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Zur Erfassung frühzeitiger Änderungen der linksventrikulären Herzfunktion eignen sich die Wandbewegungsparameter Strain, Strain Rate, Velocity und Displacement. Ziel dieser Studie war es, Referenzwerte für diese Parameter getrennt nach Geschlecht und Alter zu erstellen. Dafür wurden CINE-MRT-Bilder mithilfe der Analyse-Software 2D Cardiac Performance Analysis MR Software Version 1.0 der Firma TomTec ausgewertet. Die Studienpopulation bestand aus streng ausgewählten phänotypisch gesunden Probanden aus den populationsbasierten SHIP-2- und SHIP-Trend-Kohorten im Alter von 21-75 Jahren. Die Referenzwerte wurden jeweils in der longitudinalen und transversalen Herzachse im 2-Kammerblickwinkel (2-CH) und 4-Kammerblickwinkel (4-CH) sowie in der circumferentiellen und radialen Herzachse in der Kurzachse (SAX) gemessen. Bei einigen Parametern konnten signifikante Geschlechtsunterschiede festgestellt werden (p≤0,05). So fanden sich für den circumferentiellen Strain in der SAX höhere Durchschnittswerte bei Frauen im Vergleich zu den Männern. Bei der longitudinalen und transversalen Velocity im 2-CH und 4-CH sowie der radialen Velocity in der SAX wurden jeweils höhere Durchschnittwerte für Männer als für Frauen festgestellt. Beim longitudinalen Displacement im 2-CH und 4-CH und beim transversalen Displacement im 4-CH wurden ebenfalls höhere Durchschnittswerte bei den Männern festgestellt. Für die Strain Rate konnten hingegen keine signifikanten Unterschiede zwischen den Geschlechtern festgestellt werden. Auch beim Vergleich der verschiedenen Altersgruppen konnten teilweise signifikante Unterschiede nachgewiesen werden (p≤0,05). So konnte bei den Männern ein Anstieg mit zunehmendem Alter des longitudinalen und transversalen Strain im 4-CH sowie des circumferentiellen Strain in der SAX festgestellt werden. Bei den Frauen konnte mit steigendem Alter eine Zunahme des transversalen Strain im 2-CH und 4-CH sowie des circumferentiellen und radialen Strain in der SAX nachgewiesen werden. Ein Anstieg der longitudinalen Strain Rate im 4-CH konnte bei den Männern mit steigendem Alter festgestellt werden. Bei den Frauen wurde eine Zunahme der transversalen Strain Rate im 4-CH mit zunehmendem Alter gesehen. Bei beiden Geschlechtern wurde eine altersabhängige Abnahme der transversalen Velocity im 2-CH festgestellt sowie zusätzlich bei den Frauen eine Abnahme der longitudinalen Velocity im 2-CH. Beim longitudinalen Displacement im 2-CH konnte bei Männern ein altersabhängiger Anstieg festgestellt werden, bei den Frauen wurde ein Anstieg des radialen Displacements in der SAX mit zunehmendem Alter gesehen. Im Vergleich zu anderen Studien zur FT-Referenzwerterstellung haben wir erstmalig Referenzwerte an einem bevölkerungsbasierten Probandenkollektiv erhoben mit der größten Probandenanzahl und einer sehr genauen Phänotypisierung. Zudem wurden erstmalig Referenzwerte in der transversalen Herzachse im 2-CH und 4-CH erhoben und erstmalig die Veränderung der Velocity und des Displacement mit steigendem Alter untersucht.

