Systemischer und pulmonaler Gefäßwiderstand

Klinischer Hintergrund

Die Berechnung des systemischen und des pulmonalen Gefäßwiderstands ist ein zentraler Teil der Interpretation der Daten einer Rechtsherzkatheteruntersuchung. Die beiden Widerstandswerte beantworten unterschiedliche klinische Fragen: Der systemische Gefäßwiderstand (SVR) charakterisiert den Schockphänotyp und steuert die Wahl zwischen vasopressorischer und inotroper Therapie, während der pulmonale Gefäßwiderstand (PVR) die Klassifikation der pulmonalen Hypertonie bestimmt und präkapilläre von postkapillärer Erkrankung abgrenzt. Beide beruhen auf Druckgradienten dividiert durch das Herzzeitvolumen, sodass sich Messunsicherheiten einzelner Variablen unmittelbar auf den berechneten Widerstand fortpflanzen. Ohne diese Berechnungen lässt sich ein distributiver Schock nicht von einem kardiogenen unterscheiden, und die pulmonale Hypertonie kann nicht nach den geltenden Definitionen klassifiziert werden.

Berechnung des systemischen und pulmonalen Gefäßwiderstands

Systemischer Gefäßwiderstand (SVR)

$$\text{SVR} = 80 \times \frac{\text{Mittlerer arterieller Druck} - \text{Rechtsatrialer Druck (ZVD)}}{\text{Herzzeitvolumen}}$$

Das Ergebnis wird in dyn·s·cm⁻⁵ angegeben. Der Faktor 80 rechnet von der Einheit mmHg·min/L (Wood-Einheiten) in die CGS-Einheit dyn·s·cm⁻⁵ um, wobei 1 Wood-Einheit 80 dyn·s·cm⁻⁵ entspricht. Der mittlere arterielle Druck wird invasiv über eine arterielle Kanüle gemessen, der rechtsatriale Druck über einen zentralen Venenkatheter oder den distalen Schenkel des Swan-Ganz-Katheters und das Herzzeitvolumen über Thermodilution oder direkte Fick-Methode.

Pulmonaler Gefäßwiderstand (PVR)

$$\text{PVR} = \frac{\text{Mittlerer Pulmonalarteriendruck} - \text{Wedge-Druck}}{\text{Herzzeitvolumen}}$$

Der PVR wird in Wood-Einheiten (mmHg·min/L) angegeben. Zur Angabe in dyn·s·cm⁻⁵ wird mit 80 multipliziert. Der mittlere Pulmonalarteriendruck wird über den distalen Schenkel des Swan-Ganz-Katheters gewonnen, der pulmonalarterielle Verschlussdruck (PAWP) bei Ballonblockade in einem Pulmonalarterienast gemessen.

Normwerte und Bezugsrahmen

Eine systematische Übersichtsarbeit zur Rechtsherzkatheteruntersuchung bei Gesunden zeigte, dass der PVR in Rückenlage und Ruhe in der Altersgruppe von 24 bis 50 Jahren 69 ± 28 dyn·s·cm⁻⁵ betrug (etwa 0,9 Wood-Einheiten), mit einem altersbedingten Anstieg auf 90 ± 39 dyn·s·cm⁻⁵ (etwa 1,1 Wood-Einheiten) bei Personen über 70 Jahren [4]. Das stützt die Praxis, die den ESC/ERS-Leitlinien von 2022 zugrunde liegt, in denen ein PVR über 2 Wood-Einheiten zusammen mit einem mittleren Pulmonalarteriendruck über 20 mmHg und einem Wedge-Druck ≤ 15 mmHg die präkapilläre pulmonale Hypertonie definiert [1]. Der normale SVR wird in der Literatur meist mit 800 bis 1200 dyn·s·cm⁻⁵ angegeben; die genauen Grenzen variieren jedoch zwischen den Quellen und sollten im klinischen Kontext und nicht als absolute Schwellen interpretiert werden.

