Papillarmuskeln sind nicht direkt mit der festen Herzwand verbunden

Die Papillarmuskeln (PMs) des Herzens spielen eine wichtige Rolle bei der Herzfunktion. In allen herkömmlichen Anatomie- und Kardiologie-Lehrbüchern und -Aufsätzen werden die Papillarmuskeln so dargestellt, als hätten sie eine breite, direkte Verbindung zum festen Teil der Herzwand. Da die mechanischen, vaskulären und elektrischen Verbindungen der PMs zur Herzwand durch ihre Basen verlaufen, kann die Art dieser Verbindung wichtige funktionelle Konsequenzen haben. Die Röntgen-Multidetektor-Array-CT (MDCT) bietet eine neue Bildgebungsmethode zur Untersuchung der Befestigung der PMs in vivo.

Die PMs sind längliche, spitz zulaufende Muskeln, die von der Innenwand der Herzkammern ausgehen und an ihren Spitzen die Chordae tendineae (Bindegewebsstränge, die an den Rändern der AV-Klappen ansetzen) hervorbringen. Wenn sich die Herzkammern in der Systole zusammenziehen, kontrahieren auch die PMs und tragen dazu bei, dass sich die AV-Klappenflügel nicht umdrehen oder undicht werden, wenn der Druck in der Herzkammer ansteigt. Eine Funktionsstörung der PMs, z. B. infolge einer Ischämie oder eines Infarkts, kann die Herzfunktion durch eine daraus resultierende AV-Klappeninsuffizienz beeinträchtigen, z. B. im Rahmen eines akuten Myokardinfarkts, der die Blutversorgung der PMs beeinträchtigt. Es gibt 2 PMs im linken Ventrikel (LV) und 2 oder 3 (variabel) im rechten Ventrikel (RV). Es wurde beobachtet, dass eine Unterbrechung der PMs die Bewegung der Herzwand beeinflusst, was darauf hindeutet, dass die Kräfte, die von den PMs auf die Wand übertragen werden, bei der Bestimmung der Wandbewegungsmuster eine wichtige Rolle spielen können.1 Diese Kräfte können durch die Art der Befestigung der PMs an der Wand beeinflusst werden. Der Blutfluss zu den PMs erfolgt über Arterien, die durch ihre Basis eintreten; daher ist auch die Art ihrer Befestigung an der Wand wichtig. Die Leitung der Welle der elektrischen Aktivierung des Herzens tritt durch die Basis in die PMs ein. Da das richtige Timing der Kontraktion der PMs in Bezug auf die Kammerwand wichtig ist, um eine ordnungsgemäße Abdichtung der AV-Klappen zu gewährleisten, kann die Art der Befestigung der PMs an der Herzwand auch für diesen Aspekt der Herzfunktion wichtig sein. Zusätzlich zu den PMs enthält der Hohlraum der Ventrikel ein Netzwerk länglicher Muskelstränge, die Trabeculae carneae, die an ihren Enden mit dem festen Teil der Wand verbunden sind und über die Innenfläche des Ventrikelhohlraums verlaufen. Die Trabeculae carneae sind in beiden Ventrikeln vorhanden, obwohl sie im RV stärker ausgeprägt sind.

In den Standardlehrbüchern der Kardiologie und Anatomie werden die PMs so dargestellt, dass sie direkt aus dem festen Teil der Herzwand entspringen, mit einer breiten Basis der Befestigung an der Wand, ähnlich wie der Daumen, der aus der Handfläche entspringt, und sich an ihren Spitzen zu den Ursprüngen der Chordae tendineae verjüngen. Herkömmliche bildgebende Verfahren verfügten jedoch bisher nicht über eine ausreichende räumliche Auflösung, um die Art der Befestigung der PMs an der Wand in vivo zu untersuchen. Die MDCT mit Kontrastmittelanreicherung des Blutes ist eine neue tomographische Bildgebungsmethode, die eine hochauflösende 3D-Darstellung der Herzkammer in vivo ermöglicht, wobei die PMs und die die Kammer auskleidenden Trabekel in verschiedenen Phasen des Herzzyklus deutlich sichtbar gemacht werden können.2 MDCT wurde verwendet, um die PMs und ihre Beziehung zu den festen und trabekulären Teilen der Herzwand zu visualisieren.

