Nicht-bildgebende apparative Diagnostik von Gefäßerkrankungen

Schallwellen die an einem in Bewegung befindlichen Medium reflektiert werden (Echo) ändern ihre Frequenz proportional zur Flussgeschwindigkeit des Mediums. Dieser Effekt wurde nach seinem Entdecker, dem Mathematiker und Physiker Christian Doppler (1803–1853) benannt. Bewegt sich das strömende Blut auf den Schallkopf zu, kommt es zu einer Zunahme der Ultraschallfrequenz. Bewegen sich die korpuskulären Blutbestandteile von der Schallquelle weg kommt es zur Reduktion der Ultraschallfrequenz. Die Differenz zwischen Sendefrequenz (FT) und Echofrequenz (FE) wird als „doppler shift frequency“ oder umgangssprachlich Dopplershift (δF) bezeichnet (δF = FE − FT). Die Flussgeschwindigkeit des strömenden Blutes kann erst berechnet werden wenn der Einstrahlwinkel cos α, den die Schallwellen zur Gefäßachse bilden, bekannt ist. Dabei gilt:δF = Dopplershift, FT = Transducerfrequenz, VR = Geschwindigkeit des Reflektors, VG = Schallgeschwindigkeit im Gewebe (1540 m/s)

Da der cos α von 90° = 0 ist, folgt, dass eine Frequenzanalyse bei senkrechtem Anschallwinkel nicht möglich ist. Aus der Dopplergleichung ergibt sich eine nicht lineare Beziehung zwischen Anschallwinkel und Geschwindigkeit. Da der Messfehler bei einem Anschallwinkel größer 60° überproportional steigt, erfolgt die Messung der Flussgeschwindigkeit bei einem Winkel ≤60°. Hierbei ist die Wahl eines konstanten Anschallwinkels (z. B. 60°, wenn anatomisch möglich) aus Gründen der Vergleichbarkeit im Rahmen von Verlaufskontrollen sinnvoll. Die Aussendung von Ultraschallwellen kann kontinuierlich („continuous wave“, CW-Doppler) oder diskontinuierlich („pulsed wave“, PW-Doppler) erfolgen. CW-Doppler-Geräte benötigen zwei piezoelektrische Kristalle, einen zum Senden, und einen zum Empfangen.

Diese Systeme senden und empfangen die Schallwellen kontinuierlich, ohne in der Lage zu sein, einzelne Messpunkte räumlich voneinander zu differenzieren. Das CW-Doppler-Signal misst dabei alle Frequenzverschiebungen entlang des Ultraschallstrahls, sodass keine tiefenselektive Frequenzanalyse möglich ist. Für die periphere Gefäßdiagnostik stehen 4- und 8-MHz-Sonden zur Verfügung. Hohe Geschwindigkeiten können ohne Einschränkung abgebildet werden. Prinzipiell gilt je höher die Emissionsfrequenz umso höher ist die Auflösung und umso niedriger die Eindringtiefe.

Dieses System sendet und empfängt gepulste Schallwellen mit einer definierten Intervallfrequenz. Im Gegensatz zum CW-Dopplerverfahren misst das PW-Doppler-Signal die Flussgeschwindigkeit in einer definierten Eindringtiefe. Bei der kombinierten Darstellung des PW-Doppler-Signals mit der B-Bild-Darstellung der Anatomie spricht man von Duplexsonographie. Hierbei sind die genaue Positionierung des Probenvolumens (PW-Doppler-Messort) und die Optimierung des Anschallwinkels in dem zu untersuchenden Gefäßsegment möglich. Kombiniert man den PW-Doppler, die B-Bild-Darstellung und die farbkodierte Flussinformation, spricht man vom sog. Triplex-Mode (oder farbcodierte Duplexsonographie). Die Aufzeichnung von maximalen Strömungsgeschwindigkeiten ist bei der PW-Doppler-Sonographie durch die Pulsrepetitionsfrequenz der Sonde limitiert. Doppler-Frequenzverschiebungen, die die PRF/2 (Nyquist-Grenze) überschreiten, können nicht mehr aufgezeichnet werden. Überschreitet die Doppler-Frequenzverschiebung die Nyquist-Grenze, kommt es zum sog. Aliasing-Phänomen. In der Dopplerfrequenzanalysekurve ist dies daran zu erkennen, dass die Maximalfrequenz im entgegen gerichteten Kanal erscheint. Im Bereich von Gefäßstenosen ist durch die hohen Strömungsgeschwindigkeiten regelmäßig mit einem Aliasing zu rechnen.

