Open Access

Nina Thölen

• Das Gehirn als Hypoxie-empfindlichstes Organ des menschlichen Körpers ist auf eine konstante Blutversorgung angewiesen. Zur Gewährleistung der Unabhängigkeit von systemischen hypo- bzw. hypertensiven Blutdruckschwankungen, existieren verschiedene Regulationsmechanismen, welche den cerebralen Blutfluss (CBF) in einem weiten Bereich (arterieller Mitteldruck zwischen 60 - 150mmHg) konstant halten. Zu diesen Mechanismen gehören die Blutdruck-adaptierte Autoregulation, die metabolische Vasoreaktivität sowie die neurovasculäre Kopplung. Außerhalb des physiologischen Autoregulationsbereichs folgt der CBF druckpassiv den Schwankungen des systemischen Blutdrucks. Ischämische Hypoperfusion oder Gefäßwand-schädigende Blutdruckspitzen können die Folge sein. Zusätzlich führen verschiedene cerebrovasculäre Erkrankungen zu einer Einschränkung der cAR. Zu diesen gehören die cerebrale Mikroangiopathie, Stenosen bzw. Verschlüsse der A. carotis interna (ACI), der Schlaganfall sowie das Schädel-Hirn-Trauma (SHT). Eine valide Untersuchungsmethode zur Messung der cAR mit geringem apparativen Aufwand und fehlender Strahlenbelastung ist die transcranielle Doppler-Sonographie (TCD). Allerdings stellt eine Verfälschung der Messergebnisse durch verstärkte Streuung des Ultraschallsignals an der Schädelkalotte (schlechtes Schallfenster [sSF]) eine relevante Fehlerquelle dar. Mit steigendem Lebensalter finden sich in bis zu 30% der Bevölkerungen insuffiziente Schallbedingungen. Ziel der vorliegenden Studie war es daher festzustellen, ob die Dauerinfusion eines Ultraschallkontrastmittels (Levovist®) bei der TCD-Autoregulationsmessung an Probanden mit künstlich verschlechtertem Schallfenster eine valide Messung verschiedener Autoregulationswerte ermöglicht. 45 unselektierte Personen mit gutem Schallfenster aus dem Patientengut der Neurologie der J.W.G.-Universität Frankfurt am Main wurden in die Studie eingeschlossen. Die Doppler-Signalqualität, die Blutflussgeschwindigkeiten, der Pulsatilitätsindex nach Gosling und King (PI) sowie die Autoregulationsparameter Phasendifferenz (PD) und Kreuzkorrelations-Koeffizient (Mx) wurden anhand der über das transtemporale Schallfenster abgeleiteten A. cerebri media (ACM) beidseits bestimmt. Zur Imitation des sSF wurde eine Lage Aluminiumfolie ohne Veränderung der Sondenposition zwischen Ultraschallsonde und Haut eingebracht. Die Messungen erfolgten nach einem standardisierten Protokoll in drei Durchgängen (native Messbedingungen, künstliche Schallfensterverschlechterung, Infusion des Ultraschallkontrastmittels (KM) Levovist® [300 mg/min] bei bestehendem sSF) in einem Zeitraum von je 15 Minuten in Ruhe und je 3 Minuten während metronomischer Atmung. Mit künstlicher Verschlechterung des Schallfensters zeigte sich eine signifikante Verfälschung aller erhobenen Messparameter. Die mittlere Flussgeschwindigkeit in der ACM und die mittlere Energie des Doppler-Spektrums verringerten sich um 40%, bzw. um 22%, wohingegen sich der PI verdreifachte. Ebenso veränderten sich die Autoregulationsparameter mit einer Abnahme der PD um durchschnittlich 8 - 10° und des Kreuzkorrelations-Koeffizienten Mx von 0.308 +/- 0.170 auf 0.254 +/- 0.162. Die Verringerung der PD täuscht eine pathologische Einschränkung der cAR vor. Diese Einschränkung entspricht z.B. der einer 75 - 99%-igen Stenose der ACI und kann darüber hinaus auch bei einer Reihe weiterer cerebrovasculärer Erkrankungen (z.B. lakunäre Infarkte bei cerebraler Mikroangiopathie, Subarachnoidalblutung [SAB], maligne Hypertonie) beobachtet werden. Die Abnahme des Kreuzkorrelations-Koeffizienten Mx täuscht im Gegensatz dazu eine scheinbar intakte cAR (Mx < 0.3) vor. Bei Patienten mit schwerem Schädel-Hirn-Trauma (SHT), SAB oder Stenose der ACI besteht in diesem Fall die Gefahr, eine optimale Prävention von Sekundärschäden nicht gewährleisten zu können, da frühe Hinweise auf eine Schädigung des Gehirns, ausgelöst durch verminderte cerebrale Autoregulation, unter Umständen fehlen. Die Infusion des Ultraschallkontrastmittels Levovist® konnte diese Effekte der künstlichen Verschlechterung des Schallfensters auf die Autoregulationsparameter über den gesamten Messzeitraum fast vollständig ausgleichen (PD nativ vs. KM 38.2 +/- 10.0 vs. 37.2 +/- 12.3 und Mx nativ vs. KM 0.308 +/- 0.170 vs. 0.323 +/-0.163). Auch die übrigen erfassten Messparameter näherten sich durchweg den Werten unter nativen Messbedingungen an. Die Verwendung eines Ultraschallkontrastmittels bei der transcraniellen Doppler-Sonographie erhöht also die Validität der Messung der cerebralen Autoregulation bei Patienten mit schlechtem Schallfenster. Eine klinische Relevanz entsteht im besonderen, da sowohl ein schlechtes Schallfenster, als auch cerebrovasculäre Erkrankungen, welche im Zusammenhang mit einer verminderten cerebralen Autoregulation stehen, bevorzugt bei älteren Menschen anzutreffen sind.