In früheren Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass Verbesserungen der kardiopulmonalen Belastbarkeit, z.B. durch Ausdauertraining, zu einer Verbesserung der Endothelfunktion führen. Unklarheit besteht allerdings bei der Frage, ob Änderungen der Endothelfunktion auch umgekehrt zu Veränderungen der kardiopulmonalen Belastbarkeit führen. Ziel dieser Arbeit war es zu untersuchen, ob es eine Assoziation zwischen beiden Parametern im Zeitverlauf von 5 Jahren bei gesunden Probanden gibt. Eine standardisierte symptomlimitierte Spiroergometrie (cardio pulmonary exercise testing, CPET) sowie die Messung der Endothelfunktion mittels Ultraschall (flow mediated vasodilatation, FMD) wurden bei 1427 Probanden in der Study of Health in Pommerania (SHIP-1) durchgeführt. Nach 5±1 Jahren wurden beide Messungen an 1349 Probanden wiederholt (SHIP-2). Ausschlusskriterien waren: nicht auswertbare Ultraschallbilder, Anämie, Herz oder Lungenerkrankungen, Krebs, neuromuskuläre Erkrankungen, Diabetes sowie Medikation mit Antihypertensiva, Bronchodillatatoren oder inhalativen Steroiden. Die finale Studienpopulation umfasste 298 Probanden (145 Männer, Alter 37 -54 bei SHIP-1). Für die Analyse wurden die Differenzen der interessierenden Zielparameter aus beiden Untersuchungen (Δ=SHIP-2 - SHIP-1) berechnet, um eine Aussage über die zeitlichen Veränderungen treffen zu können. Mittels multipler linearer Regression wurde der Zusammenhang zwischen ΔFMD (prozentual und absolut) und Δ CPET berechnet. Beim CPET wurden folgende Parameter zugrunde gelegt: max. Leistung [Watt], maximale Sauerstoffaufnahme (peak VO2) [ml/min], Sauerstoffaufnahme an der anaeroben Schwelle (VO2@AT) [ml/min], Sauerstoffpuls (O2-Puls) [ml/Herzschlag] und die Atemeffizienz (VE/VCO2) sowie Atemeffizienz an der anaeroben Schwelle (VE/VCO2@at). Es wurde für den Ausgangsgefäßdurchmesser, Alter, Geschlecht, Größe, Gewicht und körperliche Aktivität adjustiert. Zusätzlich wurden stratifizierte Analysen für Raucher, Ex-Raucher, Nichtraucher sowie für Männer und Frauen durchgeführt. Es konnten signifikante positive Assoziationen zwischen Δ FMD und Δ CPET-Parametern bei Nichtrauchern gefunden werden. So ist eine Verschlechterung der Δ FMD% assoziiert mit einer Verschlechterung von Δ Leistung (β=0,85 95%-KI 0,01; 1,70). Der Zusammenhang von Δ FMD mit Δ Leistung zeigt ebenfalls eine signifikante positive Assoziation mit β = 26,80 (95%-KI 3,44; 50,16) adjustiert für den Ausgangsdurchmesser (Baseline) und eine sogar noch stärkere Assoziation (β = 33,11) im volladjustierten Modell. Für die Assoziation von ΔFMD% mit Δ peak VO2 ergibt sich eine signifikante positive Assoziation (β = 13,12, 95%-KI 0,86; 25,37), welche nach Adjustierung jedoch ihre Signifikanz verliert. Ebenfalls positiv signifikant ist der β-Koeffizient für den Zusammenhang von ΔFMD und der maximalen Sauerstoffaufnahme unabhängig von der Adjustierung. Veränderungen der Endothelfunkion sind für Nichtraucher also vergesellschaftet mit Alterationen der Kardiopulmonalen Belastbarkeit bei gesunden Probanden. Dies bedeutet, dass eine Abnahme der FMD in etwa fünf Jahren um 1mm assoziiert ist mit einer Abnahme der Leistung auf dem Fahrradergometer um 33,11 Watt und einer Abnahme der peak VO2 um 379,23 ml/min. Unsere Arbeit stützt damit für Nichtraucher den bidirektionalen Zusammenhang zwischen Endothelfunktion und kardiopulmonaler Belastbarkeit.

