Diagnostik der diastolischen Dysfunktion–eine Standortbestimmung?

Summary

Detecting abnormal diastolic function. About one-third of patients with congestive heart failure do not have any abnormality of left ventricular systolic function. It is assumed that an abnormality of diastolic function manifested by an abnormally steep ventricular pressure-volume relation during diastole is the cause of this clinical syndrome, which therefore has been termed diastolic heart failure. Because the management of patients with primary systolic or diastolic dysfunction differs, both entities should be differentiated with diagnostic tests. Myocardial ischaemia, hypertrophy and fibrosis are the predominant pathophysiologic mechanisms for the development of diastolic dysfunction. Such changes occur in coronary artery disease, hypertension, aortic stenosis, hypertrophic cardiomyopathy, diabetes, infiltrative cardiomyopathies and endocardial fibroelastosis respectively. The diagnosis can be obtained cost-effectively by transthoracic two-dimensional and Doppler echocar- diography. Normal systolic function can be documented by a normal size of the cardiac chambers with an adequate ejection fraction of the left ventricle. Diastolic function can be assessed with recordings of blood flow direction and velocity of transmitral and pulmonary venous flow and measurements of isovolumic relaxation time. With disease progression, treatment and loading conditions a continuum of Doppler pattern is detectable from normal diastolic function, impaired relaxation, pseudonormalisation, restriction and constriction, which are also markers for severe symptoms, diminished exercise tolerance and may indicate prognosis. Newer Doppler modalities such as colour Doppler M-mode echocardiography and tissue-Doppler Imaging provides further insight into diastolic filling events and have proved to be useful in detecting abnormal diastolic function. Their exact role in clinical decision making, however, awaits further studies.

Zusammenfassung

Die Inzidenz der diastolischen Herzinsuffizienz geht parallel mit der zunehmenden Alterung der Bevölkerung und sollte als eigenständiges Krankheitsbild von der systolischen Herzinsuffizienz abgegrenzt werden, tritt sie doch in bis zu 30% auch ohne begleitende systolische Funktionsstörung auf. Da die klinische Symptomatik mit Dyspnoe bis hin zum Lungenödem bei systolischer und diastolischer Herzinsuffizienz nicht zu unterscheiden ist, ist man bei der Diagnose auf zusätzliche Untersuchungen angewiesen, die möglichst nichtinvasiv und breit verfügbar sein sollten. Dabei leistet einerseits die Echokardiographie mit der Dokumentation der systolischen Funktion zur Bestimmung der Herzgrösse und der Auswurffraktion und andererseits die Doppler-Echokardiographie bei der Beurteilung der diastolischen Funktion mit Nachweis einer gestörten Relaxation, Füllung und Dehnbarkeit des linken Ventrikels bei entsprechender Ausbildung einen entscheidenden Beitrag. Bestimmt werden sollten Doppler-sonographisch dazu insbesondere die linksventrikuläre isovolumetrische Relaxationszeit sowie die transmitralen und pulmonalvenösen Flussgeschwindigkeiten, womit auch eine Abschätzung des linksventrikulären Füllungsdrucks gelingt. Die Progression der diastolischen Funktionsstörung wird definiert über eine gestörte Relaxation, Pseudonormalisation und reversible sowie irreversible Restriktion, was auch eine Aussage zur Prognose zulässt. Mit dem technologischen Fortschritt stehen zunehmend neue Doppler-Verfahren zur Erweiterung der Diagnostik zur Verfügung, wobei jedoch der Stellenwert der verschiedenen Methoden noch offen ist.

Einleitung

Die Pumpfunktion des linken Ventrikels ist nicht nur abhängig von seiner Fähigkeit, sich systolisch zu entleeren, sondern auch von seiner Fähigkeit, sich diastolisch ohne erhöhten Füllungsdruck zu füllen. Eine diastolische Dysfunktion wird dementsprechend dann diagnostiziert, wenn zur Aufrechterhaltung einer für eine adäquate Gewebeperfusion notwendigen Herzleistung ein erhöhter Zentral- oder Pulmonalvenendruck («Vorlast») notwendig ist [1]. Die diastolische Funktion kann nun sekundär im Rahmen einer systolischen Dysfunktion gestört sein, was auch die Mehrheit der Patienten mit Herzinsuffizienz ausmacht. In bis zu 30% kommt sie jedoch auch isoliert, d.h. zusammen mit einer normalen systolischen Funktion, als primäre diastolische Funktionsstörung vor [2]. Dabei stellen eine linksventrikuläre Hypertrophie, eine Fibrose und eine myokardiale Ischämie die häufigsten zugrundeliegenden Ursachen dar (

Tabelle 1. Krankheiten mit primiir diasrolischer Funktionsstörung.