Interpretation in der Praxis

Systemischer Gefäßwiderstand im Schock

Der Begriff des gemischten Schocks hat zunehmend Aufmerksamkeit erhalten: Auf der modernen kardiologischen Intensivstation sind gemischte Schockzustände, bei denen ein kardiogener Schock mit mindestens einem weiteren Schockmechanismus koexistiert, die zweithäufigste Schockursache [5]. Der SVR kann in diesen Fällen ein intermediäres Muster zeigen, das weder eindeutig niedrig noch eindeutig hoch ist; die Interpretation muss dann gegen Wedge-Druck, Herzzeitvolumen und klinisches Bild abgewogen werden.

Pulmonaler Gefäßwiderstand bei pulmonaler Hypertonie

Nach der ESC/ERS-Definition von 2022 werden die hämodynamischen Befunde der Rechtsherzkatheteruntersuchung wie folgt klassifiziert [1]:

Der PVR-Schwellenwert von 2 Wood-Einheiten ist zentral für die Abgrenzung der präkapillären pulmonalarteriellen Hypertonie (Gruppe 1) von der pulmonalen Hypertonie infolge einer Linksherzerkrankung (Gruppe 2). Er entscheidet, ob die weitere Abklärung in Richtung PAH-spezifischer Therapie oder in Richtung Optimierung der zugrunde liegenden Herzerkrankung erfolgt.

Validierung und Testgüte

Die Berechnungen sind physikalisch korrekt und in dem Sinne validiert, dass sie auf etablierten hydrodynamischen Prinzipien beruhen. Die Unsicherheit liegt nicht in der Formel, sondern in der Messung des Herzzeitvolumens, das in beiden Berechnungen im Nenner steht. Zwei große moderne Studien haben die beiden dominierenden Verfahren zur Messung des Herzzeitvolumens bei der Rechtsherzkatheteruntersuchung systematisch verglichen: Thermodilution und direkten Fick.

In einer schwedischen retrospektiven Studie des Karolinska mit 852 Rechtsherzkatheteruntersuchungen (2014 bis 2023, medianes Alter 66 Jahre, 64 % Herzinsuffizienz, 20 % pulmonalarterielle Hypertonie) korrelierte die Thermodilution stark mit dem direkten Fick (r = 0,79, p < 0,001) [2]. Die Bland-Altman-Analyse zeigte jedoch einen flussabhängigen Bias: Die Thermodilution überschätzte das Herzzeitvolumen im Niedrigflusszustand (+0,1 L/min) und unterschätzte es bei normalem bis hohem Fluss (−0,48 L/min). Dennoch erkannte der auf Thermodilution basierende PVR einen erhöhten PVR sowohl an der Schwelle von 2 als auch von 5 Wood-Einheiten mit hoher diagnostischer Sicherheit (AUC = 0,97, p < 0,001) [2]. Die Übereinstimmung wurde vom Ausmaß der Trikuspidalinsuffizienz nicht beeinflusst, was die traditionelle Auffassung infrage stellt, die Thermodilution sei bei relevanter Trikuspidalinsuffizienz unzuverlässig.

In einer US-amerikanischen Studie der UCLA mit 116 Patientinnen und Patienten mit pulmonaler Hypertonie (medianes Alter 59 Jahre, 63 % Frauen, 75 % PH der Gruppe 1) unterschätzte die Thermodilution das Herzzeitvolumen gegenüber dem direkten Fick mit einem mittleren Bias von −0,64 L/min (p = 0,007) [3]. Der mediane PVR unterschied sich numerisch, aber nicht signifikant: 5,6 Wood-Einheiten mit Thermodilution gegenüber 4,7 mit direktem Fick (p = 0,15). Elf Prozent der Patientinnen und Patienten hatten eine diskordante PVR-Klassifikation, fielen also je nach Verfahren auf unterschiedliche Seiten einer Schwelle. Die Thermodilution hatte eine Sensitivität von 97 %, aber eine Spezifität von 73 % für die Erkennung eines intermediären bis hohen hämodynamischen Risikos, was einer Falsch-positiv-Rate von 27 % entspricht [3]. Die Autoren empfehlen den direkten Fick bei der Index-Katheteruntersuchung, wenn strenge PVR-Berechnungen erforderlich sind, insbesondere bei der Evaluation für erweiterte Therapien wie eine Transplantation.

