Verkürzungsfraktion und Ejektionsfraktion nach Teichholz

Klinischer Hintergrund

Bei der echokardiographischen Beurteilung der linksventrikulären systolischen Funktion ist die Ejektionsfraktion (EF) der maßgebliche Parameter, doch eine vollständige volumetrische Berechnung erfordert apikale Zwei- und Vierkammerblicke mit sorgfältiger Endokardabgrenzung in Systole und Diastole. In Akutsituationen, auf der Intensivstation oder bei der Point-of-Care-Echokardiographie ist die Bildqualität dafür häufig unzureichend. Lineare M-Mode-Messungen aus der parasternalen langen Achse lassen sich dann rasch und mit guter Reproduzierbarkeit gewinnen, und aus zwei Durchmesserwerten können sowohl die fraktionelle Verkürzung (FS) als auch eine volumenbasierte EF berechnet werden. Das Instrument erfüllt somit eine Funktion, wenn das empfohlene Verfahren praktisch nicht durchführbar ist; es beruht jedoch auf geometrischen Annahmen, die bekannt sein müssen, damit das Ergebnis richtig interpretiert wird.

Berechnung der fraktionellen Verkürzung und der Teichholz-Ejektionsfraktion

Die fraktionelle Verkürzung wird als relative Abnahme des linksventrikulären Innendurchmessers von der Diastole zur Systole berechnet:

$$\text{FS} = \frac{\text{LVIDd} - \text{LVIDs}}{\text{LVIDd}} \times 100$$

Dabei ist LVIDd der linksventrikuläre Innendurchmesser in der Diastole und LVIDs der linksventrikuläre Innendurchmesser in der Systole, beide in Millimetern gemessen, in der Volumenberechnung jedoch in Zentimetern verarbeitet.

Die Teichholz-Methode wandelt diese Durchmesserwerte über eine empirisch abgeleitete Formel in Volumina um:

$$V = \frac{7D^3}{2{,}4 + D}$$

Dabei ist $D$ der Innendurchmesser in Zentimetern und $V$ das Kammervolumen in Millilitern. Das enddiastolische Volumen (EDV) wird mit $D = \text{LVIDd}$ berechnet, das endsystolische Volumen (ESV) mit $D = \text{LVIDs}$. Die Ejektionsfraktion ergibt sich als:

$$\text{EF} = \frac{\text{EDV} - \text{ESV}}{\text{EDV}} \times 100$$

Die Herleitung erfolgte durch Teichholz et al. anhand von 100 linksventrikulären Angiographien in rechtsvorderer Schrägprojektion [1]. Die Beziehung zwischen kurzer und langer Kammerachse wurde über einen weiten Volumenbereich bestimmt und zur Formulierung einer theoretisch korrekten Gleichung für die Volumenberechnung aus echokardiographischen Durchmessern verwendet. Bei 12 Patientinnen und Patienten ohne Asynergie (regionale Wandbewegungsstörung) wurden enddiastolische und endsystolische Volumina mit guter Übereinstimmung zur Angiographie berechnet, unabhängig davon, ob die Kammer klein oder groß war. Bei 12 Patientinnen und Patienten mit linksventrikulärer Asynergie war die Korrelation zwischen echokardiographisch und angiographisch bestimmten Volumina schlecht [1].

Interpretation in der Praxis

Die fraktionelle Verkürzung ist ein lineares Maß und erfasst nur die radiale Verkürzung der basalen Kammerabschnitte. Der Normalwert bei Erwachsenen wird mit etwa 25 bis 45 Prozent angegeben, mit einer unteren Grenze um 25 Prozent [3]. Eine in der klinischen Praxis gebräuchliche grobe Einteilung:

Die Teichholz-EF liefert eine volumenbasierte Schätzung und kann Werte ergeben, die unmittelbarer mit der gewohnten konventionellen EF vergleichbar sind. Die normale EF liegt bei Erwachsenen typischerweise über 50 Prozent. Für die Teichholz-Methode gilt jedoch dieselbe Einschränkung wie für die FS: Der Wert bildet nur die basale Kammer ab und setzt eine symmetrische Kontraktion voraus.

Ein niedriger Wert (FS unter 20 Prozent oder Teichholz-EF unter 40 Prozent) sollte zu einer weiterführenden Abklärung mit vollständiger Echokardiographie einschließlich biplaner Scheibchenmethode führen, insbesondere bei klinischen Zeichen einer Herzinsuffizienz. Ein normaler Wert schließt eine regionale Dysfunktion nicht aus, insbesondere nicht nach Myokardinfarkt mit apikaler oder septaler Asynergie, da die basalen Segmente eine erhaltene Kontraktion aufweisen können.

