Nichtinvasive apparative Funktionsdiagnostik

Verschiedene Methoden eignen sich für die Messung von Arteriendrücken an Extremitätenarterien. Das am häufigsten verwendete Prinzip besteht aus einer Blutdruckmanschette und einem distal davon platzierten Blutflusssensor (z. B. cw-Doppler, Laser-Doppler, Fotoplethysmografie). Je nach Position und passender Größe der Manschette lassen sich auf diese Weise systolische Arm-, Knöchel-, Finger- oder Zehenarteriendrücke messen. Die auf diese Weise gemessenen Drücke entsprechen den systolischen Druckwerten in Höhe der Manschette und nicht denen am Ableitungsort des Sensors. Alternativ lassen sich systolische Drücke an Extremitäten an verschiedenen Positionen oszillometrisch bestimmen. Moderne vaskuläre Messeinheiten bieten dieses Verfahren im Rahmen der Stufenoszillografie (siehe unten und Abb. 1) an.

Für die systolische Druckmessung an Extremitäten findet in der klinischen Routine überwiegend die cw-Doppler-basierte Messung Verwendung. Vor der Messung sollte der Patient ca. 10 min in Rückenlage ruhen, um stabile Kreislaufverhältnisse und damit verlässliche Ruhewerte zu erreichen. Nach Anlage von Oberarmblutdruckmanschetten wird der arterielle Blutfluss über der Arteria brachialis beidseitig mit einer 8- bis 10-MHz-cw-Dopplersonde detektiert und der systolische Armarterienduck bestimmt (siehe unten). Dabei wird der Druck der Blutdruckmanschette schnell 20 mmHg über den Wert aufgepumpt, an dem das pulssynchrone Strömungsgeräusch verschwindet. Anschließend wird die Blutdruckmanschette langsam mit einer Geschwindigkeit von ca. 2 mmHg/s abgelassen. Der Druckwert des ersten hörbaren pulssynchronen Geräusches entspricht dem systolischen Armarteriendruck. Zur Messung der systolischen Knöchelarteriendrücke an den Beinen wird die Blutdruckmanschette direkt oberhalb der Knöchelregion angelegt. Zur Ableitung des Flusssignals über der Arteria tibialis posterior wird die Dopplersonde dorsal des medialen Knöchels und zur Ableitung der Arteria dorsalis pedis auf dem proximalen Fußrücken aufgesetzt. Die Messung der systolischen Knöchelarteriendrücke erfolgt in gleicher Weise wie die Messung des Armarteriendrucks.

Der Ankle-Brachial Index (ABI) oder deutsch Knöchel-Arm-Druck-Index (KADI) ist ein Maß für die Beurteilung der Durchblutung der unteren Extremitäten anhand des Verhältnisses der systolischen Blutdrücke in den Arterien der oberen und unteren Extremitäten.

Der ABI wird als Quotient der systolischen Druckwerte der Knöchelarterien und des höchsten Armarteriendrucks für das rechte und das linke Bein berechnet. Bezüglich der klinischen Verwendung des höchsten oder niedrigsten Knöchelarteriendrucks sei auf das Kap. „Stufendiagnostik bei PAVK“ verwiesen. Für die Berechnung schreiben die deutschen S3-Leiltinien zur peripheren arteriellen Verschlusskrankheit (PAVK) (S3-Leitlinie PAVK 2015): „Während der ABI-Wert mit dem höchsten Knöchelarteriendruck ein Maß für die periphere arterielle Durchblutung und die hämodynamische Relevanz ist, gelingt durch die Verwendung des niedrigsten Knöchelarteriendrucks der Nachweis oder Ausschluss einer PAVK.“ Der ABI unter Verwendung des niedrigsten Knöchelarteriendrucks ist ein Indikator für das Vorliegen einer Arteriosklerose und damit zugleich ein Marker für die kardiovaskuläre Morbidität und Mortalität (Abb. 1).

