Univ., Diss., 2009--Marburg.

Fulminant myocarditis is rare but a potentially life-threatening disease. Acute or mild myocarditis following acute ischemia is generally associated with a profound activation of the host’s immune system. On one hand this is mandatory to protect the host’s heart by fighting the invading agents (i.e., bacteria, viruses or other microbial agents) and/or to induce healing and repair processes in the damaged myocardium. On other hand, uncontrolled activation of the immune system may result in the generation of auto-reactive (not always beneficial) immune cells. Myocarditis or inflammatory cardiomyopathy is characterized by focal or diffuse infiltrates, myocyte necrosis and/or apoptosis and subsequent fibrotic replacement of the heart muscle. In humans, about 30% of the myocarditis-patients develop dilated cardiomyopathy. As the clinical picture of myocarditis is multifaceted, it is difficult to diagnose the disease. Therefore, the main goal of the present work was to test and further develop novel non-invasive methods for the detection of myocardial inflammation by employing both contrast enhanced MRI techniques as well as novel nuclear tracers that are suitable for in vivo PET/ SPECT imaging. As a part of this thesis, a pre-clinical animal model was successfully established by immunizing female Lewis rats with whole-porcine cardiac myosin (CM). Induction of Experimental Autoimmune Myocarditis (EAM) is considered successful when anti-myosin antibody titers are increased more than 100-fold over control animals and pericardial effusion develops. In addition, cardiac tissues from EAM-rats versus controls were analyzed for the expression of various pro-inflammatory and fibrosis markers. To further exploit non-invasive MRI techniques for the detection of myocarditis, our EAM-rats were injected either with (1) ultra-small Paramagnetic iron oxide particles (USPIO’s; Feraheme®), allowing for in vivo imaging , (2) micron sized paramagnetic iron oxide particles (MPIO) for ex vivo inflammatory cell-tracking by cMRI, or (3) with different radioactive nuclear tracers (67gallium citrate, 68gallium-labeled somatostatin analogue, and 68gallium-labeled cyclic RGD-peptide) which in the present work have been employed for autoradiographic imaging, but in principle are also suitable for in vivo nuclear imaging (PET/SPECT). In order to compare imaging results with histology, consecutive heart sections were stained with hematoxylin & eosin (HE, for cell infiltrates) and Masson Goldner trichrome (MGT, for fibrosis); in addition, immuno-stainings were performed with anti-CD68 (macrophages), anti-SSRT2A (somatostatin receptor type 2A), anti-CD61 (β3-integrins) and anti-CD31 (platelet endothelial cell adhesion molecule 1). Sera from immunized rats strongly reacted with cardiac myosin. In immunized rats, echocardiography and subsequent MRI revealed huge amounts of pericardial effusion (days 18-21). Analysis of the kinetics of myocardial infiltrates revealed maximal macrophage invasion between days 14 and 28. Disappearance of macrophages resulted in replacement-fibrosis in formerly cell-infiltrated myocardial areas. This finding was confirmed by the time-dependent differential expression of corresponding cytokines in the myocardium. Immunized animals reacted either with an early or a late pattern of post-inflammation fibrosis. Areas with massive cellular infiltrates were easily detectible in autoradiograms showing a high focal uptake of 67gallium-citrate and 68gallium labeled somatostatin analogues (68Ga DOTA-TATE). Myocardium with a loss of cardiomyocytes presented a high uptake of 68gallium labeled cyclic RGD-peptide (68Ga NOTA-RGD). MRI cell tracking experiments with Feraheme® as the contrast-agent were inconclusive; however, strikingly better results were obtained when MPIOs were used as a contrast-agent: histological findings correlated well with in vivo and ex vivo MPIO-enhanced MRI images. Imaging of myocardial inflammatory processes including the kinetics of macrophage invasion after microbial or ischemic damage is still a major challenge in, both animal models and in human patients. By applying a broad panel of biochemical, histological, molecular and imaging methods, we show here that different patterns of reactivity may occur upon induction of myocarditis using one and the same rat strain. In particular, immunized Lewis rats may react either with an early or a late pattern of macrophage invasion and subsequent post-inflammation fibrosis. Imaging results achieved in the acute inflammatory phase of the myocarditis with MPIOs, 67gallium citrate and 68gallium linked to somatostatin will stimulate further development of contrast agents and radioactive-nuclear tracers for the non-invasive detection of acute myocarditis and in the near future perhaps even in human patients. / Eine fulminant verlaufende Myokarditis ist eine seltene aber potentiell lebensbedrohliche Erkrankung. Akute oder chronische Myokarditis gehen generell mit einer starken Aktivierung des Immunsystems der Betroffenen einher. Zum einen ist dies notwendig, um das Herz durch Bekämpfung der Eindringlinge (z.B. Bakterien, Viren oder andere mikrobielle Erreger) zu schützen und/oder Heilungs- und Reparaturprozesse im geschädigten Myokard einzuleiten. Zum anderen kann eine unkontrollierte Aktivierung des Immunsystems aber auch zur Entstehung von (nicht immer vorteilhaften) auto-reaktiven Immunzellen führen. Eine Myokarditis oder entzündliche Kardiomyopathie ist charakterisiert durch fokale oder diffuse Infiltrate, Nekrose und/oder Apoptose der Myozyten und einen fortschreitenden fibrotischen Ersatz des Herzmuskelgewebes. Beim Menschen entwickeln etwa 30% der Myokarditis-Patienten eine dilatative Kardiomyopathie. Da das klinische Bild der Myokarditis sehr vielfältig sein kann, ist die Diagnosestellung dieser Erkrankung schwierig. Deshalb war es das Kernziel dieser Arbeit, nicht-invasive Methoden zum Nachweis myokardialer Entzündungen zu testen, und dabei neue Bildgebungsverfahren unter Einsatz von neuen MRT-Kontrastmitteln sowie neuen nuklearen Tracern, die auch für PET/SPECT geeignet wären, zu entwickeln. Diese Verfahren wurden von uns zunächst an einem human-analogen Ratten-Modell evaluiert, mit dem Ziel später evtl. auch einmal beim Menschen eingesetzt werden zu können. Für unser präklinisches Tiermodell wurden weibliche Lewis-Ratten mit kardialem Myosin aus Schweinen immunisiert. Die erfolgreiche Induktion einer „Experimentellen Autoimmunen Myokarditis (EAM)“ wurde durch einen signifikanten Anstieg der Anti-Myosin Antikörpertiter in immunisierten Tieren und die Ausbildung eines Perikardergusses (Echokardiographie) bestätigt. Zusätzlich wurde aus apikalem kardialem Gewebe RNA isoliert und die Expression verschiedener pro-inflammatorischer und pro-fibrotischer molekularer Marker untersucht. Um die Bildgebung mittels kontrast-verstärktem cMRT zu optimieren, wurden den Tieren entweder kleine Eisenoxid-Nanopartikel (Ultra small paramagnetic iron oxide particles, USPIO; Feraheme®), oder sog. ,,Micronsized paramagnetic iron oxide particles (MPIO)‘‘ für das Tracking inflammatorischer Zellen injiziert. Im daraufolgenden Schritt wurden radioaktive nukleare Tracer (67Gallium-Citrat, 68Gallium-markierte Somatostatin-Analoga und 68Gallium-markierte zyklische RGD-Peptide) injiziert, um dann Autoradiogramme von Herzschnitten zu gewinnen.

