Anwendung digitaler mehrkanaliger Ultraschall-Doppler
Geräte in der experimentellen Kreislauf forschung
R.P. Stürm, M. Casty
Physiologisches Institut der Universität Basel
EINLEITUNG
Das nicht-invasive Aufzeichnen der Fluss-Zeit-Kurven des arteriellen Blutstromes mittels Dop-pier Ultraschall erfährt beständig weitere und verfeinerte Anwendungsgebiete, so zum Beispiel in der Frliherkennung drohender Nierentransplan-tatabstossungen (5) oder bei der Abklärung von Hypertoniepatienten (2). Die Fluss-Zeit-Kurven gesunder Nierenarterien sind durch hohen posi-tiven Fluss während der Diastole gekennzeichnet. Bei erhöhtem peripherem Gefässwiderstand in der Niere oder bei Nierenarterienstenose ist der diastolische Blutfluss stark vermindert und kann sogar auf N u l l abfallen. Diese pathognostischen Veränderungen der Fluss-Zeit-Kurven werden mit-tels des P u l s a t i l i t y Index PI charakterisiert PI maximaler Fluss - minimaler Fluss
mittlerer Fluss
PI > 1.5 g i l t als Hinweis auf erhöhten Nieren-widerstand (5).
Theoretische Studien an einem elektrischen Mo-dell (7) führten zu einer Formel (3, Abb. 2) die es erlaubt, den E i n f l u s s des peripheren Organwiderstandes ( ), des proximalen Wider-standes (a) und der Arterienwandelastizität ( ) auf die Fluss-Zeit-Kurve zu s i m u l i e r e n . Aus-gehend von einer Kurvensimulation, die einer gesunden Nieren-Fluss-Zeit-Kurve entspricht, lässt sich zeigen, dass ein erhöhter Nierenwi-derstand zu einer erhöhten Pulsati lität der Fluss-Zeit-Kurve führt.
Ziel unserer technischen Entwicklung war es, ein Doppler-Ultraschall-Gerät zu entwickeln, wel-ches das Aufzeichnen von q u a l i t a t i v hochstehen-den Fluss-Zeit-Kurven im wachen Kaninchen mit-tels implantierter Sonden erlaubt. Dieses Tier-modell soll als Bindeglied zwischen theoreti-schen Arbeiten und k l i n i s c h e n Anwendungen ein-gesetzt werden. In der vorliegenden Arbeit wur-de wur-der E i n f l u s s von Angiotensin II und wur-des Ca-Antagonisten Isradipin auf die Fluss-Zeit-Kur-ve in der suprarenalen Aorta und der Nierenar-terie untersucht. Angiotensin (1,5 pg/kg) er-höht im wachen Kaninchen den Blutdruck um ca. 30 % (6). Isradipin senkt den Blutdruck um ca. 30 « ( 1 ) .
