
Vorname:
Binu Sebastian
Nachname:
John-Puthenveettil
Eltern:
Vater: Sebastian John Puthenveettil
Mutter: Mary John, geb. Chamakalayil
Geschwister:
Sinu Antony John-Puthenveettil
Geburtstag und Geburtsort:
5. Juli 1978 in Paderborn
Nationalität:
Deutsch
Familienstand:
ledig
Schulausbildung
08/1984 – 06/1988
Dionysius - Grundschule in Paderborn - Elsen
08/1988 – 06/1997
Goerdeler - Gymnasium in Paderborn
07/1997
Schulabschluss: Abitur
Berufsausbildung
10/1997 – 10/1999
Ausbildung zum
„Staatlich Geprüften Informatikassistenten
Medizinökonomie“
am Bildungszentrum für informationsverarbeitende
Berufe e.V.
(b.i.b. - Höhere Berufsfachschule) in Paderborn.
Studium
10/1999 –11/2005
Humanmedizin an der Ruhr-Universität Bochum
09 / 2001
Physikum
08/2002
1. Staatsexamen
08/2004
2. Staatsexamen
130
Praktisches Jahr
10/2004 – 02/2005
Innere Medizin
(Pneumologie und Kardiologie) am Marienhospital I,
Herne.
02/2005 - 05/2005
Chirurgie
(General Surgery, Emergency medicine, Paediatric
surgery sowie Orthopaedic Surgery) am St. John’s
Medical College Hospital in Bangalore, Indien.
05/2005 – 09/2005
Orthopädie
am St. Josef-Hospital, Bochum sowie am St.
Elisabeth-Hospital, Bochum
10.11.2005
3. Staatsexamen
21.11.2005
Approbation zum Arzt
Seit 1. Januar 2006
Assistenzarzt an der Klinik und Poliklinik für Herz-,
Thorax- und herznahe Gefäßchirurgie der Universität
Regensburg (Prof. Dr. med. D.E. Birnbaum)
Die Dissertation ist in folgenden Publikationsorganen vorveröffentlicht:
Vortrag im Rahmen des 5. Mainzer Kardio-MR-Symposium im Juni 2003:
Sievers B, John B, Brands B, Franken U, van Bracht M, Trappe HJ.
„Ist mittels EKG’s eine Differenzierung von transmuralen und nicht-transmuralen
Infarkten
möglich?
Eine
Studie
mittels
der
kardiovasuklären
Magnetresonanztomographie.“
Veröffentlichung im International Journal of Cardiology im Dezember 2004:
Sievers B, John B, Brandts B, Franken U, van Bracht M, Trappe HJ.
“How reliable is electrocardiography in differentiating transmural from nontransmural myocardial infarction? A study with contrast magnetic resonance
imaging as gold standard.”
Int J Cardiol. 2004 Dec;97(3):417-23.
Posterpräsentation im Rahmen der 71. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft
für Kardiologie 2005, Mannheim:
Sievers B, John-Puthenveettil B, Kirchberg S, Franken U, Addo M, Bakan A,
Trappe HJ.
“Sensitivity of Q-wave in chronic myocardial infarction: A study with contrast
enhancement cardiovascular magnetic resonance imaging as gold standard.”
Z Kardiol 94: Suppl 1 (2005)
131