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Dr. med. Grenzwertversatilität, Intra- und Interobservervariabilität bei der Befundung verschiedener kardialer MRT-Sequenzen bei Myokarditis eingereicht von Julia Kriemhild Steiner Problemstellung Die akute virale Myokarditis, als sekundäre Entzündung des Herzmuskelgewebes durch kardiotrope Viren, kann vollständig ausheilen oder über eine chronische Myokarditis zu einer dilatativen Kardiomyopathie führen. Dabei können maligne Herzrhythmusstörungen auftreten und es kann zum plötzlichen Herztod kommen. Eine definitive Diagnose ist somit von entscheidender Bedeutung, um interventionsbedürftige Formen zu behandeln und Differentialdiagnosen auszuschließen. Als Goldstandard der Myokarditis-Diagnostik gilt die Endomyokardbiopsie (EMB). Diese birgt als invasive Methode jedoch auch Risiken für den Patienten. Die kardiale Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) stellt eine strahlenfreie, nicht-invasive und damit risikoarme Alternative dar. Ziel dieser Arbeit war es, die Intra- und Interobservervariabilität kardialer MRT-Parameter bei der Diagnostik einer Myokarditis zu evaluieren. Außerdem wurde die Grenzwertversatilität der MRT-Parameter „edema-ratio“ (ER) und „early gadolinium enhancement“ (gRE) bei Myokarditis auf einem Philips-Scanner untersucht. Material und Methode Diese prospektive Studie am Herzzentrum Leipzig hat von 2007 bis 2009 kardiale MRT-Sequenzen von Patienten ausgewertet, bei denen klinisch der Verdacht auf eine akute virale Myokarditis bestand. Alle Patienten erhielten zur Verifizierung der Diagnose eine Linksherz-EMB. Die Arbeit besteht aus zwei Patientenkollektiven. Bei 52 Patienten (36 männliche Patienten, 16 weibliche Patientinnen; Mittelwert Alter: 49,42 Jahre ± 15,78 (Standardabweichung), Altersbereich zwischen 19-77 Jahre) wurde die Intra- und Interobservervariabilität bei der Auswertung der MRT-Parameter ER (edema-ratio) und gRE (early gadolinium enhancement) evaluiert. Dabei wurde in der STIR die ER berechnet und in der T1 FSE das gRE. Dieses erfolgte durch zwei verblindete Untersucher. Untersucher A war dabei „erfahren“ (> 100 Untersuchungen), Untersucher B (< 50 Untersuchungen) „unerfahren“. Die Analyse erfolgte statistisch durch lineare Regressionsanalysen und Bland-Altman-Plots. Das zweite Kollektiv umfasste 100 Patienten (79 männliche Patienten, 21 weibliche Patientinnen; Mittelwert Alter 46,39 Jahre ± 16,78 (Standardabweichung), Altersbereich zwischen 18-79 Jahre) mit klinischem Verdacht auf akute virale Myokarditis. Es wurde die Grenzwertversatilität der MRT-Parameter ER und gRE bei der Diagnostik einer Myokarditis auf einem Philips-Scanner untersucht. Die Auswertung der MRT-Sequenzen erfolgte durch einen erfahrenen Untersucher (>100 Untersuchungen). Dabei wurde in der STIR die Edema-Ratio (ER) berechnet und in der T1 FSE das „early gadolinium enhancement“ (gRE). Die Analyse erfolgte statistisch durch Receiver-Operating-Characteristic- Kurven (ROC-Kurven). Ergebnisse Die Evaluation der Intra- und Interobservervariabilität ergab für den „erfahrenen“ Untersucher A eine gute Korrelation bei der Auswertung des MRT-Parameters ER (r=0.96, CI95 r= 0.93-0.98, p < 0.0001) und der Auswertung des MRT-Parameters gRE (r=0.93, CI95 r= 0.89-0.96, p < 0.0001). Für den „unerfahrenen“ Untersucher B stellte sich ein höhere Intraobservervariabilität sowohl bei der Untersuchung der ER (r=0.85, CI95 r=0.75-0.91, p < 0.0001), als auch bei der Untersuchung des gRE (r=0.57, CI95 r=0.36-0.73, p < 0.0001) heraus. Damit war die Interobservervariabilität höher bei der Auswertung des gRE (r=0.60, CI95 r=0.36-0.73, p < 0.0001), als bei der Auswertung der ER (r=0.86, CI95 r=0.76-0.91, p < 0.0001). Die Auswertung des zweiten Patientenkollektivs erfolgte mit Receiver-Operating-Characteristic-Kurven (ROC-Kurven). Als Goldstandard diente, bei Ausnahme einer Sub-Gruppe, die EMB. Für das Gesamtkollektivs dieser Arbeit ergab die Fläche unter der Kurve (AUC) für die ER 0,59 (CI95; 0.474, 0.706) und für das gRE 0.59 (CI95: 0.444,0.672). AUC-Werte nahe der 0.5 deuten auf einen Zufallsprozess hin. Die resultierenden Häufigkeitsverteilungen ergaben bei einem Grenzwert (cut-off) von 1,95 für die ER eine Sensitivität von 64% und eine Spezifität von 59%, für das gRE bei einem Grenzwert von 4,05 eine Sensitivität von 72% und eine Spezifität von 29%. Auf Grund der unbefriedigenden Ergebnisse der ROC-Analysen wurden Subgruppen gebildet, um die Grenzwertversatilität der MRT-Parameter ER und gRE auf einem Philips-Scanner zu evaluieren, da von der Annahme ausgegangen wurde, dass verschiedene Grenzwerte für die Parameter ER und gRE an unterschiedlichen MRT-Scannern bestehen. Die Analyse des Kollektiv akute Myokarditis (Definition: Symptombeginn < 14 Tagen) ergab für die ER bei einem cut-off von 1,95 eine Sensitivität von 67% und eine Spezifität von 56%. Bei dem gRE zeigte sich bei einem cut-off von 4,05 eine Sensitivität von 81% und eine Spezifität von 56%. Bei einem cut-off von 4,55 eine Sensitivität von 69% und eine Spezifität 69%. Ähnliche Ergebnisse zeigt die Analyse der Subgruppe chronische Myokarditis (Definition: Symptombeginn > 14 Tagen), die für die ER bei einem cut-off von 1,95 eine Sensitivität von 78% und Spezifität von 40% zeigte