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Inhaltsverzeichnis
1
Abkürzungsverzeichnis................................................................................................... 3
2
Einleitung ......................................................................................................................... 5
2.1
Ziel und Fragestellung der Arbeit ................................................................................ 5
2.2
Historische Entwicklung – warum Strain und Strain Rate? .......................................... 6
2.3
Physikalische Prinzipien von Strain und Strain Rate ................................................... 7
2.3.1
Der Doppler-Effekt............................................................................................... 7
2.3.2
Der Gewebe-Doppler .......................................................................................... 8
2.3.3
Die Verformung eines Körpers – Strain ............................................................... 8
2.4
2.4.1
Koordinatensystem und Bewegungsrichtungen am Herzen................................. 9
2.4.2
Darstellung von Strain und Strain Rate.............................................................. 10
2.5
3
Die Messung von Strain Rate mit Gewebedoppler ...................................................... 9
Transposition der großen Arterien ............................................................................. 10
2.5.1
Epidemiologie und Prognose ............................................................................. 10
2.5.2
Anatomie und Pathophysiologie ........................................................................ 10
2.5.3
Klinik und Diagnostik ......................................................................................... 11
2.5.4
Therapie ............................................................................................................ 11
Material und Methodik ................................................................................................... 13
3.1
Studienpopulation ..................................................................................................... 13
3.2
Verwendete Geräte ................................................................................................... 13
3.3
Untersuchungsablauf ................................................................................................ 13
3.3.1
Klinische Untersuchung ..................................................................................... 13
3.3.2
Gepulster Blutdoppler........................................................................................ 14
3.3.3
Der Gewebedoppler .......................................................................................... 14
3.4
Datenanalyse mit SPEQLE ....................................................................................... 14
3.4.1
Sichtung ............................................................................................................ 15
3.4.2
Verwendete Parameter – Voreinstellungen ....................................................... 15
3.4.3
Tissue Tracking im apikalen Vierkammerblick ................................................... 16
3.4.4
Reduktion der Artefakte ..................................................................................... 19
3.4.5
Einteilung des Herzzyklus in seine Phasen – das Timing .................................. 20
3.5
Statistische Analyse .................................................................................................. 27
3.5.1
Darstellung der Ergebnisse der gesunden Probanden ...................................... 27
3.5.2
Darstellung der Ergebnisse der TGA-Patienten ................................................. 27
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3.5.3
4
2
Reproduzierbarkeit ............................................................................................ 27
Ergebnisse ..................................................................................................................... 29
4.1
4.1.1
Geschwindigkeiten ............................................................................................ 29
4.1.2
Strain und Strain Rate ....................................................................................... 30
4.1.3
Einfluss der verschiedenen Größen auf Strain und Strain Rate ......................... 33
4.1.4
Zeitintervalle ...................................................................................................... 34
4.1.5
Typische Kurvenverläufe ................................................................................... 35
4.1.6
Reproduzierbarkeit ............................................................................................ 38
4.2
5
Gesunde Probanden ................................................................................................. 29
TGA-Patienten .......................................................................................................... 38
4.2.1
Systole .............................................................................................................. 39
4.2.2
Frühe Diastole ................................................................................................... 40
4.2.3
Späte Diastole ................................................................................................... 41
4.2.4
Umkehr der Bewegungsrichtung des apikalen Segments im rechten Ventrikel.. 42
Diskussion ..................................................................................................................... 44
5.1
Normwerte ................................................................................................................ 44
5.1.1
Einflussgrößen der myokardialen Geschwindigkeiten........................................ 44
5.1.2
Strain und Strain Rate ....................................................................................... 46
5.1.3
Abhängigkeit von Strain und Strain Rate von der Herzfrequenz ........................ 47
5.1.4
Übereinstimmung wiederholter Messungen ....................................................... 48
5.2
Veränderungen nach arterieller Switch-Operation bei TGA ....................................... 50
5.2.1
Systole .............................................................................................................. 50
5.2.2
Diastole ............................................................................................................. 53
6
Literaturverzeichnis....................................................................................................... 55
7
Zusammenfassung ........................................................................................................ 61
8
Originalarbeiten ............................................................................................................. 62
9
Anhang ........................................................................................................................... 63
10
Danksagung ................................................................................................................... 68
11
Lebenslauf...................................................................................................................... 69
1
Abkürzungsverzeichnis
A-Welle
atrialer Anteil der Diastole
AK
Aortenklappe
AV
atrioventrikulär
B-Mode
Brightness Mode
CFM
Color Flow Mapping
CW-Doppler continuous wave Doppler
DMI
Doppler Myocardial Imaging
E-Welle
early (frühdiastolisch)
(LV)EF
(linksventrikuläre) Ejektionsfraktion
EKG
Elektrokardiogramm
Em/Am
Verhältnis von früher zu später diastolischer Bewegung (m = motion)
EMC
elektromechanische Kopplung
fps
frames per second
FS
Fractional Shortening
GE
General Electric
HF
Herzfrequenz
IVC
isovolumic contraction
IVR
isovolumic relaxation
IVS
interventrikuläres Septum
LPA
linke Pulmonalarterie
LV
linker Ventrikel
M-Mode
Motion Mode
MK
Mitralklappe
MO
magneto-optisch
MRT
Magnetresonanztomografie
prf
pulse repetition frequency
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PW-Doppler
pulsed wave Doppler
ROI
region of interest, Aufnahmebereich
RPA
rechte Pulmonalarterie
RV
rechter Ventrikel
SS,E,A
Strain systolisch (S), frühdiastolisch (E) und spätdiastolisch (A)
SRS,E,A
Strain Rate systolisch (S), frühdiastolisch (E) und spätdiastolisch (A)
TDI
Tissue Doppler Imaging
TGA
Transposition der großen Arterien
TVI
Tissue Velocity Imaging
v
velocity
VS,E,A
Velocity systolisch (S), frühdiastolisch (E) und spätdiastolisch (A)
VSD
Ventrikelseptumdefekt
4
2
Einleitung
2.1
Ziel und Fragestellung der Arbeit
Die M-Mode- und B-Mode-Echokardiographie wird seit ca. 30 Jahren zur Beurteilung
der Herzfunktion bei angeborenen Herzfehlern eingesetzt [29; 42; 51]. Im Laufe der
80er Jahre brachte die Entwicklung und Implementierung der pulsed wave- (PW-) und
continuous wave- (CW-) Doppler Technik weitere entscheidende Möglichkeiten in der
Diagnostik angeborener Herzfehler [8; 48]. Vor einigen Jahren gelang es durch eine
Modifizierung der Filtereinstellung, diese bereits etablierten Blut-Doppler-Verfahren
auf die Bestimmung der Geschwindigkeit des Herzmuskels zu übertragen [57]. Daraus
ergab sich die Möglichkeit, zusätzlich zur Geschwindigkeit, weitere Parameter zu
bestimmen. Der neueste Entwicklungsschritt ist die Möglichkeit, die regionale
Verformung des Herzmuskels mittels Strain (Deformierung) und Strain Rate
(Geschwindigkeit der Deformierung) zu beurteilen. Diese Technologie ist mittlerweile
in mehreren kommerziell erhältlichen Ultraschallgeräten verfügbar.
In mehreren Studien konnte gezeigt werden, dass sich diese neue Doppler Modalität gut
zur Unterscheidung infarzierter und ischämischer Areale bei der koronaren
Herzkrankheit eignet [27; 55; 62] und deutliche Unterschiede gegenüber gesundem
Myokard bestehen.
Im pädiatrischen Bereich sind bisher nur in einer Studie Normwerte gesunder Kinder
veröffentlicht, hier wurde jedoch eine relativ geringe Zahl untersucht [63]. Ziel unserer
Arbeit war es daher, Normwerte für Strain und Strain Rate zu erstellen, die auf einer
großen Zahl gesunder Kinder basieren, sowie die Abhängigkeit dieser Parameter von
verschiedenen Einflussgrößen wie Alter, Länge, Gewicht und Herzfrequenz zu
untersuchen.
Bei Patienten mit Transposition der großen Arterien (TGA) findet sich häufig im
Langzeitverlauf eine Beeinträchtigung der rechtsventrikulären Funktion, insbesondere
nach atrialer Korrektur. Dies wurde in verschiedenen Studien untersucht [50; 60]. Für
die heute übliche Methode der anatomischen Korrektur der TGA fehlen noch
entsprechende Langzeitergebnisse, es zeigen sich jedoch sehr gute mittelfristige
Ergebnisse [12]. Eine Möglichkeit zur quantitativen Beurteilung der rechtsventrikulären
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6
Funktion wäre zur langfristigen postoperativen Versorgung dennoch wünschenswert, ist
jedoch wegen der komplexen Form des rechten Ventrikels mit den etablierten
semiquantitativen Methoden für den linken Ventrikel (M-Mode) schwierig [21]. Die
Quantifizierung der regionalen rechtsventrikulären Funktion mit Hilfe der lokalen
myokardialen Deformierung (Strain und Strain Rate) könnte hierbei richtungsweisend
sein [64].
2.2
Historische Entwicklung – warum Strain und Strain Rate?
Die verschiedenen Ultraschallverfahren bewähren sich seit ca. drei Jahrzehnten im
klinischen Alltag. Dies ist begründet durch eine Reihe von Vorteilen gegenüber anderen
diagnostischen Methoden: Ultraschallgeräte sind problemlos transportierbar und
unterliegen
dadurch
praktisch
keinen
räumlichen
Einschränkungen.
Das
Ultraschallverfahren zählt zu den nicht-invasiven Verfahren und ist für den Patienten
weder mit einer Strahlenbelastung noch mit anderen Unannehmlichkeiten verbunden.
Im Vergleich zur Kernspintomographie sind die Untersuchungszeiten deutlich geringer,
die (Anschaffungs-) Kosten ebenso. Die Doppler-basierten Ultraschallverfahren bieten
bei guter räumlicher Auflösung mit den Geräten der neueren Generation mittlerweile
eine sehr hohe zeitliche Auflösung im Bereich von 400 Bildern pro Sekunde, was die
Erfassung von Ereignissen mit einer Dauer von 2,5 ms ermöglicht. Dies ist
insbesondere wichtig zur Beurteilung der sehr kurzen isovolumetrischen Phasen [19;
60; 61].
Beim Versuch der Beurteilung der Herzfunktion wurde zunächst mit einem rein
qualitativen Ansatz gearbeitet, bei dem die Wandbewegung in vier Stadien eingeteilt
wird: normokinetisch, hypokinetisch, akinetisch, dyskinetisch. Diese Art der
Beurteilung ist jedoch sehr stark von der Erfahrung des Untersuchers sowie der
Bildqualität abhängig [23]. Ein quantitativer Ansatz findet sich bei der Messung der
Ejektionsfraktion (EF), des Fractional Shortening (FS), der Wandverdickung und der
Geschwindigkeit der AV-Klappenebene. Diese Parameter erlauben nur eine Aussage
über die globale Ventrikelfunktion, eine regionale Beurteilbarkeit wäre jedoch bei
vielen Erkrankungen hilfreich.
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7
Ein erster Schritt wurde durch die Modifikation der Filterung des gepulsten
Blutdopplers Ende der 80er Jahre vollzogen [25], was die Messung der
Geschwindigkeit der Myokardbewegung in frei wählbaren Punkten (region of interest,
ROI) ermöglichte. Eine Betrachtung der regionalen Funktion war damit allerdings nur
eingeschränkt möglich, da die Bewegung des gesamten Herzens sowie die Kontraktion
angrenzender Areale die Geschwindigkeiten im betrachteten Areal beeinflussen. Mit
dem wenige Jahre später eingeführten Gewebefarbdoppler wurde es möglich,
Geschwindigkeitsinformationen für die gesamte Schnittebene zu gewinnen [39]. Daraus
konnten im Post-Processing Geschwindigkeitsprofile rekonstruiert werden, die mit
denen des gepulsten Gewebedopplers vergleichbar waren. Die weitere Entwicklung
brachte die Messung der Geschwindigkeitsgradienten über der linksventrikulären
Hinterwand, diese Methode ist jedoch auf die radiale Funktion begrenzt [15; 59]. Erst
die seit Ende der 90er Jahre verfügbare Rechenleistung der Ultraschallgeräte sowie eine
entsprechend
ausgereifte
Software
ermöglichen
die
Betrachtung
der
Geschwindigkeitsgradienten in longitudinaler Richtung. Unter Einbeziehung des
Abstandes der beiden Messpunkte kann daraus ein von der Bewegung des gesamten
Herzens sowie der benachbarten Areale unabhängiges Maß für die regionale
Kontraktion berechnet werden (Strain Rate). Dies ist bereits in mehreren Studien
gegenüber etablierten invasiven Goldstandards (dP/dt und Sonomikrometrie) validiert
worden [26; 58].
2.3
Physikalische Prinzipien von Strain und Strain Rate
2.3.1
Der Doppler-Effekt
Erstmals vom Salzburger Christian Doppler zu Beginn des 19. Jahrhunderts
beschrieben, ist der Doppler-Effekt mittlerweile zu einem unverzichtbaren Teil der
Ultraschalldiagnostik geworden. Die Ausnutzung dieses physikalischen Phänomens
ermöglicht die Bestimmung der Geschwindigkeit eines sich bewegenden Objekts.
Geht man von der Situation eines ruhenden Senders und einem sich bewegenden
Reflektor aus, so benötigt die Reflektion eines Wellenpakets endlicher Länge eine
bestimmte Zeit. Während dieser Zeit hat sich das reflektierende Objekt jedoch weiter
bewegt, d.h. das Ende des Wellenpakets muss eine längere (bei Bewegung vom
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8
Empfänger weg) bzw. eine kürzere (bei Bewegung auf den Empfänger zu) Strecke
zurücklegen als der Anfang des Wellenpakets. Daraus ergibt sich eine Längenänderung
des Pakets, was bei gleich bleibender Ausbreitungsgeschwindigkeit eine Änderung der
Frequenz zur Folge hat. Diese Frequenzveränderung kann gemessen und daraus die
Geschwindigkeit des Reflektors bestimmt werden.