Der Einfluss körperlicher Aktivität auf Gefäßsteifigkeitsparameter der zentralen Hämodynamik bei Patienten mit linksventrikulärer diastolischer Dysfunktion und erhaltener Ejektionsfraktion (EF) ist bislang wenig erforscht. In der vorliegenden individuell gematchten Fall-Kontroll-Studie wurden Probanden („DHF“) mit symptomatischer (NYHA ≥ 2), linksventrikulärer diastolischer Dysfunktion und erhaltener EF (LVEF > 50%) Kontrollprobanden („Kontrolle“) ohne diastolische Dysfunktion und ohne Symptome einer Herzinsuffizienz gegenübergestellt. Dabei wurde nach Alter, Geschlecht und Nierenfunktion gematcht. Es erfolgte die Auswertung einer oszillometrischen Pulswellenanalyse (Mobil-O-Graph®), die im Liegen, im Sitzen und innerhalb zehn Minuten nach spiroergometrischer Ausbelastung durchgeführt wurde. Es zeigte sich in den Ruhemessungen eine signifikant höhere PWV der DHF Gruppe vs. der Kontrollgruppe (sitzend: 10,93 ± 0,5 m/s vs. 9,95 ± 0,3 m/s, p < 0,001). Auch nach Belastung waren die signifikanten Gruppenunterschiede der PWV persistent, bei konstant höherer PWV der DHF- vs. Kontrollgruppe. Jedoch nahm die PWV der DHF Gruppe direkt nach Belastung stärker ab, als die der Kontrollgruppe. Der AIx der DHF Gruppe stieg direkt nach Belastung an (Baseline: 29,74 ± 2,01 % vs. direkt nach Belastung: 32,87 ± 2,68 %, p=0,29), während der AIx der Kontrollgruppe nahezu unverändert blieb, so dass sich signifikante Gruppenunterschiede (p<0,05) aufzeigten, die vor der Belastung nicht zu beobachten waren. Als Ursache kamen hierbei die vermehrten peripheren Reflexionen in Frage, weil die Reflection Magnitude (RM) nur in der DHF Gruppe zunahm. Die hier beschriebene Studie soll einen Beitrag zum Verständnis der komplizierten hämodynamischen Vorgänge leisten, die bei Patienten mit diastolischer Dysfunktion und erhaltener LVEF während bzw. nach körperlicher Belastung ablaufen.

In dieser Studie wurde erstmals MRT-basiert mittels Feature-Tracking die Assoziation der linksventrikulären Wandbewegungsparameter Strain, Strain Rate, Velocity und Displacement mit den kardiovaskulären Risikofaktoren erhöhter BMI, Diabetes mellitus und arterielle Hypertonie an einer großen bevölkerungsbasierten Stichprobe untersucht. In Umfang und Betrachtung vergleichbare Studien gibt es derzeit nicht. Die Analyse wurde mit Hilfe der 2D CPA MR Software Version 1.0 des Unternehmens TomTec an CINE-MRT-Bildsequenzen aus SHIP-2 und SHIP-Trend durchgeführt. Die Bestimmung der Wandbewegungsparameter erfolgte im 2 CH und 4 CH für die longitudinale und transversale Herzachse sowie in der SAX für die circumferentielle und radiale Herzachse. Es konnten folgende signifikante Unterschiede der Wandbewegungsparameter festgestellt werden (p ≤ 0.05). Für Probanden mit einem BMI > 25 kg/m2 wurden gegenüber solchen mit einem BMI ≤ 25 kg/m2 signifikant erhöhte Werte bezüglich der radialen Velocity in der SAX sowie des longitudinalen Displacement im 2 CH gemessen. Weiterhin zeigten sich die jeweils longitudinalen und transversalen Parameter des Strain, der Strain Rate, der Velocity und des Displacement im 4 CH signifikant erhöht bei Vorliegen eines BMI > 25 kg/m2 im Vergleich zu einem BMI ≤ 25 kg/m2. Für den Diabetes mellitus konnte hinsichtlich des Strain, der Strain Rate, der Velocity und des Displacement kein unabhängig signifikanter Unterschied zwischen den Vergleichsgruppen nachgewiesen werden. Bezüglich der arteriellen Hypertonie bestanden gegenüber der Vergleichsgruppe ohne arterielle Hypertonie im 4 CH für alle Parameter abgesehen von der transversalen Strain Rate signifikant erhöhte Werte. Dies galt mit Ausnahme der radialen Strain Rate und circumferentiellen Velocity auch für die SAX. Im 2 CH zeigten sich nur die longitudinale Velocity sowie das longitudinale Displacement signifikant erhöht in der Gruppe der Hypertoniker gegenüber den Nicht-Hypertonikern. Somit konnten in dieser Studie erstmals mittels Feature-Tracking in der SAX sowie dem 2 CH und 4 CH signifikante Einflüsse eines steigenden BMI beziehungsweise einer arteriellen Hypertonie auf die linksventrikulären Wandbewegungsparameter Strain, Strain Rate, Velocity und Displacement nachgewiesen werden.

