Aortenklappenöffnungsfläche (Kontinuitätsgleichung)

Klinischer Hintergrund

Die Schweregradbeurteilung der Aortenklappenstenose stützt sich auf drei echokardiographische Hauptparameter: die maximale Jetgeschwindigkeit, den mittleren Gradienten und die mit der Kontinuitätsgleichung berechnete Aortenklappenöffnungsfläche. Sind diese drei Parameter konkordant, ergibt sich eine eindeutige Graduierung; bei einem erheblichen Anteil der Patientinnen und Patienten besteht jedoch eine Diskrepanz, insbesondere zwischen Klappenöffnungsfläche und Gradient. Dies betrifft die Konstellation aus niedrigem Fluss, niedrigem Gradienten und eingeschränkter Ejektionsfraktion, ebenso den paradoxen Low-Flow-Zustand bei erhaltener Ejektionsfraktion sowie die Normal-Flow-Low-Gradient-Aortenstenose [2,3]. In diesen Situationen wird die über die Kontinuitätsgleichung bestimmte Klappenöffnungsfläche entscheidend, da sie die flussunabhängige geometrische Einengung erfasst, die dem Gradienten entgeht. Zugleich ist gerade die Klappenöffnungsfläche der Parameter, der am empfindlichsten auf Messfehler reagiert. Daraus entsteht das zentrale klinische Dilemma: Eine kleine Klappenöffnungsfläche kann eine hochgradige Stenose bedeuten, ebenso aber eine Fehlmessung oder einen niedrigen Fluss, der die Klappe nicht vollständig öffnet [3].

Berechnung der Aortenklappenöffnungsfläche

Die Kontinuitätsgleichung beruht auf dem Prinzip der Flusserhaltung: Das Volumen, das den linksventrikulären Ausflusstrakt (LVOT) passiert, entspricht dem Volumen, das während derselben Systole die Aortenklappe passiert. Da der Fluss durch ein Rohr dem Produkt aus Querschnittsfläche und Weglänge (repräsentiert durch das Geschwindigkeits-Zeit-Integral, VTI) entspricht, lässt sich die Klappenöffnungsfläche auflösen, sofern der LVOT-Durchmesser und beide VTI-Werte bekannt sind.

$$\text{AVA} = \frac{\pi \times \left(\frac{D_{\text{LVOT}}}{2}\right)^2 \times \text{VTI}$${\text{LVOT}}}{\text{VTI}{\text{AV}}}

Dabei ist $D_{\text{LVOT}}$ der LVOT-Durchmesser in cm (gemessen in der parasternalen langen Achse in der Mitsystole, 0,5 bis 1 cm unterhalb des Klappenansatzes), $\text{VTI}${\text{LVOT}}VTILVOT​ das mit gepulstem Doppler im LVOT gemessene VTI, wobei das Messvolumen auf derselben Höhe liegt, auf der der Durchmesser bestimmt wurde, und $\text{VTI}${\text{AV}} das mit kontinuierlichem Doppler über der Aortenklappe gemessene VTI aus demjenigen Fenster, das die höchste Geschwindigkeit und die beste Ausrichtung zum Fluss liefert.

Die indexierte Fläche ergibt sich durch Division der Klappenöffnungsfläche durch die Körperoberfläche:

$$\text{AVA}_{\text{index}} = \frac{\text{AVA}}{\text{BSA}}$$

Die Herleitung des Verfahrens und seiner Grenzwerte beruht auf den Leitlinienarbeiten der European Association of Cardiovascular Imaging und der American Society of Echocardiography, zusammengefasst im fokussierten Update von 2017 [1]. Dort werden die Grenzwerte für die hochgradige Aortenstenose mit AVA ≤1,0 cm² oder indexierter AVA ≤0,6 cm²/m² und für die mittelgradige Aortenstenose mit AVA 1,0 bis 1,5 cm² festgelegt. Die Leitlinie betont insbesondere die Optimierung der LVOT-Messung sowie eine integrierte, schrittweise Beurteilung, in der die Klappenöffnungsfläche ein Mosaikstein und nicht alleiniger Richtwert ist.