) [3,4,5]. Im Vergleich zur primär systolischen Funktionsstörung hat die primär diastolische Funktionsstörung mit einer jährlichen Mortalität von 8% gegenüber 19% zwar eine bessere Prognose [6], bedarf aber spezifischer Therapieansätze. Zu erwähnen bleibt, dass die diastolische Dysfunktion in Kenntnis der Tatsache, dass diese Krankheit in den letzten 10 Jahren zu einer eigenen Entität gefunden hat und die Inzidenz parallel mit der zunehmenden Alterung unserer westlichen Population ansteigt, noch eine vermehrte Bedeutung erlangen wird [7,8].

Ziel dieser Arbeit ist es deshalb, einen aktuellen Überblick über die Diagnose der diastolischen Dysfunktion im praktischen Alltag zu geben, wobei auch auf die zum Verständnis notwendigen pathophysiologischen Aspekte dieses Krankheitsbilds eingegangen wird.

Die Diastolenfunktion

Der erste Teil der Diastole während der raschen Druckabnahme im Anschluss an die Kontraktion resultiert durch die aktive, Energie-abhängige Relaxation des linken Ventrikels und bestimmt die isovolumetrische Relaxationszeit (IVRT). Sobald der Druck im linken Ventrikel unter den linken Vorhofsdruck abfällt, öffnet sich die Mitralklappe, und es beginnt die rasche, frühdiastolische Füllung, die normalerweise sowohl durch die passive elastische Dehnung (Saugpumpe) als auch durch eine aktive Relaxation bedingt ist, etwa 80% der linksventrikulären Füllung ausmacht und durch die E-Welle im Doppler des mitralen Einflusses repräsentiert wird. Der nachfolgende Druckausgleich zwischen Kammer und Vorhof ohne nachweisbare Flussgeschwindigkeiten im Doppler wird als Diastase bezeichnet. Der letzte Teil der Diastole ist dann charakterisiert durch die aktive Vorhofkontraktion, was normalerweise etwa 20% der Füllung ausmacht und der AWelle im Doppler beim mitralen Einstrom entspricht. Das Ausmass der frühen und späten Füllung des linken Ventrikels wird aber individuell durch die oben erwähnte aktive und pasSive Dehnung der Kammer, die Relaxations-geschwindigkeit und den Vorhofsdruck bestimmt, was sich mittels Doppler-Flussgeschwindigkeitsmessungen beim mitralen Einstrom und in den Pulmonalvenen nicht invasiv beurteilen und auch quantifizieren lässt [9,10,11]. Abbildung 1 zeigt zur Illustration das Beispiel einer normalen Füllung des linken Ventrikels mit normalem transmitralem Doppler-Spektrum, Abbildung 2 die Messung einer verlängerten IVRT bei linksventrikulärer Hypertrophie mit dem gepulsten Doppler auf Höhe des linksventrikulären Ausflusstrakts und Abbildung 3 das Doppler-Spektrum in der Pulmonalvene eines Patienten mit einem erhöhten enddiastolischen linksventrikulären und mittleren Vorhofdruck.

Diagnose der diastolischen Herzinsuffizienz

Auf der Basis der zugrundeliegenden pathophysiologischen Mechanismen sowie der breiten Verfügbarkeit und Anwendbarkeit der dazu notwendigen modernen Diagnostikverfahren hat eine europäische Arbeitsgruppe versucht, einheitliche Diagnosekriterien aufzustellen [12]. Dabei wurde auf dem klinischen Nachweis einer Herzinsuffizienz, einer normalen systolischen Funktion und dem Nachweis einer diastolisch gestörten Relaxation, Füllung, Dehnbarkeit oder Steifheit des Ventrikels abgestützt (

Tabelle 2. Nicht-invasive Diagnosekriterien einer diastolischen Herzinsuffizienz (adaptiert nach [12]).

).

Die klinischen Zeichen können von kaum nachweisbaren Symptomen über eine Dyspnoe unter Belastung oder in einem späteren Stadium bis hin zum Lungenödem und einer Rechtsherzinsuffizienz reichen, entsprechend einem erhöhten linksventrikulären oder linksatrialen Druck, einem erhöhten Lungenkapillardruck oder sogar einem erhöhten Pulmonalarterien- oder rechtsventrikulären Druck. Der erhöhte Pulmonalvenendruck wird sich nach Ausschluss einer Lungenerkrankung auch in einer radiologisch fassbaren pulmonal venösen Kongestion niederschlagen und ist damit auch für den Grundversorger objektivierbar. Die normale systolische Ventrikelfunktion widerspiegelt sich radiologisch meistens mit einer normalen Ventrikelgrösse, wird jedoch am besten mit Bestimmung einer normalen Auswurffraktion und einer normalen Ventrikelgrösse in der Echokardiographie dokumentiert. Gleichzeitig erlaubt die zweidimensionale Echokardiographie den Nachweis einer hypertensiven oder hypertrophen Kardiomyopathie, einer Myokardnarbe, einer Valvulopathie oder von anderen Wandveränderungen.

