Dopplersonographische Untersuchungen zur Herzfunktion und kardiovaskulären Hämodynamik bei der Brieftaube (Columba livia f. domestica)

Die echokardiographische Untersuchung des Herzens ist eine etablierte Methode zur Diagnostik von Herzerkrankungen auch in der Vogelmedizin. Zu dopplersonographischen Untersuchungsverfahren bei Brieftauben, die als Versuchstier eine große Rolle spielen, finden sich jedoch nur wenige standardisierte Untersuchungen. Mit dieser Habilitationsschrift wurden Untersuchungen zum Blutfluss im Herzen von Brieftauben (Columba livia f. dom.) mithilfe des pulsed-wave (PW)-Dopplers und des Farbdopplers durchgeführt. Weiterhin wurde der Einfluss einer Inhalationsnarkose mit Isofluran auf die Blutflussgeschwindigkeiten untersucht. In einem zweiten Teil wurde die longitudinale Myokardbewegung des Brieftaubenherzens qualitativ und quantitativ erfasst und ebenfalls der Einfluss einer Inhalationsnarkose mit Isofluran geprüft.

Hierfür wurde das Herz von klinisch gesunden Brieftauben beider Geschlechter sonographisch mit dem Ultraschallgerät Vivid 7 Dimension BT08 und mit dem 10 MHz phased-array Schallkopf (10 S-RS Sonde, B Mode 4,5 – 11,5 MHz; GE VINGMED ULTRASOUND A/S, Horten,V, Norway) in Wachzustand und Narkose untersucht. Die Tauben wurden mit Isofluran mit einem halboffenen Narkosesystem und Narkosemaske bei spontaner Atmung anästhesiert und im Toleranzstadium sonographiert. Als Schallfenster wurde der Bereich hinter der letzten Rippe und die Fenestra des Brustbeins beidseits durch die Leber zum Herzen genutzt. Die Messungen erfolgten in links- und rechtsseitiger paramedianer horizontaler Herzansicht („Vier-Kammer-Blick“), aus der durch vertikale Bewegung des Schallkopfs zwischen Aorta und Pulmonalarterie gewechselt wurde. Der Blutfluss im Bereich der Herzklappen wurde mithilfe des PW-Dopplers quantitativ und mithilfe des Farbdopplers qualitativ dargestellt. Die „Tissue Velocity Imaging“ (TVI) Funktion des Ultraschallgerätes wurde genutzt, um die longitudinale Myokardbewegung zu visualisieren und mithilfe der Q Funktion zu quantifizieren.

Die Blutflussgeschwindigkeiten konnten in der Aorta bei 100%, in der Pulmonalarterie bei 95,92% und an der rechten und linken Atrioventriklar-Klappe (AV-Klappe) ebenfalls bei 100% der untersuchten Tiere ermittelt werden. Hierbei zeigte sich, dass die Blutflussgeschwindigkeit in der Aorta besser im linksparamedianen Schallfenster erfasst werden können, ohne eine übermäßig hohe Winkelkorrektur durchführen zu müssen (p < 0,001). Für die Bestimmung der Blutflussgeschwindigkeiten der Pulmonalarterie und des ventrikulären diastolischen Einstroms konnte das rechtsparamediane Schallfenster ohne übermäßige Winkelkorrekturen genutzt werden (p < 0,001). Die höchsten Blutflussgeschwindigkeiten im Wachzustand konnten in der Systole in Aorta und Pulmonalarterie mit über 1 m/s ermittelt werden, wobei in der Pulmonalarterie die höchsten Spitzengeschwindigkeiten verzeichnet wurden. Die Blutflussprofile von Aorta und Pulmonalarterie unterschieden sich signifikant (p ≤ 0,005). Die Aorta wies in unseren Untersuchungen eine kurze Akzelerations- und längere Dezelerationszeit auf, wohingegen in der Pulmonalarterie ein abgerundetes Blutflussprofil mit einer geringgradig längeren Akzelerations- als Dezelerationszeit und einer gegenüber der Aorta geringfügig längeren Austreibungsphase festzustellen war. In der diastolischen Füllung beider Ventrikel konnte ein biphasisches Füllungsprofil (E- und A-Welle), dass bei hohen Herzfrequenzen zu einer EA-Welle mit höheren Gesamtgeschwindigkeiten verschmolz, festgestellt werden. Die Maximalgeschwindigkeiten des frühen Einstroms (E-Welle) waren signifikant geringer als die Blutflussgeschwindigkeiten der aktiven späten ventrikulären Füllung (A-Welle; p ≤ 0,001). Die Ergebnisse zeigten auch signifikante Unterschiede in der diastolischen Funktion des linken und rechten Ventrikels. Insbesondere die rechtsventrikuläre frühe Einstromgeschwindigkeit war signifikant niedriger als die vergleichbaren Blutflussgeschwindigkeiten im linken Herz (p ≤ 0,001). Diese Unterschiede basieren vermutlich auf den anatomischen Unterschieden zwischen den Ventrikeln. Die Einstromgeschwindigkeiten in der späten Diastole (A-Welle) waren zwischen den beiden Herzkammern vergleichbar.