• The brain is dependent on a constant cerebral blood flow (CBF) to maintain its metabolism and to prevent hypoxia. To keep the CBF stable and mainly independent of systemic changes of the arterial blood pressure (ABP) there are several regulatory mechanisms which work in a wide range of the mean systemic ABP (60 - 150mmHg). Among these mechanisms are blood pressure-related autoregulation, metabolic vasoreactivity and neurovascular reactivity. Beyond the physiological range of cerebral autoregulation (CAR) the CBF is affected passively by systemic changes of the ABP. In that case low-pressure related ischemia or high-pressure related damage of the small vessels can result. Additional some cerebrovascular diseases are identified to have the potential to limit the CAR. Cerebral small-vessel disease, stenosis or occlusion of the Internal Carotid Artery (ICA), stroke and severe head injury (HI) belong to them. Transcranial Doppler Sonography (TCD) is valid to assess the CAR with little equipment, non-invasively and without radiation exposure. Yet there is the problem of variable insonation quality of the skull. Especially in the elderly up to 30% have poor insonation conditions which can produce a relevant bias in the assessment of the CAR. Aim of the following trial was to examine if a constant infusion of the ultrasound contrast agent Levovist®, tested on subjects with an artificially worsened transtemporal bone window, allows a valid calculation of several parameters of the CAR. 45 unselected patients of the neurological department of the J.W.G.-University Frankfurt/Main, having a good transtemporal bone window, were included in our study. We measured the Doppler signal quality, the blood flow velocity, the Gosling and King Pulsatility Index (PI), and the two autoregulation parameters Phase Difference (PD) and Cross Correlation Coefficient (Mx) by insonating bilaterally the Median Cerebral Artery (MCA). To artificially worsen good insonation conditions we placed a thin piece of aluminium foil between skin and TCD probe without changing the position of the probe. The measurement followed a flowchart (15min in rest, 3min metronomic breathing) and was repeated three times (native, with aluminium foil, with aluminium foil and a constant infusion of the contrast agent Levovist® [300mg/min]). After placing the aluminium foil between probe and skin we recorded a significant bias of all parameters. The mean flow velocity and the mean energy of the Doppler signal decreased about 40%, or respectively about 22%, while the PI increased threefold. As well the parameters of autoregulation were biased. The PD decreased on an average of 8-10° and Mx decreased from 0.308+/-0.170 to 0.254+/-0.162. The increase of the PD simulates a limitation of the CAR. This limitation is in accordance with an ICA stenosis of 75-99% and can also be found in some other cerebrovascular diseases (e.g. small vessel disease with lacunar infarctions, subarachnoid hemorrhage [SAH] or malignant hypertension). The increase of Mx simulates in contrary to the increase of the PD an adequately functioning CAR (Mx < 0.3). In some groups of patients it is necessary to observe the CAR closely and maintain it on a stable level to prevent secondary damage of the brain (e.g. in patients with severe head injury, SAH or stenosis of the ICA). In these cases the bias of the autoregulation parameter Mx results in an elevated risk of delayed treatment. With the constant infusion of the ultrasound contrast agent it was possible to reverse almost completely the effects of the artificially worsened bone window on the autoregulation parameters (PD native vs. contrast agent 38.2+/-10.0 vs. 37.2+/-12.3 and Mx native vs. contrast agent 0.308+/-0.170 vs. 0.323+/-0.163). Equally the other recorded parameters approached their measured value of the native measurement. To come to a conclusion, our trial demonstrates that in patients with poor insonation conditions the use of an ultrasound contrast agent is able to improve validity of the TCD autoregulation measurement. Since those cerebrovascular diseases which are associated with diminished CAR as well as poor insonation conditions are both rather found in elderly people, the use of an ultrasound contrast agent can reasonable supplement clinical TCD routine.