Mittels CW-Dopplerdruckmessung lassen sich die arteriellen Verschlussdrücke der oberen und unteren Extremitäten ermitteln. Hierdurch gelingt es, relevante Stenosen oder Verschlussereignisse der Extremitätenarterien zu erkennen. Der unblutig gemessene Dopplerdruck korreliert dabei gut mit dem blutig gemessenen systolischen Arteriendruck (Köhler und Lösse 1979). Die absoluten Verschlussdrücke korrelieren mit dem Schwere- und dem Kompensationsgrad einer arteriellen Verschlusserkrankung. Die Bestimmung des Knöchel-Arm-Index (Ankle-Brachial-Index, ABI) ist eine etablierte, einfache Screeningmethode zur Diagnose einer pAVK. Dabei ist der ABI nicht nur ein guter prognostischer Marker für die pAVK, sondern auch für die assoziierte Morbidität und Mortalität (Diehm 2002).

Die Dopplersonographie ist ein der Duplexsonographie deutlich unterlegenes diagnostisches Verfahren, bei dem die Informationen über Blutflussrichtung und Flussgeschwindigkeit akustisch und graphisch dargestellt werden. Da die B-Bild Information bei diesem Verfahren fehlt, kann die Anschallung des Gefäßes und die Positionierung des Schallstrahls zur Gefäßachse nicht direkt überprüft werden. Periphere arterielle Gefäßstenosen können erst erkannt werden, wenn das Gefäßlumen um mehr als 50 % eingeengt ist. Prinzipiell gelingt die Beurteilung arterieller und venöser Flüsse. Die Untersuchungstechnik, bei der die Sonde in einem Winkel von ≤45° zur Gefäßlängsachse aufgesetzt werden soll, setzt eine gute Kenntnis der Anatomie voraus. Schwierigkeiten in der Interpretation können durch anatomische Varianten und Gefäßverschlüsse entstehen. Zur Untersuchung oberflächlicher peripherer Arterien und Venen wird eine 8-MHz-Stiftsonde (CW-Technik) verwendet. Bei tief liegenden Gefäßen muss zur Ableitung von Dopplersignalen eine 4-MHz-Sonde (CW-Technik) eingesetzt werden (z. B. A. und V. subclavia, A. und V. femoralis superfizialis, aber auch bei erhöhter Eindringtiefe wie z. B. bei Unterschenkelödemen). Zur Untersuchung intrakranieller Gefäße wird eine 2-MHz-Sonde (PW-Technik) eingesetzt. Bei der transkraniellen Doppleruntersuchung erfolgt die Anschallung über sog. Schallfenster z. B. transtemporal oder durch das Foramen magnum (A. basilaris). In geübter Hand ist mit diesem Verfahren eine Darstellung größerer intrakranieller Arterien möglich. Durch Veränderung der Eindringtiefe des Ultraschallstrahls (PRF) werden die einzelnen Gefäße in typischen Eindringtiefen angelotet (A. basilaris über das Foramen magnum in ca. 70–110 mm Eindringtiefe).

Periphere Arterien zeigen unter Ruhebedingungen in der Regel ein triphasisches Strömungssignal mit steilem systolischem Kurvenanstieg und Abfall, gefolgt von einem kurzen frühdiastolischen Rückfluss (Dip) und einem kurzen enddiastolischen Vorwärtsfluss. Im Anschluss an Muskelarbeit kann auch ein biphasisches Flussprofil abgeleitet werden. Bei reaktiver Hyperämie ist eine Steigerung der diastolischen Flusskomponente zu beobachten (Differenzialdiagnose: poststenotischer Fluss bei gleichzeitiger Verminderung der Amplitude). Bei der Ableitung venöser Signale wird auf die Atemmodulation (S-Sounds = atemabhängige Spontangeräusche), sowie auf sog. A-Sounds („augmented sounds“ oder auch akzidentielle Geräusche), die durch Kompression und Dekompression vom Untersucher ausgelöst werden, geachtet. Die Schlussfähigkeit der Venenklappen lässt sich durch Kompression und Dekompression der proximalen oder distalen Muskulatur sowie durch Valsalva-Manöver prüfen.

