Klinische Gefässforschung

«Der Mensch ist so alt wie seine Gefässe.» (R. Virchow, 1821–1902)


Forschungsteam Klinische Gefässforschung Hinten (v.l.n.r.): PD Dr. Frank Enseleit, Amira, PD Dr. Andreas Flammer, Matthias Ausdorf. Vorne (v.l.n.r.): Prof. Frank Ruschitzka, Dr. Michelle Frank, PD Dr. Isabella Sudano, Silviya Cantatore. Nicht abgebildet: Dr. Matthias Nägele, Dr. Jens Barthelmes.

Gefässe spannen Herz, Hirn und Hand

Gefässe verbinden unseren Körper. So begreifen wir auch unsere Forschung: Seit zwei Jahrzehnten denkt unsere Gruppe Kardiologie vernetzt weiter. Wir betrachten nicht isoliert das Herz, sondern den Menschen in vaskulären und komplex-systemischen Zusammenhängen. Klinischen Forschung bedeutet für uns immer im Herzen Teamarbeit: Herzinsuffizienz- und Präventionsspezialisten kooperieren im Team mit Studienkoordinatoren und Post-Docs über Disziplinen wie Physiologie, Endokrinologie, Rheumatologie, Ophthalmologie und Neurologie hinweg.

Das wichtigste Team in der klinischen Forschung bleibt aber das von Arzt und Patient. Unsere Probanden, vertrauen auf gute Behandlung in jeder Hinsicht. Ihr Bereitwill zu Gefässfunktionsmessungen, Abgabe von Daten, Biomaterial und zur Randomisierung in innovative Therapien ermöglichen uns relevante Antworten zu finden—oder neu zu fragen.

Gefässfunktion und ihr Substrat, das fussballfeldgrosse Organ Endothel, das unsere Gefässe auskleidet, ist Objekt unserer Forschung. Dabei haben Menschen grössere (A. brachialis, Koronarien, makrovaskuläre Betten) und sehr kleine Gefässe (Nieren, Auge, Mikrozirkulation). Der Kern unserer Forschung ist die Kombination von Goldstandardmethoden mit innovativen Werkzeugen; so können wir neue Blickwinkeln auf die verschiedenen Gefässbetten einnehmen und ihre Rolle in Gesundheit, Risiko, Krankheit und Therapie erkunden.

Das Auge: Fenster zum Herzen

Die Endothelfunktion kann heute auf mehreren Wegen klinisch untersucht werden und ist somit ein potentiell wichtiger Parameter zur Früherkennung des Arteriosklerose-Risikos geworden. Die Messung der endothelabhängigen Vasodilatation kann invasiv und nicht-invasiv erfolgen. Invasiv können dies die intrakoronare Infusion von Acetylcholin, quantitative Koronarangiographie nach Cold pressor-Test oder Vorderarm-Mikrozirkulation während Plethysmographie sein.

Schonender mit mehr praktischem Potential ausserhalb des Labors sind nicht-invasive Wege: flussabhängige Vasodilatation der Arteria brachialis (Abb. 2), Haut-Mikrozirkulation mittels Doppler-Laser und insbesondere die dynamische retinale Gefässanalyse.

Besonders die dynamische retinale Gefässanalyse (DVA) erlaubt uns völlig neue Einblicke auf fast schon verblüffend einfache Weise: das Auge als Fenster zum Herzen.

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Abb. 1: Illustration dynamische retinale Gefässanalyse.

Eine kontinuierliche videographische Messung der Durchmesser der arteriellen und venösen Netzhautgefässe vor und nach der Anwendung von Flickerlicht charakterisiert die mikrovaskuläre endotheliale Funktion. Episoden von Flickerlicht erhöhen den retinalen Blutfluss, u.a. mittels NO-Freisetzung. Wir beschrieben erstmals, dass in der Herzinsuffizienz die Netzhautgefässfunktion (als Surrogat vieler kleiner Gefässe) stark beschädigt ist. Diese einfache Messung bietet neue Möglichkeiten zur Risikostratifikation und Therapiekontrolle. In einer Reihe Risikofaktoren konnten wir ein Kontinuum der Gefässfunktionsschädigung mit dieser Methode quantifizieren und in den Kontext etablierter makrovaskulärer Goldstandards stellen.

Strukturell beurteilen wir Gefässe z.B. mit Pulswellenanalyse/-geschwindigkeit als Mass für arterielle Steifigkeit und mit der Augenhintergrundbeurteilung (arterio-venöses Gefässverhältnis, AVR). Auch die sonographische Beurteilung der Intima-Media-Dicke der Halsschlagadern wird zur umfassenden Phänotypisierung der Gefässfunktion benutzt.