Eine Aussage über die diastolische Funktion lässt sich durch die Bestimmung der isovolumetrischen Relaxation, der diastolischen DruckVolumen-Beziehung und der Bestimmung der Füllungsvariablen erreichen. Während zur Bestimmung der Druck-Volumen-Kurve eine invasive Untersuchung notwendig ist, hat sich zur Evaluation der isovolumetrischen Relaxation und Bestimmung der Füllungsparameter die nicht-invasive Doppler-Echokardiographie im Alltag etabliert. Man sollte sich aber immer bewusst sein, dass mit dem Doppler nie absolute Druckwerte gemessen werden können, dass aber Blutflussgeschwindigkeit und Blutflussrichtung mit den hämodynamisch direkt gemessenen Druckwerten des linken Ventrikels gut korrelieren [13,14,15,16,17].

Die verschiedenen Muster der diastolischen Dysfunktion im Doppler

Das normale Muster des transmitralen Einstroms wurde in Abbildung 1 bereits aufgezeigt. Mit zunehmendem Alter verzögert sich parallel mit einer Hypertrophie und Fibrosierung des Myokards die Füllung des linken Ventrikels, was durch eine Zunahme der Vorhofkontraktion kompensiert und durch eine Umkehr des E/A-Verhältnisses mit verlängerter IVRT charakterisiert wird. So wird im Alter von etwa 50 Jahren ein Verhältnis von 1 und später von über 1 zu einem altersentsprechend normalen Flussmuster. Gleichzeitig tritt, darstellbar im pulmonalen Doppler-Signal, ein verstärkter Rückfluss in der Pulmonalvene während der Vorhofkontraktion auf, und die Vorhoffüllung findet zunehmend während der Systole und nicht wie im jugendlichen Alter während der Diastole statt [18,19].

Das Ausmass der Diastolendysfunktion durchläuft nun verschiedene Phasen, die sich mittels Doppler-Messungen separieren lassen und im folgenden hintereinander kurz beleuchtet werden.

So kommt es zuerst zu einer gestörten Relaxation mit einer Verzögerung der Ventrikelfüllung, was mit einer Verlängerung der IVRT, der Dezelerationszeit der E-Welle und einer Zunahme der A-Welle mit einer Umkehr des E/AVerhältnisses zum Ausdruck kommt [18], differentialdiagnostisch aber von einer Abnahme der Vorlast bei Hypovolämie mit konsekutiv kleiner E-Welle separiert werden muss. Das nächste Stadium der Krankheit führt, parallel mit einer Erhöhung der Vorlast und des Füllungsdrucks, zu einer Zunahme der E-Welle und zum Bild einer «Pseudonormalisation» des mitralen Einflussignals. Diese lässt sich unter anderem durch ein Valsalva-Manöver demaskieren [20,21], indem die dadurch bewirkte Abnahme der Vorlast die darunter versteckte Relaxationsstörung sichtbar werden lässt (Abbildung 4). Das mitrale Einflussmuster im Dopp1er korreliert mit der Klinik des Patienten [22]. Kommt es zu einer weiteren Progression der Grundkrankheit mit Zunahme des Füllungsdrucks im linken Ventrikel, so findet sich das Bild einer restriktiven Füllungsbehinderung mit hoher E-Welle mit kurzer Dezelerationszeit und IVRT sowie kleiner A-Welle (Abbildung 2), was ein prognostisch schlechtes Zeichen darstellt und sich in ein Stadium mit und ohne Reversibilität unterscheiden lässt [23,24]. In den Pulmonalvenen führt der hohe Vorhofsdruck zu einer Abnahme der systolischen Füllung und Zunahme und Verlängerung des Rückflusses während der Vorhofkontraktion [18,25]. Es sei daran erinnert, dass das Bild einer restriktiven Füllungsbehinderung nicht einer restriktiven Kardiomyopathie gleichgesetzt werden kann, da diese Form der diastolischen Funktionsstörung unspezifisch bei vielen fortgeschrittenen Krankheiten mit verminderter Relaxation und erhöhtem Füllungsdruck gefunden werden kann [261. Eine Separation zur konstriktiven Perikarditis mit gleichem transmitralem Flussmuster ist jedoch wichtig. Dazu hat sich die Berücksichtigung der Atmung bei der Beurteilung der Flussgeschwindigkeiten etabliert, findet man doch normalerweise im linken Herzen lediglich eine geringe Schwankung der Flussgeschwindigkeiten von unter 10%, während bei Konstriktion wegen fixiertem totalen Herzvolumen durch Zunahme der Füllung des rechten Herzens während der Inspiration ein Abfall der pulmonalvenösen und transmitralen Flussgeschwindigkeiten von über 25% erfolgt. Im Gegensatz dazu bleiben die Flussgeschwindigkeiten bei restriktiver Füllungsbehinderung im linken Herzen stabil. In den Lebervenen hingegen findet sich bei Restriktion eine Zunahme des Rückflusses während der Inspiration und bei Konstriktion während der Exspiration, so dass diese beiden Krankheitsbilder, welche beide im transmitralen Doppler wie oben erwähnt durch eine hohe E-Welle, kurze Dezelerationszeit und niedrige A-Welle charakterisiert sind, nicht-invasiv separiert werden können.