2.3.2
Der Gewebe-Doppler
Die Bestimmung der Geschwindigkeit des Myokards basiert auf denselben Prinzipien
wie der Blutdoppler (Color Flow Mapping), verwendet jedoch eine andere
Filtereinstellung. Das Blut bewegt sich innerhalb des Herzens üblicherweise mit
Geschwindigkeiten von 1 – 1,5m/s, die Reflektionen haben jedoch eine relativ kleine
Amplitude. Das Myokard bewegt sich mit Geschwindigkeiten zwischen 0,01 und 0,2
m/s. Für die Gewebsdopplermessung werden die Filter also auf hohe Amplituden und
niedrige Geschwindigkeiten optimiert. Die Myokardgeschwindigkeit wird wie beim
Blutflussdoppler farbkodiert. Auch beim Gewebedoppler (Tissue Velocity Imaging,
TVI oder Doppler Myocardial Imaging, DMI) bedeutet rot eine Bewegung auf dem
Schallkopf zu, blau eine Bewegung vom Schallkopf weg. Unterschiedliche
Bewegungsgeschwindigkeiten werden durch verschiedene Farbtöne dargestellt:
Abbildung 2.1:
2.3.3
Beispiele der farbkodierten Darstellung von Gewebe- und
Blutdoppler
Die Verformung eines Körpers – Strain
Ein dreidimensionaler Körper kann prinzipiell in allen drei Raumrichtungen verformt
werden. Dabei wird einer Zunahme der Länge definitionsgemäß ein positiver StrainWert zugeordnet, einer Abnahme ein negativer. Da es sich bei Strain um eine
dimensionslose Größe handelt, wird Strain in Prozent angegeben. Eine Verlängerung
eines 2cm langen Körpers um 0,5cm auf 2,5cm entspricht also einem Strain von +25%.
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Abbildung 2.2:
9
Verlängerung eines Körpers um 25% entspricht einem positiven
Strain-Wert
Die Abbildung 2.2 zeigt ein Objekt (z.B. die Herzwand), dessen Länge sich von 2,0 cm
auf 2,5 cm ändert. Mathematisch kann die Deformierung mit der einfachen Formel
beschrieben werden:
Strain (S)
S
L  L0
L0
wobei L die Endlänge und L0 die Ausganglänge sind.
Die Veränderung der Länge pro Zeit wird als Strain Rate bezeichnet. In der Praxis wird
diese zunächst aus den Geschwindigkeitsdaten mit folgender Formel berechnet.
Strain Rate (SR)
SR 
vB  v A 
L
Wobei vB und vA Geschwindigkeiten in zwei verschiedenen Punkten mit dem Abstand
L sind.
Bildet man das Integral über ein beliebiges Intervall der Strain Rate Kurve, erhält man
die Längenänderung während dieses Zeitabschnitts.
2.4
Die Messung von Strain Rate mit Gewebedoppler
2.4.1
Koordinatensystem und Bewegungsrichtungen am Herzen
Die dopplerbasierte Strain Rate ist nur in einer Dimension messbar – auf der Linie des
Ultraschallstrahls. Wie alle anderen Dopplerverfahren unterliegt auch dieses einer
relativ starken Winkelabhängigkeit, bei der Aufzeichnung der Daten muss also stets auf
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10
eine möglichst parallele Ausrichtung des Ultraschallstrahls zur untersuchten
Bewegungsrichtung geachtet werden.
Die Richtungsbezeichnungen am Herzen orientieren sich üblicherweise an der
Längsachse des linken Ventrikels, Bewegungen entlang dieser Achse werden als
longitudinale Bewegungen bezeichnet. Schneidet man das Herz senkrecht zu dieser
Achse, erhält man einen Schnitt, der als kurze Achse bezeichnet wird. In dieser Ebene
können zwei Bewegungen voneinander abgegrenzt werden: die radiale Bewegung, also
die Bewegung der Ventrikelwand in Richtung des Ventrikelinnern sowie eine
circumferentielle Bewegung, also eine Verdrehung der Ventrikelwand um die
Längsachse.
2.4.2
Darstellung von Strain und Strain Rate
Wie bei den herkömmlichen Dopplerverfahren üblich werden die zusätzlichen
Informationen farbkodiert über ein Graustufen-B-Mode-Bild gelegt. Dabei entspricht in
der Strain-Darstellung eine Verlängerung einer blauen Einfärbung, die Verkürzung wird
rot dargestellt. Wird Strain Rate farbkodiert dargestellt, sprechen Farben von gelb bis
rot für eine Verkürzung, cyan bis blau stellt eine Verlängerung dar. In grün dargestellten
Bereichen findet zum jeweiligen Zeitpunkt keine Längenänderung statt.
2.5
Transposition der großen Arterien
2.5.1
Epidemiologie und Prognose
Eine Transposition der großen Arterien (TGA) findet sich bei 5-7% aller Kinder, die mit
einem Herzfehler geboren werden. Ohne Therapie sterben 50% der Patienten innerhalb
des ersten Monats und 90% innerhalb des ersten Jahres. Durch die heutigen
Therapieverfahren wird ein Langzeitüberleben von deutlich über 90% erreicht.
2.5.2
Anatomie und Pathophysiologie
Unter einer vollständigen TGA versteht man eine Fehlbildung mit konkordanten
atrioventrikulären Verbindungen und diskordanten ventrikuloarteriellen Verbindungen,
d.h. die Aorta entspringt aus dem rechten Ventrikel und der Truncus pulmonalis aus
dem linken Ventrikel. Die TGA liegt in ca. der Hälfte der Fälle als „einfache“ TGA
ohne
weitere
Anomalien
vor,
bei
40-45%
findet
sich
zusätzlich
ein
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11
Ventrikelseptumdefekt. Aus den diskordanten ventrikuloarteriellen Verbindungen ergibt
sich eine parallele anstelle einer seriellen „Verschaltung“ des Lungen- und
Körperkreislaufs. Die systemische Sauerstoffsättigung hängt also vom Ausmaß des
Blutaustauschs zwischen den beiden Kreisläufen ab.
2.5.3
Klinik und Diagnostik
Während Kinder mit einer TGA bei intaktem Ventrikelseptum schon am ersten Tag eine
deutliche Zyanose zeigen, finden sich bei Kindern mit einer TGA in Kombination mit
einem
Ventrikelseptumdefekt
erst
nach
ca.
2-6
Wochen
Symptome
einer
Herzinsuffizienz.
Die Echokardiographie ist heute das Verfahren der Wahl in der Diagnostik der TGA. In
vielen Fällen ersetzt sie den Herzkatheter, der jedoch vor allem in der Diagnostik der
komplexen Formen der TGA immer noch eine große Rolle spielt.
2.5.4
Therapie
Die zwei wesentlichen Therapieoptionen sind die Vorhofumkehroperationen nach
Senning [54] oder Mustard [43], die bis Ende der 80er Jahre durchgeführt wurden, und
die arterielle Switch Operation, die durch den Fortschritt der Operationstechniken und
der Intensivmedizin in den 90er Jahren möglich wurde.
Die früher häufig durchgeführte Atrioseptostomie wird heute selten eingesetzt. Sie
diente vor allem zur Überbrückung bis zur definitiven Korrektur, die im Alter zwischen
drei und neun Monaten nach Senning oder Mustard durchgeführt wurde. Bei diesen
Vorhofumkehroperationen bleiben die diskordanten ventrikuloarteriellen Verbindungen
bestehen, der Blutfluss wird auf Vorhofebene so verändert, dass das venöse Blut aus
dem Körperkreislauf in den linken Vorhof gelangt und das arterialisierte Blut aus den
Lungen über den rechten Vorhof in den rechten Ventrikel fließt. Damit wird der rechte
Ventrikel zum Systemventrikel. Dieser Weg wurde aufgrund der nicht optimalen
Langzeitergebnisse (eingeschränkte körperliche Leistungsfähigkeit, rechtsventrikuläre
Dysfunktion, rechtsatriale Rhythmusstörungen) Ende der 80er Jahre allmählich
verlassen. Im langfristigen Verlauf von Patienten mit Vorhofumkehroperation bei DTransposition der großen Arterien ist neben rechtsventrikulären Rhythmusstörungen
eine Insuffizienz des morphologisch rechten Ventrikels in Systemposition mit
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12
Trikuspidalklappeninsuffizienz zu erwarten [49]. Die Beurteilung des myokardialen
kontraktilen Verhaltens mit der herkömmlichen Echokardiographie ist aufgrund der
deutlich veränderten Morphologie des morphologisch rechten Systemventrikels
limitiert. Der Einsatz der Gewebedoppler-Echokardiographie inklusive Strain und Strain
Rate ermöglicht einen neuen Zugang zur quantitativen Myokard-Funktionsanalyse.
Verschiedene Untersuchungen [49; 60] zeigen bei diesen Patienten eine eingeschränkte
rechtsventrikuläre
Funktion,
die
möglicherweise
auf
präoperativ
entstandene
Myokardschäden [7] und die verbreitet nach einer Vorhofumkehroperation auftretenden
Perfusions-Defekte [36] zurückzuführen sind.
Das heute übliche Verfahren zur Therapie der TGA besteht aus einer anatomischen
Korrektur der Malformation nach Jatene [28], d.h. die beiden Arterien werden oberhalb
der Klappen abgesetzt und vertauscht. Diese Operation wird innerhalb weniger Tage
nach Geburt durchgeführt, da der linke Ventrikel nur innerhalb der frühen
Neonatalperiode in der Lage ist den systemischen Druck aufzubringen. Risikofaktoren
bei dieser Methode sind vor allem der intramurale Verlauf der Koronararterien und der
retropulmonale Verlauf der linken Koronararterie.
Beeinträchtigungen
der
linksventrikulären
Funktion
und
Komplikationen
im
Zusammenhang mit den reimplantierten Koronargefäßen gehören zu den häufigsten
frühpostoperativen Komplikationen [52; 67]. Mittelfristig hingegen finden sich vor
allem supravalvuläre Stenosen der Pulmonalarterie [47]. Ob auch nach Switch
Operation eine rechtsventrikuläre Funktionsstörung vorliegt, die mit GewebedopplerEchokardiographie erfasst werden kann, ist nicht bekannt und soll in dieser Dissertation
untersucht werden
3
Material und Methodik
3.1
Studienpopulation
In der vorliegenden Studie wurden zunächst Normwerte für Strain und Strain Rate in
einer Gruppe aus 129 gesunden Kindern erstellt. Die Patientengruppe bestand aus 32
Kindern mit einer Transposition der großen Arterien, die mittels arteriellem Switch
korrigiert wurde.
Die
gesunden
Neugeborenen
wurden
akquiriert
über
Aushänge
auf
den
geburtshilflichen Stationen der Universitäts-Frauenklinik, die älteren Kinder aus lokalen
Schulen und Kindergärten.
Die Patienten der TGA-Gruppe wurden im Rahmen der jährlichen RoutineUntersuchung in die Studie aufgenommen.
Die Eltern und Kinder erhielten vor der Untersuchung eine Aufklärung über Ziel und
Ablauf der Studie und gaben ihr Einverständnis.
3.2
Verwendete Geräte
Alle echokardiographischen Untersuchungen wurden mit einem VIVID 7 der Firma
General Electric (GE), Norwegen durchgeführt. Für die Untersuchung der
Neugeborenen wurde ein Schallkopf mit 10MHz verwendet, für die älteren Kinder ein
Schallkopf mit 3MHz. Die erhobenen Daten wurden auf CD-ROM bzw. MO-Disks
gespeichert. Die Offline-Analysen wurden mit einem an der Universität Leuven,
Belgien entwickelten Software-Paket für echokardiographische Quantifizierung
(SPEQLE) durchgeführt.
3.3
Untersuchungsablauf
3.3.1
Klinische Untersuchung
Alle Kinder wurden zunächst auskultatorisch untersucht, außerdem wurde von jedem
Probanden ein EKG mit den 12 Standardableitungen erstellt.
Während der gesamten echokardiographischen Untersuchung wurde simultan zu den
Bildern ein EKG aufgezeichnet und mit dem jeweiligen Bild, bzw. Bildschleife,
gespeichert. Sofern die Kinder in der Lage waren, die Luft in Exspiration anzuhalten,
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14
wurden die Bilder in der Exspiration aufgezeichnet, bei Kindern, denen dies noch nicht
möglich war, wurde vom Untersucher darauf geachtet, die Bilder in einer
exspiratorischen Atempause aufzuzeichnen. Soweit möglich wurden die einzelnen
Bilder bei einer möglichst gleich bleibenden Herzfrequenz (± 5%) aufgezeichnet.
3.3.2
Gepulster Blutdoppler
Mit dem gepulsten Blutdoppler wurden die maximalen Flussgeschwindigkeiten über
allen vier Klappen untersucht – die beiden atrioventrikulären Klappen im apikalen
Vierkammerblick,
die
Aortenklappe
im
apikalen
Fünfkammerblick
und
die
Pulmonalklappe in der parasternalen kurzen Achse. Dabei wurde darauf geachtet, den
Untersuchungsbereich (sample volume) etwas distal der Klappe zu positionieren und
den Geschwindigkeitsbereich maximal einzustellen. Hier wurden 5-7 Herzzyklen
aufgezeichnet und gespeichert. Diese Blutflusskurven wurden für die Bestimmung der
Zeitpunkte (timing) der einzelnen globalen Herzereignisse verwendet.