Methoden

Patientenauswahl

Die 3D-Bilddaten von 25 konsekutiven, nicht ausgewählten Probanden, die mittels MDCT mit Standardmethoden auf eine mögliche koronare Herzkrankheit untersucht wurden, wurden im Rahmen eines vom Institutional Review Board genehmigten Protokolls retrospektiv untersucht, um die Art der Befestigung der PMs an der Herzwand zu bewerten. Da es sich um eine retrospektive Studie handelte, wurde die informierte Zustimmung nicht direkt von den Probanden eingeholt.

Bildgebungsmethoden

Für die Bildgebung der Probanden wurde ein 16-reihiges MDCT-System (Sensation 16, Siemens Medical Solutions) verwendet. Die Patienten erhielten β-Blocker, um ihre Herzfrequenz zu senken, vorzugsweise auf ≤60 bpm. Die Kontrastmittelanreicherung erfolgte mit 140 ml Röntgenkontrastmittel, das intravenös mit 4 ml/s infundiert wurde; die Bildaufnahme wurde zeitlich so abgestimmt, dass sie mit der maximalen Anreicherung des Blutes im Herzen zusammenfiel. Die CT-Bildaufnahme/Rekonstruktion erfolgte in der Diastole (zu einem effektiven Zeitpunkt von 350 oder 400 ms vor dem QRS-Komplex des EKG), um Bewegungseffekte auf den Bildern zu minimieren und das Herz in einem relativ entspannten Zustand zu erfassen; die Bilder wurden auch zu anderen effektiven Zeitpunkten im Herzzyklus rekonstruiert. Die Dauer der Bildaufnahme war so kurz, dass das Volumen des Herzens in einem einzigen Atemzug erfasst werden konnte. Die effektive Dauer eines jeden Bildsatzes innerhalb des Herzzyklus betrug ≈120 ms. Die Bilder wurden als 3D-Datensätze mit einer isotropen räumlichen Auflösung von 0,75 mm rekonstruiert. Die Bildanalyse erfolgte durch interaktive 3D-Umformatierung der Bilddaten mit der Standard-Bildverarbeitungs-Workstation und -Software des CT-Herstellers. Die neu formatierten Bildebenen mit einer effektiven Dicke von 0,75 mm wurden interaktiv für die Rekonstruktion der PMs ausgewählt.

Ergebnisse

Untersucht wurden Bildsätze, die in einer Reihe von effektiven Herzzyklusphasen rekonstruiert wurden. Bilder, die nahe der mittleren bis späten Diastole rekonstruiert wurden, waren am besten geeignet, um die Anheftungen der PMs abzugrenzen; nahe der Endsystole erschwerten Bildunschärfen und der Kollaps der blutgefüllten Räume zwischen den Trabekeln die Erkennung der Anheftungen der PMs an den Trabekeln. In allen untersuchten Fällen berührte die Basis der PMs nicht direkt den massiven Teil der Herzwand oder war mit ihr verbunden. Vielmehr endete die Basis der PMs in allen Fällen in Kontakt mit dem Netz von Trabekeln, das die Herzkammer auskleidet, und zwar oberhalb der eigentlichen Oberfläche des festen Teils der Herzwand. Dies galt sowohl für die LV- als auch für die RV-PMs. Abbildung 1 zeigt repräsentative Bilder von einem Probanden, die diese Beziehung demonstrieren. Das Fehlen von Anhaftungen der PM an der festen Wand ist bei zusammenhängenden Rekonstruktionsebenen durch die Basen zu erkennen (Abbildung 2). Die Bildqualität war nicht ausreichend, um die arterielle Versorgung des PM zu beurteilen.

Diskussion

MDCT mit 3D-Rekonstruktion zeigt deutlich die Art der Befestigung der PMs an der Herzwand. Die Basis der PMs verbindet sich mit dem Netzwerk der Trabeculae carneae, die die Herzkammer auskleiden, und nicht direkt mit dem massiven Teil der Herzwand, wie bisher angenommen.