Validierung und Testgüte

Die ursprüngliche Validierung der Teichholz-Methode zeigte eine gute Korrelation mit der Angiographie bei symmetrischer Kontraktion, doch die Schwäche des Verfahrens bei regionaler Asynergie wurde bereits in der Ableitungsstudie belegt [1]. Eine spätere Vergleichsstudie von de Simone et al. prüfte die Teichholz-Formel gegen die 2D-Echokardiographie in einer Kohorte von 65 Erwachsenen mit unterschiedlichen Kammergrößen [2]. Das enddiastolische Teichholz-Volumen korrelierte mit den 2D-Volumina mit r = 0,88, der Achsenabschnitt wich jedoch um minus 23 ml von der Identitätslinie ab, was auf eine systematische Unterschätzung des Volumens hinweist. In einer zweiten Testreihe mit 1 721 Teilnehmenden der Strong Heart Study, alle ohne segmentale Wandbewegungsstörung oder Mitralklappeninsuffizienz, korrelierte das Teichholz-Schlagvolumen mit dem Doppler-abgeleiteten Schlagvolumen mit r = 0,64, bei einem Mittelwert nahe dem Doppler-Wert (72 gegenüber 70 ml) [2]. Eine alternative Z-basierte Methode war in der Korrelation gleichwertig, wies aber eine bessere Kalibrierung auf, das heißt eine Regressionsgerade näher an der Identitätslinie.

Zusammenfassend liefert die Teichholz-Methode bei symmetrischer Kontraktion und normaler Kammergeometrie eine akzeptable grobe Schätzung von Kammervolumen und EF, doch die Kalibrierung ist schlechter als bei moderneren Verfahren, und die Methode ist für Patientinnen und Patienten mit regionaler Wandbewegungsstörung nicht validiert.

Limitationen

Die wichtigsten Limitationen hängen damit zusammen, dass beide Maße nur die basale Kammer in einer einzigen Dimension erfassen:

Regionale Wandbewegungsstörung. Bei Myokardinfarkt mit Asynergie apikaler, septaler oder lateraler Segmente können die basalen Segmente normal kontrahieren. FS und Teichholz-EF können dann trotz erheblicher systolischer Dysfunktion normale Werte zeigen. Dies war bereits der Hauptbefund der ursprünglichen Arbeit von Teichholz [1] und ist die wichtigste Einzellimitation.

Dilatierte Kammer. Die geometrische Beziehung zwischen kurzer und langer Achse, auf der die Formel beruht, gilt für eine normal geformte Kammer. Bei ausgeprägter Dilatation, etwa bei dilatativer Kardiomyopathie oder chronischer Volumenbelastung, ist diese Annahme verletzt und die Volumenberechnung unsicher.

Veränderte Kammergeometrie. Bei hypertropher Kardiomyopathie, konstriktiver Perikarditis oder ausgeprägter linksventrikulärer Hypertrophie anderer Ursache kann die Kammerform vom angenommenen prolaten Ellipsoid abweichen, was sowohl FS als auch Teichholz-EF beeinflusst [3].

Belastungsabhängigkeit. Beide Maße sind belastungsabhängig, also empfindlich gegenüber Änderungen von Vor- und Nachlast. Bei Hypovolämie, Sepsis mit Vasodilatation oder maschineller Beatmung können FS und EF die kontraktile Funktion überzeichnen [3].

Rechter Ventrikel. Das Messverfahren gilt nur für den linken Ventrikel. Die Rechtsherzfunktion kann mit FS oder Teichholz-EF nicht beurteilt werden.

Die biplane Scheibchenmethode (modifizierte Simpson-Methode) ist das von ASE und EACVI empfohlene Verfahren zur echokardiographischen Bestimmung der EF [4]. Teichholz-Methode und FS sollten Situationen vorbehalten bleiben, in denen Bildqualität oder Zeitmangel eine vollständige Volumenanalyse unmöglich machen, und das Ergebnis ist stets als vorläufige Schätzung zu betrachten, die bestätigt oder ersetzt wird, sobald die Verhältnisse eine vollständige Untersuchung zulassen.

Quellen

1. Teichholz LE, Kreulen T, Herman MV, Gorlin R. Problems in echocardiographic volume determinations: echocardiographic-angiographic correlations in the presence or absence of asynergy. Am J Cardiol. 1976;37(1):7–11. PMID: 1244736
2. de Simone G, Devereux RB, Ganau A, Hahn RT, Saba PS, Mureddu GF, Roman MJ, Howard BV. Estimation of left ventricular chamber and stroke volume by limited M-mode echocardiography and validation by two-dimensional and Doppler echocardiography. Am J Cardiol. 1996;78(7):801–7. PMID: 8857486
3. Tissot C, Singh Y, Sekarski N. Echocardiographic Evaluation of Ventricular Function, For the Neonatologist and Pediatric Intensivist. Front Pediatr. 2018;6:79. PMID: 29670871
4. Lang RM, Badano LP, Mor-Avi V, et al. Recommendations for cardiac chamber quantification by echocardiography in adults: an update from the American Society of Echocardiography and the European Association of Cardiovascular Imaging. J Am Soc Echocardiogr. 2015;28(1):1–39. PMID: 25559473