3.3.3
Der Gewebedoppler
Zunächst wurde das gesamte Herz im apikalen Vierkammerblick dargestellt, danach
wurde der Winkel des dargestellten Sektors auf ca. 30° verringert und jede Wand
einzeln betrachtet, um eine höchstmögliche Bildfrequenz (frame rate) erzielen zu
können. Um bei höchstmöglicher Genauigkeit der Geschwindigkeitsmessung den AliasEffekt (aliasing) vermeiden zu können, wurden von jeder Wand drei bis vier
Bildschleifen (cineloops) mit unterschiedlichen Pulswiederholraten (pulse repetition
frequency, PRF) aufgezeichnet. Hier wurde anhand des simultan aufgezeichneten EKGs
darauf geachtet, mindestens drei vollständige Herzzyklen aufzuzeichnen.
3.4
Datenanalyse mit SPEQLE
Zunächst wurden die Datensätze in SPEQLE importiert und mit GCMat, einer
MatLab®-Anwendung von GE, konvertiert. Die entstandenen Dateien mussten dann zur
besseren Identifizierbarkeit umbenannt werden. Ein vollständiger Datensatz zur Analyse
mit SPEQLE bestand aus folgenden Dateien:

den gepulsten Blutdopplerkurven aller vier Klappen

drei Bildschleifen des Septums im 4-Kammer-Blick (Gewebedoppler-Modus)
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
15
drei Bildschleifen der linksventrikulären freien Wand im 4-Kammer-Blick
(Gewebedopper-Modus)

drei Bildschleifen der rechtsventrikulären freien Wand im 4-Kammer-Blick
(Gewebedoppler-Modus)
3.4.1
Sichtung
Begonnen wurde die Analyse jeder Wand mit der Sichtung der drei vorhandenen
Bildschleifen. Dabei wurde so vorgegangen, dass die Bildschleife mit der besten
Qualität und gleichzeitig der niedrigstmöglichen PRF gewählt wurde, um das Spektrum
der aufgenommenen Geschwindigkeiten bestmöglich zu nutzen. Es wurden nur
Bildschleifen verwendet, die mindestens eine Bildfrequenz von 150Hz aufwiesen.
3.4.2
Verwendete Parameter – Voreinstellungen
Abbildung 3.1:
Dialogbox zur Festlegung der Voreinstellungen
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3.4.2.1
16
Time Averaging
Hiermit wurde festgelegt, wie viele aufeinander folgende Bilder zusammengefasst
werden. Da die extrahierten Kurven bei hohen Bildfrequenzen viel Rauschen enthielten,
wurde der Wert ab einer Bildfrequenz von mehr als 300Hz auf 2 gesetzt. Die
untersuchten Datensätze wiesen somit alle Bildfrequenzen von über 150Hz auf.
3.4.2.2
Estimation Length
Die Größe des Untersuchungsbereichs (sample volume oder estimation length) wurde
zwischen 5mm und 10mm gewählt, in Abhängigkeit von der Größe des Herzens, wobei
darauf geachtet wurde, dass sich die benachbarten Analyseabschnitte nicht
überschneiden.
Die folgenden Voreinstellungen blieben stets unverändert:
Axial averaging: hiermit wurde festgelegt, aus wie vielen Pixeln in Richtung des
Ultraschallstrahls jeweils ein Durchschnittswert berechnet wird.
Lateral averaging: hiermit wurde festgelegt, wie viele nebeneinander liegende Strahlen
zusammengefasst werden.
Peak strain rate: diese Einstellung bestimmt lediglich die maximal dargestellte Strain
Rate, sie hat keinerlei Einfluss auf die Ergebnisse, sondern dient nur einer optimalen
Darstellung auf dem Monitor.
3.4.3
Tissue Tracking im apikalen Vierkammerblick
Das Nachführen des Untersuchungsbereichs (Tissue Tracking) wird am Beispiel des
mittleren Abschnitts eines Septums erläutert:
Zunächst wurde mit der Maus eine Linie senkrecht zur Bewegungsrichtung aufgezogen
(siehe Abbildung 3.2).
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Abbildung 3.2:
17
Erster Schritt des Tissue Tracking
Der Computer berechnete für diese Linie das entsprechende M-Mode Bild (Abbildung
3.3). Auf diesem M-Mode wurde nun die Bewegung des Septums mit einer Linie
verfolgt.
Abbildung 3.3:
Zweiter Schritt des Tissue Tracking
Der Computer berechnete nun das zu dieser Linie senkrechte M-Mode Bild (Abbildung
3.4).
Abbildung 3.4:
Dritter Schritt des Tissue Tracking
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18
In Abbildung 3.4 ist entsprechend der Markierung im B-Mode ein „Startpunkt“ zu
sehen, die zu diesem Startpunkt gehörende Linie wurde analog zum ersten Schritt
nachgezeichnet.
Die Bewegung, die durch diese beiden Linien festgelegt wurde, übertrug nun die
Software auf einen Punkt im B-Mode Bild, welcher die Bewegung des darunter
liegenden Gewebes genau nachvollzieht. Dieser Vorgang wurde für zwei weitere
Punkte wiederholt. Dabei wurde darauf geachtet, dass die Punkte jeweils in der Mitte
des
jeweiligen Wandabschnitts
(basal,
mittig, apikal) lagen und sich die
Analysebereiche nicht überschnitten.
Die in Abbildung 3.5 unter dem Mauszeiger sichtbare Linie entspricht dem
Untersuchungsbereich.
Abbildung 3.5:
Abgeschlossenes Tissue Tracking. Die Linie unter dem Mauszeiger
entspricht der Länge des sample volume
Die Software extrahierte nun aus der Bildschleife verschiedene Daten mit Hilfe der drei
Untersuchungsbereiche und zeigte sie als Kurven in Abhängigkeit von der Zeit an
(Abbildung 3.6). Dabei wurde jedem Punkt eine Farbe zugewiesen: blau für den basalen
Punkt, rot für den mittleren und grün für den apikalen Abschnitt. In dieser Voransicht
werden assoziiert mit dem EKG im obersten Feld der Verlauf des Strains, darunter der
Verlauf der Strain Rate und direkt über dem EKG die Geschwindigkeit dargestellt. Die
Position des im B-Mode sichtbaren Bildes innerhalb der gesamten Bildschleife wurde
durch die hellblau gestrichelte senkrechte Linie angezeigt.
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Abbildung 3.6:
3.4.4
19
Nach abgeschlossenem Tracking angebotene Voransicht der
extrahierten Kurven
Reduktion der Artefakte
Die Artefakte, die sich durch eine Positionierung des Untersuchungsbereichs zu dicht an
der Myokard-Blut-Grenze ergeben und sich meist durch scharfe Zacken in der Strain
Rate Kurve äußern, werden nun durch gemeinsame Betrachtung der Bildschleife in der
für Strain Rate farbkodierten Darstellung und der dazugehörenden Strain Rate Kurve
detektiert. Mit der Software ist eine Verschiebung des Aufnahmebereichs in jedem
einzelnen Bild möglich, was eine Korrektur der Artefakte ermöglicht. In Abbildung 3.7
und Abbildung 3.8 wird das Vorgehen anhand eines Beispiels erläutert.
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3.4.5
Abbildung 3.7:
Strain Rate kodierte Darstellung des Septums mit entsprechender
Kurve, vor Artefaktkorrektur. Der schwarze Pfeil verdeutlicht das
Artefakt in der Kurvendarstellung. Das Artefakt (weit ins Negative
reichender Ausschlag in der SR Kurve) wird durch eine zu dicht am
Blutpool gelegene Position des Aufnahmebereichs verursacht. Der
weiße Pfeil zeigt die Richtung an, in der die Korrektur erfolgt.
Abbildung 3.8:
Strain Rate kodierte Darstellung des Septums, nach
Artefaktkorrektur. Der tiefe Ausschlag ist verschwunden, die Kurve
zeigt einen harmonischen Verlauf.
20
Einteilung des Herzzyklus in seine Phasen – das Timing
Die extrahierten Werte für Strain, Strain Rate und Geschwindigkeit mussten nun mit
den entsprechenden Phasen des Herzzyklus assoziiert werden. In SPEQLE ist dazu eine
spezielle Timing-Funktion integriert. Zur Bestimmung der globalen Herzereignisse wie
zum Beispiel des Aortenklappenschlusses, verwendeten wir Aufnahmen des gepulsten
Blutdopplers von allen vier Herzklappen sowie das EKG.
Zunächst wurden die entsprechenden Dopplerkurven ausgewählt und die Q-Zacke von
drei aufeinanderfolgenden Herzzyklen sowie als Endpunkt die Q-Zacke eines vierten
Zyklus markiert (Abbildung 3.9).
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Abbildung 3.9:
21
Erster Schritt des Timing. Markierung von vier aufeinander
folgenden Q-Zacken in jeder PW-Doppler-Kurve
Dann wurde analog der Beginn der drei zu analysierenden Herzzyklen in den
extrahierten Kurven markiert (Abbildung 3.10).
Abbildung 3.10:
Zweiter Schritt des Timing. Markierung von vier aufeinander
folgenden Q-Zacken in den extrahierten Kurven
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22
Im nächsten Schritt wurden nun die einzelnen Herzereignisse den Strain und Strain Rate
Kurven mit Hilfe der Blutdopplerkurven zugeordnet. Eine eventuelle Differenz der
Herzfrequenz zwischen der Gewebedoppler-Bildschleife und der Blutdopplerkurve
wurde von der Software durch proportionale Stauchung oder Dehnung der
Blutdopplerkurve kompensiert.
Das Ende der elektromechanischen Kopplung (EMC) des linken Ventrikels und des
Septums wurde bestimmt durch den Schluss der Mitralklappe, das Ende der EMC des
rechten Ventrikels durch den Schluss der Trikuspidalklappe (Abbildung 3.11).
Abbildung 3.11:
Das
Ende
Dritter Schrtitt des Timing. Markierung des Endes der
elektromechanischen Kopplung
der
isovolumetrischen
Kontraktion
und
damit
der
Beginn
der
Austreibungsphase des linken Ventrikels und des Septums wurde festgelegt durch die
Öffnung der Aortenklappe, der Beginn der Austreibungsphase des rechten Ventrikels
durch Öffnung der Pulmonalklappe.
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Abbildung 3.12:
Vierter Schritt des Timing. Markierung des Endes der
isovolumetrischen Kontraktion
Der
der
Schluss
Aorten-
bzw.
Pulmonalklappe
bestimmt
Austreibungsphase und damit das Ende der Systole (Abbildung 3.13).
Abbildung 3.13:
Fünfter Schritt des Timing. Markierung des Endes der
Austreibungsphase
das
23
Ende
der
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24
Die Diastole beginnt bei geschlossenen Klappen mit der isovolumetrischen Relaxation.
Deren Ende wurde markiert durch die Öffnung der Mitralklappe bei linkem Ventrikel
und Septum und Öffnung der Trikuspidalklappe beim rechten Ventrikel (Abbildung
3.14).
Abbildung 3.14:
Sechster Schritt des Timing. Markierung des Beginns der Daistole
Das Ende der frühen diastolischen Bewegung (E-Welle) wurde anhand des EKG
definiert, da es bei normalen und leicht erhöhten Herzfrequenzen häufig mit dem
Beginn der P-Welle zusammen fällt. Bei höheren Herzfrequenzen findet sich das Ende
der E-Welle gelegentlich auch nach Beginn der P-Welle, in diesen Fällen wurde die
Geschwindigkeitskurve berücksichtigt.
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Abbildung 3.15:
25
Siebter Schritt des Timing. Markierung des Endes der frühen
diastolischen Bewegung (E-Welle)
Sehr hohe Frequenzen (mehr als ca. 130 Schläge pro Minute), wie sie bei Säuglingen
und Kleinstkindern während der Untersuchung auftreten können, führen zu einer
Verschmelzung der beiden Wellen. In diesen Fällen wurde der Beginn der P-Welle als
Ende der E-Welle betrachtet.
Nach Beendigung des Timings errechnete SPEQLE nun für alle gemessenen und
berechneten Parameter einen durchschnittlichen Verlauf aus den drei aufgezeichneten
Herzzyklen. Dadurch wurden die Kurven gemittelt und die Artefakte reduziert.
Die Timing-Informationen für den rechten Ventrikel wurden getrennt von den TimingInformationen für das Septum und den linken Ventrikel gespeichert und waren so für
weitere Analysen abrufbar.
Die Durchschnittskurven der wichtigsten Parameter (Geschwindigkeit, Strain Rate,
Displacement, Strain und das EKG) konnten nun zur Archivierung und besseren
Beurteilung ausgedruckt werden. Zusätzlich wurden die für das Tissue Tracking
notwendigen Informationen sowie die Ergebnisse zur späteren Nachbearbeitung bzw.
zur abschließenden Auswertung (Final Analysis) gespeichert.
In dieser Final Analysis gibt SPEQLE für jeden Parameter in jeder Phase des
Herzzyklus getrennt nach Segmenten den Wert zu verschiedenen Zeitpunkten aus (z.B.
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26
maximal, minimal, Wert zu Beginn und am Ende der jeweiligen Phase, Zeit bis zum
Erreichen des maximalen Wertes, Zeit bis zum Erreichen des minimalen Wertes,
Durchschnittswerte u. a.). In Abbildung 3.16 findet sich eine schematische Darstellung
der analysierten Segmente sowie typischen Kurvenverläufe von Strain und Strain Rate
und darin eingezeichnet die verwendeten Messpunkte.