METHODE ' ' · - · In Narkose wurden Doppler-Ultraschall-Sonden um . ~< · die suprarenale Bauchaorta (Innendurchmesser der Sonde = 4 mm) und die l i n k e Nierenarterie (2mm)"'' gelegt. Nach einer Erholungsphase von l Woche wurde 1.5 ug/kg Angiotensin bzw. 100 ug/kg Isra-d i p i n i.v. verabreicht. Die Fluss-Zeit-Kurven wurden mittels eines zweikanaligen gepulsten Dopplerultraschall-Gerätes simultan registriert. Die Geräteparameter waren in vorangegangenen Ar-beiten für diese Anwendung optimiert worden-(8):..·_. Ultraschallfrequenz f« = 10.7 MHz, Pulsrepeti-tionsfrequenz fp r = 83.6 kHz, Tiefpassfilter -26.8 kHz, Hochpassfilter = 0.1 kHz, Schallwellen pro Paket = 4. Die mittels Nulldurchgangszähler ermittelten Dopplerfrequenz-Kurven wurden mit 233 Hz abgetastet und auf einer 40 MByte Winchester Hard Disk abgespeichert. Aus diesen Daten wurde mittels Software die Herzfrequenz ( H F ) , die rela-tive Aenderung des mittleren Blutflusses in der Bauchaorta (Q/\) und der Nierenarterie (QN) sowie der PI der Nieren-Fluss-Zeit-Kurve errechnet. RESULTATE . -. . , — . , . . ' Abb. 1. zeigt typische Fluss-Zeit-Kurven der Bauchaorta und der Nierenarterie eines Kontroll-Experimentes sowie nach.Angiotensin- bzw. Isra-d i p i n i n f u s i o n . Die aus allen Experimenten errech-neten Mittelwerte +_ SEM sind
KONTROLL .ANGIOTENSIN tI S R A D I P I N
-HF 193 + 8 188 - ^ 5 25l + 4 min" QA 100.7 + 4 70.6 -f 4 118.0 +" 5 ' S '
QN 106.6 + 3 52.3 + 4 7 1 . 5 + 6 , * :
PI 0.6966 +_ 0.05 0.8075 +_ 0.04 1.7255 + 0.16
Unter Angiotensin ist der Nieren-PI leicht er- :: höht (n = 10, n . s . ) > unter Isradipin übersteigt, er pathognostische Werte (n = 6, p< l %). Die Nieren-Fluss-Zeit-Kurve unter Isradipin ent-·.-spricht der computersimulierten Kurve bei.hohem; Nierenwiderstand.
DISKUSSION . · - : ; . ; > : - · , : Angiotensin erhöht sowohl den renalen ( R r e n ) , w i e auch den gesamten (Rtpt) peripheren Widerstand. Isradipin hingegen führt zu einem starken Abfall .von Rtot onne Rren wesentlich zu ändern (4).
Wäh-rend Angiotensin die Nieren-Fluss-Zeit-Kurve kaum beeinflusst, führt Isradipin zu pathognostischen Kurven. Aus diesen Resultaten wird geschlossen, dass die Nieren-Fluss-Zeit-Kurve nicht so sehr vom absoluten Rren als vielmehr vom Verhältnis-Rren: Rtot abhängt. Ein starker Abfall des periphe-ren Widerstandes im Versorgungsgebiet der
renalen Aorta kann Nieren-FlussrZeit-Kurven.
ver-ursachen, die bis anhin als:pathognostisch für '
hohen renalen Widerstand interpretiert wurden..*
CD
CC
O
CJ
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•z.
ÜJ
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O.
HH Occ-QT
oo
Abb. 1. Fluss-Ze1t-Kurven der suprarenalen Bauch* aorta (oben) und der,Unken Nierenarterie (unten) 1n Kontroll-Experimenten, nach Infusion von 1.5 ug/kg Angiotensln und 100 yg/kg Isrjdlpln. Regi-strierung mittels chronisch Implantierter Dop- .;
pler-ülHraschallsonden Im wachen Kan nchen. Abszlssenlänge « l seci Ordinate In nicht geeich-ten Flusse1nhe1geeich-ten.
<,<5 and
Y-20
=
=
Abb. 2. Computersimulierte Fluss-Zeit-Kurven ei-ner Nierenarterie gemäss der Formel f ( t ) (oben, Literatur 3 und 7) bei normalem peripherem Wider-stand in der Niere ( = 5) und erhöhtem Nieren-widerstand ( = 20). Herzfrequenz, mittlerer Fluss, proximaler Widerstand (a) und Gefässelas-tizität ( ) sind für beide Fälle identisch.