und für das gRE bei einem cut-off von 4,55 eine valide Sensitivität von 78% und Spezifität von 80%. Es wurde noch eine Analyse der Sub-Gruppe klinisch akute Myokarditis (Definition: Symptombeginn < 7 Tagen, Troponin T oder I positiv, St-Hebungen im Elektrokardiogramm) durchgeführt, wobei hier der Goldstandard geändert wurde. Statt der EMB wurde hier die „Klinik“ als Goldstandard genutzt. Hier zeigte sich erneut für die ER bei einem cut-off von 1,95 bei einer Sensitivität von 78% und Spezifität von 40% und für das gRE bei einem cut-off von 4,55 bei einer Sensitivität von 78% und Spezifität von 80% die validesten Ergebnisse. Schlussfolgerung In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Intra- und Interobserver Variabilität sehr von der Erfahrung des jeweiligen Untersuchers abhängig ist. Das bedeutet, dass die Auswertung kardialer MRT-Sequenzen nur von Personen erfolgen sollte, die bereits Erfahrung mit solchen Sequenzen haben. Damit kann eine hohe Reproduzierbarkeit und Sicherheit der Ergebnisse der Auswertungen erreicht werden. Die Auswertung des gRE erscheint anfälliger und bedarf somit besonderer Sorgfalt. Bei der Grenzwertversatilität der Parameter ER und gRE auf einem Philipps-Scanner konnten wir feststellen, dass der Grenzwert von ≥ 2 für die ER beibehalten werden kann. Für das gRE jedoch muss der Grenzwert von ≥ 4,0 auf ≥ 4,5 korrigiert werden. Die Auswertung kardialer MRT-Sequenzen bei Myokarditis ist somit geräteabhängig. Es sollte deswegen eine genaue Evaluation der Grenzwerte für ER und gRE auf den jeweiligen Scannern erfolgen. Jedoch ist auch mit einem Graubereich zwischen 4,0 und 4,5 für das gRE zu rechnen, so dass solche Ergebnisse noch einmal genau geprüft werden müssen. Im akuten Stadium der Myokarditis konnten wir bessere Ergebnisse mit einer MRT-Untersuchung erzielen als im chronischen Stadium. Das gRE schneidet hier besser ab als die ER. Die hier gezeigten Ergebnisse können die diagnostische Sicherheit einer EMB in der Diagnostik einer Myokarditis vielleicht noch nicht ganz erreichen. Jedoch ist auch die EMB als Goldstandard in der Diagnostik einer Myokarditis immer wieder in der Diskussion. Die kardiale MRT ermöglicht eine differenzierte Einschätzung der myokardialen Funktions- und Gewebeeigenschaften und ist somit in Kombination aller MRT-Sequenzen geeignet, Aktivität und Verlauf einer akuten Myokarditis besser einzuschätzen. In der Zukunft wird somit die kardiale MRT als ein nicht-invasives, strahlenfreies Untersuchungsverfahren eine immer größere Rolle in der Diagnostik entzündlicher Herzerkrankungen spielen

Die häufigste Form der Herzinsuffizienz in Deutschland ist die dilatative Kardiomyopathie, wobei bei ca. 6/100.000 Einwohnern pro Jahr keine eindeutige Ursache erkennbar ist und somit eine idiopathische DCM diagnostiziert wird. Ein Faktor zur Entstehung einer idiopathischen DCM könnten Autoantikörper gegen den β1-adrenergen Rezeptor sein. Bei ca. 30% der Patienten, die an einer DCM (Äquivalent in der ETiCS-Studie: erste akute Myokarditis = AMitis) leiden, sowie bei ca. 13% der Patienten, die an einer ischämischen Kardiomyopathie (Äquivalent in der ETiCS-Studie: erster akuter Myokardinfarkt = FAMI) leiden, konnten in älteren Arbeiten β1-AAk nachgewiesen werden. Im Rahmen der ETiCS-Studie erfolgte erstmals eine prospektive Beobachtung entsprechender Patientenkollektive über 12 Monate mit Blutentnahme und klinischen Kontrollen zum Zeitpunkt 0 Monate (=Baseline), 2-3 Monate (Follow-Up 1), 6 Monate (FUP2) und 12 Monate (FUP3). Zu diesen Zeitpunkten wurden anhand der gewonnenen Blutproben der β1-AAk-Status sowie die immunologischen Marker der FAMI- und AMitis-Patienten bestimmt und mit der kardialen LV-Pumpfunktion korreliert. Zentrales Thema dieser Arbeit war es, Zusammenhänge zwischen der β1-AAk-Ausbildung in Abhängigkeit von individuellen Zytokinprofilen und der Entwicklung der LV-Pumpfunktion nach dem jeweiligen kardialen Ereignis zu untersuchen, wobei FAMI- und AMitis-Patienten miteinander verglichen wurden. Darüber hinaus wurde auch der Einfluss der CTLA-4-Haplotypen, also die „genetische“ Suszeptibilität Autoantikörper zu entwickeln, untersucht. Während bei FAMI-Patienten die Entwicklung von β1-AAk keinen Einfluss auf den Verlauf der LV-Pumpfunktion zu haben scheint, wird diese bei AMitis-Patienten durch hochaffine β1-AAk im Verlauf stark beeinträchtigt. Bei FAMI-Patienten konnte nach einer größeren Herzschädigung (CK-Werte >1000 U/l) eine schlechtere Pumpfunktion im Vergleich zu kleineren Myokardinfarkten (CK-Werte <1000 U/l) nachgewiesen werden, unabhängig von β1-AAk-Status. Für die Prognose und die Erholung der LV-Pumpfunktion scheint bei FAMI-Patienten folglich die Infarktgröße, aber nicht die Entwicklung von β1-AAk wichtig zu sein. Hinsichtlich der unterschiedlichen Zytokinprofile bei FAMI- und AMitis-Patienten, die hochaffine β1-AAk entwickeln, scheinen bestimmte Zytokine die Induktion einer kardialen Autoimmunität zu begünstigen, während andere Zytokine wohl eher protektive immunologische Reaktionen in Gang setzen: Die proinflammatorischen Zytokine IL-1β, IL-2, IL-7, IL-12, IL-17, GM-CSF, MIP-1α und IFN-γ waren bei β1-AAk-positiven AMitis-Patienten statistisch signifikant erhöht. Protektive Effekte könnten dagegen von den