Abbildung 3.16
Schematische Darstellung der analysierten Segmente (links) und
Erläuterung der Bezeichnungen (rechts)
Für jedes einzelne Segment wurden folgende Werte betrachtet:

der maximale Strain während der Systole (SS)

die Strain-Änderung während der frühen Diastole (SE = SS – SEmin)

die Strain-Änderung während des atrialen Teils der Diastole (SA)

die maximale Strain Rate während der Systole (SRS)

die maximale Strain Rate während der frühen Diastole (SRE)

die maximale Strain Rate während des atrialen Teils der Diastole (SRA)
Außerdem wurden in die statistische Auswertung Länge, Gewicht, Alter und die zur
jeweiligen Bildschleife gehörende Herzfrequenz miteinbezogen.
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27
3.5
Statistische Analyse
3.5.1
Darstellung der Ergebnisse der gesunden Probanden
Die Ergebnisse für Strain und Strain Rate werden als Durchschnittswerte dargestellt.
Für fünf verschiedene Herzfrequenzen werden die 50% Toleranzintervalle gezeigt. Die
Abhängigkeit der Strain und Strain Rate Parameter von Alter, Größe, Gewicht, Länge,
Körperoberfläche und Herzfrequenz wurde unter Verwendung der Spearman
Korrelation für nicht normalverteilte Werte überprüft. Ein p-Wert von kleiner 0,05
wurde als statistisch signifikant betrachtet.
3.5.2
Darstellung der Ergebnisse der TGA-Patienten
Der Vergleich der Patientengruppe mit den Normwerten wurde mit Hilfe von so
genannten Z-Werten durchgeführt. Hierbei wurde die für die jeweilige Herzfrequenz
geltende Verteilungsfunktion der gesunden Probanden mittels der Z-Transformation in
eine Standardnormalverteilung (µ = 0, σ = 1) umgewandelt. Der jeweilige Messwert des
TGA-Patienten wird über den Z-Wert also als Vielfaches der Standardabweichung der
gesunden Probanden dargestellt. Ein Z-Wert von -1 bedeutet demnach, dass der
Messwert um eine Standardabweichung gegenüber dem Normwert nach links
verschoben ist, also ca. 84% aller gesunden Probanden bei dieser Herzfrequenz einen
höheren Wert aufweisen. Bei einem positiven Parameter, wie z.B. der systolischen
Geschwindigkeit, bedeutet ein negativer Z-Wert also eine verringerte Geschwindigkeit;
bei negativen Parametern wie z.B. dem systolischen Strain wird eine betragsmäßige
Verringerung durch einen positiven Z-Wert dargestellt. Zu Gunsten einer besseren
Lesbarkeit werden hier jedoch reduzierte Absolutwerte eines Parameters grundsätzlich
mit einem negativen Vorzeichen dargestellt. Für die einzelnen Parameter und Segmente
wurden jeweils der Mittelwert und die Standardabweichung der Z-Werte aller Patienten
berechnet. Durch die Standardabweichung kann eine Aussage darüber getroffen werden,
ob die Werte der TGA-Patienten mehr oder weniger stark streuen, als die Werte der
gesunden Kinder.
3.5.3
Reproduzierbarkeit
Zur Überprüfung der Reproduzierbarkeit wurden aus den gesunden Probanden 20
Kinder zufällig ausgewählt, deren mittleres Segment des rechten Ventrikels im Abstand
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28
von 4 Wochen zweimal analysiert wurden. Die Interobserver Variabilität wurde durch
Analyse der Daten durch eine weitere Person durchgeführt. Die Ergebnisse wurden mit
Hilfe des Verfahrens nach Bland und Altman [5] beurteilt. Diese Methode beruht auf
dem Vergleich der Differenz eines Wertepaares aus zwei Messungen mit dem
Mittelwert der beiden Messungen. Bildet man den Quotienten aus Differenz und
Mittelwert erhält man die relative Messabweichung (relative bias). Aus den relativen
Messabweichung jedes Wertepaares wurde für jeden Parameter eine mittlere relative
Abweichung berechnet. Die Ergebnisse sind in Prozent ± Standardabweichung
angegeben.
4
Ergebnisse
4.1
Gesunde Probanden
Von allen in die Studie einbezogenen Kindern (n = 129) konnten Gewebedoppler Daten
erhoben werden. Das mittlere Alter der Kinder betrug 5,8 ± 5,2 Jahre, 56 waren
weiblich. 25 (19%) Kinder waren zwischen 0 und 30 Tagen alt, 18 (14%) zwischen 1
und 24 Monaten, 28 (22%) zwischen 3 und 6 Jahren, 25 (19%) zwischen 7 und 10
Jahren, 23 (18%) zwischen 11 und 14 Jahren und 10 (8%) Kinder waren älter als 15
Jahre. Die Herzfrequenzen während der Untersuchung lagen zwischen 43 und 170
Schlägen pro Minute (im Mittel 93 ± 26 Schläge pro Minute).
In dieser Arbeit wird auf die rechtsventrikuläre freie Wand eingegangen, die Ergebnisse
der linksventrikulären freien Wand sind in der Dissertation von Frau Karolin Watzl, die
Ergebnisse des interventrikulären Septums in der Dissertation von Frau Eleni Maroula
nachzulesen, die dazugehörigen Tabellen finden sich im Anhang.
Obwohl während der Untersuchung auf eine möglichst parallele Ausrichtung des
Ultraschallstrahls zur Bewegungsrichtung geachtet wurde, mussten 68 Segmente
überwiegend aufgrund von Winkelabweichungen, die größer als 15° waren,
ausgeschlossen werden. Insgesamt konnten 319 von 387 Segmenten (82%) analysiert
werden.
4.1.1
Geschwindigkeiten
In Tabelle 4.1 finden sich die myokardialen Geschwindigkeiten der rechtsventrikulären
freien
Wand.
Dargestellt
sind
die
errechneten
Mittelwerte
der
maximalen
Geschwindigkeiten für fünf verschiedene Herzfrequenzen mit den dazugehörigen 50%
Toleranzintervallen für die Systole (VS), die frühe (VE) und die späte Diastole (VA). In
der letzten Spalte ist das Verhältnis von frühdiastolischer zu spätdiastolischer
Geschwindigkeit notiert (Em/Am).
Die in der Systole stattfindende Bewegung der Herzspitze auf die Herzbasis zu hat
definitionsgemäß ein positives Vorzeichen. Der entgegen gesetzte diastolische Anteil
der Bewegung wird dem entsprechend mit einem negativen Vorzeichen dargestellt. Die
dazugehörige Geschwindigkeitskurve hat in der Regel zwei Gipfel, wobei der erste als
E-Welle (early), der zweite als A-Welle (atrial) bezeichnet wird.
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30
Die Geschwindigkeiten nehmen sowohl in der Systole als auch in der Diastole von basal
nach apikal ab. In der Systole und der frühen Diastole finden sich mit zunehmenden
Herzfrequenzen stetig abnehmende Geschwindigkeiten in allen drei Segmenten.
Gegensätzlich dazu verhält sich die myokardiale Geschwinigkeit in der späten Diastole,
hier zeigen sich bei den höheren Herzfrequenzen auch höhere Geschwindigkeiten. Dem
entsprechend entwickelt sich der Quotient Em/Am, der ab einer Herzfrequenz von ca.
120 Schlägen pro Minute kleiner als 1 wird.
Tabelle 4.1
Myokardiale Geschwindigkeiten während Systole (VS), früher (VE) und später (VA)
Diastole in cm/s mit dazugehörigen 50% Toleranzintervallen
apikal
mitte
basal
HF
4.1.2
VS
VE
VA
Em/Am
cm/s
Intervall
cm/s
Intervall
cm/s
Intervall
60
10,8
8,9 ; 12,9
-10,9
-13,3 ; -8,3
-5,1
-3,4 ; -7,1
2,1
90
8,2
6,6 ; 10,1
-9,5
-12,0 ; -7,0
-6,9
-5,0 ; -8,9
1,4
120
6,7
5,1 ; 8,4
-8,6
-11,1 ; -6,0
-8,2
-6,2 ; -10,3
1,0
150
5,6
4,2 ; 7,2
-7,9
-10,5 ; -5,3
-9,1
-7,1 ; -11,4
0,9
180
4,8
3,4 ; 6,4
-7,4
-10,0 ; -4,7
-10,0
-7,8 ; -12,3
0,7
60
7,8
6,0 ; 9,9
-8,1
-10,4 ; -5,8
-3,5
-1,8 ; -5,2
2,3
90
6,2
4,5 ; 8,0
-7,3
-9,6 ; -5,0
-5,2
-3,5 ; -7,1
1,4
120
5,1
3,6 ; 6,8
-6,8
-9,0 ; -4,4
-6,5
-4,6 ; -8,5
1,0
150
4,4
2,9 ; 0,6
-6,3
-8,7 ; -3,9
-7,5
-5,5 ; -9,6
0,8
180
3,8
2,4 ; 5,4
-6,0
-8,4 ; -3,6
-8,3
-6,2 ; -10,4
0,7
60
4,6
3,4 ; 6,1
-5,5
-7,5 ; -3,5
-1,4
-0,2 ; -2,6
3,9
90
3,9
2,7 ; 5,2
-4,9
-6,9 ; -3,0
-3,0
-1,7 ; -4,3
1,6
120
3,4
2,2 ; 4,7
-4,6
-6,5 ; -2,5
-4,2
-2,8 ; -5,6
1,1
150
3,1
1,9 ; 4,3
-4,3
-6,3 ; 2,2
-5,1
-3,7 ; -6,5
0,8
180
2,8
1,7 ; 4,1
-4,0
-6,1 ; -2,0
-5,8
-4,4 ; -7,4
0,7
Strain und Strain Rate
In Tabelle 4.2 bis Tabelle 4.4 finden sich die mittleren maximalen Strain und Strain
Rate Werte während Systole, früher und später Diastole im rechten Ventrikel.
Dargestellt sind für fünf verschiedene Herzfrequenzen zusätzlich die 50%
Toleranzintervalle für jedes Segment.
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31
Der in dieser Arbeit gemessene longitudinale Strain hat während des gesamten
Herzzyklus beim gesunden Herzen ein negatives Vorzeichen. Da es sich beim
diastolischen Strain um eine Verlängerung des jeweiligen Myokardsegments handelt, an
deren Ende wieder definitionsgemäß der Ausgangswert null erreicht wird, werden die
diastolischen Strain-Werte mit positivem Vorzeichen dargestellt.
Tabelle 4.2
Durchschnittliche systolische maximale Strain Rate und Strain Werte mit 50%
Toleranzintervallen für den rechten Ventrikel
apikal
mitte
basal
HF
Strain Rate
Strain
s-1
Toleranzintervall
%
Toleranzintervall
60
-3,63
-2,82 ; -4,65
-47
-36 ; -61
90
-3,95
-3,09 ; -5,05
-39
-30 ; -51
120
-4,19
-3,27 ; -5,36
-35
-26 ; -45
150
-4,38
-3,41 ; -5,61
-32
-23 ; -42
180
-4,53
-3,51 ; -5,81
-29
-22 ; -39
60
-3,6
-2,77 ; -4,66
-43
-32 ; -56
90
-3,68
-2,83 ; -4,75
-39
-29 ; -51
120
-3,73
-2,87 ; -4,83
-36
-27 ; -48
150
-3,77
-2,90 ; -4,89
-35
-26 ; -46
180
-3,8
-2,91; -4,94
-33
-24 ; -45
60
-3,7
-2,86 ; -4,79
-40
-30 ; -53
90
-3,77
-2,92 ; -4,86
-35
-26 ; -47
120
-3,82
-2,95 ; -4,93
-32
-24 ; -43
150
-3,86
-2,97 ; -4,99
-30
-22 ; -41
180
-3,88
-2,98 ; -5,04
-29
-21 ; -39
Die systolische Strain Rate zeigte im basalen Segment eine leichte Zunahme mit der
Herzfrequenz während sie im mittleren und apikalen Segment unverändert blieb. Der
Strain nahm mit zunehmender Herzfrequenz ab. Die Abnahme von basal nach apikal
war nur zwischen dem basalen und apikalen Segment statistisch signifikant (p = 0,04),
die Vergleiche basal-mitte und mitte-apikal ergaben keine Signifikanzen.
In der frühen Diastole (Tabelle 4.3) blieb die Strain Rate im basalen und mittleren
Segment bei zunehmender Herzfrequenz ebenfalls nahezu konstant, allerdings fand sich
im apikalen Segment mit steigender Herzfrequenz eine Abnahme der Strain Rate. Die
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32
frühdiastolische Strain-Änderung zeigte wiederum eine homogene Abnahme mit
zunehmender Herzfrequenz ebenso wie eine Reduktion der Werte vom basalen bis zum
apikalen Segment.
In der späten Diastole (Tabelle 4.4) fand sich sowohl für die Strain Rate als auch beim
Strain eine deutliche Zunahme der Werte mit steigender Herzfrequenz. Dieses
Verhalten war über alle drei Segmente der Wand homogen.
