Die diastolische Herzschwäche kann mithilfe einer neu entwickelten Magnetresonanztomographie (MRT)-Technologie zuverlässig erkannt werden, zeigt eine Studie des Deutschen Zentrums für Herz-Kreislauf-Forschung (DZHK) am Standort Göttingen. Bislang war das nur mit einer invasiven Herzkatheter-Untersuchung möglich, die für die Patienten sehr belastend ist.

Bei einer diastolischen Herzschwäche, die auch Heart failure with preserved ejecton fraction (HFpEF) genannt wird, bleibt die Pumpkraft des Herzens erhalten, aber die linke Herzkammer ist steif und füllt sich nicht ausreichend mit sauerstoffreichem Blut. Die Patienten leiden unter Atemnot, Wassereinlagerungen und sind körperlich zunehmend weniger leistungsfähig. Mit nicht-invasiven Methoden, wie einer Ultraschalluntersuchung, war die HFpEF bisher schwer zu diagnostizieren und wurde oft erst spät erkannt.

In der Studie HFpEF-stress-DZHK17 konnten die Wissenschaftler um Studienleiter Professor Dr. Andreas Schuster, Klinik für Kardiologie und Pneumologie der Universitätsmedizin Göttingen (UMG), nun zeigen, dass die diastolische Herzschwäche mithilfe einer neuen nicht-invasiven Echtzeit-MRT-Technologie präzise diagnostiziert und somit eine Herzkatheter-Untersuchung zukünftig möglicherweise vermieden werden kann. Professor Dr. Martin Uecker, Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie der UMG, sowie Dr. Shuo Zhang und Professor Dr. Jens Frahm vom Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen entwickelten die neue MRT-Technologie. Sie erlaubt es, MRT-Messungen am Herzen unter Belastung durchzuführen. Denn die Patienten können bei der MRT-Untersuchung weiteratmen und müssen nicht, wie bisher, währenddessen den Atem anhalten.

Eingeschränkte Herzfunktion wird unter Belastung deutlich

Bei der am Göttingen Campus entwickelten Methode ist auf der Untersuchungsliege eine Art Hometrainer installiert. Die Besonderheit liegt in den nicht-magnetischen Bauteilen des MRT Ergometers, die dessen Einsatz im Magnetfeld des Magnetresonanztomographen ermöglichen. Die Patienten fahren liegend Fahrrad, dabei vermisst das MRT-Gerät ihr Herz. Die Bilder können die Ärzte während der Untersuchung auf einem Bildschirm verfolgen und so genau beurteilen, wie gut das Pumporgan des Patienten funktioniert. „Wir sehen im MRT, wie das Herz schlägt, wie es sich füllt und wieder entleert“, erklärt der Erstautor der Studie, Privatdozent Dr. Sören Backhaus, Klinik für Kardiologie und Pneumologie der UMG. „Mit dem MRT können wir daher direkt die krankmachende Veränderung am Herzen messen und nicht nur die Konsequenzen beurteilen.“ Bei Patienten mit HFpEF ist dabei zu sehen, dass die Leistung des linken Vorhofs des Herzens eingeschränkt ist. Das ist die erste Herzkammer, die das mit Sauerstoff beladene Blut nach der Lunge erreicht. „Diese eingeschränkte Funktion wird aber nur deutlich, wenn die Patienten sich bewegen und damit Herz und Kreislauf belasten“, so Backhaus.

Multizentrische Studien geplant

Bei dem bisherigen Goldstandard der Herzuntersuchung wird ein Katheter in das Herz und in die Lungenarterie geschoben und misst die Veränderung des Lungendrucks, während sich die Patienten bewegen. Bei Patienten mit einer diastolischen Herzschwäche staut sich unter Belastung das Blut in die Lunge zurück, sodass der Lungendruck zunimmt. Die Untersuchung mit dem Herzkatheter ist zwar sehr genau, aber teuer, für die Patienten belastend und auch nicht einfach umzusetzen, da sie sich bewegen müssen, während ein Katheter in ihrem Herzen liegt.