Die Laufbandergometrie dient der Beurteilung des Schweregrades der hämodynamischen Funktionseinschränkung durch eine periphere arterielle Verschlusserkrankung. Hierbei kommt es zu einer belastungsinduzierten Ischämie bzw. Schmerzhaftigkeit der minderperfundierten Muskulatur. Durch Bestimmung der initialen Klaudikationsdistanz (Gehstrecke bis zum Auftreten erster Schmerzen) und der maximalen Klaudikationsdistanz (bis zum schmerzbedingten Abbruch) kann der Schweregrad der Durchblutungsstörung unter standardisierten Untersuchungsbedingungen objektiviert werden. Die Laufbandergometrie kann zur Verlaufskontrolle einer pAVK eingesetzt werden. Darüber hinaus eignet sich das Verfahren in Kombination mit einer Verschlussdruckmessung der Knöchelarterien zur Klärung, ob eine Schmerzsymptomatik durch eine pAVK (Abfall der Verschlussdrücke ≤60 mmHg) zu erklären ist oder differenzialdiagnostisch eine degenerative Wirbelsäulenerkrankung vorliegt.

Durch die oszillographische Registrierung der pulssynchronen Druckschwankungen im Gewebe können höhergradige Gefäßstenosen bzw. Gefäßverschlüsse diagnostiziert und deren Etage lokalisiert werden. Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, dass die Oszillographie im Gegensatz zur Doppler-Druckmessung auch bei Mediasklerose sinnvoll angewendet werden kann.

Diese Untersuchungsmethode eignet sich v. a. zur Erfassung akraler Durchblutungsstörungen. Die Methode ist dabei deutlich sensitiver als die pneumatische segmentale Pulsoszillographie, erlaubt aber nur eine rein qualitative Pulskurvenanalyse. Hierbei wird die Absorption von infrarotem Licht einer definierten Wellenlänge durch Füllungsschwankungen des subpapillären und subkutanen Kapillarbettes (Volumenpuls) registriert. Da das eingestrahlte Licht vom Hämoglobin absorbiert wird, ist die Lichtreflexion umso höher, je geringer der Füllungszustand der Kapillaren ist.

In einigen Fällen ist die Messung des ABI aufgrund von inkompressiblen Knöchelarterien nicht möglich oder führt zu falsch hohen Werten (ABI >1,3). In erster Linie betrifft dies Patienten mit einem Diabetes mellitus oder Patienten mit fortgeschrittener Niereninsuffizienz (Aboyans 2008; Giachelli 2004; Maser 1991; London et al. 2003). Die Inkompressibilität der Arterien beruht auf einer Mönckeberg-Mediasklerose. Die Erkrankung betrifft nicht die Intima und ist somit als eigenständige Erkrankung nicht mit Gefäßstenosen assoziiert (Mönckeberg 1903). Bei Vorliegen weiterer Risikofaktoren kann sich eine Mediasklerose aber auch parallel mit einer stenosierenden pAVK entwickeln. So besteht bei Vorhandensein einer Mediasklerose, ebenso wie bei der pAVK (ABI <0,9) ein deutlich erhöhtes kardiovaskuläres Risiko (O’Hare 2006; Resnick et al. 2004; Aboyans 2005). In diesen Fällen kann es sinnvoll sein mithilfe der hier beschriebenen Methode den Zehen-Arm-Index zu bestimmen. Prinzipiell kann der Verschlussdruck aller Finger und Zehen mit dieser Methode bestimmt werden.

Die Methode erlaubt die Messung der transkutanen Sauerstoffspannung und gibt so Informationen zu Störungen der Mikrozirkulation und der vorgeschalteten Makrozirkulation. Zum Einsatz kommt die Methode in erster Linie zur Bestimmung der Amputationshöhe und ggf. Abschätzung der Prognose der Ulkusheilung. Der Sauerstoffpartialdruck im Gewebe ist von der arteriellen Sauerstoffkonzentration, dem Blutfluss im Bereich der Elektrode, der Vasomotorik, dem lokalen Sauerstoffverbrauch, einer koexistierenden Anämie und dem Perfusionsdruck abhängig (Herzzeitvolumen). Bezüglich der Ergebnisse ist zu beachten, dass zwischen ABI und Sauerstoffpartialdruck keine lineare Beziehung besteht und ein sog. flussblinder Bereich zu berücksichtigen ist. Der flussblinde Bereich des TcPO2 erklärt sich aus dem Sauerstoffverbrauch im Gewebe und dem Ausmaß der arteriovenösen Diffusion. Daneben werden die Messungen durch die Auswirkung der Grunderkrankung auf die Vasomotorik (diabetische Polyneuropathie, pAVK) beeinflusst. Weiterhin ist der TcPO2 umgekehrt proportional zur Diffusionsstrecke und somit z. B. bei Ödemen vermindert. Zur Ausschaltung vasomotorischer Effekte sollte eine heizbare Messelektrode (Clark-Elektrode) mit einer Temperatur von 44 °C (Vasoparalyse) verwendet werden. Interessanterweise besteht nach Studienlage keine Altersabhängigkeit der Messwerte (Jorneskog et al. 2001).