Vorangegangene Studien

In früheren Artikeln wurde die Struktur der PM-Basis nur begrenzt diskutiert; das klinische Interesse konzentrierte sich in erster Linie auf die PM-Blutversorgung und auf Variationen in der Gesamtlage, der Anzahl und der Anheftung der Chordae tendineae an variable Kopfformen.3,4 Das Vorhandensein einer „Grenze“ zwischen den PMs und der Wand im Hundeherz wurde festgestellt, aber nicht weiter diskutiert5 (ein Diagramm in diesem Artikel zeigt die Standarddarstellung eines breit angelegten Kontakts der Basis der PMs mit der Wand); in dieser Studie wurde auch eine abrupte Änderung des Faserwinkels zwischen der massiven Wand und den PMs festgestellt. Die PMs wurden als „tief unterschnitten“ beschrieben, aber offenbar ohne eine vollständige Einschätzung der Art der Befestigung ihrer Basen an den Trabekeln (Trabeculae carneae) und nicht direkt an der massiven Herzwand.6 In einer Studie an 100 Autopsieherzen wurde beschrieben, dass etwa die Hälfte der Proben „gleichermaßen sessile und intramurale“ PMs aufwiesen, während der Rest zwischen „größtenteils intramural“ (mit oder ohne „Spitzenverankerung“) und „größtenteils sessil“ aufgeteilt war, aber wiederum ohne eine klare Beschreibung der Befestigung ihrer Basen an der Wand.7 Daher scheint die hier gemeldete Beobachtung, dass die PMs an den Trabeculae carneae an der Herzwand ansetzen und nicht direkt am festen Teil der Wand, neu zu sein.

Es mag überraschen, dass die korrekte Beziehung der PMs zur Herzwand bisher nicht erkannt wurde. Wahrscheinlich haben jedoch mehrere Faktoren dazu beigetragen. Anatomische und pathologische Untersuchungen werden in der Regel an toten Herzen durchgeführt, die sich in einem stark kontrahierten Zustand befinden, wodurch die Räume zwischen den Trabekeln unterhalb der Basis der PMs kollabieren. Ihre Basis ist auch bei der üblichen visuellen Inspektion des Ventrikelinneren, z. B. bei Operationen, nicht direkt sichtbar. Bei der radiologischen Projektionsbildgebung, z. B. bei der Kontrastventrikulographie, können die Bilder der darüber liegenden Strukturen die Art der Befestigung der PM-Basen verdecken. Andere tomografische Bildgebungsverfahren haben in der Regel eine geringere räumliche Auflösung als die isotrope Auflösung im Submillimeterbereich, die mit dem aktuellen MDCT erreicht werden kann, wodurch es schwieriger wird, die trabekulären Strukturen unterhalb der PM-Basis zu erkennen. Bei der kardialen MRT beispielsweise beträgt die Pixelauflösung in der Ebene typischerweise 1 bis 2 mm und die Schichtdicke ≥5 mm, während bei der Echokardiographie die Auflösung entlang der Strahlrichtung typischerweise ≤1 mm beträgt, die Auflösung quer zum Strahl jedoch etwas schlechter ist. Technische Verbesserungen werden diese Beziehung zweifellos auch bei anderen bildgebenden Verfahren deutlich machen.8 Schließlich hat das Vorurteil, die „konventionelle“ Version der Anatomie an der Basis der PMs zu sehen, zweifellos dazu geführt, dass Beobachter ihre wahre Natur nicht zu schätzen wussten.

Funktionelle Implikationen

Wir können über einige funktionelle Implikationen dieses neuen Verständnisses der Beziehung der PMs zur Herzwand spekulieren. Die Tatsache, dass die PMs eher breitmaschig als säulenförmig an der Wand befestigt sind, könnte die Spannungskonzentration in der Wand in der Nähe der PM-Basen verringern. Andererseits können die Spannungskonzentrationen an den Befestigungspunkten zwischen den PMs und den Trabekeln die Basis anfälliger für Risse an diesen Punkten machen. Eine breitere effektive Basis und mehrere Befestigungspunkte für die PMs können Redundanz und damit einen gewissen Schutz gegen vollständiges mechanisches Versagen bieten. (Fragen im Zusammenhang mit den Auswirkungen der Unversehrtheit der Chordae tendineae während der Mitralklappenoperation sind im Wesentlichen unabhängig von der Art der Befestigung der PM-Basen). In ähnlicher Weise kann die Blutzufuhr zu den PMs von einer breiteren effektiven Basis aus dazu beitragen, mehr Potenzial für kollaterale Perfusionsredundanz und damit einen gewissen Schutz vor Ischämie zu bieten. Darüber hinaus könnte eine leichte Verzögerung nach der Einleitung der Kontraktion durch die Ventrikelwand vor der Kontraktion durch die PMs, wie sie in einigen Studien experimentell beobachtet wurde, den AV-Klappenflügeln ermöglichen, sich freier zu schließen, bevor sich in den PMs Spannung aufbaut.9 Die geringe zusätzliche Leitungszeit, die die Aktivierungswellenfront benötigt, um die PMs zu erreichen, die durch einen etwas umständlicheren Weg durch die Trabekel und nicht direkt von der Wand aus entsteht, könnte eine solche kurze Verzögerung bewirken.

Fußnoten