antiinflammatorischen Zytokinen IL-1RA, IL-10 und IL-13 ausgehen, deren Serumspiegel bei FAMI- gegenüber AMitis-Patienten im Vergleich erhöht waren. Beim direkten Vergleich von AMitis-Patienten mit hochaffinen β1-AAk und solchen ohne β1-AAk, zeigten sich bei Patienten mit hochaffinen β1-AAk höhere Konzentrationen an IL-1β, IL-2, IL-6, IL-7, IL-12, IL-17, GM-CSF, MIP-1α und TNF-α. Bei Patienten ohne Autoantikörper waren demgegenüber die Spiegel von IL-1RA, IL-10 und IL-13 erhöht, was zu einer besseren Erholung der LV-Pumpfunktion führte. Nach genetischer Typisierung der CTLA-4-Haplotypen (Polymorphismen SNP +49G/A und SNP CT60A/G) fand sich bei Patienten mit dem Allel G/G ein höheres Risiko β1-AAk zu entwickeln, während das Allel A/A jeweils mit einem geringeren Risiko kardiale Autoantikörper zu entwickeln assoziiert war und somit protektiv gegen Autoimmunphänomene wirken könnte. / Autoantibodies directed against the beta1-receptor can be found within 30% of patients suffering from acute myocarditis and 13% of patients suffering from acute myocardial infarction. These autoantibodies cause a higher risk of heart failure and can lead to dilated cardiomyopathy. The levels of certain proinflammatory cytokines are expressed significantly higher by patients with these autoantibodies, whereas higher levels of antiinflammatory cytokines can be found within patients that didn't develop beta1-autoantibodies. This suggests that proinflammatory cytokines can lead to autoimmunity and impair the prognosis of the patients. Antiinflammatory cytokines on the other hand play a protective role against the development of beta1-autoantibodies. Analyzing the different allels of the SNPs +49G/A and CT60A/G, the allel G/G is bearing a higher risk of developing beta1-autoantibodies while the allels A/A and A/G may play a protective role.

Ulm, Univ. Diss., 2007.

Die idiopathische dilatative Kardiomyopathie ist eine eher seltene Herzerkrankung (Inzidenz 8/100.000 Einwohner pro Jahr), jedoch eine der häufigsten Ursache für die Entstehung einer Herzinsuffizienz bei jüngeren Patienten und geht immer mit Veränderungen sowohl des humoralen als auch des zellulären Immunsystems einher. Die der vorliegenden Arbeit zugrunde liegende ETiCS-Studie untersucht besonders die Rolle von 1-adrenergen Autoantikörpern bei der Ausbildung und Entwicklung einer Herzinsuffizienz sowie deren Einfluss auf den Verlauf der kardialen Pumpfunktion nach einem ersten akuten Myokardinfarkt (FAMI) oder einer ersten Episode einer akuten Myokarditis (AMitis). Nach Studieneinschluss wurden diese beiden klar definierten Patientenkollektive über einen Zeitraum von 12 Monaten beobachtet. Im Fokus der vorliegenden Arbeit stand der Verlauf der mittels MRT erhobenen kardialen Funktionsdaten (LVEF, EDV, ESV, SV, HI und LV-Masse, Baseline und 12 Monats-Follow Up) und ihr Zusammenhang mit Biomarkern der Herzschädigung (CK/CK-MB) sowie der Ausbildung/dem Verlauf von 1-Autoantikörpern. FAMI-Patienten wiesen innerhalb eines Jahres grundsätzlich eine Verbesserung der kardialen Pumpfunktion auf; Patienten mit erstem Hinterwandinfarkt zeigten im Vergleich zu Vorderwandinfarkt-Patienten bei generell besseren Ausgangswerten auch im Verlauf deutlich geringere Funktions- und Volumenänderungen. Patienten mit kleineren Myokardinfarkten (CK Werte <1000 U/l) zeigten, unabhängig von der Lokalisation, eine bessere Erholung der LV-Funktion, als Patienten mit größeren Herzinfarkten (CK Werte >1000 U/l). Bei den im Rahmen dieser Arbeit analysierten Infarktpatienten konnte allerdings kein wesentlicher Einfluss einer Ausbildung oder Gegenwart von herzspezifischen Autoantikörpern auf die Entwicklung der kardialen Pumpfunktion nachgewiesen werden. AMitis-Patienten wiesen innerhalb eines Jahres ebenso grundsätzlich eine Verbesserung der kardialen Pumpfunktion auf; In dieser Patienten-Kohorte scheint die mittel- und langfristige Entwicklung der kardialen Funktionsparameter jedoch stark von der Ausbildung 1-adrenerger Autoantikörper beeinflusst zu sein: Antikörper-negative AMitis-Patienten zeigten zu jedem Beobachtungszeitpunkt deutlich bessere kardiale Funktionsparameter als Antikörper-positiv getestete AMitis-Patienten. Dies bestätigt die initiale Hypothese der ETiCS-Studie und muss durch die abschließende Analyse aller ETiCS-Studienpatienten (erwartet 2019) noch bestätigt werden. Den Nachweis von 1-adrenergen Autoantikörpern in die Routine-Labordiagnostik einzuführen, erscheint aufgrund der Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zumindest bei Myokarditispatienten sinnvoll. Bei einem Herzinfarkt sprechen die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit jedoch nicht für einen Mehrwert eines routinemäßigen 1-Autoantikörper-Screenings. / Idiopathic dilated cardiomyopathy is a relatively rare heart disease (with an incidence of 8/100.000 inhabitants per year), but is one of the most often causes of heart failure in younger adults and is known to be associated with changes in both the humoral and the cellular immune system. The here presented ETiCS-study addressed the role of 1-adrenoceptor autoantibodies in the development of heart failure and their influence on the course of cardiac function and remodeling after a first acute myocardial infarction (FAMI) or