Substrat (Elektrophysiologie)
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LoslegenSynonym: arrhythmogenes Substrat
Englisch: arrhythmogenic substrate
Definition
Als arrhythmogenes Substrat wird in der Elektrophysiologie die strukturelle, funktionelle oder molekulare Grundlage einer Herzrhythmusstörung bezeichnet. Es umfasst anatomische oder elektrophysiologische Eigenschaften des Myokards, welche die Entstehung oder Aufrechterhaltung pathologischer Erregungsbildung oder Erregungsausbreitung ermöglichen.
Abgrenzung
Das Substrat ist von auslösenden Faktoren (Triggern) abzugrenzen. Während Trigger eine Arrhythmie initiieren, bestimmt das Substrat deren Vulnerabilität, Stabilität und Persistenz.
Pathophysiologie
Die Entstehung von Herzrhythmusstörungen wird häufig durch das Zusammenspiel von Substrat, Trigger und modulierenden Faktoren erklärt. Trigger (z.B. Extrasystolen) initiieren die Arrhythmie; autonome Aktivität, Elektrolytstörungen, Ischämie oder Medikamente können diese zusätzlich modulieren.
Ein arrhythmogenes Substrat entsteht durch Veränderungen der Erregungsbildung, Erregungsleitung oder Gewebearchitektur des Myokards. Wesentliche Mechanismen sind:
- regionale Leitungsverlangsamung, u.a. durch Source-Sink-Mismatch an Übergängen zwischen kleinen Myozytensträngen
- Heterogenität von Refraktärzeiten und Repolarisation
- gestörte Zell-Zell-Kopplung über Gap Junctions
- Fibrose, Narbenbildung oder Fettinfiltration
- regionale Veränderungen der Ionenkanalfunktion
Hierdurch entstehen elektrische Inhomogenitäten, die arrhythmogene Mechanismen, insbesondere Reentry begünstigen.
Formen des Substrats
Grundsätzlich lassen sich strukturelle, funktionelle und primär elektrische Substrate unterscheiden.
Strukturelles Substrat
Strukturelle Substrate beruhen auf anatomischen Veränderungen des Myokards. Typische Beispiele sind:
- Myokardnarbe nach Infarkt
- diffuse oder fokale Fibrose
- fibro-fettiger Umbau bei der arrhythmogenen rechtsventrikulären Kardiomyopathie[1]
- atriales Remodeling bei Vorhofflimmern
Diese Veränderungen fördern eine diskontinuierliche Erregungsausbreitung und Zonen langsamer Leitung.
Funktionelles Substrat
Funktionelle Substrate beruhen auf reversiblen elektrophysiologischen Veränderungen ohne notwendige strukturelle Läsion. Ursachen sind unter anderem:
- akute Ischämie
- Elektrolytstörungen
- autonome Dysbalance
- pharmakologische Einflüsse
- frequenzabhängige Leitungs- oder Repolarisationsveränderungen
Die arrhythmogene Vulnerabilität kann hierbei zeitlich variieren.
Primär elektrisches Substrat
Bei Kanalopathien entsteht das Substrat durch Veränderungen kardialer Ionenkanäle oder intrazellulärer Signalwege. Typische Beispiele sind:
Makroskopisch strukturelle Veränderungen fehlen initial häufig.
Elektrophysiologische Mechanismen
Das arrhythmogene Substrat begünstigt unterschiedliche Mechanismen der Arrhythmogenese.
Reentry-Mechanismus
Reentry-Mechanismen setzt funktionelle oder anatomische Leitungsbarrieren, einen unidirektionalen Block sowie verlangsamte Leitung voraus. Typisch sind Narben- oder Fibroseareale mit elektrischer Fragmentierung.
Klinische Beispiele sind narbenassoziierte ventrikuläre Tachykardien oder atypisches Vorhofflattern.[2]
Getriggerte Aktivität
Frühe oder späte Nachdepolarisationen können auf einem vulnerablen Substrat repetitive Aktivierungen induzieren. Dies spielt insbesondere bei QT-Verlängerung oder intrazellulärer Kalziumüberladung eine Rolle.
Abnorme Automatizität
Pathologisch gesteigerte spontane Depolarisation kann zu fokalen Tachykardien führen. Funktionelle Substrate, Ischämie oder erhöhte Katecholaminwirkung wirken begünstigend.
Diagnostik
Zur Charakterisierung eines arrhythmogenen Substrats stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung:
- Oberflächen-EKG (einschließlich QRS-Fragmentierung, Epsilon-Wellen, Repolarisationsstörungen)
- Signal-Averaged ECG (SAECG) zur Detektion von Spätpotentialen[3]
- Langzeit-EKG
- kardiale Magnetresonanztomographie mit Late Gadolinium Enhancement (LGE)[4]
- elektrophysiologische Untersuchung (EPU)
- elektroanatomisches Mapping (Aktivierungs-, Voltage- und Substrat-Mapping)
Low-voltage-Areale, fraktionierte Elektrogramme oder späte Potentiale sprechen für ein strukturelles arrhythmogenes Substrat.
Therapeutische Bedeutung
Die Therapie orientiert sich am zugrunde liegenden Substrat. Narbenassoziierte Reentry-Tachykardien sind häufig einer Katheterablation zugänglich. Funktionelle Substrate können durch Behandlung der Ursache (z.B. Elektrolytausgleich, Ischämietherapie, Medikamentenanpassung) beeinflusst werden.
Das Ausmaß des Substrats – gemessen an Parametern wie LGE-Ausdehnung im MRT, Voltage-Map-Arealen oder linksventrikulärer Ejektionsfraktion – spielt eine zentrale Rolle bei der Risikostratifizierung für den plötzlichen Herztod und der Indikationsstellung zur ICD-Therapie.[5]
Quellen
- ↑ Corrado D et al. Proposed diagnostic criteria for arrhythmogenic cardiomyopathy: European Task Force consensus report. Int J Cardiol. 2024;395:131447. DOI: 10.1016/j.ijcard.2023.131447
- ↑ Zeppenfeld K et al. 2022 ESC Guidelines for the management of patients with ventricular arrhythmias and the prevention of sudden cardiac death. Eur Heart J. 2022;43(40):3997–4126. DOI: 10.1093/eurheartj/ehac262
- ↑ Pearman CM et al. Incremental value of the signal-averaged ECG for diagnosing arrhythmogenic cardiomyopathy. Heart Rhythm. 2023;20(1):46–53. DOI: 10.1016/j.hrthm.2022.09.022
- ↑ Andreini D et al. CMR for Identifying the Substrate of Ventricular Arrhythmia in Patients With Normal Echocardiography. JACC Cardiovasc Imaging. 2020;13(6):1371–1381. DOI: 10.1016/j.jcmg.2019.06.026
- ↑ Al-Khatib SM et al. 2017 AHA/ACC/HRS Guideline for Management of Patients With Ventricular Arrhythmias and the Prevention of Sudden Cardiac Death. Heart Rhythm. 2018;15(10):e73–e189. DOI: 10.1016/j.hrthm.2017.10.036