Echokardiographische Bestimmung der systolischen Rotationsbewegungen des Pferdeherzens mittels zweidimensionalem Speckle Tracking

Abstract

Die Echokardiographie ist heute in der Pferdemedizin eine Standardmethode zur Bestimmung der Klappenfunktion, Größe der Herzhöhlen und Muskeldicken. Die M - Mode - Technik erlaubt eine Einschätzung der Herzmuskelfunktion. Trotz Fortschritten in der diagnostischen Pferdekardiologie, wie zum Beispiel der Gewebedopplerechokardiographie, lässt sich bisher nur in seltenen Fällen eine Prognose bezüglich der Lebenserwartung und einer sportlichen Nutzung von Pferden mit kardiologischen Befunden abgeben. In der vorliegenden Arbeit wurden Rotationsbewegungen des linken Ventrikels des Pferdeherzens nun erstmalig mittels zweidimensionalem Speckle Tracking auf drei Ebenen bestimmt. Untersucht wurden drei Kurzachsenschnitte der linken Herzseite beim Pferd: Direkt unterhalb der Mitralklappe (Basis), auf Höhe der Papillarmuskeln und an der Herzspitze (Apex). In den zweidimensionalen Graubildaufnahmen wurden anschließend natürliche akustische Marker, die sogenannten Speckles, mittels einer spezifischen Software (EchoPac PC, GE Healthcare) verfolgt und somit die Gewebeverlagerung auf zirkumferentieller Ebene in Grad berechnet, um damit eine Aussage über die myokadiale Rotation bzw. Torsion zu erhalten. Dazu wurden 38 Pferde untersucht. Eine Gruppe von 16 herzgesunden Pferden diente zur Erstellung von Normwerten und zur Überprüfung der Reproduzierbarkeit der Methodik. Dazu wurden die Daten an drei aufeinanderfolgenden Tagen von zwei Untersuchern erhoben. Zusätzlich wurden 22 herzkranke Pferde untersucht. Acht Pferde wiesen Klappenerkrankungen mit Dimensionsveränderungen der Herzhöhlen auf und bei neun Patienten konnten Klappenerkrankungen ohne Dimensionsveränderungen diagnostiziert werden. Neben der Bestimmung der kardialen Rotation wurde bei allen Pferden eine standardechokardiographische Untersuchung im B – Mode, M – Mode und mit der Farbdopplerechokardiographie durchgeführt. Alle aufgezeichneten B - Mode - Daten der 16 gesunden Pferde waren auswertbar. Von der Basis aus gesehen fand auf allen Messebenen eine frühsystolische Rotation im Uhrzeigersinn (positiver Rotationswinkel) gefolgt von einer Rotation gegen den Uhrzeigersinn (negativer Rotationswinkel) statt. Es war eine signifikante Zunahme der Rotationsamplitude von der basalen zur apikalen Ebene nachweisbar (p < 0,0001). Die Gruppe aller herzkranken Pferde zeigte ebenfalls eine signifikante Zunahme der Rotationsamplitude von basal nach apikal, aber es war kein signifikanter Unterschied der Rotationsamplituden zwischen herzgesunden und der Gesamtheit aller herzkranken Pferde messbar. Die Gruppe der herzkranken Pferde mit Dimensionsveränderungen von linkem Vorhof und / oder linker Herzkammer hingegen zeigte eine signifikante Reduktion der Rotationsamplitude gegenüber den gesunden Pferden. Der zeitliche Verlauf der Rotation zeigte eine Zunahme von basal nach apikal ohne signifikante Unterschiede zwischen den herzgesunden und herzkranken Probanden. Die Untersuchungen zur Reproduzierbarkeit ergaben auf der mittleren Ebene niedrige bis moderate Variationskoeffizienten (5,99 % bis 19,28 %) und auf basaler und apikaler Ebene eine niedrige bis hohe Variabilität (4,66% - bis 31,64%). In dieser Studie wurde somit nachgewiesen, dass die zweidimensionale Speckle Tracking Methode besonders auf mittlerer Myokardebene geeignet ist, um Rotationsbewegungen des Pferdeherzens darzustellen. Es konnte ein Unterschied zwischen dem linksventrikulären Rotationsverhalten von Pferden und dem von Mensch und Hund nachgewiesen werden. Außerdem zeigten unsere Untersuchungen, dass die linksventrikuläre Rotation durch Herzerkrankungen, die mit Dimensionsveränderungen von linkem Vorhof und oder linkem Ventrikel einhergehen, beeinflusst wird. In zukünftigen Studien sollte der Wert dieser Untersuchungsmethode zur Beurteilung der kardialen Funktion insbesondere bei herzkranken Pferden weiter untersucht werden. Zusätzlich bietet es sich an zu überprüfen, in wieweit die Methode (ähnlich wie beim Menschen) auch beim Pferd zur Beurteilung des Trainingszustandes herangezogen werden kann.

Echocardiography is the current method of choice in equine cardiology to assess valvular function, cardiac dimensions and myocardial thickness. M-Mode allows an assessment of myocardial function. However, despite new techniques in equine diagnostic cardiology such as tissue doppler imaging, prognosticating equine patients with cardiologic findings remains challenging. The current study evaluated rotational deformation of the equine left ventricle (LV) by two-dimensional speckle tracking on three different scan planes. The rotational deformation was derived from three left parasternal short-axis images recorded at the level of the mitral valve (base), the medial level and the apical level. In these gray scale loops, natural acoustic markers (speckles) were tracked and traced by a dedicated software package (EchoPac PC, GE Healthcare) to determine myocardial deformation in the circumferential plane. Thirty-eight horses were included in the study. To establish reference values and to evaluate the reproducibility of our method, 16 healthy warmblood horses were examined (control group). Data was acquired on three consecutive days by two observers. Then, 22 horses of different breeds with cardiac problems were examined. In 8 horses diagnosed with valvular dysfunction, a deviation in cardiac dimensions could be identified. No alteration of cardiac dimensions was found in 9 additional patients with the same diagnosis. All horses underwent a standard echocardiographic examination with B-Mode, M-Mode and colour doppler echocardiography. All B-Mode recordings of the healthy horses were of adequate quality. We identified a similar systolic rotational motion with different amplitudes at the three myocardial levels. As seen from the base, the motion starts with an initial (or early systolic) clockwise rotation (positive rotation angle) followed by a counterclockwise rotation (negative rotation angle). There was a significant difference between the rotational amplitudes at each level. We found an increase in left ventricular rotation from the basal to the apical level. The results of the group with cardiac findings also showed a significant difference in rotational amplitude between the scan levels. There was no significant difference between the group of horses with cardiac findings and the healthy group on each scan level. Horses with cardiac findings and a deviation of the left atrium and / or the left ventricle had a significant decrease in rotational amplitude compared to the healthy group (p < 0,0001). Also the timespan to the systolic rotational peak increased from the basal to the apical level without significant differences between the groups. The coefficient of variation on the medial level was low to moderate (5,99 % bis 19,28 %) whereas the apical and basal level showed low to high variability (4,66% - bis 31,64%). In conclusion, we were able to show that left ventricular rotational motion can be evaluated noninvasively using two- dimensional speckle-tracking-based wall motion analysis applied to standard two-dimensional echocardiographic recordings of the LV in a right-parasternal short-axis view, especially at the level of the papillary muscles. We found a difference in left ventricular rotation between horses, humans and dogs. Additionally we showed that left ventricular rotational deformation is affected by changes in left ventricular and atrial size. Further studies are necessary to prove the validity of this method in horses with cardiac dysfunction. Additionally this method should be evaluated at rest and in exercise.