a first event of an acute myocarditis (AMitis). After inclusion into the study, these two well defined patient-cohorts were regularly followed for 12 months. The focus of the present doctoral thesis was to analyze the cardiac MRI functional data (LVEF, EDV, ESV, SV, CI and LV-mass, determined at baseline and after 12 months) and to relate them to biomarkers of cardiac damage (CK / CK-MB) and to the development/presence of 1-adrenoceptor autoantibodies. FAMI-patients within one year of follow-up showed a general improvement in cardiac pump function; however, patients with posterior myocardial infarction in general had a better cardiac performance at baseline and developed less functional and volume changes compared to patients with an anterior myocardial infarction. Patients with smaller myocardial infarctions (CK levels <1000 U/l) had a better recovery of LV function, regardless of the location, than patients with a larger myocardial infarction (CK levels >1000 U/l). In this study-cohort the development or presence of heart-directed autoantibodies (as 1-adrenergic autoantibodies) did not significantly influence the development (recovery or progression of heart failure) of cardiac functional parameters and performance. AMitis-patients within one year of follow-up equally showed a general improvement in cardiac pump function; however, in this cohort the development of cardiac functional parameters appeared to be dependent on the development/presence of 1-adrenoceptor autoantibodies: Antibody-negative AMitis-patients had significantly better functional LV-parameters than antibody-positive AMitis-patients at each follow-up. This finding is in agreement with the initial hypothesis of the ETiCS-study and is still to be confirmed by the final analysis of the data from all patients included into the ETiCS-study. Based on the preliminary data of the present thesis it appears justified to implement a screening for 1-adrenoceptor autoantibodies into routine laboratory diagnostics, at least in myocarditis patients. In acute myocardial infarction, the results of this work do not support an added value of routine autoantibody screening, however.

Techn. Universiẗat, Diss., 2005--München.

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades Dr. med. Grenzwertversatilität, Intra- und Interobservervariabilität bei der Befundung verschiedener kardialer MRT-Sequenzen bei Myokarditis eingereicht von Julia Kriemhild Steiner Problemstellung Die akute virale Myokarditis, als sekundäre Entzündung des Herzmuskelgewebes durch kardiotrope Viren, kann vollständig ausheilen oder über eine chronische Myokarditis zu einer dilatativen Kardiomyopathie führen. Dabei können maligne Herzrhythmusstörungen auftreten und es kann zum plötzlichen Herztod kommen. Eine definitive Diagnose ist somit von entscheidender Bedeutung, um interventionsbedürftige Formen zu behandeln und Differentialdiagnosen auszuschließen. Als Goldstandard der Myokarditis-Diagnostik gilt die Endomyokardbiopsie (EMB). Diese birgt als invasive Methode jedoch auch Risiken für den Patienten. Die kardiale Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) stellt eine strahlenfreie, nicht-invasive und damit risikoarme Alternative dar. Ziel dieser Arbeit war es, die Intra- und Interobservervariabilität kardialer MRT-Parameter bei der Diagnostik einer Myokarditis zu evaluieren. Außerdem wurde die Grenzwertversatilität der MRT-Parameter „edema-ratio“ (ER) und „early gadolinium enhancement“ (gRE) bei Myokarditis auf einem Philips-Scanner untersucht. Material und Methode Diese prospektive Studie am Herzzentrum Leipzig hat von 2007 bis 2009 kardiale MRT-Sequenzen von Patienten ausgewertet, bei denen klinisch der Verdacht auf eine akute virale Myokarditis bestand. Alle Patienten erhielten zur Verifizierung der Diagnose eine Linksherz-EMB. Die Arbeit besteht aus zwei Patientenkollektiven. Bei 52 Patienten (36 männliche Patienten, 16 weibliche Patientinnen; Mittelwert Alter: 49,42 Jahre ± 15,78 (Standardabweichung), Altersbereich zwischen 19-77 Jahre) wurde die Intra- und Interobservervariabilität bei der Auswertung der MRT-Parameter ER (edema-ratio) und gRE (early gadolinium enhancement) evaluiert. Dabei wurde in der STIR die ER berechnet und in der T1 FSE das gRE. Dieses erfolgte durch zwei verblindete Untersucher. Untersucher A war dabei „erfahren“ (> 100 Untersuchungen), Untersucher B (< 50 Untersuchungen) „unerfahren“. Die Analyse erfolgte statistisch durch lineare Regressionsanalysen und Bland-Altman-Plots. Das zweite Kollektiv umfasste 100 Patienten (79 männliche Patienten, 21 weibliche Patientinnen; Mittelwert Alter 46,39 Jahre ± 16,78 (Standardabweichung), Altersbereich zwischen 18-79 Jahre) mit klinischem Verdacht auf akute virale Myokarditis. Es wurde die Grenzwertversatilität der MRT-Parameter ER und gRE bei der Diagnostik einer Myokarditis auf einem Philips-Scanner untersucht. Die Auswertung der MRT-Sequenzen erfolgte durch einen erfahrenen Untersucher (>100 Untersuchungen). Dabei wurde in der STIR die Edema-Ratio (ER) berechnet und in der T1 FSE das „early gadolinium enhancement“ (gRE). Die Analyse erfolgte statistisch durch Receiver-Operating-Characteristic- Kurven (ROC-Kurven). Ergebnisse Die Evaluation der Intra- und