Tabelle 4.3
Durchschnittliche früdiastolische maximale Strain Rate und Strain-Änderungen mit
50% Toleranzintervallen für den rechten Ventrikel
apikal
mitte
basal
HF
Strain Rate
Strain
s-1
Toleranzintervall
%
Toleranzintervall
60
4,33
3,32 ; 5,63
38
27 ; 52
90
4,3
3,30 ; 5,58
25
17 ; 36
120
4,29
3,28 ; 5,57
18
11 ; 28
150
4,27
3,26 ; 5,57
14
7 ; 22
180
4,26
3,24 ; 5,57
11
4 ; 18
60
4,15
3,13 ; 5,47
32
21 ; 45
90
4,28
3,23 ; 5,62
25
16 ; 37
120
4,37
3,30 ; 5,75
21
13 ; 32
150
4,43
3,34 ; 5,85
19
11 ; 29
180
4,49
3,37 ; 5,94
17
9 ; 27
60
4,1
2,60 ; 6,36
27
17 ; 40
90
3,46
2,19 ; 5,37
23
14 ; 35
120
3,08
1,94 ; 4,82
20
12 ; 32
150
2,83
1,76 ; 4,45
19
10 ; 30
180
2,64
1,62 ; 4,19
17
9 ; 28
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Tabelle 4.4
Durchschnittliche spätdiastolische maximale Strain Rate und Strain-Änderungen mit
50% Toleranzintervallen für den rechten Ventrikel
apikal
mitte
basal
HF
4.1.3
33
Strain Rate
Strain
s-1
Toleranzintervall
%
Toleranzintervall
60
1,84
1,06 ; 2,97
8
4 ; 13
90
2,64
1,63 ; 4,11
11
6 ; 17
120
3,33
2,10 ; 5,10
13
8 ; 20
150
3,93
2,50 ; 5,99
15
9 ; 23
180
4,46
2,84 ; 6,79
16
10 ; 25
60
2,00
1,17 ; 3,19
6
3 ; 12
90
2,79
1,73 ; 4,31
10
6 ; 16
120
3,46
2,19 ; 5,28
13
8 ; 21
150
4,03
2,58 ; 6,14
16
9 ; 24
180
4,54
2,91 ; 6,91
18
11 ; 27
60
1,14
0,48 ; 2,15
4
1;8
90
2,24
1,20 ; 3,85
8
4 ; 13
120
3,36
1,92 ; 5,59
12
7 ; 19
150
4,45
2,61 ; 7,33
16
10 ; 24
180
5,51
3,27 ; 9,03
19
12 ; 29
Einfluss der verschiedenen Größen auf Strain und Strain Rate
Mit Hilfe einer univariaten Analyse nach Spearman wurde der Einfluss der Faktoren
Alter, Länge, Gewicht, Körperoberfläche, Geschlecht und Herzfrequenz untersucht.
Dabei zeigte sich ein deutlicher Einfluss der Herzfrequenz auf alle untersuchten
Segmente und Phasen der Herzaktion für die myokardialen Geschwindigkeiten und den
Strain sowie für die spätdiastolische Strain Rate. Der Einfluss anderer Größen war
insgesamt kleiner als der Einfluss der Herzfrequenz, zusätzlich fand sich hier eine
deutliche Heterogenität, die keinen Trend bezüglich des Einflusses der weiteren Größen
erkennen ließ. Die Abhängigkeiten waren mit Ausnahme des Geschlechts alle
signifikant (p<0,05), Abbildung 4.1 zeigt die Herzfrequenz als stärkste Einflussgröße
des maximalen systolischen Strains im mittleren Segment des rechten Ventrikels. Eine
weitere grafische Darstellung der Korrelationen findet sich im Anhang (Abbildung 9.1
bis Abbildung 9.4).
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34
Korrelationskoeffizienten R nach Spearman
0,35
*
*
0,3
0,25
*
0,2
*
0,15
0,1
0,05
0
Geschlecht
Abbildung 4.1
Alter
Länge
Herzfrequenz
Korrelationskoeffizienten nach Spearman für den maximalen
systolischen Strain im mittleren Segment des rechten Ventrikels.
Signifikante Korrelationen sind mit einem Stern (*) gekennzeichnet.
Zeitintervalle
In Abbildung 4.2 ist die Veränderung der einzelnen Zeitintervalle in Abhängigkeit von
der Herzfrequenz dargestellt. Die Systole sowie der atriale Anteil der Diastole zeigten
mit einem flach linearen Verlauf eine Verkürzung des Intervalls mit zunehmender
Herzfrequenz.
Das
frühdiastolische
Intervall
zeigte
einen
eher
abnehmenden Verlauf.
Zeitintervalle in Abhängigkeit von der Herzfrequenz
0,8
0,7
Zeit in Sekunden
4.1.4
Gewicht
0,6
0,5
Systole
0,4
Frühe Diastole
Späte Diastole
0,3
0,2
0,1
0
0
50
100
150
200
Herzfrequenz
Abbildung 4.2
Entwicklung der nicht isovolumetrischen Zeitintervalle mit der
Herzfrequenz
exponentiell
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4.1.5
35
Typische Kurvenverläufe
In Abbildung 4.3 ist eine typische Geschwindigkeits-Zeit-Kurve bei einer Herzfrequenz
von ca. 75 Schlägen pro Minute dargestellt, Abbildung 4.4 zeigt den Verlauf bei einer
Herzfrequenz von ca. 140 Schlägen pro Minute. Die roten Punkte erläutern die
verwendeten Bezeichnungen der einzelnen Parameter. Typischerweise zeigten sich zwei
positive Wellen sowohl in der Systole als auch in der Diastole. In der tabellarischen
Darstellung der Ergebnisse wurde auf VS0 verzichtet, da dieser Wert mit der
verwendeten Software nicht sicher gemessen werden konnte.
Abbildung 4.3
Typischer Verlauf einer Geschwindigkeits-Zeit-Kurve bei einer HF
von 75 pro Minute mit den verwendeten Messpunkten
Abbildung 4.4
Typischer Verlauf einer Geschwindigkeits-Zeit-Kurve bei einer HF
von 140 pro Minute mit den verwendeten Messpunkten
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36
Abbildung 4.5 zeigt den typischen Kurvenverlauf von Strain Rate und Strain bei einem
zehnjährigen Kind mit einer Herzfrequenz um 65 Schläge pro Minute, in Abbildung 4.6
findet sich der typische Kurvenverlauf bei einem zwei Monate alten Kind mit einer
Herzfrequenz um 130 Schläge pro Minute.
Abbildung 4.5
Typische Kurvenverläufe für Strain Rate (oben) und Strain (unten)
bei einer Herzfrequenz von ca. 65 Schlägen pro Minute
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Abbildung 4.6
37
Typische Kurvenverläufe für Strain Rate (oben) und Strain (unten)
bei einer Herzfrequenz von ca. 130 Schlägen pro Minute
Abbildung 4.6 zeigt einen deutlich reduzierten maximalen systolischen Strain sowie im
Vergleich zur Abbildung 4.5 einen deutlich erhöhten spätdiastolischen Strain SA.
Weiterhin zeigt sich bei der höheren Herzfrequenz eine verdoppelte spätdiastolische
Strain Rate SRA.
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4.1.6
38
Reproduzierbarkeit
In dieser Arbeit wird nur auf die Reproduzierbarkeit der Messwerte des rechten
Ventrikels eingegangen. In Tabelle 4.5 sind die mittleren relativen Abweichungen der
beiden Messungen sowie die dazugehörigen Standardabweichungen dargestellt.
Tabelle 4.5
Reproduzierbarkeiten bei wiederholten Messungen im mittleren Segment des rechten
Ventrikels. Dargestellt ist mittlere relative Messabweichung ± Standardabweichung
Geschwindigkeit
Strain Rate
Strain
Intraobserver
Interobserver
S
6% ± 13%
8% ± 31%
E
3% ± 17%
13% ± 30%
A
11% ± 40%
20% ± 47%
S
12% ± 30%
3% ± 34%
E
6% ± 44%
11% ± 48%
A
3% ± 48%
36% ± 72%
S
0% ± 22%
2% ± 22%
E
8% ± 34%
28% ± 69%
A
24% ± 76%
18% ± 85%
Bei wiederholten Messungen eines Untersuchers zeigten sich bei Geschwindigkeit und
Strain Rate Mittelwerte zwischen 3 und 12%. Die Ergebnisse der Strain Messungen
lagen zwischen 0% für die Systole und 24% in der späten Diastole. Die
Übereinstimmungen zweier Messungen, die von unterschiedlichen Untersuchern
durchgeführt wurden, waren weniger verlässlich, hier lag die mittlere Abweichung
zwischen 8 und 20% bei den Geschwindigkeiten, zwischen 11 und 36% für die Strain
Rate und zwischen 2 und 28% für den Strain.
4.2
TGA-Patienten
Von allen 32 in die Studie einbezogenen Kindern konnten Gewebedoppler Daten
erhoben werden. In der konventionellen Echokardiografie fand sich bei nur einem
Patienten eine bedeutsame Pulmonalstenose (maximaler Gradient 90 mmHg, mittlerer
Gradient 50 mmHg), alle anderen Kinder zeigten klinisch nicht relevante Gradienten
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39
von maximal 25 mmHg. Das Alter betrug im Mittel 6,7 ± 4,3 (0,6 bis 16,1 Jahre) Jahre,
14 der 32 Kinder (44%) waren Mädchen. 6 Kinder (19%) waren jünger als drei Jahre, 8
(25%) zwischen drei und fünf Jahren, 11 (34%) zwischen sechs und neun Jahren, 5
(16%) zwischen zehn und vierzehn Jahren und 2 (6%) waren fünfzehn Jahre und älter.
Die Herzfrequenzen lagen zwischen 47 und 122 Schlägen pro Minute (im Mittel 77 ±
18 Schläge pro Minute).
Alle Kinder wurden im ersten Lebensmonat einer Korrektur durch eine arterielle
Switch-Operation zugeführt, die mittlere postoperative Zeit entspricht mit 6,2 ± 4,2 (0,5
bis 14,9) Jahren also weitgehend dem mittleren Alter der Kinder.
Von
den
analysierten
288
Segmenten
mussten
34
(12%)
aufgrund
einer
Winkelabweichung von mehr als 15° und/oder einer nicht ausreichenden Qualität aus
der Final Analysis ausgeschlossen werden.
4.2.1
Systole
Tabelle 4.6 zeigt die Z-Werte und die zugehörigen Standardabweichungen während der
Systole in allen drei Wänden für die Parameter Geschwindigkeit, Strain Rate und Strain.
Es fanden sich reduzierte Werte sowohl für die Geschwindigkeiten als auch für Strain
Rate und Strain. Beim linken Ventrikel waren vor allem die Strain Rate Werte deutlich
reduziert. Die Geschwindigkeiten und der Strain waren im Vergleich zu den
Normpatienten nur leicht verringert. Auch im Septum war die Strain Rate der am
stärksten reduzierte Parameter, hier waren die Geschwindigkeiten jedoch stärker
beeinträchtigt als der Strain.
Die stärkste Reduktion für alle drei Parameter fand sich für den rechten Ventrikel, auch
hier mit der stärksten Beeinträchtigung bei der Strain Rate. Bei den Geschwindigkeiten
fällt eine besonders starke Reduktion im apikalen Segment auf. Die Werte für Strain
liegen ebenfalls eine Standardabweichung unter den Normwerten.
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Tabelle 4.6
40
Z-Werte für die angegebenen Parameter während der Systole. Ein negatives
Vorzeichen zeigt eine Reduktion des Absolutwerts an.
RV
IVS
LV
basal mitte apikal
basal mitte apikal
basal
mitte apikal
Geschwindigkeit
-1,8
-2,0
-4,5
-1,6
-1,7
-0,6
-0,1
-0,4
-0,5
Standardabw.
0,6
0,6
1,2
0,8
1,1
1,0
0,5
0,6
0,7
Strain Rate
-2,2
-2,3
-2,5
-2,2
-1,8
-2,2
-1,7
-1,6
-1,1
Standardabw.
0,8
0,8
1,0
0,9
1,2
1,0
0,9
1,0
0,8
Strain
-0,9
-1,0
-1,0
-0,9
-0,4
-0,7
-0,5
-0,6
-0,2
Standardabw.
1,1
1,1
0,9
0,9
1,0
0,9
0,8
0,9
1,0
Mit Ausnahme der rechtsventrikulären Geschwindigkeiten ließen sich für keinen
Parameter in keiner Lokalisation bezüglich der Segmente eine Tendenz erkennen. Die
Werte waren über alle Segmente gleichmäßig reduziert.
4.2.2
Frühe Diastole
Tabelle 4.7 zeigt die Z-Werte in der frühen Diastole. Hier fand sich ein etwas
heterogeneres Bild als bei den systolischen Werten. Am geringsten betroffen zeigte sich
auch hier der linke Ventrikel. Während die Strain Rate deutlich reduziert war, fanden
sich nur minimale Veränderungen bei den Geschwindigkeiten und den Strain Werten.
Auffällig beim linken Ventrikel war die mit Standardabweichungen um 0,5 deutlich
geringeren Schwankungsbreiten innerhalb der Patientengruppe bei den Strain Rate
Werten. Die Strain Rate Werte des Septums waren auch in der frühen Diastole stark
reduziert, es zeigten sich leicht verminderte Geschwindigkeiten, keine eindeutige
Veränderung fand sich bei den Strain Werten.
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Tabelle 4.7
41
Z-Werte für die angegebenen Parameter während der frühen Diastole. Ein negatives
Vorzeichen zeigt eine Reduktion des Absolutwerts an.
RV
IVS
basal mitte apikal
basal
LV
mitte apikal
basal
mitte apikal
Geschwindigkeit
-0,9
-1,1
-2,7
-0,3
-0,7
-1,0
0,3
-0,2
-0,2
Standardabw.
0,4
0,4
0,3
1,0
1,0
0,8
0,7
0,6
0,7
Strain Rate
-3,5
-3,4
-2,2
-3,8
-2,7
-2,5
-1,2
-2,2
-1,9
Standardabw.
0,8
0,7
0,4
0,8
0,7
0,6
0,4
0,5
0,5
Strain
-0,7
-0,5
-0,3
-0,2
0,1
0,1
-0,1
-0,1
0,3
Standardabw.
1,0
0,9
0,8
0,8
0,8
0,4
0,7
0,6
0,9
Der rechte Ventrikel zeigte sich bei allen drei Parametern deutlich eingeschränkt,
führend
war
hierbei
wiederum
die
Strain
Rate.