Die Herzfrequenz hatte im Wachzustand auf die systolischen Blutflussgeschwindigkeiten vor allem einen signifikanten Einfluss auf die der Pulmonalarterie (positive Korrelation; p ≤ 0,029; Rangkorrelationskoeffizient nach Spearman: r = 0,341 – 0,500). Die Aortengeschwindigkeiten wurden in unseren Untersuchungen nicht signifikant beeinflusst. Deutlich wurde ein signifikanter Einfluss der Herzfrequenz auch auf den diastolischen Blutfluss und hier insbesondere auf die A-Wellen Blutflussgeschwindigkeiten (positive Korrelation; p ≤ 0,001; Rangkorrelationskoeffizient nach Spearman: r = 0,527 – 0,535). Dies führte besonders im linken Ventrikel zu Veränderungen des E zu A Verhältnisses in Abhängigkeit von der Herzfrequenz. Die Herzfrequenz hatte jedoch nur einen geringen Einfluss auf die passive ventrikuläre Füllung (E-Wellen Geschwindigkeiten).

Eine Inhalationsnarkose mit Isofluran führte zu einer signifikanten Abnahme der Herzfrequenz, der systolischen, mit einem größeren Einfluss auf den Blutfluss in der Pulmonalarterie, und der diastolischen Blutflussgeschwindigkeiten, insbesondere der A-Wellen-Geschwindigkeiten in beiden Ventrikeln (p < 0,001). Die systolische Austreibungsphase war in der Narkose gegenüber dem Wachzustand verlängert. In Narkose konnte eine signifikant negative Korrelation zwischen systolischen Blutflussgeschwindigkeiten in der Aorta und der Herzfrequenz gezeigt werden (negative Korrelation; p = 0,007; Rangkorrelationskoeffizient nach Spearman: r = -0,394). Somit kann eine höhere Herzfrequenz in Narkose als Kompensation für eine verminderte Herzleistung gewertet werden und ist in der Narkoseüberwachung zu berücksichtigen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigen somit auch, dass Referenzwerte, die in Narkose erstellt wurden, für Brieftauben im Wachzustand nicht gelten und gesondert etabliert werden müssen.

Mit der Farbdopplersonographie konnte bei der Brieftaube der diastolische und systolische Blutfluss in den Herzkammern und den Herzklappenbereichen dargestellt werden. Allerdings musste die Pulswiederholfrequenz (PRF) an die spezifischen Blutflussgeschwindigkeiten der zu messenden Herzregion angepasst werden, um ein Aliasing bei höheren Geschwindigkeiten zu reduzieren und den Blutfluss niedrigerer Geschwindigkeiten sichtbar zu machen. Mithilfe der Farbdopplerechokardiographie konnten erstmals typische physiologische atriale und ventrikuläre Blutflusswirbelbildungen in einem Vogelherz visualisiert werden. Im linken Ventrikel konnte ein asymmetrischer Wirbelring im Verlauf der passiven und aktiven Ventrikelfüllung, im rechten Ventrikel ein großer Blutwirbel gegen den Uhrzeigersinn bei der aktiven Ventrikelfüllung, im linken Vorhof ein Wirbel im sowie im rechten gegen den Uhrzeigersinn bei Füllung beobachtet werden. Die Kenntnisse dieser physiologischen Wirbelbildung des Blutes helfen, einen pathologischen Blutfluss leichter zu erkennen. Bei anästhesierten Brieftauben konnten mithilfe der Farbdopplersonographie Insuffizienzen der linken AV-Klappe in der Präejektionsperiode bei 93% der untersuchten Brieftauben festgestellt werden. Hieraus lässt sich folgern, dass die Kontraktion des Myokards des linken Ventrikels für einen vollständigen Klappenschluss und somit für die Funktion dieser Herzklappe bedeutsam ist. Die Ergebnisse zeigen auch, dass auch bei anästhesierten Vögeln ein schneller vollständiger Schluss der rechten AV-Muskelklappe vorliegt. Daraus kann gefolgert werden, dass eine direkte Innervation der Muskelklappe über den rechten Vorhof erfolgt.