Interobservervariabilität ergab für den „erfahrenen“ Untersucher A eine gute Korrelation bei der Auswertung des MRT-Parameters ER (r=0.96, CI95 r= 0.93-0.98, p < 0.0001) und der Auswertung des MRT-Parameters gRE (r=0.93, CI95 r= 0.89-0.96, p < 0.0001). Für den „unerfahrenen“ Untersucher B stellte sich ein höhere Intraobservervariabilität sowohl bei der Untersuchung der ER (r=0.85, CI95 r=0.75-0.91, p < 0.0001), als auch bei der Untersuchung des gRE (r=0.57, CI95 r=0.36-0.73, p < 0.0001) heraus. Damit war die Interobservervariabilität höher bei der Auswertung des gRE (r=0.60, CI95 r=0.36-0.73, p < 0.0001), als bei der Auswertung der ER (r=0.86, CI95 r=0.76-0.91, p < 0.0001). Die Auswertung des zweiten Patientenkollektivs erfolgte mit Receiver-Operating-Characteristic-Kurven (ROC-Kurven). Als Goldstandard diente, bei Ausnahme einer Sub-Gruppe, die EMB. Für das Gesamtkollektivs dieser Arbeit ergab die Fläche unter der Kurve (AUC) für die ER 0,59 (CI95; 0.474, 0.706) und für das gRE 0.59 (CI95: 0.444,0.672). AUC-Werte nahe der 0.5 deuten auf einen Zufallsprozess hin. Die resultierenden Häufigkeitsverteilungen ergaben bei einem Grenzwert (cut-off) von 1,95 für die ER eine Sensitivität von 64% und eine Spezifität von 59%, für das gRE bei einem Grenzwert von 4,05 eine Sensitivität von 72% und eine Spezifität von 29%. Auf Grund der unbefriedigenden Ergebnisse der ROC-Analysen wurden Subgruppen gebildet, um die Grenzwertversatilität der MRT-Parameter ER und gRE auf einem Philips-Scanner zu evaluieren, da von der Annahme ausgegangen wurde, dass verschiedene Grenzwerte für die Parameter ER und gRE an unterschiedlichen MRT-Scannern bestehen. Die Analyse des Kollektiv akute Myokarditis (Definition: Symptombeginn < 14 Tagen) ergab für die ER bei einem cut-off von 1,95 eine Sensitivität von 67% und eine Spezifität von 56%. Bei dem gRE zeigte sich bei einem cut-off von 4,05 eine Sensitivität von 81% und eine Spezifität von 56%. Bei einem cut-off von 4,55 eine Sensitivität von 69% und eine Spezifität 69%. Ähnliche Ergebnisse zeigt die Analyse der Subgruppe chronische Myokarditis (Definition: Symptombeginn > 14 Tagen), die für die ER bei einem cut-off von 1,95 eine Sensitivität von 78% und Spezifität von 40% zeigte und für das gRE bei einem cut-off von 4,55 eine valide Sensitivität von 78% und Spezifität von 80%. Es wurde noch eine Analyse der Sub-Gruppe klinisch akute Myokarditis (Definition: Symptombeginn < 7 Tagen, Troponin T oder I positiv, St-Hebungen im Elektrokardiogramm) durchgeführt, wobei hier der Goldstandard geändert wurde. Statt der EMB wurde hier die „Klinik“ als Goldstandard genutzt. Hier zeigte sich erneut für die ER bei einem cut-off von 1,95 bei einer Sensitivität von 78% und Spezifität von 40% und für das gRE bei einem cut-off von 4,55 bei einer Sensitivität von 78% und Spezifität von 80% die validesten Ergebnisse. Schlussfolgerung In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Intra- und Interobserver Variabilität sehr von der Erfahrung des jeweiligen Untersuchers abhängig ist. Das bedeutet, dass die Auswertung kardialer MRT-Sequenzen nur von Personen erfolgen sollte, die bereits Erfahrung mit solchen Sequenzen haben. Damit kann eine hohe Reproduzierbarkeit und Sicherheit der Ergebnisse der Auswertungen erreicht werden. Die Auswertung des gRE erscheint anfälliger und bedarf somit besonderer Sorgfalt. Bei der Grenzwertversatilität der Parameter ER und gRE auf einem Philipps-Scanner konnten wir feststellen, dass der Grenzwert von ≥ 2 für die ER beibehalten werden kann. Für das gRE jedoch muss der Grenzwert von ≥ 4,0 auf ≥ 4,5 korrigiert werden. Die Auswertung kardialer MRT-Sequenzen bei Myokarditis ist somit geräteabhängig. Es sollte deswegen eine genaue Evaluation der Grenzwerte für ER und gRE auf den jeweiligen Scannern erfolgen. Jedoch ist auch mit einem Graubereich zwischen 4,0 und 4,5 für das gRE zu rechnen, so dass solche Ergebnisse noch einmal genau geprüft werden müssen. Im akuten Stadium der Myokarditis konnten wir bessere Ergebnisse mit einer MRT-Untersuchung erzielen als im chronischen Stadium. Das gRE schneidet hier besser ab als die ER. Die hier gezeigten Ergebnisse können die diagnostische Sicherheit einer EMB in der Diagnostik einer Myokarditis vielleicht noch nicht ganz erreichen. Jedoch ist auch die EMB als Goldstandard in der Diagnostik einer Myokarditis immer wieder in der Diskussion. Die kardiale MRT ermöglicht eine differenzierte Einschätzung der myokardialen Funktions- und Gewebeeigenschaften und ist somit in Kombination aller MRT-Sequenzen geeignet, Aktivität und Verlauf einer akuten Myokarditis besser einzuschätzen. In der Zukunft wird somit die kardiale MRT als ein nicht-invasives, strahlenfreies Untersuchungsverfahren eine immer größere Rolle in der Diagnostik entzündlicher Herzerkrankungen spielen