Pathologische Gefäßprozesse gehen mit Veränderungen der Pulswelle einher, die mit den Fingern nur an den typischen Pulspalpationsstellen zu beurteilen sind. Mithilfe der Oszillografie kann die Pulswelle an jedem Extremitätenabschnitt untersucht werden. Dabei werden Puls-/Volumenschwankungen des von einer Manschette umschlossenen Gefäßquerschnitts einer Extremität unter verschiedenen von außen einwirkenden Drücken mit gleicher Empfindlichkeit registriert.

Bei der Durchführung wird die Ruheoszillografie von der Belastungsoszillografie unterschieden (Janicke 2017). Zur Ruheoszillografie sollte der Patient zuvor ca. 10 min in Rückenlage ruhen, um stabile Kreislaufverhältnisse zu erreichen. Dann wird vor Messbeginn der systolische Blutdruck ermittelt, damit der maximale Manschettendruck auf 20–40 mmHg oberhalb des systolischen Blutdruckwertes eingestellt werden kann. Der Manschettendruck wird dann automatisch in 20-mmHg-Schritten bis hinunter auf 20 mmHg reduziert und pro Druckstufe mehrere Ausschläge registriert. Direkt im Anschluss wird die Belastungsoszillografie durchgeführt. Dabei verbleiben die distalen Manschetten oberhalb des Knöchels als Ableitung. Nun werden bei V. a. eine Oberschenkelläsion zur Belastung 30 Zehenstände oder bei V. a. eine Beckenarterienläsion 20 Kniebeugen durchgeführt. Danach legt der Patient sich wieder hin und die Ableitung der Oszillografiekurve beginnt sofort bei dem Manschettendruck, bei dem bereits in Ruhe die größten Oszillationen sichtbar waren.

Neben der Stufenoszillografie, bei der die Druckmanschette verschiedene Druckstufen abfährt, gibt es Varianten der Oszillografie, bei der nur mit einem konstanten Manschettendruck von z. B. 60 mmHg gearbeitet wird. Im Vordergrund dieser Methode steht nicht die Beurteilung des oszillometrischen Index, sondern die Morphologie der Puls-Volumen-Kurve. Die Oszillationskurven werden dazu am Oberschenkel, Unterschenkel und Fuß mit einer hohen Taktfrequenz abgeleitet. Dies erlaubt die Erstellung klarer Oszillationskurven, die im Normalfall die Dikrotie erkennen lassen. Der Verlust der Dikrotie, eine verminderte Amplitude oder ein fehlender steiler initialer Kurvenanstieg an der jeweiligen Ableitungsstelle gilt als Hinweis auf eine vorgeschaltete Obstruktion. Wichtig ist auch hierbei eine seitenvergleichende Analyse der Kurven (siehe Kap. „Stufendiagnostik bei PAVK“).

Hände und Füße weisen durch die Arcus superficialis und profundus im Bereich der Hände und den Arcus plantaris im Bereich der Füße sowie die doppelt angelegten Finger- bzw. Zehenarterien eine überproportionierte Gefäßversorgung auf. Sie ist Voraussetzung für einen Schutz der Akren gegen Durchblutungsstörungen bei Kälte und die intermittierenden Gefäßokklusionen bei Belastung der Hände und Füße. Die Zehenarterien und noch ausgeprägter die Fingerarterien zeichnen sich im Vergleich zu anderen Arterien gleichen Kalibers dadurch aus, dass in diesen Gefäßen ausgeprägte Veränderungen des Gefäßlumens im Sinne einer vor allem temperaturabhängigen Durchblutungssteuerung stattfinden. Sie haben eine Funktion übernommen, die in gewisser Hinsicht der der präkapillären Arteriolen entspricht.