Gleichzeitig
waren
die
Geschwindigkeiten geringer als bei vergleichbaren Normpatienten, hier fiel ebenso wie
bei der linksventrikulären Strain Rate eine sehr geringe Schwankungsbreite auf. Als
einzige Wand zeigte der rechte Ventrikel auch in der frühen Diastole reduzierte Strain
Werte.
In der frühen Diastole fanden sich ebenfalls keine eindeutigen Unterschiede zwischen
den einzelnen Segmenten.
4.2.3
Späte Diastole
Ein sehr gemischtes Bild fand sich bei den Ergebnissen der späten Diastole. In Tabelle
4.8 finden sich die dazugehörigen Zahlen. Der linke Ventrikel zeigte nahezu
unveränderte Werte bei den Geschwindigkeiten, sowie leicht erhöhte Strain Werte. Eine
sehr deutliche Erhöhung war bei der Strain Rate zu sehen. Im Septum fanden wir
minimal erniedrigte Werte bei Strain, sowie leicht verringerte Werte bei den
Geschwindigkeiten. Hier fanden sich die innerhalb der drei Wände am stärksten
erhöhten Strain Rate Werte.
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Tabelle 4.8
42
Z-Werte für die angegebenen Parameter während der späten Diastole. Ein negatives
Vorzeichen zeigt eine Reduktion des Absolutwerts an.
RV
IVS
LV
basal mitte apikal
basal mitte apikal
basal mitte apikal
Geschwindigkeit
-0,9
-1,2
-1,6
-0,1
-0,4
-0,4
-0,3
-0,1
0,2
Standardabw.
0,5
0,6
0,8
0,8
0,8
0,6
0,6
0,5
0,9
Strain Rate
2,0
1,4
0,6
2,4
2,5
2,4
1,8
1,5
1,6
Standardabw.
1,1
0,9
0,8
0,6
1,1
1,3
0,9
0,7
0,9
Strain
0,0
-0,4
-0,5
0,2
-0,2
-0,3
0,0
0,3
0,8
Standardabw.
1,1
0,8
0,7
0,9
1,0
0,8
0,5
0,8
1,1
Der rechte Ventrikel fügte sich in die Tendenz der anderen beiden Wände ein, wobei
hier die Geschwindigkeiten am stärksten reduziert waren und außerdem auch eindeutig
reduzierte Strain Werte gefunden wurden. Die Strain Rate Werte waren in einem zum
linken Ventrikel vergleichbaren Ausmaß erhöht.
Auch in der späten Diastole konnten innerhalb der untersuchten Segmente der
jeweiligen Wand keine Unterschiede gezeigt werden.
4.2.4
Umkehr der Bewegungsrichtung des apikalen Segments im rechten
Ventrikel
Eine bei Geschwindigkeitskurven der TGA-Patienten auffallende Abnormität ist in
Abbildung 4.7 dargestellt. Bei sämtlichen Patienten war in der rechtsventrikulären
Spitze ein gespiegeltes Bewegungsmuster zu beobachten. Während bei den gesunden
Herzen auch im apikalen Segment in der Systole eine Bewegung in kaudaler Richtung
zu sehen war, bewegte sich das apikale Segment der TGA-Patienten in der Systole in
kranialer Richtung auf die Herzbasis zu.
Bei Strain und Strain Rate zeigte sich keine vergleichbare Veränderung der Werte der
rechtsventrikulären Spitze, weder absolut noch bei den Z-Werten. Hier fand sich
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43
lediglich eine Reduktion der Werte, die sich jedoch homogen in das Verhalten des
mittleren und basalen Segments einfügte (Tabelle 4.6).
Abbildung 4.7
Geschwindigkeitskurven bei gesunden Kindern und TGAPatienten. Die apikale Bewegungsumkehr ist rot dargestellt
5
Diskussion
Die vorliegende Arbeit beschreibt Normwerte für myokardiale Geschwindigkeit, Strain
und Strain Rate in longitudinaler Richtung. Untersucht wurden Systole und Diastole der
rechtsventrikulären freien Wand bei gesunden Kindern über einen großen Altersbereich.
Die Ergebnisse wurden mit den entsprechenden Werten einer Gruppe von 32 Patienten,
deren d-Transposition der großen Arterien mit einem arteriellen Switch korrigiert
wurde, verglichen.
Bei der Kontrollgruppe wurde der Einfluss verschiedener demographischer Faktoren
und der Herzfrequenz auf die einzelnen Parameter untersucht, hier konnte ein
signifikanter Einfluss der Herzfrequenz auf bestimmte Parameter gezeigt werden.
Die Werte der Patientengruppe zeigten deutliche Abweichungen von den Normwerten
auch bei klinisch guter Leistungsfähigkeit.
5.1
Normwerte
5.1.1
Einflussgrößen der myokardialen Geschwindigkeiten
Die vorliegende Arbeit stellt Referenzwerte für die longitudinalen myokardialen
Geschwindigkeiten des rechten Ventrikels basierend auf 129 gesunden Kindern in
Abhängigkeit von der Herzfrequenz auf. Der von uns beobachtete Gradient zwischen
dem basalen Segment mit den höchsten Geschwindigkeiten und dem fast
unbeweglichen apikalen Segment ist bereits gut beschrieben und findet sich ebenfalls
sowohl im Septum als auch in der linksventrikulären freien Wand [16; 32]. Die
Herzspitze ist über das Perikard fest mit dem Centrum tendineum des Zwerchfells
verbunden, daher führt eine Verkürzung der longitudinalen Fasern des Herzens zu einer
Bewegung der Herzbasis auf die Herzspitze zu. Wenn man von einer homogenen
Kontraktion des gesamten Herzens in longitudinaler Richtung ausgeht, müssen die
Geschwindigkeiten von apikal nach basal zunehmen, da die basalen Anteile auch von
der Kontraktion der apikalen Segmente mitbewegt werden.
Ebenfalls großen Einfluss auf die Geschwindigkeiten hatte die Herzfrequenz und damit
bei Kindern indirekt auch das Alter. Die gefundenen Korrelationskoeffizienten nach
Spearman lagen für das Alter zwischen 0,5 und 0,7 bei den systolischen
Geschwindigkeiten. Vergleichbare Werte wurden bereits in einer Studie an 72 Kindern
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45
von Ayabakan et al [4] publiziert. Etwas schwächere aber signifikante Korrelationen mit
Koeffizienten zwischen -0,3 und -0,5 konnten von uns auch für die Herzfrequenz
gezeigt werden. Da der Schwerpunkt dieser Arbeit auf den neuen Doppler-Modalitäten
Strain und Strain Rate lag, auf welche die Herzfrequenz den stärksten Einfluss aller
untersuchten Parameter hatte, wurden die Geschwindigkeiten trotz der stärkeren
Abhängigkeit vom Alter zu Gunsten der Übersichtlichkeit in Relation zur Herzfrequenz
dargestellt. Mori et al [40] konnten in ihrer Studie ebenfalls zeigen, dass Alter und
Herzfrequenz die Geschwindigkeiten signifikant beeinflussen. Diese Abhängigkeiten
wurden von Kapusta et al in einer Studie an 160 Kindern zwischen 4 und 18 Jahren
nicht gefunden [30], eine Erklärung dafür könnte das mit 10,8 Jahren annähernd
doppelte Durchschnittsalter mit entsprechend niedrigeren Herzfrequenzen sein. Im
Erwachsenenalter wiederum kehrt sich der Zusammenhang zwischen Alter und
myokardialen Geschwindigkeiten um. In mehreren Studien [13; 46] konnte gezeigt
werden,
dass
mit
zunehmendem
Alter
die
systolischen
longitudinalen
Geschwindigkeiten abnehmen, während die radialen Geschwindigkeiten nahezu
unverändert bleiben.
Die Geschwindigkeit der frühen diastolischen Bewegung nahm mit zunehmender
Herzfrequenz ebenfalls ab. Die Korrelationen in der frühen Diastole waren in den
meisten Segmenten gleich stark wie in der Systole, auch hier in Übereinstimmung mit
den Arbeiten von Mori und Ayabakan [4; 40].
Die Werte der späten Diastole korrelierten insgesamt schwächer mit Alter und
Herzfrequenz, hier zeigte sich jedoch im Gegensatz zu Systole und früher Diastole eine
Zunahme der Geschwindigkeiten mit der Herzfrequenz. Eidem et al [14] konnten in
einer Studie an 325 gesunden Kindern nur eine schwache Korrelation der
spätdiastolischen Geschwindigkeit mit dem Alter nachweisen, ähnliche Ergebnisse
wurden von Yu et al [70] in einer Studie an 106 gesunden Erwachsenen sowie von
Kukulski et al [32] gefunden. Eine mögliche Erklärung für diese Beobachtung könnte
darin bestehen, dass sowohl Systole als auch der frühe Anteil der Diastole aktive
Leistungen des Ventrikels sind, die durch die Ventrikelfrequenz beeinflusst werden. Der
späte Anteil der Diastole beruht hingegen auf einer aktiven Kontraktion des Vorhofes,
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46
der Ventrikel beeinflusst diesen Teil des Herzzyklus nur durch seine passive
Dehnbarkeit.
5.1.2
Strain und Strain Rate
Strain drückt die regionale Derformierung des Myokards aus, unter Strain Rate versteht
man die Geschwindigkeit dieser Deformierung. Diese beiden Parameter, die aus
Gewebedoppler-Daten berechnet werden können, bieten Vorteile gegenüber regionalen
myokardialen Geschwindigkeiten, die von benachbarten Segmenten und der Bewegung
des gesamten Herzens beeinflusst werden [68].
Für die Strain Rate fanden sich zwischen den einzelnen Segmenten (basal, mittig und
apikal) des rechten Ventrikels keine Unterschiede, dies stimmt mit den Ergebnissen der
ersten Studie, in der Werte für Strain und Strain Rate bei gesunden Kindern
veröffentlicht wurden, überein [63]. Beim Strain zeigte sich nur bei niedrigen
Herzfrequenzen von basal nach apikal eine Abhängigkeit von der Position, die jedoch
nur zwischen dem basalen und apikalen Segment statistisch schwach signifikant war.
Aufgrund dieser Ergebnisse kann also von einer homogenen Kontraktilität des rechten
Ventrikels ausgegangen werden.
Verglichen mit dem interventrikulären Septum und der linksventrikulären freien Wand
zeigte die rechtsventrikuläre freie Wand in unserer Gruppe der gesunden Probanden die
größten Werte für Strain und Strain Rate [6]. Kukulski et al konnten in ihrer Studie an
32 gesunden Erwachsen zeigen, dass auch die Geschwindigkeiten in der
rechtsventrikulären Wand deutlich größer sind als im Septum und der linksventrikulären
freien Wand [32]. In dieser Arbeit konnte desweiteren gezeigt werden, dass im
Gegensatz zu den longitudinalen die radialen Geschwindigkeiten im rechten Ventrikel
signifikant niedriger sind als im linken Ventrikel. Diese heterogene Verteilung der
Geschwindigkeiten innerhalb des linken und rechten Ventrikels könnte teilweise durch
die
unterschiedliche
Myokardarchitektur
erklärt
werden.
Während
die
freie
linksventrikuläre Wand vor allem aus zirkulären und schrägen Muskelfasern besteht,
dominieren im rechten Ventrikel longitudinal ausgerichtete Fasern [44]. Ebenfalls eine
Rolle könnte die Nachlast spielen, der die beiden Ventrikel ausgesetzt sind. Da die
Impedanz im Lungenkreislauf beim Gesunden deutlich niedriger ist als im
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47
Körperkreislauf, muss der rechte Ventrikel einen niedrigeren Druck erzeugen um ein
bestimmtes Volumen auswerfen zu können.
5.1.3
Abhängigkeit von Strain und Strain Rate von der Herzfrequenz
In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass verschiedene Faktoren wie Alter und
Körperlänge einen Einfluss auf Strain und Strain Rate haben, dominierend ist jedoch der
Einfluss der Herzfrequenz. Bisher wurden nur von Weidemann et al [63] Normwerte für
Strain und Strain Rate bei gesunden Kindern veröffentlicht. In diese Studie wurden 33
Kinder zwischen 4 und 16 Jahren einbezogen, es konnte kein signifikanter Einfluss von
Herzfrequenz und Alter gefunden werden, andere Faktoren wurden nicht untersucht.
Möglicherweise ist die im Vergleich zu unserer Studie geringe Kollektivgröße als
Ursache für die fehlenden Korrelationen anzusehen.
In einer Studie an Schweinen konnte eine Abnahme des systolischen Strains bei
zunehmender Herzfrequenz gezeigt werden [65]. Die Veränderungen der Herzfrequenz
wurden hier jedoch elektrisch (atriales Pacing) oder pharmakologisch (Dobutamin und
Esmolol) induziert. Die in der vorliegenden Arbeit beobachteten Schwankungen der
Herzfrequenz sind vor allem abhängig vom Alter der Kinder und somit physiologisch.
Wie Weidemann et al in [65] konnten wir zeigen, dass der maximale systolische Strain
mit zunehmender Herzfrequenz abnimmt, was durch die bei hohen Herzfrequenzen
kürzer werdende systolische Austreibungsphase bedingt sein könnte. Mit geringerem
systolischen Strain verringert sich ebenfalls das Schlagvolumen [41]. Strain Rate ist ein
gutes nicht-invasives Maß für die myokardiale Kontraktilität [17]. Daher kann von der
Unabhängigkeit der Strain Rate von der Herzfrequenz auf eine unveränderte
Kontraktilität des Herzmuskels während des Wachstums geschlossen werden.