Die ETiCS-Studie (Etiology, Titre-Course, and effect on Survival) ist die bisher größte prospektive europäische Studie, die Ursachen und Entstehungsmechanismen kardialer Autoimmunphänomene untersucht. Ziel dieser Dissertation war die umfassende Charakterisierung der beiden prospektiven ETiCS-Kollektive sowie der Vergleich ihrer demographischen, klinischen, laborchemischen und apparativen Charakteristika zum Zeitpunkt des Studieneinschlusses. Die prospektive ETiCS-Studie umfasste im FAMI-Kollektiv (erster akuter Myokardinfarkt) insgesamt n=180 Patienten und im AMitis-Kollektiv (erste akute Myokarditis) n=96 Patienten. Die demographischen Daten, das kardiovaskuläre Risikoprofil sowie die klinische Symptomatik unserer Patienten entsprachen im Wesentlichen den in der Literatur bereits beschriebenen ähnlichen Vergleichskollektiven, mit dem interessanten Unterschied, dass unsere Infarkt-Patienten deutlich jünger waren (57 ± 8 Jahre), als der Durchschnittspatient mit erstmaligem Myokardinfarkt. Als Schlussfolgerung dieser Arbeit für die klinische Praxis lässt sich durch akribische Erhebung der Anamnese und des kardiovaskulären Risikoprofils eines Patienten mit unklaren kardialen Beschwerden mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit ein akuter Myokardinfarkt oder eine akute Myokarditis vorhersagen. Das führende klinische Symptom ist mit Thoraxschmerz und Dyspnoe bei beiden Krankheitsbildern recht ähnlich, jedoch sollte bei führender Belastungsdyspnoe und zeitgleich typischen Nebenkriterien (Fieber, Palpitationen, Infektanamnese) primär an eine Myokarditis gedacht werden. Anhand der Ischämiemarker ist der Ausschluss einer akuten Myokardischämie oder einer akuten Herzmuskelentzündung zwar mit großer Sicherheit möglich, bei erhöhten Werten muss jedoch für eine weitere Differenzierung auch die Klinik, die EKG-Diagnostik und die Echokardiographie mit betrachtet werden. Auch bei nicht eindeutigem EKG-Befund sollte die Indikation zur Koronarangiographie nur in Zusammenschau der genannten Befunde gestellt werden. Sobald sich jedoch der Verdacht auf ein akutes Infarktgeschehen erhärtet, sollte ohne Zeitverzögerung eine invasive Diagnostik erfolgen. / The ETiCS study (Etiology, Titre-Course, and effect on Survival) is the largest prospective European study to date to investigate the causes and mechanisms of cardiac autoimmune phenomena. The aim of this dissertation was the comprehensive characterization of the two prospective ETiCS collectives and the comparison of their demographic, clinical, laboratory and instrumental characteristics at the time of study inclusion. The prospective ETiCS study included n=180 patients in the FAMI (first acute myocardial infarction) and n=96 patients in the AMitis (first acute myocarditis) group. The demographic data, cardiovascular risk profile, and clinical symptoms of our patients were broadly similar to those of the other collectives described in the literature, with the interesting difference that our infarction patients were significantly younger (57 ± 8 years) than the average patient with first myocardial infarction. As a conclusion of this work for clinical practice, meticulous evaluation of the medical history and cardiovascular risk profile of a patient with unclear cardiac symptoms allows to predict with a certain probability an acute myocardial infarction or acute myocarditis. The leading clinical symptom is quite similar with chest pain and dyspnea, but in case of leading exercise dyspnea and at the same time typical secondary criteria (fever, palpitations, history of infection) myocarditis should be considered primarily. Although laboratory markers allow the exclusion of acute myocardial ischemia or acute myocarditis with a high degree of certainty, in the case of elevated values, clinical presentation, ECG diagnostic and echocardiography must also be considered for further differentiation. Even if the ECG findings are inconclusive, the indication for coronary angiography should only be made in conjunction with the above-mentioned findings. However, as soon as the suspicion of an acute infarction is confirmed, invasive diagnostics should be performed without delay.

Die Diagnose der Myokarditis, einer entzündlichen Herzmuskelerkrankung, stellt die behandelnden Mediziner, trotz klinischer Charakteristika gerade im Hinblick auf die Differentialdiagnosen, weiterhin vor große Herausforderungen. Der Krankheitsverlauf der betroffenen Patienten variiert zwischen asymptomatisch bis hin zum lebensbedrohlichen Krankheitsbild und kann im Verlauf zu einer chronischen Herzinsuffizienz führen, die mit einer erheblich eingeschränkten kardialen Belastbarkeit einhergehen kann. Als Goldstandard in der Diagnostik der Myokarditis wird die Endomyokardbiopsie angesehen. Aufgrund des Sampling Errors sowie der Invasivität der Untersuchung erklärt sich die Suche nach einer adäquaten nicht invasiven diagnostischen Methode. Hier konnte die kardiovaskuläre Magnetresonanztomographie (CMR), welche ein nicht invasives Schnittbildverfahren darstellt, sich als wichtigstes, nicht invasives diagnostisches Verfahren etablieren. Ziel dieser Promotionsarbeit war es, die 1.5 T MRT Diagnostik sowie die 3.0 MRT Diagnostik von Patienten mit klinischer Präsentation einer Myokarditis in Bezug auf den Goldstandard der Endomyokardbiopsie zu vergleichen. Hierfür erfolgte die Einteilung der Patienten anhand ihrer Symptomdauer in eine Gruppe mit klinisch akuter Myokarditis (akute Gruppe, Gruppe 1, Symptombeginn ≤ 14 Tage) und in eine zweite Gruppe mit klinisch chronischer Myokarditis (chronische Gruppe, Gruppe 2, Symptombeginn > 14 Tage). In dieser prospektiven Studie konnte bei 129 Patienten ein 1.5 T MRT (Gruppe 1: n = 61, Gruppe 