Heute wird die akrale Perfusion meist optisch mittels Fotoplethysmografie bestimmt und zum Teil mit einer Druckmessung kombiniert. Der Fotoplethysmografie liegt die Tatsache zugrunde, dass das Hämoglobin im Blut Licht im nahen Infrarotbereich des Spektrums sehr viel stärker absorbiert als alle übrigen Strukturen der Haut. Licht mit einer Wellenlänge von 940 nm dringt durch die Haut in das darunterliegende Gewebe ein, wird in Abhängigkeit von der lokalen Blutfülle der durchstrahlten Gewebeschichten reflektiert und von einer Messsonde registriert. Von dem verwendeten infraroten Licht wird nur ein kleiner Anteil (ungefähr 15 %) des eingestrahlten Lichtes absorbiert.

Zu Beginn der Messungen sollte der Patient über den Untersuchungsablauf informiert werden und er wird aufgefordert, sich ohne Armbanduhr und ggf. Armbänder bzw. ohne Schuhe und Strümpfe auf die Untersuchungsliege zu legen und dort mindestens 10 min bis zum Beginn der Untersuchung in Rückenlage zu ruhen. Dabei sollte die Raumtemperatur zwischen 19 und 24 °C liegen und die Hände bzw. die Füße sollten durch Abdecken mit einem Tuch vor Auskühlung geschützt werden. Durch die Ruhephase wird erreicht, dass sich der systemische Blutdruck auf ein stabiles Niveau einpendelt und während der Druckmessung an den Fingern und Zehen nicht weiter sinkt. Bei Schwankungen des mittleren Blutdruckniveaus können die an den verschiedenen Lokalisationen gemessenen Drücke nicht miteinander verglichen werden.

Dann können die Signale an den Fingern oder Zehen im Seitenvergleich abgeleitet werden. Um absolute Fingerarteriendrücke bzw. Zehenarteriendrücke bewerten zu können, wird zunächst der systemische Blutdruck nach der Riva-Rocci-Methode beidseits gemessen.

Die Selbsteinschätzung der Gehstrecke durch den PAVK-Patienten ist in aller Regel sehr unzuverlässig. Neben geschlechtsspezifischen Unterschieden in der Schmerzwahrnehmung kommt hier die individuell sehr unterschiedliche Selbsteinschätzung des Patienten zum Tragen. Hinzu kommt, dass eine realistische Gehstreckenschätzung in Metern nur den wenigsten Patienten gelingt. Somit erscheint eine Gehstreckentestung zur objektiven Ermittlung der Funktionsbeeinträchtigung und ggf. zur Erfassung eines Therapieeffektes notwendig (Labs et al. 1999).

Eine Messung der Gehstrecke ist mittels eines einfachen Gehtests oder einer Laufbandergometrie möglich. Beim einfachen Gehtest soll der Patient und Untersucher gemeinsam nach Metronomdiktat im Tempo von 120 bzw. 90 Schritten pro Minute eine Teststrecke abschreiten, und der Patient wird regelmäßig nach aufgetretenen Beschwerden befragt. Insgesamt ist der Test zwar einfach durchführbar, aber nur schlecht reproduzierbar und von einer Vielzahl von Variablen abhängig.

Wesentlich reproduzierbarer sind die laufbandergometrischen Testverfahren. Das Ausmaß der Belastungseinschränkung bei Patienten mit PAVK lässt sich am besten durch eine definierte Belastung erfassen. Hierbei werden Verfahren mit konstanter (Constant Load Test, z. B. 3,5 km Geschwindigkeit und 12 % Steigung) und steigender (Graded Exercise Test, sogenannter G-Test) Belastungsintensität unterschieden. Bezüglich ihrer hämodynamischen und metabolischen Auswirkungen erscheinen die verschiedenen Laufband-Testverfahren vergleichbar (Gardner et al. 1992).