Kommt es beim hohen Füllungsdruck zu einem sehr raschen Druckanstieg im linken Ventrikel, so kann sogar eine diastolische Mitralinsuffizienz resultieren [20]. Trotz vergleichbaren respiratorischen Schwankungen beim mitralen Einstrom findet man inspiratorisch in der von suprasternal ableitbaren Vena cava superior entsprechend den wechselnden intrathorakalen Druckverhältnissen bei chronisch obstruktiver Lungenerkrankung eine viel höhere Flussbeschleunigung (>50 cm/s) als bei Patienten mit Perikardkonstriktion [27].

Eine Perikardtamponade lässt sich andererseits von einer konstritiven Perikarditis durch den Nachweis des Ergusses im zweidimensionalen Echokardiogramm und den aufgehobenen venösen Rückfluss unterscheiden, sofern nicht beide Entitäten gleichzeitig vorhanden sind [28,29].

Was ist bei der Registrierung und Interpretation von Doppler-Signalen zu beachten?

Obwohl der Doppler zusammen mit dem 2DEchokardiogramm als breit zur Verfügung stehendes Verfahren eine einfache Beurteilung der Diastolenfunktion zulässt, müssen nebst der Kenntnis der nicht immer einfachen Zusammenhänge und der entsprechend notwendigen Ausbildung viele Faktoren und Gefahrenquellen berücksichtigt werden, um der gewonnenen Information auch die notwendige Gewichtung zukommen zu lassen. Dabei können Einstellungsfehler des Ultraschallapparats wie auch technische Fehler vorkommen. Speziell hinweisen möchten wir auf die entsprechende Korrektur-Notwendigkeit der Richtung des Doppler-Strahls auf einen möglichst geringen Winkel zur gemessenen Flussrichtung, die Berücksichtigung der während dem Herzzyklus in der Horizontalen und Vertikalen wechselnden Lokalisation des fixierten Doppler-Messpunkts, die zu Messfehlern führende verkürzte oder verlängerte PQ-Zeit, den Einfluss der Herzfrequenz, die falsche Positionierung des Doppler-Volumens und Wandartefakte [18,30,31].

Gibt es zukunftsträchtige weitere nicht-invasive Messmethoden?

Da die gepulsten Doppler-Flussmessungen vielen Faktoren wie der aktiven Relaxation und Dehnbarkeit des Ventrikels, dem Füllungszustand sowie dem Druckgradienten zwischen Vorhof und Ventrikel unterliegen, kann trotz Berücksichtigung der oben erwähnten Fehlerquellen eine unklare Situation übrig bleiben, so dass nach weiteren ergänzenden nicht-invasiven Parametern gesucht wird. Dabei scheint die Messung der Propagationsgeschwindigkeit mit der Farb-M-mode-Echokardiographie eine einfache Möglichkeit zu sein, Vorlast-unabhängig ohne zusätzliche Software eine gestörte Relaxation verschiedener Ursache sicher erkennen und auch einfach von einer Pseudonormalisation abgrenzen zu können [32,33,34,35]. Mit der Propagationszeit wird die Zeit bestimmt, die das Blut zur Füllung des linken Ventrikels in der frühen Diastole benötigt, d.h. die Zeit, die das Blut benötigt, um vom Mitralanulus bis zur Ventrikelspitze zu gelangen. Diese korreliert mit dem Alter [36] und ist bei diastolischer Funktionsstörung, Herzinsuffizienz, aber auch bei Ischämie verlängert [37]. Eine Quantifizierung gelingt durch Bestimmung der Steigung der Füllungslinie (Abbildung 5). Die Restriktion mit deutlich verzögerter Propagationszeit lässt sich dabei von der Konstriktion mit sehr rascher Propagationszeit einfach separieren [38].