Mit der DZHK-Studie haben die Göttinger Wissenschaftler die neue MRT-Untersuchung validiert und bewiesen, dass sie für die Diagnose der HFpEF sehr gut funktioniert und die Katheteruntersuchung so möglicherweise vermieden werden kann. Bevor das Verfahren routinemäßig in der Diagnostik eingesetzt werden kann, sind aber noch größere Studien notwendig. „Bei der Fahrrad-Ergometrie Echtzeit MRT handelt es sich um ein komplett neues diagnostisches Verfahren für Patienten mit diastolischer Herzschwäche. Als Nächstes planen wir eine Studie, an der sich mehrere Zentren beteiligen, um zu überprüfen, ob die Methode für die Patienten vorteilhaft ist“, so Schuster.

Die Publikation wurde als Paper of the Month | Januar 2021 des DZHK ausgezeichnet.

Studie: Cardiovascular magnetic resonance real time exercise stress testing in heart failure with preserved ejection fraction HFpEF-stress-DZHK17

Originalpublikation: Exercise-Stress Real-time Cardiac Magnetic Resonance Imaging for Non-Invasive Characterisation of Heart Failure with Preserved Ejection Fraction: The HFpEF Stress Trial. Backhaus et. al., Circulation. 2021 Jan 21. https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/CIRCULATIONAHA.120.051542

Hintergrundinformation Echtzeit-MRT

Eine Forschergruppe am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie entwickelte die Echtzeit-MRT-Technologie. Die Technologie ermöglicht eine bislang unerreichte zeitliche und räumliche Auflösung der MRT-Bildgebung in Echtzeit. Die neue Technologie von Prof. Martin Uecker, Dr. Shuo Zhang und Prof. Jens Frahm kann das schlagende Herz mit einer zeitlichen Auflösung von 10 Millisekunden aufnehmen, also als Bildserie oder MRT-Film mit bis zu 100 Bildern pro Sekunde.

Ebenso kann sie den Blutfluss im menschlichen Kreislauf in Echtzeit und hoch aufgelöst messen.Neben der in der HFpEF-stress-DZHK17 eingesetzten Möglichkeit, MRT-Aufnahmen zu machen, während der Proband sich bewegt, hat das Verfahren noch weitere Vorteile: Zum Beispiel für Patienten mit Herzrhythmusstörungen oder Patienten, die wegen ihrer Erkrankung nicht in der Lage sind, mehrere Sekunden den Atem anzuhalten. Das trifft auch auf Kinder mit angeborenen Herzfehlern zu, bei denen die bislang notwendige Narkose damit verkürzt oder sogar ganz entfallen könnte.

Auch Gelenk- und Sprechbewegungen sowie Schluckvorgänge lassen sich mit der Echtzeit-MRT direkt beobachten, wodurch Ursachen für Schmerzen oder Störungen entdeckt werden können. Neben der Universitätsmedizin Göttingen testen mehrere andere Universitäten in Deutschland, Großbritannien und den USA die Göttinger Echtzeit-MRT für den routinemäßigen Einsatz bei Patienten.

Echtzeit-MRT-Filme der Forschungsgruppe Frahm vom Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie Göttingen

Publikationen zur Echtzeit-MRT: Frahm J, Voit D, Uecker M. Real-Time Magnetic Resonance Imaging: Radial Gradient-Echo Sequences With Nonlinear Inverse Reconstruction. Investigative Radiology 2019;54:757-766. doi: 10.1097/RLI.0000000000000584

Uecker M, Zhang S, Voit D, Karaus A, Merboldt K-D, Frahm J. Real-time magnetic resonance imaging at a resolution of 20 ms. NMR in Biomedicine 2010;23:986-994. https://doi.org/10.1002/nbm.1585 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/nbm.1585