Wegen der hohen Koinzidenz von koronarer und peripher-vaskulärer Gefäßerkrankung erscheint eine simultane EKG-Registrierung sinnvoll. Eine hypertensive Blutdruckantwort unter Belastung (Anstieg des systolischen Blutdrucks um ≥ 55 mmHg) ist bei PAVK-Patienten mit einer ungünstigen Prognose mit erhöhter Mortalität und erhöhten Raten an kardiovaskulären Ereignissen assoziiert. Daher erscheint eine Blutdruckmessung zumindest vor Belastungsbeginn und unmittelbar nach Belastungsende wünschenswert (de Liefde II et al. 2008),

Bei der transkutanen Sauerstoffpartialdruckmessung (TcPO₂) wird der von der Haut freigesetzte physikalisch gelöste Sauerstoff mit speziellen Sonden gemessen. Abhängig vom Blutfluss und von der aktuellen Sauerstoffspannung spiegelt der TcPO₂-Wert Störungen der Mikro- und Makrozirkulation durch vaskuläre Erkrankungen wider. Die kommerziell erhältlichen TcPO₂-Elektroden basieren entweder auf einer standardisierten elektrochemischen Messung des TcPO₂ (Clarke-Sonde) oder dem Prinzip der dynamischen Fluoreszenslöschung als fotooptische Messmethode.

Die exakte Durchführung der TcPO₂-Messung ist von der Hautphysiologie abhängig. So ist der TcPO₂-Wert umgekehrt proportional zur transdermalen Diffusionstrecke. Daher sollten vor der Messung lose oberflächliche Epithelien mittels Verwendung eines Klebebandes entfernt werden (Evans und Naylor 1967). Dies erhöht die Zuverlässigkeit der Methode. Die Erwärmung der Haut auf 44 °C bewirkt durch die herbeigeführte Gefäßerweiterung eine bessere Arterialisierung (Savin et al. 1995). Die Durchführung der TcPO₂-Messung beinhaltet die Kalibrierung der Sonde, die Messstellenwahl, die Messstellenvorbereitung und die Elektrodenfixierung sowie die Anwendung spezifischer Provokationsmanöver.

Die Laser-Doppler-Fluxmetrie (LDF) ist eine sensitive, optische, nichtinvasive Untersuchungsmethode zur Erfassung von Veränderungen in der kutanen Mikrozirkulation. Das Verfahren benutzt dazu monochromatisches, energiearmes Laserlicht. Das Laserlicht durchdringt das Gewebe und wird abhängig von der individuellen Gewebedurchdringung von sich bewegenden Blutzellen reflektiert, durch einen empfindlichen Sensor aufgezeichnet und anschließend unter Berücksichtigung des Dopplereffekts als qualitatives Maß der mikrovaskulären Hautdurchblutung im Messvolumen analysiert.

Die LDF erlaubt die Echtzeitmessung der mikrovaskulären roten Blutzellperfusion im Gewebe. Die Perfusion wird manchmal auch als mikrovaskulärer Blutfluss oder roter Blutzellflux bezeichnet. Die Durchblutung des Gewebes wird in sogenannten Perfusion Units (PU) gemessen. Da die Gewebedurchblutung nicht in absoluten physikalischen Einheiten (z. B. als ml/min/100 g Gewebe) ausgedrückt werden kann, sind PU eine dimensionslose Größe. Obwohl die Messungen proportional zur Perfusion sind, ist der Proportionalitätsfaktor für unterschiedliche Gewebe verschieden.

Es gibt zahlreiche Protokolle für die LDF-Untersuchung (Sarnik 2017). Ein häufig verwendetes Protokoll sieht wie folgt aus:

Die Kapillarmorphologie der gesunden Haut variiert in Abhängigkeit von der Körperregion. Während am Unterschenkel eine eher retikuläre Anordnung dominiert, finden sich am Unterarm und am Körperstamm punkt- oder kommaförmige Kapillaren mit 1–3 Kapillaren pro Hautpapille, deren Begrenzung an der normalen Hautpigmentierung erkannt wird. Die Dichte der Kapillaren ist viel niedriger als z. B. in der Muskulatur und schwankt regional und interindividuell erheblich. An Nagelfalz und am Lippenrot verlaufen die Hautkapillaren parallel zur Hautoberfläche, sodass hier die Endstrombahn morphologisch gut beurteilt werden kann. Die Kapillarschlingen lassen sich durch die Strömung der Erythrozyten in einen arteriolären, apikalen und venulären Abschnitt einteilen.