Abbildung 5b. Farbdoppler-M-mode-Echokardiographie bei abnormer diastolischer Funktion. Im Gegensatz zu Abbildung 5a findet man im linken Bild bei einer 67jährigen Patientin mit fortgeschrittener koronarer/hypertensiver Herzkrankheit und «pseudonormaler» Füllung (transmitraler pw-Doppler) eine deutlich verzögerte Propagationszeit von 32,4 cm/s. Steigt der Füllungsdruck weiter an, so sinkt die Propagationszeit weiter ab, wie dies rechts bei einem 54jährigen Mann mit terminaler koronarer Herzkrankheit dargestellt ist. Parallel dazu findet sich im transmitralen pw-Doppler nun auch eine restriktive Füllungsbehinderung. Die Propagationszeit beträgt hier noch lediglich 28,8 cm/s und dokumentiert die stark verzögerte Füllung des linken Ventrikels. Die bis in die Diastole hinein persistierende Mitralinsuffizienz widerspiegelt zudem den hohen Füllungsdruck des linken Ventrikels und seine schlechte systolische Funktion.

Abbildung 5b. Farbdoppler-M-mode-Echokardiographie bei abnormer diastolischer Funktion. Im Gegensatz zu Abbildung 5a findet man im linken Bild bei einer 67jährigen Patientin mit fortgeschrittener koronarer/hypertensiver Herzkrankheit und «pseudonormaler» Füllung (transmitraler pw-Doppler) eine deutlich verzögerte Propagationszeit von 32,4 cm/s. Steigt der Füllungsdruck weiter an, so sinkt die Propagationszeit weiter ab, wie dies rechts bei einem 54jährigen Mann mit terminaler koronarer Herzkrankheit dargestellt ist. Parallel dazu findet sich im transmitralen pw-Doppler nun auch eine restriktive Füllungsbehinderung. Die Propagationszeit beträgt hier noch lediglich 28,8 cm/s und dokumentiert die stark verzögerte Füllung des linken Ventrikels. Die bis in die Diastole hinein persistierende Mitralinsuffizienz widerspiegelt zudem den hohen Füllungsdruck des linken Ventrikels und seine schlechte systolische Funktion.

Eine weitere vielversprechende Messmethode bietet das «Doppler tissue Imaging» oder der Gewebe-Doppler, womit die myokardialen und anulären Flussgeschwindigkeiten im Doppel gemessen werden können. Damit steht ein weiterer ebenfalls Vorlast-unabhängiger Messparameter zur Verfügung, der eine gute Korrelation zum Füllungsdruck besitzt [39] und womit auch eine einfache Demaskierung einer «Pseudonormalisation» des mitralen Einstroms bei hohem Füllungsdruck möglich ist [40,41]. Zudem lässt sich damit die regionale diastolische Funktion beurteilen [42,43]. Verwendet man den maximal negativen frühdiastolischen myokardialen Geschwindigkeitsgradienten des Gewebe-Dopplers, erhält man einen weiteren quantitativen nicht-invasiven Verlaufsparameter der diastolischen Funktion [44].

Nimmt man den kontinuierlichen Doppler zu Hilfe, so lässt sich vom terminalen Teil der Doppler-Kurve bei Patienten mit Mitralinsuffizienz annähernd auch die Zeitkonstante der Relaxation (Tau) nicht-invasiv bestimmen, die als wichtigster Parameter für die Definition einer diastolischen Funktionsstörung in der invasiven Kardiologie bestimmt wird [45].

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Diagnose der diastolischen Herzinsuffizienz und die Beurteilung der Progression der Erkrankung nicht-invasiv bei entsprechender Ausbildung und apparativer Ausstattung mittels Doppler-Echokardiographie erfolgen kann. Der Diagnose sollten aber möglichst einheitliche Kriterien zugrunde gelegt werden, zumal die rapportierte Häufigkeit in der Literatur stark schwankt und randomisierte klinische Studien die Frage nach der besten Therapie noch nicht gelöst haben. Moderne DopplerVerfahren werden dabei diese Diagnostik sicher noch vereinfachen und erweitern, wobei der Stellenwert der einzelnen neuen Modalitäten noch offen ist.