Pulmonary Artery Pulsatility Index (PAPi)

Klinischer Hintergrund

Die Rechtsherzdysfunktion ist in mehreren akutkardiologischen Situationen ein entscheidender prognostischer Faktor: beim inferioren STEMI mit Rechtsherzinfarkt, beim kardiogenen Schock und als Komplikation nach mechanischer Kreislaufunterstützung oder LVAD-Implantation. Die Schwierigkeit besteht darin, dass die Funktion des rechten Ventrikels belastungsabhängig und mit einzelnen Druckmessungen schwer zu beurteilen ist. Der Pulmonary Artery Pulsatility Index (PAPi) wurde gerade dafür entwickelt, aus standardisierten Drücken der Rechtsherzkatheteruntersuchung ein Maß abzuleiten, das von der Pulsatilität im Lungenkreislauf getragen wird und damit eher die Schlagvolumenkapazität des rechten Ventrikels abbildet als den Füllungsdruck an sich. Die Entscheidung, der das Instrument dient, ist, ob der rechte Ventrikel Reserve besitzt, um eine zusätzliche Belastung wie eine LVAD-Implantation zu tolerieren, oder ob sich die Patientin oder der Patient in einem Stadium befindet, in dem ein Rechtsherzversagen droht und eine besondere Strategie erfordert.

Berechnung des PAPi

Der PAPi wird als Pulmonalarterien-Pulsdruck dividiert durch den rechtsatrialen Druck berechnet:

$$\text{PAPi} = \frac{\text{PAP}$${\text{sys}} - \text{PAP}{\text{dias}}}{\text{Rechtsatrialer Druck}}

Dabei ist $\text{PAP}${\text{sys}}PAPsys​ der systolische und $\text{PAP}${\text{dias}} der diastolische Pulmonalarteriendruck; der rechtsatriale Druck entspricht dem zentralen Venendruck. Die Formel beruht auf der Überlegung, dass ein rechter Ventrikel mit guter Schlagvolumenkapazität eine große Differenz zwischen systolischem und diastolischem Pulmonalarteriendruck erzeugt, während ein schwacher rechter Ventrikel einen niedrigen Pulsdruck produziert, während zugleich der rechtsatriale Druck ansteigt. Ein niedriger Wert erfasst beide Phänomene: niedriges Schlagvolumen und hoher Füllungsdruck.

Die Ableitungskohorte bestand aus 20 Patientinnen und Patienten mit angiographisch bestätigtem proximalem Verschluss der rechten Koronararterie und klinischem Verdacht auf eine schwere Rechtsherzdysfunktion sowie aus zwei Kontrollgruppen mit 50 Personen ohne relevante Koronarsklerose beziehungsweise 14 Personen mit akutem Koronarsyndrom ohne Rechtsherzbeteiligung [1]. Die Messungen erfolgten während desselben stationären Aufenthalts bei der Herzkatheteruntersuchung. Das Ergebnis war eindeutig: Patientinnen und Patienten mit schwerer Rechtsherzdysfunktion hatten einen mittleren PAPi von 1,11 gegenüber 4,32 beziehungsweise 5,52 in den Kontrollgruppen [1]. Mit einem ROC-abgeleiteten Schwellenwert von PAPi ≤ 0,9 wurde eine c-Statistik von 0,998 zur Vorhersage der Krankenhausmortalität und/oder der Notwendigkeit einer perkutanen Rechtsherzunterstützung erreicht [1].

Interpretation in der Praxis

Die zentrale Botschaft lautet, dass der PAPi populationsabhängig ist. Der zur Risikomarkierung verwendete Schwellenwert muss sich nach dem klinischen Kontext richten. Der ursprüngliche Schwellenwert beim inferioren STEMI, PAPi < 1,85, identifizierte in der Ableitungskohorte eine schwere Rechtsherzdysfunktion [1]. In Populationen mit kardiogenem Schock und mechanischer Kreislaufunterstützung werden üblicherweise niedrigere Werte um 1,0 angewandt.

Eine Patientin oder ein Patient mit niedrigem PAPi in der Akutphase sollte nicht ohne aktive Strategie für den rechten Ventrikel bleiben. Bei geplanter LVAD-Implantation ist ein niedriger präoperativer PAPi ein Grund, eine prophylaktische temporäre Rechtsherzunterstützung zu erwägen.

Validierung und Testgüte

Der PAPi wurde in mehreren Populationen extern validiert, doch die Leistung variiert mit der untersuchten Kohorte und bezieht sich in der Regel auf andere Endpunkte als in der Ableitungsstudie.

Eine systematische Übersichtsarbeit aus dem Jahr 2026 identifizierte 12 Studien mit insgesamt 3681 Patientinnen und Patienten und stellte fest, dass ein niedrigerer PAPi über verschiedene Herzinsuffizienzpopulationen hinweg durchgängig mit schlechteren Endpunkten assoziiert war [2]. Die berichteten Schwellenwerte streuten jedoch weit: von ≤ 1,9 beim kardiogenen Schock über ≤ 2,8–2,95 in breiteren Herzinsuffizienzpopulationen bis ≤ 3,65 bei fortgeschrittener Herzinsuffizienz [2].