2: n = 68) sowie bei 113 Patienten ein 3.0 T MRT (Gruppe 1: n = 56; Gruppe 2: n = 57) durchgeführt werden. Bei allen Patienten wurde eine Endomyokardbiopsie durchgeführt, welche nach Möglichkeit biventrikulär erfolgte. Die histologische, immunhistologische und molekularbiologische Untersuchung erfolgte nach geltenden Standards. Im Anschluss erfolgte ein 1.5 T MRT und innerhalb maximal 72 Stunden nach der Biopsieentnahme ein 3.0 T MRT. Anhand der 1.5 T MRT und 3.0 T MRT Bilder erfolgte die Bestimmung des globalen und/oder fokalen Ödems (ER), des globalen relativen Enhancement (gRE) und des Late Enhancement (LE). Gemäß „Lake Lousie Kriterien“ (LLC) wurde die Diagnose einer Myokarditis gestellt, wenn sich mindestens 2 der 3 oben genannten Parameter positiv darstellten. Bei der Betrachtung der Ergebnisse der LLC der MRT Untersuchung der Patienten mit Verdacht auf die akute Myokarditis im Vergleich zur Endomyokardbiospie ergaben sich folgende Vergleichswerte (1.5 T MRT vs. 3.0 T MRT): Sensitivität 70 % vs. 82 %, Spezifität 63 % vs. 29 %, PPW 80 % vs. 72 % und NPW 52 % vs. 46 %. Bei Patienten mit Verdacht auf eine chronische Myokarditis ergaben sich folgende Vergleichswerte: Sensitivität 69 % vs. 80 %, Spezifität 45 % vs. 38 %, PPW 74 % vs. 76 % und NPW 39 % vs. 43 %. Bei Patienten mit klinischem Verdacht auf eine akute Myokarditis stellt die 3.0 T MRT Diagnostik im Vergleich zur 1.5 T MRT Diagnostik keine geeignete Methode zur Verbesserung der Diagnostik da. Die Ergebnisse dieser Studie geben jedoch Hinweise darauf, dass die schwierige Diagnostik einer chronischen Myokarditis durch die Verwendung der 3.0 T MRT im Vergleich zur Anwendung der 1.5 T MRT Diagnostik einen Vorteil bieten könnte. Allerdings scheint sich die Forschung eher mit der Weiterentwicklung der Mapping Techniken auseinanderzusetzen als mit dem Vergleich der unterschiedlichen Feldstärken. Verglichen mit unseren Ergebnissen scheint die Verwendung des Mappings sowie der neuen LLC der konsequente nächste Schritt zu einer verbesserten Diagnostik der Myokarditis zu sein. Viele der jüngeren Studienergebnisse zeigen, dass die klassischen LLC Kriterien als alleiniges CMR Diagnose Verfahren zunehmend an Bedeutung verlieren werden. In jüngere Zeit wurde auch ein kombinierter Ansatz aus semiquantitativer und quantitativer Methode zur Erhöhung der diagnostischen Sicherheit der Myokarditis etabliert. Weiterhin bleibt die sichere Unterscheidung zwischen entzündlicher und nicht-entzündlicher Erkrankung des Myokards eine der großen Herausforderungen in der Myokarditis Diagnostik. Zur Erhöhung der Aussagekraft empfiehlt sich die Durchführung von verblindeten, randomisierten Mulitcenter-Studien, die einheitliche Einschlusskriterien, standardisierte MRT Protokolle und einen einheitlichen Referenzwert, wie beispielsweise die EMB, beinhalten sollten.:1 Inhaltsverzeichnis 2 2 Abkürzungsverzeichnis 5 3 Einführung 7 3.1 Myokarditis 7 3.1.1 Definition und Klinik 7 3.1.2 Epidemiologie 7 3.1.3 Pathogenese 8 3.1.4 Ätiologie 11 3.1.5 Diagnostik 12 3.1.5.1 Elektrokardiographie 12 3.1.5.2 Laborparameter 13 3.1.5.3 Echokardiographie 13 3.1.5.4 Endomyokardbiospie (Herzkatheter) 14 3.1.5.5 Magnetresonanztherapie (MRT) 16 3.1.6 Therapie 19 3.1.7 Prognose 19 3.2 Zielstellung 21 4 Methoden 22 4.1 Patienten und Studienprotokoll 22 4.2 MRT Bildgebung 24 4.2.1 1.5 T und 3.0 T MRT-Scanner und Scannerprotokoll 24 4.3 Auswertung der MRT-Daten 26 4.3.1 Relativer Wassergehalt 26 4.3.2 Globales relatives Enhancement (grE) 27 4.3.3 Late Enhancement (LE) 28 4.4 Herzkatheter 28 4.4.1 Histologische, immunhistochemische und molekularbiologische Analyse 29 4.5 Statistik 30 5 Ergebnisse 31 5.1 Übersicht 31 5.2 Patientencharakteristika 33 5.2.1 Symptome 33 5.2.2 Alter und Geschlecht 34 5.2.3 Symptomdauer 34 5.2.4 Linksventrikuläre Funktion 34 5.2.5 EKG Veränderungen 34 5.2.6 Labor 35 5.2.7 Kardiovaskuläre Risikofaktoren 35 5.3 Herzkatheter Untersuchung 37 5.3.1 Mono bzw. biventrikuläre EMB 37 5.3.2 Ergebnisse der EMB 37 5.3.3 Virusnachweis 38 5.3.4 Fibrose 40 5.4 MRT Diagnostik 40 5.4.1 Ergebnis der 1.5 T MRT Untersuchung 40 5.4.1.1 MRT-Entzündungsparameter 40 5.4.1.2 Ergebnisse der 1.5 T MRT-Diagnostik bezogen auf die EMB 45 5.4.1.2.1 Gesamtkollektiv 45 5.4.1.2.2 Ergebnisse der akuten Gruppe (Symptomdauer ≤ 14 Tage) 46 5.4.1.2.3 Ergebnisse der chronischen Gruppe (Symptomdauer > 14 Tage) 47 5.4.2 Ergebnis der 3.0 T MRT-Untersuchung 48 5.4.2.1 MRT-Entzündungsparameter 48 5.4.2.2 Ergebnisse der 3.0 MRT-Diagnostik bezogen auf die EMB 52 5.4.2.2.1 Gesamtkollektiv 52 5.4.2.2.2 Ergebnisse der akuten Gruppe (Symptomdauer ≤ 14 Tage) 53 5.4.2.2.3 Ergebnisse der chronischen Gruppe (Symptomdauer > 14 Tage) 54 5.4.3 Vergleich 1.5 T MRT mit 3.0 T MRT 55 5.4.3.1 Gesamtkollektiv 55 5.4.3.2 Ergebnisse der akuten Gruppe (Symptomdauer ≤ 14 Tage) 56 5.4.3.3 Ergebnisse der chronischen Gruppe (Symptomdauer > 14 Tage) 56 6 Diskussion 57 6.1 Zusammenfassung der Ergebnisse 57 6.2 Studienkonzeptionen 58 6.3 MRT-Diagnostik 1,5 MRT 59 6.4 MRT-Diagnostik 3,0 T MRT 73 6.5 Mapping und neue LLC 80 6.6 Limitationen der Studie 86 6.7 Ausblick 86 7 Zusammenfassung 88 8 Abbildungsverzeichnis 91 9 Tabellenverzeichnis 93 10 Literaturverzeichnis 94 11 Anhang 105 Eigenständigkeitserklärung 108 Danksagung