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Abb. 2 Links: Messung der flussabhängigen Dilatation der Arteria brachialis mittels Ultraschall durch PD Dr. Isabella Sudano bei einer Probandin. Rechts: Die Funktion der Gefässe wird mittels Ultraschall gemessen. Mit dem Ultraschall wird die Armarterie dargestellt sowie deren Diameter und Blutfluss gemessen. Eine Blutdruckmanschette wird am Unterarm platziert und für fünf Minuten aufgepumpt. Danach werden erneut Durchmesser und Blutfluss bestimmt. Bei normaler Endothelfunktion erweitert sich das Gefäss («flussabhängige Vasodilatation»).

Medikamente können die Gefässfunktion verbessern—oder verschlechtern

Ein Fokus der Forschungsgruppe ist die Testung der kardialen Sicherheit von häufig verschriebenen Medikamenten. Unter anderem untersucht wurde die Wirkung von Paracetamol, einem häufig verwendeten Schmerzmittel, auf Blutdruck und Endothelfunktion bei Patienten mit koronarer Herzkrankheit. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass Paracetamol nicht wie angenommen ohne Herzkreislauf-Nebenwirkungen ist, sondern den Blutdruck erhöhen kann. Des Weiteren wurden die Effekte von polyphenolreihen Substanzen (dunkle Schokolade, Pycnogenol) auf die Endothelfunktion bei Patienten mit Herzinsuffizienz oder koronarer Herzkrankheitauf die Gefässfunktion untersucht. Wir konnten zeigen, dass sowohl Pycnogenol als auch schwarze Schokolade die Endothelfunktion bei diesen Patienten verbessern kann und somit mutmasslich der Entstehung der Atherosklerose entgegenwirken kann.

Aktuell beschäftigt sich das Forschungsteam Klinische Gefässforschung mit der Rolle der Endothelfunktion bei Herzinsuffizienz und bei klassischen Risikofaktoren. In einer Beobachtungsstudie verglichen werden die Endothelfunktion in den kleinen Gefässen im Auge mit der Endothelfunktion am Oberarm sowie der Gefässsteifigkeit bei Patienten mit kardiovaskulären Risikofaktoren und gesunden Kontrollen.
Wir konnten erstmals die mikrovaskuläre Schädigung bei Herzschwäche anhand der dynamischen Funktionsanalyse von Netzhautgefässen zeigen und hochrangig im vergangenen Jahr publizieren. Die Messmethode Dynamische retinale Gefässanalyse wurde daher noch interessanter, um Therapieerfolg in der Herzinsuffizienz zu messen. Wir untersuchen in diesem Zusammenhang aktuell die Gefässfunktion unter Valsartan/Sacubtril (Entresto®) gegenüber Valsartan allein (VASCEND). Eine Empfehlung für Valsartan/Sacubitril wurde aufgrund klarer Verbesserung der Prognose und Rehospitalisationsrate bereits in alle Leitlinien aufgenommen. Wir helfen zu erklären, weshalb Valsartan/Sacubitril so vielversprechend wirkt. Weitere Studien zur mikrovaskulären Schädigung in Herzschwäche mit erhaltener systolischer Funktion (HFpEF) und koronarer Herzerkrankung sind in der Durchführung.

Bei der Charakterisierung der Gefässfunktion von HFpEF explorieren wir aktuell Zusammenhänge mit Plasma- und Blutvolumen. Die bisher einzige klar hilfreiche Therapie in Patienten, die unter HFpEF leiden, ist es mit Diuretika die Wasserausscheidung zu verbessern. Wir untersuchen die Gefässfunktion hierunter und messen mit Kohlenmonoxid-Rückatmung als einfacher und genauer Methode Blut- und Plasmavolumen.
In einem weiteren, ebenfalls vom SNF unterstützten Projekt, wurden die Gefässfunktion und die Sympatikusaktivität von Patienten mit nachgewiesenem Takotsubo-Syndrom mit ähnlichen Patienten ohne Takotsubo-Syndrom verglichen. Wir konnten zeigen, dass Patienten mit Takotsubo Syndrom eine beeinträchtigte Endothelfunktion und eine erhöhte Aktivität des sympathischen Sympathikus-Nervensystems im Vergleich zur Kontrollgruppe aufwiesen. Diese Studie unterstreicht die möglicherweise zentrale Rolle von Stress und Stressverarbeitung bei der Entstehung dieser Erkrankung.

Gegen Stress hilft Schokolade—dunkle Schokolade. Nachdem unsere Ergebnisse zum Nutzen dunkler Schokolade auf die Gefässfunktion unter einiger medialer Aufmerksamkeit publiziert wurde, setzen wir die Untersuchung von polyphenolartigen Substanzen aktuell in einer Katheterstudie fort. Wir testen den Effekt eines Flavonoid-Getränks (enthalten in dunkler Schokolade) auf die Herzkranzgefässe bereits herzkranker Patienten.