In der vorliegenden Arbeit wurde der Nutzen einer smartphonegestützten Aufzeichnung und Analyse der Pulswellenvariabilität als Ausdruck des Zusammenspiels zwischen Sympathikus und Parasympathikus zur Diagnostik beziehungsweise Prädiktion einer koronaren Herzerkrankung untersucht. Das autonome Nervensystem hat einen starken Einfluss auf den menschlichen Körper und nimmt daher auch großen Einfluss in die Regulierung des Herz-Kreislauf-Systems. Ausdruck dieser vegetativen Einflüsse ist die HRV, deren Analyse ein bekanntes Verfahren für Diagnostik, Risikostratifizierung und Vorhersagbarkeit von verschiedenen kardialen Erkrankungen unter anderem koronarer Herzerkrankung ist. Bisher wurde die HRV klassischerweise elektrokardiografisch anhand von Kurz- oder Langzeitmessungen ermittelt. In dieser Arbeit wurde die Pulswellenvariabilität als peripheres Ableitungsresultat der Herzratenvariabilität betrachtet, da eine sehr gute Korrelation zwischen HRV und PRV bekannt ist. An 167 Probanden, die sich im Rahmen kardiologischer Diagnostik einer elektiven Herzkatheteruntersuchung unterzogen und bei denen bisher keine KHK bekannt war, wurde eine sechsminütige Aufzeichnung der Pulswelle des Fingers mittels Smartphonekamera und Videoaufzeichnung vorgenommen. Die Pulswelle wurde daraufhin analysiert und die PRV berechnet. Die Bilder der Koronarangiografie wurden nachträglich untersucht und Stenosen in acht Koronarsegmenten quantifiziert. Sobald eine Stenose von mehr als 50% bestand, wurde der Proband als an KHK-erkrankt definiert. Durch multivariate lineare Regressionsanalysen wurde die PRV-Messung in Hinblick auf Bestehen einer KHK untersucht. Es zeigte sich, dass die PRV-Messung durchaus einen Beitrag im Feld der KHK-Diagnostik bei Patienten mit Sinusrhythmus leisten könnte. Die Untersuchungen zeigen, dass es sich als Ausschlussdiagnostikum bei Patienten mit KHK-Verdacht eignet. Die Nutzung der Pulswellenvariabilität als Screeningverfahren zur KHK-Detektion, wie eingangs erwähnt, erwies sich aufgrund der Sensitivitäts- und Spezifitätswerte als derzeit jedoch nicht optimal. Es zeichnete sich bereits bei Koronarstenosen von mindestens 50% eine ausreichende Vorhersagbarkeit der KHK, sowohl mit einem PRV-Parametersatz von 12 Variablen, als auch mit einem reduzierten Parametersatz von sieben Variablen ab. Eine Verbesserung konnte unter Erfassung kardiovaskulärer Risikofaktoren und Einnahme von Betablockern erzielt werden, die jedoch das statistische Signifikanzniveau verfehlte. Zukünftige Arbeitsfelder der PRV-Messung könnten die Erfassung weiterer vielfältiger Einflussgrößen sein oder auch die Berücksichtigung weiterer klinischer Untersuchungen, wie beispielsweise die Echokardiografie. Zu prüfen ist auch, ob es zu einer Verbesserung der Prädiktionskraft nach Hinzufügen oder Ersetzen der hier vorgestellten PRV-Parameter durch weitere nichtlineare Werte kommt. Besonders hervorzuheben ist, dass die PRV-Messung sehr einfach und nahezu überall durchzuführen ist, sofern ein Smartphone oder eine Smartwatch mit entsprechender App vorhanden sind. Dies kann in Zukunft für eine ambulante und nicht facharztspezialisierte Betreuung von Patienten von großer Relevanz sein. Limitiert wird die Methode der PRV-Messung durch den Ausschluss von Patienten mit Herzrhythmusstörungen, wie beispielsweise Vorhofflimmern, da die PRV-Messung dadurch stark artefaktbehaftet ist. Abschließend muss festgehalten werden, dass aufgrund der kleinen Teilnehmerzahl eine Prüfung an einer größeren Studienpopulation erfolgen sollte, um den hier ermittelten Trend zu bestätigen oder gar zu verbessern. Insgesamt ist in dieser Form der Untersuchung bedeutendes Potential zu sehen, da mittels PRV-Messung ein Ausschlussdiagnostikum existiert, ohne dass die Patienten einem Risiko wie zum Beispiel Strahlenbelastung oder den Risiken einer Koronarangiografie ausgesetzt werden. Daher eignet es sich als weiterer Baustein in der bereits üblichen KHK-Diagnostik zu jeder Zeit und an jedem Ort.