Interpretation in der Praxis

Besteht eine AVA ≤1,0 cm² gemeinsam mit einer maximalen Jetgeschwindigkeit ≥4 m/s und einem mittleren Gradienten ≥40 mmHg, liegt eine High-Gradient-Aortenstenose vor, und die Entscheidung über den Klappenersatz richtet sich nach Symptomen und Ejektionsfraktion. Liegt die AVA ≤1,0 cm², der mittlere Gradient aber <40 mmHg, handelt es sich um eine Low-Gradient-Aortenstenose; dann reicht die Klappenöffnungsfläche allein zur Indikationsstellung nicht aus [2,3]. In dieser Situation sind drei Untergruppen zu unterscheiden:

**Klassische Low-Flow-Low-Gradient-Stenose mit eingeschränkter Ejektionsfraktion (LVEF <50 %):** Zur Unterscheidung einer echten hochgradigen von einer pseudohochgradigen Stenose ist eine Dobutamin-Stressechokardiographie durchzuführen. Bei echter Stenose steigt der Gradient unter Belastung auf ≥40 mmHg, während die AVA ≤1,0 cm² bleibt. Bei Pseudostenose steigt die AVA auf >1,0 cm² und der Gradient bleibt niedrig [2,3]. Ein fehlender kontraktiler Reserve (Zunahme des Schlagvolumens <20 %) bedeutet ein erhöhtes perioperatives Risiko, schließt aber einen Nutzen des Klappenersatzes bei echter Stenose nicht aus [3].

Paradoxe Low-Flow-Low-Gradient-Stenose bei erhaltener Ejektionsfraktion: Hier liegt der Schlagvolumenindex trotz erhaltener Ejektionsfraktion bei ≤35 ml/m², häufig bei älteren Frauen mit konzentrischer Hypertrophie. Der dimensionslose Index (LVOT-VTI / AV-VTI) kann hier hilfreich sein: Ein Index <0,25 identifiziert eine Untergruppe mit signifikant erhöhter Mortalität (adjustierte Hazard Ratio 2,41 im Vergleich zu Low-Flow-Patienten mit einem Index ≥0,25) [4]. Als ergänzendes Verfahren wird das MDCT-Kalzium-Scoring empfohlen, mit Schwellenwerten >1200 Agatston-Einheiten bei Frauen und >2000 bei Männern zur Bestätigung einer echten Stenose [3].

Normal-Flow-Low-Gradient-Stenose: Schlagvolumenindex >35 ml/m², jedoch AVA ≤1,0 cm² und Gradient <40 mmHg. Diese Gruppe ist häufig und erklärt sich teilweise dadurch, dass der AVA-Grenzwert von 1,0 cm² hämodynamisch einem Gradienten von 30 bis 35 mmHg und nicht 40 mmHg entspricht, weshalb die Diskrepanz bei vielen Patientinnen und Patienten definitionsgemäß auftritt [3]. Das MDCT-Kalzium-Scoring ist hier das Verfahren der ersten Wahl zur Bestätigung.

Validierung und Testgüte

Die Kontinuitätsgleichung wurde in mehreren älteren Studien gegen die Gorlin-Formel bei der Herzkatheteruntersuchung validiert und zeigt insgesamt eine gute Übereinstimmung, mit systematischer Tendenz zu etwas höheren Werten als die Kathetermethode bei niedrigem Fluss. Eine prospektive Untersuchung von 16 156 Echokardiographien in einem großen Zuweisungslabor zeigte, dass normale Klappenöffnungsflächen kleiner sind als bislang angenommen: Die AVA betrug 2,6 ± 0,7 cm² bei Patientinnen und Patienten mit normalen Klappen und 2,3 ± 0,7 cm² bei Aortensklerose [5]. Entscheidend war, dass eine AVA ≤1,0 cm² bei 0,5 % der Patienten mit normalen Klappen und bei 1,8 % der Patienten mit Sklerose ohne Obstruktion vorkam, eine AVA ≤1,5 cm² bei 3,1 % beziehungsweise 9,3 %. Risikofaktoren für eine kleine Klappenöffnungsfläche ohne Obstruktion waren weibliches Geschlecht, kleine Körperoberfläche, niedrige Ejektionsfraktion und Mitralklappeninsuffizienz [5]. Das bedeutet, dass die Kontinuitätsgleichung den Stenosegrad überschätzen kann, insbesondere bei niedrigen Gradienten und bei kleinen Patientinnen und Patienten.