Limitationen

Das Messverfahren des Herzzeitvolumens bestimmt die Zuverlässigkeit. Die Thermodilution ist das gebräuchlichste Verfahren, trägt aber einen systematischen, flussabhängigen Bias. Bei niedrigem Herzzeitvolumen, also genau in der Situation, in der der PVR klinisch häufig am relevantesten ist (Abklärung einer schweren PAH, Evaluation zur Transplantation), ist die Übereinstimmung zwischen Thermodilution und direktem Fick am schlechtesten. In der UCLA-Studie hatten 38 % der Patientinnen und Patienten mit niedrigem Herzindex laut Thermodilution nach direktem Fick tatsächlich einen erhaltenen Index [3]. Der direkte Fick sollte in diesen Situationen erwogen werden, wenn die Ressourcen vorhanden sind.

Intrakardiale Shunts. Die Thermodilution ist bei intrakardialen Shunts nicht zuverlässig, da der thermische Indikator den Shunt passieren und die Messung verfälschen kann. Beide Studien schlossen Patientinnen und Patienten mit Shunts aus [2, 3]. Bei Shuntverdacht sollte der direkte Fick verwendet werden, und auf Thermodilution beruhende Berechnungen dürfen nicht interpretiert werden.

Unsicherheit des Wedge-Drucks. Der PAWP kann bei fehlerhafter Katheterposition, unvollständiger Ballonblockade oder bei relevanter Mitralklappenstenose, bei der der Wedge-Druck den linksatrialen Druck nicht abbildet, über- oder unterschätzt werden. Ein falscher Wedge-Druck beeinflusst die PVR-Berechnung unmittelbar und kann zu einer falschen Klassifikation von präkapillärer versus postkapillärer Erkrankung führen.

Druckablesung während der Atmung. Alle Drücke sind endexspiratorisch abzulesen, besonders bei Spontanatmung mit großen intrathorakalen Druckschwankungen. Eine fehlerhafte Ablesung führt zu systematischen Fehlern im Druckgradienten und damit im berechneten Widerstand.

SVR beim gemischten Schock. Ein intermediärer SVR im Schock darf nicht als ausschließlich kardiogen oder distributiv interpretiert werden. Gemischte Schockzustände sind in der modernen Intensivmedizin häufig und können jede beliebige SVR-Konstellation hervorbringen [5]. Der SVR ist stets zusammen mit Herzzeitvolumen, Füllungsdrücken und klinischem Bild zu interpretieren.

Thermodilution im Vergleich zum direkten Fick

Die Studie des Karolinska-Instituts [2] stellt eines der größten modernen Kollektive zum Vergleich von Thermodilution und direktem Fick bei der Rechtsherzkatheteruntersuchung dar und stützt, dass die Thermodilution für die PVR-Klassifikation in den meisten Fällen klinisch zuverlässig ist, während sie zugleich den Bedarf an direktem Fick im Niedrigflusszustand bestätigt. Das entspricht der Entwicklung an spezialisierten Herzkatheterlaboren, an denen der direkte Fick mit metabolischem Messsystem (metabolic cart) zunehmend bei der Index-Abklärung der pulmonalen Hypertonie eingesetzt wird.

Quellen

1. Humbert M, et al. 2022 ESC/ERS Guidelines for the diagnosis and treatment of pulmonary hypertension. Eur Heart J. 2022;43(38):3618–3731. PMID: 36017548
2. Melin M, et al. Agreement of thermodilution and direct Fick methods for cardiac output across varying haemodynamic conditions. ESC Heart Failure. 2026;13(1):509237. PMID: 41711698
3. Brownstein AJ, et al. Hemodynamic Risk Assessment by Thermodilution and Direct Fick Measurement of Cardiac Output in Pulmonary Hypertension. CHEST Pulmonary. 2024;2(3):100059. PMID: 42548471
4. Kovacs G, et al. Pulmonary vascular resistances during exercise in normal subjects: a systematic review. Eur Respir J. 2012;39(2):319–328. PMID: 21885394
5. van Diepen S, et al. Mixed Cardiogenic Shock: A Proposal for Standardized Classification, a Hemodynamic Definition, and Framework for Management. Circulation. 2024;150(18):1459–1468. PMID: 39466889