Auch in der Diastole findet sich eine Abhängigkeit der Strain-Werte von der
Herzfrequenz. Der Anteil der frühen Diastole an der gesamtdiastolischen Deformierung
nimmt mit zunehmender Herzfrequenz deutlich ab, im Gegensatz dazu gewinnt der
spätdiastolische Anteil mit steigender Herzfrequenz an Bedeutung für die gesamte
Diastole. Diese Beobachtung lässt sich gut mit den Ergebnissen von D’Andrea et al [9]
vereinbaren, die bei durch Zweikammer-Pacing steigender Herzfrequenz sowohl eine
Abnahme des E/A-Verhältnisses des transtrikuspidalen Blutflusses als auch bei den
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48
myokardialen Geschwindigkeiten der rechtsventrikulären freien Wand zeigen konnten,
was insbesondere durch niedrigere frühsystolische Geschwindigkeiten bedingt war. Die
Abnahme der frühdiastolischen Werte bei den myokardialen Geschwindigkeiten, der
Strain Rate und dem Strain lässt sich möglicherweise auf die starke Reduktion des
frühdiastolischen
Zeitintervalls
(Abbildung
4.2)
mit
steigender
Herzfrequenz
zurückführen, während die Dauer der späten Diastole nur flach linear abnimmt. Die
starke positive Korrelation zwischen der spätdiastolischen Strain Rate und der
Herzfrequenz, die von uns gezeigt werden konnte, spricht dafür, dass sich bei hohen
Herzfrequenzen die aktive Relaxation des Ventrikelmyokards bis in die späte Diastole
erstreckt. Dies könnte durch Summation von aktiver Verformung durch den Ventrikel
und passiver Dehnung durch die Vorhofskontraktion während der späten Diastole zu
den von uns gefundenen großen Werten der Strain Rate bei hohen Herzfrequenzen
beitragen.
5.1.4
Übereinstimmung wiederholter Messungen
Zur Überprüfung der Reproduzierbarkeit wurden die Messungen für das mittlere
Segment des rechten Ventrikels bei 20 Patienten wiederholt. Die IntraobserverVariabilität zeigte gute Übereinstimmungen der Messwerte für alle drei Modalitäten zu
allen drei gemessenen Zeitpunkten mit Ausnahme des spätdiastolischen Strains. Da es
sich hierbei jedoch um sehr kleine Werte handelt, führen auch kleine Abweichungen zu
großen prozentualen Unterschieden, die klinisch unter Umständen jedoch nicht relevant
sind. Die Interobserver-Variabilität zeigte mit mittleren Abweichungen von bis zu 36%
zum
Teil
unbefriedigende
Ergebnisse,
insbesondere
war
die
Streuung
der
Abweichungen mit bis zu 72% (spätdiastolische Strain-Rate) sehr groß.
Aufgrund der vielen verschiedenen Möglichkeiten, die Reproduzierbarkeit einer
Messmethode zu evaluieren und der oft sehr knappen Darstellung der genauen
Methodik, gestaltet sich der Vergleich unserer Ergebnisse mit bereits veröffentlichten
Resultaten schwierig.
In einer Strain Rate Untersuchung an 55 Erwachsenen fanden Andersen et al [3] bei
ihren Untersuchungen zur Reproduzierbarkeit, die sich jedoch auf die systolische Strain
Rate im interventrikulären Septum und der linksventrikulären freien Wand
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49
beschränkten, für die Intraobserver-Variabilität eine mittlere Abweichung von 9 ± 7%
und 18 ± 14% für die Interobserver-Variabilität. Weidemann et al [63] berichten von
mittleren Abweichungen zwischen 10,6% (systolische Strain Rate) und 39,4%
(spätdiastolischer Strain) bei der Intraobserver-Variabilität sowie von Abweichungen
zwischen 12,9% (systolische Strain Rate) und 41,7% (spätsystolischer Strain) bei zwei
verschiedenen Untersuchern.
Als eine mögliche Ursache wird eine Kombination aus der starken Winkelabhängigkeit
aller Dopplerverfahren und der Platzierung des Untersuchungsbereichs genannt. Eine
geringfügig
andere
Platzierung
kann
insbesondere
in
stark
gekrümmten
Wandabschnitten bereits einen deutlich größeren Winkel zwischen Ultraschallstrahl und
Bewegungsrichtung bedingen und so zu unterschiedlichen Messwerten führen. Die
starke Winkelabhängigkeit aller Doppler-basierten Modalitäten stellt aufgrund des
komplexen dreidimensionalen Bewegungsmusters des Herzens eine nicht zu
vernachlässigende Einschränkung dar. Eine Weiterentwicklung der quantitativen StrainAnalyse, die nicht auf dem Doppler-Effekt basiert, ermöglicht eine zweidimensionale
Messung des myokardialen Strains. Diese neue Methode konnte bereits mit in-vitro
Phantommodellen validiert werden [33], außerdem konnten Leitman et al [34] in einer
Studie an 20 Infarktpatienten und 10 gesunden Kontrollpersonen zeigen, dass die mit
der neuen Technik gemessenen Werte gut mit den doppler-basierten Messungen
übereinstimmen und aufgrund einer höheren Benutzerfreundlichkeit auch eine größere
klinische Akzeptanz erreichen könnten.
Die Berechnung von Ableitungen aus Gradienten bringt einen großen Anteil an
Rauschen mit sich, da sich das Ausmaß des Rauschens in den ursprünglichen Daten
durch die Ableitung potenziert [10]. Diese Kurven können durch die Berechnung von
durchschnittlichen Geschwindigkeiten in einer bestimmten Region geglättet werden.
Insbesondere bei den jüngeren pädiatrischen Patienten ist es jedoch aufgrund der
geringen
Herzgröße
notwendig,
die
bei
Erwachsenen
übliche
Größe
des
Untersuchungsbereichs von 10 bis 15 mm auf Werte zwischen 5 und 10 mm zu
reduzieren, was bei identischer räumlicher Auflösung einen relativ größeren RauschenAnteil mit sich bringt, da nur für ein kleineres Gebiet Durchschnittswerte berechnet
werden können. Aufgrund der Verwendung eines Schallkopfes mit 10MHz mit größerer
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50
räumlicher Auflösung bei den Säuglingen konnte dieses Problem etwas reduziert
werden, was sich in einer insgesamt besseren Bildqualität in dieser Altersgruppe im
Vergleich zu den Kleinkindern, die mit dem 3MHz Schallkopf untersucht wurden,
zeigte. Wie in Abbildung 3.7 und Abbildung 3.8 zu sehen ist, sind insbesondere die von
der verwendeten Software extrahierten Strain Rate Kurven relativ unruhig. Dieses nicht
optimale
Signal/Rauschen-Verhältnis
kann
durch
Artefakte
zu
schlecht
reproduzierbaren Werten führen, da die manuell durchgeführte Artefaktkorrektur
naturgemäß sehr benutzerabhängig ist. Neuere Publikationen deuten jedoch darauf hin,
dass diese Problematik in Zukunft durch stärker automatisierte Analyse-Algorithmen
behoben werden könnte [24], da hier gezeigt werden konnte, dass die manuell
durchgeführten Analysen schlechtere Reproduzierbarkeiten aufweisen als automatisierte
Analyse-Techniken.
5.2
Veränderungen nach arterieller Switch-Operation bei TGA
In dieser Studie wurden 32 asymptomatische Kinder, deren Transposition der großen
Arterien durch eine arterielle Switch-Operation korrigiert wurde, mit Hilfe der DopplerModalitäten myokardiale Geschwindigkeit, Strain Rate und Strain untersucht. Die
Ergebnisse der Patientengruppe wurden mit den zuvor aufgestellten Normwerten
verglichen.
5.2.1
Systole
Die systolischen Geschwindigkeiten waren insgesamt reduziert. Die rechtsventrikuläre
freie Wand zeigte dabei ein ungewöhnliches Bewegungsmuster in dem Sinn, dass sich
das apikale Segment nicht wie gewöhnlich in gleicher Richtung wie der mittlere und
basale Abschnitt bewegte, sondern sich die Spitze in kranialer Richtung auf die
Herzbasis zubewegte. Dies zeigte sich bei den absoluten Werten in einer negativen SWelle, der in Tabelle 4.6 dargestellte Z-Wert für das apikale Segment des rechten
Ventrikels ist mit Z = -4,5 mehr als doppelt so groß wie die Werte für die anderen
Segmente, was einem Vorzeichenwechsel des absoluten Werts entspricht. Die Ursache
dieses isoliert veränderten Bewegungsmusters der rechtsventrikulären Spitze ist unklar,
möglicherweise könnte es durch eine leicht veränderte Position des Herzens infolge der
Korrektur-Operation bedingt sein, die die ursprüngliche Fixierung der Herzspitze am
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51
Zwerchfell beeinflusst. Weder die Strain Rate noch der Strain zeigen für dieses Segment
einen Vorzeichenwechsel, es findet also eine, wenn auch in ihrem Ausmaß reduzierte,
aktive Kontraktion statt. Massin et al [38] fanden in einer an 67 TGA-Patienten
durchgeführten Untersuchung ein verzögertes Wachstum der Pulmonalarterie nach der
arteriellen Switch-Operation. Die durch dieses retardierte Wachstum und das LecompteManöver verursachten abnormen anatomischen Gegebenheiten sind möglicherweise
Ursache einer geringeren Beweglichkeit der Herzbasis. Diese könnte in Verbindung mit
der beobachteten homogenen aktiven Kontraktion der gesamten rechtsventrikulären
Wand und einer geringeren Fixierung der Herzspitze am Zwerchfell das veränderte
Bewegungsmuster erklären.
Die Strain Rate, ein Maß für die regionale Kontraktilität [2; 26; 58], zeigte sich stärker
reduziert als der systolische Strain. Dennoch konnten Mahle et al [37] in einer Studie an
22 Kindern nach arterieller Switch-Operation eine sehr gute kardiopulmonale
Leistungsfähigkeit zeigen. In der Literatur finden sich jedoch deutliche Hinweise dafür,
dass mit Hilfe von Strain Rate und Strain auch eine subklinische Beeinträchtigung der
regionalen Kontraktilität nachgewiesen werden kann [11]. 1982 wurde eine Studie [7]
veröffentlicht, in der ein signifikanter Myokardschaden bei 32 TGA-Patienten bereits
präoperativ durch eine erhöhte Kreatinkinaseaktivität (CK-MB) nachgewiesen wurde,
was vermuten lässt, dass zusätzlich zur makroskopischen Fehlbildung auch eine
Schädigung auf zellulärer Ebene besteht. Dies ist mit unseren Ergebnissen konform, da
der rechte Ventrikel zwar am stärksten beeinträchtigt ist, gleichzeitig jedoch auch eine
deutliche Beeinträchtigung des linken Ventrikels und des interventrikulären Septums
gezeigt werden konnte. Li et al [35] zeigten in einer Studie an Kaninchenherzen, dass
die rechtsventrikuläre Funktion nur einen minimalen Einfluss auf den linken Ventrikel
hat, eine linksventrikuläre Ischämie die vom rechten Ventrikel erzeugten Drücke jedoch
stark reduziert. Diese Ergebnisse könnten ebenfalls auf eine vom rechten Ventrikel
unabhängige Schädigung des linken Ventrikels hindeuten. Hauser et al konnten in einer
Untersuchung an 21 mit einem arteriellen Switch korrigierten Kindern zeigen, dass die
koronare Flussreserve trotz einer altersgerechten Belastbarkeit im Vergleich zu
gesunden Kindern deutlich reduziert ist [20]. Die Reduktion war bedingt durch einen
erhöhten myokardialen Blutfluss in Ruhe, der sich nach Vasoldilatation mit Adenosin
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52
nicht auf normale Werte steigern ließ. Die Autoren vermuten als mögliche Ursachen
anatomische Veränderungen im Bereich der reimplantierten Koronarostien durch
Fibrosierung entlang der Naht oder eine teilweise sympathische Denervierung der
Koronarien. Bei drei der Patienten konnten stress-induzierte Durchblutungsdefekte in
der Positronen-Emissions-Tomographie nachgewiesen werden, die jedoch nur kleine
Bereiche der jeweiligen Segmente betrafen, so dass sie im konventionellen
Echokardiogramm nicht nachweisbar waren. Diese Defekte sind vermutlich Prozessen
auf Ebene der Arteriolen und Kapillaren zuzuordnen, möglicherweise könnten auch
primäre Veränderungen an den Koronarwänden, die eine arteriosklerotische Erkrankung
simulieren, eine Rolle spielen [31].
Supravalvuläre
Stenosen
der
Pulmonalarterie
gehören
zu
den
häufigsten
Komplikationen der arteriellen Switch Operation [47; 53; 66]. Gutberlet et al
untersuchten in einer MRT-Studie die anatomischen Veränderungen der großen
Arterien und deren hämodynamische Auswirkungen an 20 Kindern (2 bis 17 Jahre alt)
nach einer arteriellen Switch Operation [18]. Bei 13 dieser Kinder wurde zusätzlich eine
Herzkatheteruntersuchung durchgeführt und die invasiv gemessenen Druckgradienten
mit den MRT-Ergebnissen verglichen. Die Untersuchung ergab dynamische Stenosen
sowohl der rechten (RPA) als auch der linken Pulmonalarterie (LPA) während der
Systole. Der Querschnitt der RPA verringerte sich im Mittel um 54%, in der LPA
betrug die Reduktion 18%. Nach dem Lecompte-Manöver während der arteriellen
Switch OP befindet sich die Bifurkation der Pulmonalarterie vor der Aorta im
Gegensatz zur physiologischen Situation, in der die Bifurkation hinter der Aorta
ascendens liegt. Durch die Ausdehnung der Aorta während der Systole kommt es zu
einer Kompression der Pulmonalarterie im Bereich der Bifurkation, wobei die RPA
aufgrund eines ungünstigeren Winkels stärker betroffen ist als die LPA. Über diesen
transienten Stenosen wurden systolische Druckgradienten zwischen 5 und 65 mmHg
(im Mittel 25 mmHg) gemessen. Ein inadäquates Wachstum der Pulmonalarterien wird
nach der arteriellen Switch Operation gelegentlich beobachtet, was mit einer
Verformung des Querschnitts des Pulmonalarterienhauptstamms von rund nach oval
und einer permanenten Stenosierung der RPA und LPA einhergehen kann [38]. Diese
supravalvulären Veränderungen der Hämodynamik könnten die von uns beobachtete
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53
starke Beeinträchtigung der longitudinalen Funktion des rechten Ventrikels teilweise
erklären, da Abraham et al an isolierten Rattenherzen zeigen konnten, dass sowohl die
Strain Rate als auch der Strain mit steigender Nachlast linear abnehmen [1], sich in
unserer Patientengruppe aber nur ein Patient mit einer signifikanten valvulären Stenose
befand.
