Interpretation von intramyokardialen Elektrogrammen

Die Aufzeichnung und Interpretation von intramyokardialen Elektrogrammen (IEG) eröffnet neue Möglichkeiten zur Überwachung von Patienten mit bestimmten kardialen Risiken, z. B. Patienten nach Herztransplantation oder Herzinfarkt, mit Kardiomyopathien, unter Hämodialysetherapie oder mit beginnender Ischämie. Die Hauptvorteile der Analyse von IEGs, die mit einem implantierten Gerät gewonnen werden, verglichen mit dem wohlbekannten Oberflächen-EKG, sind die höhere Reproduzierbarkeit in der Signalmorphologie und die Möglichkeit der kontinuierlichen und lebenslangen Anwendung. In früheren Studien ist bereits gezeigt worden, dass die Morphologie der IEGs Informationen nicht nur zu den elektrophysiologischen Prozessen, sondern zusätzlich über die hämodynamische Leistung des Herzens enthält, z. B. das Schlagvolumen und enddiastolische Volumen, den Beginn einer hämodynamischen Insuffizienz oder einer Abstoßung von transplantierten Herzen, und dass eine Beziehung besteht zur NYHA Klassifikation. Die Interpretation der individuellen Signalmorphologie hinsichtlich der hämodynamischen Leistung ist jedoch noch immer schwierig, weil sie von der aktuellen Elektrodenposition, der anatomischen Form des Herzens, dem Einwachsen der Ableitelektrode in das Myokardgewebe einschließlich der aktuellen Größe der fibrotischen Kapsel, der Konzentration und Verteilung der wichtigsten Elektrolyte mit ihrem Einfluss auf die Form des Aktionspotenziales jeder einzelnen Zelle, Störungen in der Ausbreitung der Erregungsfront, z. B. in der Übergangszone zu geschädigtem Gewebe usw. abhängt. Die einzige Möglichkeit, um zu einem besseren Verständnis dieser Einflüsse zu kommen, ist die Verwendung eines Modells. Ein derartiges Modell basierend auf einfachen geometrischen Formen und neuerdings auf FEM, das die Kopplung der elektrophysiologischen Vorgänge mit der mechanischen Kontraktion ermöglicht, ist bereits entwickelt worden. Eine erste Evaluierung mit realen Signalen und Daten zur anatomischen Form des Herzens in endsystolischer und enddiastolischer Position hat ermutigende Ergebnisse geliefert. Dieses Modell soll weiter entwickelt, weiter evaluiert und für die systematische Untersuchung der Morphologie der IEGs, bevorzugt abgeleitet vom stimulierten Herzen (Ventricular Evoked Response VER) wegen der besseren Standardisierbarkeit bezüglich der Herzfrequenz, verwendet werden. Diese Untersuchung soll schlussendlich die Entwicklung eines weltweiten Systems zur dauernden Überwachung von Patienten mit kardialen Risiken unter Einsatz von Implantaten mit Kurzreichweiten- Telemetrie und Kopplung mit Weitverkehrs-Übertragungsnetzen wie dem Internet ermöglichen. Ein vergleichbares System ist bereits erfolgreich bei der Fernüberwachung von Patienten nach Herztransplantation in verschiedenen Kontinenten eingesetzt und evaluiert worden.

Erkrankungen des Herzens gehören zu den häufigsten Krankheiten und zugleich mit der höchsten Sterblichkeit. Sie stellen eine große sozio-ökonomische Last dar. Die Häufigkeit nimmt in allen Ländern unabhängig vom Industrialisierungsniveau zu, trotz der Verfügbarkeit von hochentwickelten Methoden für Früherkennung und effektives Therapiemanagement. Bisher gibt es jedoch nur wenige methodische Ansätze für die kontinuierliche und ständige Risikoüberwachung in Patienten mit erkanntem Herzrisiko. Dieser vom FWF unter P16965-N04 geförderten Arbeit lag die Hypothese zugrunde, dass intramyokardiale Elektrogramme, die direkt vom Herzen abgeleitet werden können, ein erfolgversprechendes Potential für das kardiale Risikomonitoring haben. Die Technologie ist vorhanden für implantierbare Geräte zur Übertragung der Signale zu einer patientennahen Relaisstation, die ihrerseits dann die Signale weltweit zu einem Auswertezentrum mit der Aufgabe der Risikoüberwachung und Alarmierung des Patienten weiterleitet. Limitierend ist das geringe Wissen über die in der Signalmorphologie dargestellte Information. Obwohl die Morphologie durch Risikofaktoren beeinflusst wird, hängt sie zusätzlich von individuellen Eigenschaften und physiologischen Einflüssen ab. Das Ziel des Projektes ist ein besseres Verständnis der Signalmorphologie gewesen, um dadurch ihre Interpretation zu ermöglichen, insbesondere hinsichtlich der Überwachung von identifizierten Risiken. Typische Beispiele solcher Risiken sind das vermehrte Auftreten von ventrikulären Extrasystolen, die Störung des Gleichgewichtes zwischen der sympathischen und parasympathischen Aktivität, oder die Verringerung der hämodynamischen Pumpeffizienz des Herzens. Die Hinweise mehren sich, dass intramyokardiale Elektrogramme außerdem zur Unterstützung für das Management besonders jener Therapien genutzt werden können, die Fusionsereignisse verwenden, z. B. die Resynchronisationstherapie durch Mehrorts-Stimulation, oder die Optimierung der atrio-ventrikulären Verzögerung bei hypertropher obstruktiver Kardiomyopathie. Die wissenschaftliche Arbeit in P16965-N04 wurde auf zwei Modelle fokussiert: (1) Ein in Extra- und Intrazellularraum unterteiltes Gewebemodell mit rechteckigem Volumen, bei dem alle relevanten Einflussfaktoren wie die Form des Aktionspotentiales einschließlich der Repolarisationsphase, die Faserarchitektur, die Elektrodenposition, die elektrische Impedanzanisotropie usw. modifiziert werden konnten. (2) Ein biventrikuläres Herzmodell aus einem 3D-Datensatz, aufgenommen mit ultraschneller Röntgenstrahl-CT Technologie von einem Herztransplantationspatienten in endsystolischem und enddiastolischem Zustand. Besonders untersucht wurde in diesem Modell der Einfluss des spezialisierten Erregungsleitungssystem, vor allem bei ventrikulärer Stimulation, um die Morphologie von Fusionsereignissen zu verstehen. Beide Modelle sind mit der Finite-Elemente-Methode mit einer ausreichenden räumlichen Auflösung für die angemessene Darstellung der simulierten Signale realisiert worden. Die Ergebnisse der Modelsimulation stimmen ausgezeichnet mit klinischen Ergebnissen überein und stützen die zugrundeliegende Hypothese, dass intramyokardiale Elektrogramme ein erfolgversprechendes Potential für die Überwachung von Herzrisiken und auch für die Unterstützung des Therapiemanagements haben.