Grundlagen der Impedanz-Kardiographie

Verschiedene Gewebe setzen dem elektrischen Strom unterschiedliche Widerstände entgegen. Wird dieser Widerstand für Wechselstrom bestimmt, so spricht man von elektrischer Impedanz.

Die Impedanz-Kardiographie beruht auf folgenden physikalischen Grundlagen und physiologischen Vorgängen, die im Thorax stattfinden:
Blut besitzt eine wesentlich geringere Impedanz als Muskel-, Binde- oder Fettgewebe. Das Herz selbst hat - trotz des in ihm vorhandenen Blutes und des gut durchbluteten Myocards -aufgrund des Epicards eine relativ hohe elektrische Impedanz.

Pumpt der linke Ventrikel während der Systole Blut in die Aorta, so wird ein beträchtlicher Teil des Schlagvolumens von der Aorta und ihren großen Ästen aufgenommen (Windkesselfunktion der Aorta). Dadurch kommt es zu einer Abnahme der elektrischen Impedanz im Thorax. Diese Impedanz-Änderung beträgt etwa 0,5% des unveränderlichen Impedanzanteils (Grundimpedanz) und kann über Elektroden gemessen werden, die am Hals bzw. am Thorax appliziert werden:

In der nächsten Abbildung werden das herzschlagsynchrone Impedanzsignal (IMP) und seine zeitliche Beziehung zum EKG gezeigt. Dabei ist das Impedanzsignal in der Darstellung gedreht, um dessen direkten Bezug zum Blutvolumen in der Aorta besser zu zeigen. Auffällig ist die Ähnlichkeit dieser Kurve zum Druckverlauf in der Aorta während eines Herzzyklusses. Wird das Impedanzsignal differenziert (Bildung der ersten mathematischen Ableitung), so ergibt sich der mit IKG (Impedanz-Kardiogramm) bezeichnete Kurvenverlauf, bei dem u.a. folgende Punkte zu erkennen sind:

B - Öffnung der Aortenklappe
P - maximaler systolischer Fluss
X - Aortenklappenschluss.

Mit diesen 3 Kurvenpunkten, der Grundimpedanz sowie Größe, Gewicht und Geschlecht des Patienten können Schlagvolumen, Herzminutenvolumen, systolische Zeitintervalle und verschiedene andere Parameter zur Beschreibung der Herzfunktion bestimmt werden.

Neben den oben erwähnten Zusammenhängen beeinflussen weitere Faktoren die Impedanz des Thorax. So geht der Gehalt an Erythrozyten und deren Anordnung bei verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten in den spezifischen Widerstand des Blutes ein. Auch beeinflussen Skelettsystem und Gewebezusammensetzung die thorakale Impedanz.

Einen wesentlichen Einfluss auf die thorakale Impedanz haben auch die Lunge und die Form des Brustraumes, so dass vor allem bei tiefer Atmung Inspiration und Exspiration deutlich im Impedanzsignal zu erkennen sind. Durch umfangreiche mathematische Routinen gelingt es CardioScreen®, das Atemsignal zu erkennen und zu beseitigen, so dass es sich nicht störend auf die Berechnung des Schlagvolumens auswirkt.
 

Einschränkungen für den Einsatz der Impedanz-Kardiographie

Da der SV-Bestimmung mittels Impedanz-Kardiographie eine Reihe physikalischer und physiologischer Voraussetzungen zu Grunde liegen, beeinflussen Abweichungen davon natürlich das Messergebnis. Insbesonders folgende pathologische Veränderungen führen zu Fehlern bei der Berechnung von Schlagvolumen (SV) und Herzminutenvolumen (Herzzeitvolumen, HZV):
 

• kardiale Shunts

• Klappeninsuffizienzen (SV, HZV werden überschätzt)

• Klappenstenosen (SV, HZV werden unterschätzt)

• verminderte Compliance der Aorta (SV, HZV werden unterschätzt)

• Flüssigkeitsansammlungen im Thorax

Vermehrte Flüssigkeitsansammlungen im Thorax führen zwar zu einer ungenauen Bestimmung von SV und HZV, können jedoch über die thorakale Grundimpedanz (TFI - Thoracic Fluid Index bzw. TFC - Thoracic Fluid Content) beobachtet werden. So ist z.B. die Genese eines Lungenödems bzw. dessen Behandlung im Trendverlauf dieser beiden Parameter deutlich zu erkennen.