Die wichtigste Fehlerquelle ist der LVOT-Durchmesser. Da der Durchmesser in der Formel quadriert wird, führt ein Messfehler von 1 mm bei einem Durchmesser von 20 mm zu einem Fehler von etwa 10 % in der Querschnittsfläche und damit in der Klappenöffnungsfläche [3]. Die Annahme eines kreisrunden LVOT ist eine Vereinfachung; anatomische Variationen der LVOT-Form können systematische Fehler verursachen. Die dreidimensionale Echokardiographie zur direkten Messung der LVOT-Querschnittsfläche verringert diesen Fehler nachweislich, ist aber in den meisten Laboren nicht Routine.

Limitationen

Die Kontinuitätsgleichung gilt für die native Aortenklappenstenose und setzt voraus, dass der Fluss durch LVOT und Klappe korrekt und auf der richtigen Höhe gemessen werden kann. Folgende Situationen stellen spezifische Fallstricke dar:

Fehlerhafte Platzierung des Messvolumens: Das LVOT-VTI muss exakt auf derselben Höhe wie der Durchmesser gemessen werden. Ein zu klappennah platziertes Messvolumen erfasst bereits beschleunigten Fluss und überschätzt das VTI, wodurch die Klappenöffnungsfläche überschätzt wird. Ein zu weit distal platziertes Messvolumen führt zur Unterschätzung.

Subaortale Obstruktion oder dynamischer LVOT: Bei hypertropher Kardiomyopathie oder anderer subaortaler Obstruktion ist die Annahme eines einheitlichen Flusses im LVOT verletzt, und die Kontinuitätsgleichung wird ungültig.

Unregelmäßige Rhythmen: Bei Vorhofflimmern schwankt das Schlagvolumen erheblich; die VTI-Messungen müssen über mehrere Zyklen, idealerweise 5 bis 10, gemittelt werden, um einen repräsentativen Mittelwert zu ergeben.

Signifikante Mitralklappeninsuffizienz: Kann den Vorwärtsfluss und damit das LVOT-VTI vermindern, was zu einer fälschlich niedrigen Klappenöffnungsfläche führt, ohne dass eine hochgradige Stenose vorliegt [5].

Bikuspide Klappe und unregelmäßige Klappengeometrien: Eine asymmetrische Klappenöffnung kann zu einer Jetrichtung führen, die von der LVOT-Achse abweicht, was die Doppler-Ausrichtung erschwert.

Klappenprothesen: Die Kontinuitätsgleichung ist bei Klappenprothesen anwendbar, setzt jedoch voraus, dass die LVOT-Geometrie der Prothese berücksichtigt und die Referenzwerte des jeweiligen Prothesentyps herangezogen werden, nicht die Grenzwerte nativer Klappen.

Wenn der LVOT-Durchmesser nicht zuverlässig gemessen werden kann, etwa bei schlechtem Schallfenster oder ausgeprägter Verkalkung des Klappenansatzes, stellt der dimensionslose Index (LVOT-VTI / AV-VTI) eine Alternative dar, die ohne den Durchmesser auskommt und damit die wichtigste Fehlerquelle eliminiert. Ein Index ≤0,25 entspricht im Allgemeinen einer AVA ≤1,0 cm² und hat bei der Low-Flow-Low-Gradient-Aortenstenose mit erhaltener Ejektionsfraktion prognostischen Wert gezeigt [4].

Quellen

1. Baumgartner H, Hung J, Bermejo J, et al. Recommendations on the Echocardiographic Assessment of Aortic Valve Stenosis: A Focused Update from the European Association of Cardiovascular Imaging and the American Society of Echocardiography. J Am Soc Echocardiogr 2017. PMID: 28385280
2. Clavel MA, Magne J, Pibarot P. Low-gradient aortic stenosis. Eur Heart J 2016. PMID: 27190103
3. Alkhalaila O, Shehadat MA. Low-Gradient Aortic Stenosis; the Diagnostic Dilemma. Heart Views 2022. PMID: 35757455
4. Altes A, Thellier N, Rusinaru D, et al. Dimensionless Index in Patients With Low-Gradient Severe Aortic Stenosis and Preserved Ejection Fraction. Circ Cardiovasc Imaging 2020. PMID: 33076698
5. González-Mansilla A, Martinez-Legazpi P, Prieto A, et al. Valve area and the risk of overestimating aortic stenosis. Heart 2019. PMID: 30772823