Im Normalfall werden die Nagelfalze der Finger, sehr selten auch der Zehen, untersucht. Eine mechanische Fixierung der Finger, z. B. durch eine Stahlfeder oder Knetgummi, ist wünschenswert. Mit etwas Übung kann man die Finger während der Untersuchung aber auch manuell positionieren und fixieren. Zur Verbesserung des Einblicks muss der Nagelfalz mit Paraffinöl bestrichen werden. Untersucht werden standardmäßig die Finger 2–5 beidseits (Schmidt et al. 1997). Beurteilt wird die Morphologie der Kapillaren anhand ihrer Form, Dichte und Verteilung. Zunächst wird mit einer Übersichtsvergrößerung (ca. 60- bis 100-fach) die Kapillararchitektur beurteilt. Mit einer stärkeren Vergrößerung (ca. 150- bis 200-fach) werden die Kapillarmorphologie und das Flussmuster in den Kapillaren beurteilt. 95 % der Kapillaren eines gesunden Probanden sind typische Haarnadelkapillaren (Jung et al. 1987).

Das venöse Gefäßsystem zeichnet sich durch seine große Kapazität aus. Venen sind wesentlich dehnbarer als Arterien vergleichbarer Dimension und das venöse Gefäßsystem beinhaltet etwa zwei Drittel der gesamten Blutmenge. Es ist so ausgelegt, dass es beim Gesunden bei Lagewechsel des Körpers vom Liegen zum Stehen 300–500 ml aufnehmen und später wieder abgeben kann. Die Venenverschlussplethysmografie (VVP) erlaubt die Bestimmung der venösen Kapazität und des venösen Abstroms.

Die Grundlage der VVP-Messungen besteht darin, dass durch eine konische Oberschenkel- bzw. Oberarmmanschette mit stufenweise ansteigendem Druck isoliert nur der venöse Rückstrom aus der Extremität ausgeschaltet werden kann. Diese Methode basiert also auf der Annahme, dass Staudrücke, die 60–70 mmHg unter dem systolischen arteriellen Spitzendruck liegen, den venösen Rückfluss nahezu komplett unterbrechen, ohne den arteriellen Einstrom zu reduzieren (Hiatt et al. 1989). Die dadurch erreichte Zunahme des Beinumfangs, die im Wesentlichen auf einer zunehmenden venösen Füllung beruht und durch die Dehnungsmessstreifen oder Luftkammern aufgezeichnet wird, stellt die venöse Kapazität dar. Der venöse Abstrom wird am Ende der Stauphase als das Blutvolumen gemessen, welches pro Zeiteinheit über die Oberschenkelvenen abfließt. Um eine Behinderung des abfließenden Blutes durch die noch nicht vollständig entleerten Staumanschetten zu verhindern, beginnen manche Geräte die Aufzeichnung des venösen Abstroms mit einer kurzen Verzögerung. Vor Beginn dieser Messung sollte der Patient ca. 10 min in Rückenlage ruhen, um stabile Kreislaufverhältnisse zu erreichen.

Die Begriffe Fotoplethysmografie und Lichtreflexionsrheografie werden synonym für eine nichtinvasive Screeningmethode zur Funktionsbeurteilung der Hämodynamik des Beinvenensystems verwendet. Dabei wird die Pumpfunktion als Zusammenspiel von Bewegungsablauf und Funktion der Venenklappen beurteilt.