Es handelt sich hierbei um ein Verfahren zur Beurteilung der Kapillaren der Körperoberfläche. Üblicherweise werden die Nagelfalz Kapillaren der Finger, seltener der Zehen untersucht. Die Endstrecke des kutanen Gefäßnetzes sind die afferenten Schenkel der Kapillarschlingen, die aus dem dermalen Plexus entspringen und bis in die Papillen der Haut reichen. Der efferente Teil der normalerweise haarnadelförmigen Kapillarschlinge mündet in den oberflächlichen dermalen Venenplexus. Die Nagelfalzkapillaren verlaufen parallel zur Hautoberfläche und sind somit besonders gut zur Untersuchung geeignet. Man kann die Kapillaren in einen arteriolären, apikalen und venulären Abschnitt einteilen. Zur Anwendung kommt meist ein binokulares Auflichtmikroskop unter Verwendung einer Kaltlichtquelle. Üblicherweise wird mit einer 10- bis 100-fachen Vergrößerung gearbeitet. Unter dynamischer Kapillarmikroskopie wird die Messung des kapillären Blutflusses verstanden. Die Dokumentation erfolgt über eine CCD-Videokamera, die über einen „c-mount-Adapter“ auf das Mikroskop montiert wird (Vergrößerung meist 50- bis 1000-fach). Quantifiziert wird die Geschwindigkeit des Erythrozytenflusses mittels Imaging Software. Die dynamische Kapillarmikroskopie wird in erster Linie für Fragestellungen in der Forschung angewendet.

Die Photoplethysmographie misst Volumenschwankungen des subkutanen Venenplexus. Hierbei wird die Absorption von infrarotem Licht einer definierten Wellenlänge durch Füllungsschwankungen des subkutanen Venenplexus in Ruhe und nach einem standardisierten Bewegungsprogramm registriert. Da das eingestrahlte Licht vom Hämoglobin absorbiert wird, ist die Lichtreflexion umso höher, je geringer der Füllungszustand des Venenplexus ist. Mit photoplethysmographischen Verfahren kann der Funktionszustand des tiefen und oberflächlichen Venensystems untersucht werden. Die Methode eignet sich nicht für die Thrombosediagnostik.

Hierbei handelt es sich um eine Methode zur indirekten Messung der Volumenänderung in den Extremitätenvenen. Prinzipiell kann die Volumenänderung durch die Aufzeichnung der Druckänderung, der elektrischen Leitfähigkeit oder durch Quecksilberdehnungsstreifen aufgezeichnet werden. Die Methode eignet sich für die Verlaufskontrolle der venösen Kapazität und Korrelation mit Schwellungs- und Spannungsbeschwerden.

Hierbei handelt es sich um eine blutige Messung des Venendruckes der unteren Extremitäten. Der Punktionsort ist meist eine Fußrückenvene. Beurteilt werden der Druckabfall nach Betätigung der Muskel-, Faszien- und Gelenkpumpe sowie die venöse Druckausgleichszeit am stehenden Patienten. Es wird eine Reihe von Belastungsprotokollen angewendet, wobei Zehenstände zur Beurteilung der venösen Drainage im Stand am besten geeignet erscheinen. Die Methode kann als Entscheidungshilfe vor venenausschaltenden Operationen dienen, sowie zur Objektivierung eines Therapieerfolges nach operativen Eingriffen verwendet werden. Zur direkten Funktionsbeurteilung der iliokavalen Venen ist die Vena femoralis communis zu punktieren und der Patient in Rückenlage zu untersuchen. Nur so können venöse Druckschwankungen des Beckenvenensystems unabhängig vom Beinvenensystem erfasst werden.