5.2.2
Diastole
In der frühen Diastole findet sich vor allem in der rechtsventrikulären freien Wand und
im interventrikulären Septum eine stark reduzierte Funktion. Interessanterweise lagen
die Strain Rate Werte in der späten Diastole deutlich über denen der gesunden
Probanden.
Bei der in dieser Arbeit gefundenen deutlichen Einschränkung der systolischen
Funktion lässt die ebenfalls stark eingeschränkte diastolische Funktion eine
Abhängigkeit der frühdiastolischen Funktion von der systolischen Funktion vermuten.
Dies wird durch mehrere Studien bestätigt [22; 69]. Im Gegensatz zur systolischen und
frühdiastolischen Funktion fanden wir in der späten Diastole leicht verringerte
Geschwindigkeiten, einen praktisch unveränderten Strain aber erstaunlicherweise klar
erhöhte Werte für die Strain Rate. In einer Untersuchung an 100 gesunden Erwachsenen
konnten Sun et al [56] eine mit zunehmendem Alter abnehmende systolische und
frühdiastolische Strain Rate bei ansteigender spätdiastolischer Strain Rate beobachten.
Diese Ergebnisse wurden als altersbedingte diastolische Dysfunktion gedeutet, die
zumindest teilweise durch eine verstärkte Vorhofkontraktion kompensiert wird.
Änderungen der diastolischen Geschwindigkeiten konnten in einer Studie an 66
Patienten nach Nierentransplantation gezeigt werden [45]. Diese wurden über
unterschiedlich lange Zeiträume mit Cyclosporin A therapiert, was eine Fibrosierung
des Myokards zur Folge haben kann. Bei normaler LVEF wurden bei diesen Patienten
reduzierte myokardiale Geschwindigkeiten für VE und VA gefunden. Dies entspricht
unseren
Ergebnissen
bei
den
TGA-Patienten,
bei
denen
wir
reduzierte
Geschwindigkeiten sowohl in der frühen als auch in der späten Diastole finden konnten.
Bei der Strain Rate verhielten sich die Werte in früher und später Diastole jedoch
gegenläufig, SRE zeigte sich erniedrigt während SRA deutlich erhöht war. Dies könnte
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54
möglicherweise dadurch erklärt werden, dass die Strain Rate ein Maß für die regionale
Kontraktilität darstellt, und so Verformung im jeweiligen Segment messen kann. Die
größere Myokardaktivität während der späten Diastole könnte einerseits darauf beruhen,
dass die Vorhofkontraktion – wie bei älteren Patienten [56] – kompensatorisch erhöht
ist und es somit zu einer schnelleren Verformung in der atrialen Phase kommt.
Andererseits könnte – wie bei gesunden Kindern mit hoher Herzfrequenz – ein Teil der
Ventrikelaktion bei durch die arterielle Switch Operation geschädigtem Myokard
verspätet in der A-Phase stattfinden und somit zusammen mit den dem Effekt der
Vorhofkontraktion zu einer rascheren Verformung des Ventrikelmyokards in der
Spätdiastole führen. Es zeigt sich somit, dass Strain und Strain Rate für die Detektion
von Funktionsstörungen nach arterieller Switch Operation besser geeignet sind als
Myokardgeschwindigkeiten. Insbesondere die diastolische Herzphase kann mit dieser
neuen Modalität exakter untersucht werden.
Interessanterweise konnten wir also bei Patienten, deren TGA durch eine arterielle
Switch Operation behandelt wurde, ähnlich wie bereits bei Patienten nach einer
Vorhofumkehroperation nach Senning oder Mustard beschrieben, eine myokardiale
Dysfunktion
nachweisen.
Nach
früher
Switch-Operation
zeigen
sich
Myokardfunktionsstörungen, die auch unabhängig von der Funktion des rechten
Ventrikels als Systemventrikel vorkommen. Inwiefern dieser Funktionseinschränkung
auch eine klinische Bedeutung zukommt, muss in zukünftigen Studien geklärt werden.
6
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7
Zusammenfassung
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war zunächst die Erstellung von Normwerten für die neuen
Dopplermodalitäten Strain und Strain Rate sowie für die myokardialen Geschwindigkeiten bei
129 Kindern aller Altersstufen. Strain beschreibt die Verformung eines Körpers, hier also die
Kontraktion des Myokards; Strain Rate ist die Geschwindigkeit dieser Verformung und kann als
Maß für die regionale Kontraktion gesehen werden, da sie nicht durch Translationsbewegungen
des Herzens beeinflusst wird. Wie auch in Studien mit erwachsenen Patienten beschrieben, fanden sich unterschiedliche Geschwindigkeiten innerhalb der untersuchten Myokardabschnitte
(basal, mittig, apikal). Strain und Strain Rate zeigten signifikante Unterschiede zwischen den
einzelnen Wänden, wobei im rechten Ventrikel die Werte für die longitudinale Bewegung (entsprechend dem hauptsächlich longitudinalen Faserverlauf) am höchsten waren. Interessanterweise fand sich ein starker Einfluss der Herzfrequenz auf Strain und Strain Rate.
Im zweiten Teil dieser Arbeit wurden Patienten mit Transposition der großen Arterien mit dieser
neuen Ultraschallmethode untersucht. Bei den früher häufig durchgeführten Vorhofumkehroperationen nach Senning und Mustard wird die rechte Herzkammer in der subaortalen Position
belassen, was langfristig zu einer Dekompensation des rechten Ventrikels führen kann. Ob sich
auch nach der heute üblichen anatomischen Korrektur mittels arterieller Switch-Operation Anzeichen für eine rechtsventrikuläre Dysfunktion finden lassen, wurde mit Hilfe der myokardialen
Geschwindigkeiten, Strain und Strain Rate untersucht. Die Patientengruppe bestand aus 32
Kindern mit einer Transposition der großen Arterien, die alle innerhalb des ersten Lebensmonats
mit einer arteriellen Switch-Operation behandelt wurden.
Für alle drei Modalitäten fanden wir reduzierte Werte, der rechte Ventrikel zeigte sich jeweils
am stärksten beeinträchtigt. Als mögliche Ursachen dieser Veränderungen erscheinen zum einen
Schädigungen auf zellulärer Ebene, die bereits präoperativ auftraten oder durch die Operation
selbst entstanden sind, denkbar. Zum anderen könnte auch eine Beeinflussung der Hämodynamik
mit Erhöhung der Nachlast des rechten Ventrikels durch postoperative Wachstumsstörungen der
Pulmonalarterie eine Rolle spielen.
Diese Arbeit zeigt, dass auch nach erfolgreicher arterieller Switch-Operation eine engmaschige
Betreuung dieser Patienten unabdingbar ist, um eventuell auftretende Beeinträchtigungen frühzeitig erfassen zu können.
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Originalarbeiten
Veröffentlichungen, die im Rahmen dieser Arbeit entstanden sind:
Publikation
Heart Rate Effects on Strain and Strain Rate in Healthy Children
Petra Boettler, Maximilian Hartmann, Karolin Watzl, Eleni Maroula, Juergen SchulteMoenting, Walter Knirsch, Sven Dittrich, and Deniz Kececioglu. J Am Soc
Echocardiogr 2005, im Druck
Kongressbeiträge
Bestimmung der longitudinalen Funktion mittels Strain und Strain Rate nach
arterieller Switch-Operation
Hartmann M, Watzl K, Maroula E, Dittrich S, Kececioglu D, Mehwald P. Z Kardiol,
2004; 93: 758 (Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für pädiatrische Kardiologie in
Weimar 2004, ausgezeichnet mit einem Posterpreis)
The interventricular septum: A functionally bilayered structure? – A radial strain
study
Mehwald P, McLaughlin M, Hartmann M, Marciniak M, Claus P, D'Hooge J, Bijnens
B, Sutherland GR. Eur Heart J, 2004; 25: 139 (ESC)
The functionally bilayered septum under different loading conditions – A radial
strain study
Mehwald P, Claus P, McLaughlin M, Hartmann M, Marciniak M, D'Hooge J, Bijnens
B, Sutherland GR. Eur J Echocardiography, 2004; 5: 76 (Euroecho 8)
Die zwei Seiten des interventrikulären Septums - Eine Strain/Strain RateEchokardiographie-Studie
Mehwald P, Hartmann M, Claus P, Bijnens B, Sutherland GR, Kececioglu D. Z
Kardiol, 2004; 93: 759 (Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Pädiatrische
Kardiologie)
Regionale Myokardfunktion bei Kindern - Normwerte für Strain und Strain Rate
Mehwald P, Hartmann M, Watzl K, Maroula E, Dittrich S, Kececioglu D. (Jahrestagung
der Deutschen Gesellschaft für Pädiatrische Kardiologie)
Anhang
Korrelation zum Gewicht
80%
70%
60%
Strain
50%
40%
30%
Bestimmtheitsmaß
20%
R2 = 0,0235
10%
0%
0
20
40
60
80
100
Gewicht in kg
Abbildung 9.1
Darstellung des maximalen systolischen Strains im mittleren
Segment des rechten Ventrikels in Abhängigkeit vom Gewicht
Korrelation zum Alter
80%
70%
60%
50%
Strain
9
40%
30%
Bestimmtheitsmaß
20%
R2 = 0,0364
10%
0%
0
2000
4000
6000
8000
Alter in Tagen
Abbildung 9.2
Darstellung des maximalen systolischen Strains im mittleren
Segment des rechten Ventrikels in Abhängigkeit vom Alter
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Korrelation zur Länge
80%
70%
60%
Strain
50%
40%
30%
Bestimmtheitsmaß
20%
2
R = 0,0809
10%
0%
0
50
100
150
200
Länge in cm
Abbildung 9.3
Darstellung des maximalen systolischen Strains im mittleren
Segment des rechten Ventrikels in Abhängigkeit von der Länge
Korrelation zur Herzfrequenz
80%
70%
60%
Strain
50%
40%
30%
Bestimmtheitsmaß
20%
R2 = 0,0899
10%
0%
0
50
100
150
200
Herzfrequenz in Schlägen pro Minute
Abbildung 9.4
Darstellung des maximalen systolischen Strains im mittleren
Segment des rechten Ventrikels in Abhängigkeit von der
Herzfrequenz
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10
Danksagung
An erster Stelle möchte ich mich bei meinem Doktorvater Herrn Professor Kececioglu
für die Überlassung dieses aktuellen wissenschaftlichen Themas sowie für die
umfassende und engagierte Betreuung mit vielen anregenden Diskussionen bedanken.
Frau Professor Geibel-Zehender danke ich für die Übernahme des Zweitgutachtens.
Ein herzliches Dankeschön gilt Frau Dr. Petra Böttler für die außergewöhnliche
Unterstützung während der vergangenen zweieinhalb Jahre. Ohne ihre freundschaftliche
Anleitung und wissenschaftliche Führung, die schnellen und genauen Korrekturen und
ihren unerschütterlichen Optimismus wäre die Dissertation in dieser Form nicht
möglich gewesen.
Beim gesamten Team der Kinderkardiologie möchte ich mich für die immer angenehme
Atmosphäre bedanken, insbesondere bei Dr. Nicole Häffner, Dr. Caroline Rummer und
Dr. Walter Knirsch für die gute Zusammenarbeit.
Karo und Eleni danke ich für die stets angenehme Zusammenarbeit.
Bei Tob bedanke ich mich für die vielen Stunden in denen er seine Frau für mich
entbehren musste und bei Boschi für die Unterhaltung während der gemeinsamen
Mittagessen.
Meinem Bruder Konradin danke ich für die 24-Stunden-Hotline bei allen Fragen zu
Computern, meinen Eltern für ihre unschätzbare Unterstützung in den letzten 26 Jahren.
Eva für ihre Geduld und ihr Verständnis für die manchmal notwendige Verschiebung
der Prioritäten.
11
Lebenslauf
Maximilian Hartmann
Geboren am 1.10.1979 in Tuttlingen
Schulbildung
1986-1990
Grundschule in Tuttlingen-Möhringen
1990-1999
Immanuel-Kant-Gymnasium Tuttlingen
1999
Abitur
1999-2000
Zivildienst an der Universitätskinderklinik in Freiburg
Studium
Seit 2000
Studium der Humanmedizin an der Albert-Ludwigs-Universität
Freiburg
2002
Physikum
2003
1. Staatsexamen
Famulaturen
März 2003
Kreisklinik Tuttlingen (Chirurgie)
März 2004
Universitäts Spital Zürich (Innere Medizin, Kardiologie)
September 2004
City Hospital Nottingham (Radiologie)
März 2005
Zentrum für ambulante Chirurgie, Freiburg (Anästhesie)