Für die Prä-LVAD-Optimierung zeigte eine retrospektive Studie der Cleveland Clinic mit 315 Patientinnen und Patienten (2008–2017), dass ein optimierter PAPi, also der beste unter intensivmedizinischer Optimierung vor der Implantation erreichte Wert, unabhängig mit einem frühen Rechtsherzversagen assoziiert war, mit einer Odds Ratio von 0,64 (95 %-KI 0,532–0,765, p < 0,0001) [3]. Patientinnen und Patienten, die ein Rechtsherzversagen entwickelten, hatten einen mittleren optimierten PAPi von 3,5 gegenüber 7,5 bei den übrigen (p < 0,001) [3]. Ein initialer PAPi unter 2,0 galt in dieser Population als Hochrisikomarker.

In einer französischen multizentrischen Registerstudie (ASSIST-ICD) mit 117 LVAD-Patientinnen und -Patienten (2007–2021) war der präoperative PAPi ein Prädiktor der 3-Monats-Mortalität, mit einem ROC-abgeleiteten Schwellenwert von 2,84 und einer AUC von 0,68 (95 %-KI 0,57–0,80) [4]. Personen mit einem PAPi unter 2,84 hatten ein 3-Monats-Überleben von 58,1 % gegenüber 89,1 % bei einem PAPi ≥ 2,84 (HR 0,08, 95 %-KI 0,02–0,28, p < 0,01) [4]. Der prädiktive Wert beschränkte sich jedoch auf die ersten drei Monate; danach bestand kein signifikanter Unterschied mehr.

Bei der Herztransplantation untersuchte eine Zweizentrenstudie mit 173 Patientinnen und Patienten den PAPi unmittelbar bei Aufnahme auf die Intensivstation und nach 6 Stunden [5]. Der PAPi zum Zeitpunkt T6 war der beste Einzelprädiktor für die Notwendigkeit einer mechanischen Kreislaufunterstützung bei früher Transplantatdysfunktion, mit einer AUC von 0,832; ein Schwellenwert von 1,22 ergab eine Sensitivität von 81 % und eine Spezifität von 65 % [5].

Limitationen

Der PAPi erfordert eine Rechtsherzkatheteruntersuchung und ist somit ohne invasiven Zugang nicht anwendbar. Das vorrangige Problem ist jedoch die Populationsabhängigkeit des Schwellenwerts. Ein Wert, der in einer Herzinsuffizienzkohorte normal ist, kann in einer anderen alarmierend sein. Der ursprüngliche Schwellenwert beim inferioren STEMI lässt sich nicht auf LVAD- oder Transplantationspopulationen übertragen und umgekehrt.

Der PAPi wird durch Veränderungen des pulmonalen Gefäßwiderstands und der Compliance beeinflusst. Bei ausgeprägter pulmonaler Hypertonie nehmen die pulmonale Compliance und damit der Pulmonalarterien-Pulsdruck ab, was den PAPi unabhängig von der Kontraktilität des rechten Ventrikels senken kann. Das erschwert die Interpretation bei etablierter pulmonaler Hypertonie.

Da der PAPi belastungsabhängig ist, wird er durch Volumenstatus und Inotropie beeinflusst. Eine Patientin oder ein Patient kann bei Aufnahme einen niedrigen PAPi haben, der sich unter Optimierung deutlich bessert, wie die LVAD-Studie zeigt, in der das Delta des PAPi unter Optimierung der stärkste Prädiktor war [3]. Ein einzelner statischer Messwert kann Personen mit guter Reserve übersehen und umgekehrt.

Die Studien sind insgesamt klein und retrospektiv. Die Ableitungskohorte umfasste nur 20 Patientinnen und Patienten mit schwerer Rechtsherzdysfunktion [1]. Auch die externe Validierung in LVAD- und Transplantationspopulationen beruht auf relativ begrenzten Kohorten, und die AUC-Werte reichen von 0,68 bis 0,83 [4, 5].

Quellen

1. Korabathina R et al. The pulmonary artery pulsatility index identifies severe right ventricular dysfunction in acute inferior myocardial infarction. Catheter Cardiovasc Interv. 2012;80(4):593–600. PMID: 21954053
2. Albdour Z et al. The prognostic utility of the pulmonary artery pulsatility and aortic pulsatility index in patients with heart failure: A systematic review. JRSM Cardiovasc Dis. 2026;15. PMID: 42003950
3. Gonzalez MH et al. Dynamic assessment of pulmonary artery pulsatility index provides incremental risk assessment for early right ventricular failure after left ventricular assist device. J Card Fail. 2021;27(7):777–785. PMID: 33640481
4. Akamkam A et al. Association between pulmonary artery pulsatility and mortality after implantation of left ventricular assist device. ESC Heart Fail. 2024;11(4):2100–2112. PMID: 38581135
5. Yim IHW et al. Pulmonary artery pulsatility index predicts mechanical circulatory support following heart transplantation. JHLT Open. 2024;4:100030. PMID: 40145106