W i r ' d a n k e n F r a u H . W e b e r , H e r r e n W . E s t l i n b a u m , J . K ö h l e r u n d S . B a s l e r f ü r i h r e w e r t v o l l e M i t a r b e i t . D i e s e A r b e i t e n t s t a n d m i t U n t e r s t ü t z u n g d u r c h d e n S c h w e i z e r i s c h e n N a t i o n a l f o n d s z u r F ö r d e r u n g d e r w i s s e n s c h a f t l i c h e n F o r s c h u n g ( K r e d i t N r . 3.837-0.85) u n d der K o m m i s s i o n z u r F ö r d e r u n g d e r w i s s e n s c h a f t l i c h e n F o r s c h u n g ( B e i t r a g N r . 1489) s o w i e d i e S A N D O Z -S t i f t u n g z u r F ö r d e r u n g d e r m e d i z i n i s c h - b i o l o g i s c h e n W i s s e n s c h a f ten. L I T E R A T U R 1 . H o f R P . I n t e r a c t i o n b e t w e e n t w o c a l c i u m a n t agonis.ts a n d t w o b e t a b l o c k e r s i n c o n s c i o u s r a b b i t s : H e m o d > n a m i c c o n s e q u e n c e s o f d i f f e r i n g c a r d i o d e p r e s s a n t p r o p e r t i e s . Am J C a r d i o l 59 (3): 43B-51B. 1987. 2 . J e n n i R , V i e l « A , L ü s c h e r T F , S c h n e i d e r E , V e t t e r W , A n t i k e r M . C o m b i n e d t w o - d i m e n s i o n a l u l t r a s o u n d D o p p i e r t e c h n i q u e . N e w p o s s i b i l i t i e s f o r s c r e e n i n g o f r e n o v a s c u l a r a n d p a r e n c h y m a t o u s h y p e r l e n s i o n . N e p h r o n 44 ( S u p p l 1): 2-4. 1986. 3 . J o h n s t o n K W , K a s s a m M , K o e r s J , C o b b o l d R S C » M a c H a t t i e D . C o m p e r a t i v e s t u d y o f f o u r m e t h o d s f o r q u a n t i f y i n g D o p p i e r u l t r a s o u n d w a v e f o r m s f r o m t h e f e m o r a l a r t e r y . U l t r a s o u n d M e d B i o l 1 0 (1): 1-12. 1°?4. 4 . L o u t z e n h i s e r R , E p s t e i n M . E f f e c l s o f c a l c i u m a n t a -g o n i s t s o n r e n a l h e m o d y n a m i c s . A m J P r n s i o l 2 4 9 : F 6 1 9 - F 6 2 9 . 1985. 5 . R i g s b y C M , B u r n s P N , W e l t i n G G , C h e n P , B i a M , T a y l o r K J W . D o p p i e r s i g n a l q u a n t i f » c a t i o n in r e n a l a l l o g r a f t s : C o m p a r i s o n i n n o r m a l a n d c e j e c t i n q U a n « , -p l a n t s , w i t h -p a t h o l o g i c c o r r e l a U o n . R a d i o l o g s 1c>2 U , p e r l 1): 39.42. 1987, 6 . M a t s u k a w e S , S u z u k i H , l t a > a Y , K u m a q a i H , S a i u l a T . C f f e c t s o f N l c a r d i p i n e o n t h e s > s » e m i c and t c M « J h e m o -d y n a m i c a i n « c u t e l y e l e v a t e -d b l o o -d p t e s s u t e iiuluceJ by v e s o e c t i v e a g e n t s In c o n s c i o u s r a b b i l s . .Ipn H e a r t J 28 ( ) ) t 4 3 5 - 4 4 4 . 19 7, 7« S k i d e m o r e R , W o o d c e c k J P . P h > s i o l o g i c e l i n t « r p t r t e t l o n o f O o p p l e r & h l t t w n v e f o r m s : » I h e o r e l i c e l c o n x « -d e r e t l o n i . U l t r f c s o u n -d M r -d B l o l 6: 7-10. 1^*0. . S t ü r m R P , C e s t y M , B a s i e r S . I s t l i n b a u m W » N 0 u -v e « U H d ^ -v e l o p p e m e n t s de U t e r h n i q u e Je O o p i > l e i -vn 1 5 3 - 1 5 8 . 1 V 8 7 .