Die Tissue Doppler Imaging (TDI) Untersuchungen zur Darstellung der Myokardbewegung des Brieftaubenherzens bestätigten die Bewegung der Klappenebene in Richtung der Herzspitze in der Systole und weg von dieser in der Diastole. Hieraus resultierte eine TDI Kurve mit einer positiven S‘-Welle (Systole, Austreibungsphase) und einer negativen E‘- (frühe Diastole) und A‘-Welle (späte Diastole) bzw. einer negativen verschmolzenen EA‘-Welle. In der isovolumetrischen ventrikulären Kontraktion und Relaxation zeigten sich in der TDI Kurve der Taube ungerichtete Bewegungen mit positiven und negativen Elementen. Es wurde eine inhomogene Verteilung der Myokardgeschwindigkeiten mit einem statistisch signifikanten Geschwindigkeitsgradienten von den basalen zu den apikalen Myokardsegmenten gefunden (p ≤ 0,001). Die linken und rechten freien Wände hatten signifikant höhere Myokardgeschwindigkeiten als das Myokard des Septums (p ≤ 0,001). Die myokardialen Geschwindigkeiten während der aktiven Ventrikelfüllung waren in der rechten freien Ventrikelwand signifikant höher als in der linken (p ≤ 0,001). Die Validierung der Methode ergab Variationskoeffizienten zwischen 3% und 33% für die systolischen und 3% und 75% für die diastolischen Einzelmyokardgeschwindigkeiten. Wöchentliche Wiederholungsmessungen ergaben Variationskoeffizienten zwischen 3% und 45% für die systolischen und diastolischen Myokardgeschwindigkeiten. Die Herzfrequenz hatte ebenfalls einen signifikanten Einfluss auf die Bewegung einiger Myokardsegmente, so zeigte sich eine positive Korrelation mit den Myokardgeschwindigkeiten der rechten freien Wand in der Systole (S‘-Welle; positive Korrelation; p = 0,03;  Rangkorrelationskoeffizient nach Spearman: r = 0,33). Dieser Zusammenhang spiegelt die ermittelten Einflüsse auf die Blutflussgeschwindigkeiten wieder. Die Variation der Messergebnisse und ein möglicher Einfluss der Herzfrequenz sind bei einem klinischen Einsatz des Gewebedopplers zu berücksichtigen.

Die TDI-Untersuchungen der Tauben in Narkose zeigten vor allem den signifikant negativen Einfluss einer Anästhesie auf die systolischen (S‘-Welle) und die spätdiastolischen (A‘-Welle) Myokardgeschwindigkeiten (p ≤ 0,001). Die frühdiastolischen (E‘-Welle) Geschwindigkeiten wurden durch die Anästhesie weniger beeinflusst und nahmen nur für einige Herzwandsegmente signifikant ab. Die systolischen myokardialen Geschwindigkeiten der linken freien Wand waren im Vergleich zu den Blutflussgeschwindigkeiten ebenfalls signifikant negativ mit der Herzfrequenz korreliert (negative Korrelation; p = 0,008;  Rangkorrelationskoeffizient nach Spearman: r = -0,41). Mithilfe der TDI-Kurve konnten die isovolumetrische Kontraktionszeit (IVC) und Relaxationszeit (IVR) sowie die atrioventrikuläre Überleitungszeit ermittelt werden. Eine signifikante Verlängerung der IVR und der atrioventrikulären Überleitungszeit während der Anästhesie konnte so festgestellt werden (p < 0,05).

Die Untersuchungen zur Dopplersonographie bei Brieftauben haben gezeigt, wie wertvoll diese Untersuchungsverfahren zur Beurteilung des Blutflusses im Herzen, der Klappenfunktion und der Myokardbewegung sind. Mithilfe der Dopplersonographie konnten wichtige Einblicke in die Funktionsweise dieses anpassungsfähigen Organs gegeben werden. Es konnte zudem verdeutlicht werden, dass im klinischen Einsatz physiologische Einflussgrößen auf den Blutfluss, wie z.B. die Herzfrequenz, oder eine Inhalationsnarkose mit Isofluran, neben technischen Einflussgrößen, wie Schallwinkel, Bildrate und PRF, beachtet werden müssen, um Fehlinterpretationen zu vermeiden.