Das Verfahren beruht auf den unterschiedlichen Reflexions- und Extinktionseigenschaften der Hautkompartimente. In einem Wellenlängenbereich von über 800 nm reflektiert blutleere Haut über 60 %, eine blutgefüllte Haut aber nur etwa 6 % des eingestrahlten Lichtes. Die Intensität des reflektierten Lichtes wird hauptsächlich durch das venöse Blutvolumen bestimmt, da die venösen Gefäße im Gegensatz zu Kapillaren und Arteriolen parallel zur Hautoberfläche verlaufen. Erfasst wird die Veränderung der Blutfülle im Vergleich zum Ausgangswert, d. h., es ist eine relative Messung der Blutfülle der Haut. Der Abstand der Leuchtdioden zur Fotozelle ist so gewählt, dass 80 % des gemessenen reflektierten Lichtes aus einer Tiefe zwischen 0,32 und 2,25 mm stammen. Diese Messtiefe entspricht der Lage des venösen Gefäßplexus. Das von der Fotozelle gemessene Signal wird als elektrische Spannung angegeben. Der integrierte Schreiber ermöglicht die Aufzeichnung einer Spannungs-Zeit-Kurve während der aktiven Pumpbewegung (venöse Pumpleistung) sowie die Wiederauffüllzeit (t₀) des kutanen Venenplexus.

Die Untersuchung kann simultan an beiden Beinen durchgeführt werden. Der Patient sollte über den Untersuchungsablauf informiert werden. Es empfiehlt sich, dass der Untersucher den Ablauf demonstriert und während der eigentlichen Untersuchung das Bewegungsprogramm mitmacht. Eine Ruhephase vor Beginn der Untersuchung ist empfehlenswert. Der Patient wird aufgefordert, sich nach Ablegen der Hose und Strümpfe auf einen Stuhl in entspannter Position mit angelehntem Rücken zu platzieren. Die Beine werden im Knie ca. 110° gebeugt, beide Füße stehen auf dem Boden nebeneinander. Einengende oder abschnürende Unterwäsche sollte gegebenenfalls während der Untersuchung abgelegt werden. Beim stark behaarten Bein sollte im Messareal zuvor eine Rasur erfolgen, Salbenrückstände sollten entfernt werden, um zu gewährleisten, dass der Messkopf unmittelbar der Haut anliegt. Der Messkopf wird dann ohne Druck auf makroskopisch gesunder Haut 10 cm oberhalb des medialen Malleolus mittels Doppelklebering fixiert. Er sollte nicht über einer größeren Varize, einer Perforansvene oder über entzündlicher oder hyperpigmentierter Haut fixiert werden. Die Venenfunktionstests werden unter dynamischen Bedingungen durchgeführt, wobei eine standardisierte Abfolge von Bewegungen erfolgt: 10 Dorsalextensionen innerhalb von 15 s in sitzender Position mit einer Flexion von ca. 110° im Kniegelenk im Metronomrhythmus.

In der Regel werden die Messungen jeweils ohne und bei pathologischen Ausgangswerten mit einem Tourniquet in der Leiste (120 mmHg) und einem zweiten Tourniquet im Bereich unterhalb der Kniekehle (80 mmHg) durchgeführt.

Erfasst werden die venöse Abpumpleistung sowie die Wiederauffüllzeiten t₀ (Blazek et al. 1984, 1985). Durch die Aktivierung der Sprunggelenk-Wadenmuskel-Pumpe während des Bewegungsprogramms wird der intravenöse Druck gesenkt, die kutanen Hautvenen werden entleert. Die Menge des reflektierten Lichts hangt von der Füllung dieser Hautvenen ab, sodass es durch die Entleerung zu einer Zunahme der Reflexion kommt. In der an das Bewegungsprogramm anschließenden Ruhephase kommt es zu einer Wiederauffüllung des kutanen Venenplexus (Sam et al. 2006). Unter physiologischen Bedingungen bei suffizientem Klappensystem erfolgt die Wiederauffüllung langsam, indem sich der kutane Venenplexus über den arteriellen Schenkel der Strombahn füllt. Bei bestehender venöser Insuffizienz füllt sich der venöse Plexus nicht nur über den arteriellen Schenkel, sondern auch retrograd über die insuffizienten Venenabschnitte (May und Stemmer 1984).