Wissenschaftler decken die verborgene Geometrie des Herzens auf und revolutionieren damit die EKG-Interpretation

Eine Studie von Wissenschaftlern des King's College London hat ergeben, dass die physische Ausrichtung des Herzens im Brustkorb die in einem Elektrokardiogramm (EKG) aufgezeichneten elektrischen Signale erheblich beeinflusst – eine Entdeckung, die den Weg für eine individuellere und genauere Diagnose von Herzerkrankungen ebnen könnte.

Anhand der Daten von über 39.000 Teilnehmern des UK Biobank-Projekts ist dies eine der bislang größten bevölkerungsbasierten Studien, die den Zusammenhang zwischen der Anatomie des Herzens und seiner elektrischen Aktivität untersucht. Durch die Kombination von 3D-Herzbildgebung mit EKG-Daten erstellte das Team vereinfachte digitale Zwillinge des Herzens jedes Teilnehmers.

Mithilfe dieser personalisierten Modelle konnten die Forscher untersuchen, wie die anatomische Position des Herzens, die sogenannte anatomische Achse, mit einer räumlichen Messung der elektrischen Aktivität, der elektrischen Achse, zusammenhängt. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift PLOS Computational Biology veröffentlicht.

Digitale Zwillinge entwickeln sich zu einem wichtigen Werkzeug in der Herz-Kreislauf-Forschung. Sie ermöglichen es Wissenschaftlern, die Struktur und Funktion des Herzens in beispiellosem Detailgrad zu modellieren und zu untersuchen. In dieser Studie spielten sie eine Schlüsselrolle bei der Aufdeckung, wie natürliche Variationen in der Herzausrichtung, die von Faktoren wie Body-Mass-Index (BMI), Geschlecht und Bluthochdruck beeinflusst werden, die EKG-Messwerte erheblich beeinflussen können.

„Groß angelegte biomedizinische Ressourcen wie die UK Biobank ebnen den Weg für eine patientenzentrierte Charakterisierung von Krankheiten, indem sie eine detaillierte Analyse anatomischer und elektrophysiologischer Variationen in der Bevölkerung ermöglichen.

Diese Arbeit hat Unterschiede in den Herzachsen zwischen gesunden und kranken Personen aufgezeigt und das Potenzial für eine stärkere Personalisierung digitaler Zwillinge sowie eine verbesserte Prognose und Krankheitscharakterisierung hervorgehoben, was letztendlich eine stärker personalisierte klinische Versorgung ermöglicht“, sagt Mohammad Kayyali.

Die Forscher schlugen neue, standardisierte Definitionen für anatomische und elektrische Achsen vor, basierend auf ihrer Ausrichtung im dreidimensionalen Raum. Sie fanden heraus, dass Menschen mit höherem BMI oder hohem Blutdruck tendenziell ein horizontaler im Brustkorb positioniertes Herz haben, was sich in ihren EKG-Signalen widerspiegelt.

Die Studie zeigte auch deutliche Unterschiede zwischen Männern und Frauen: Männerherzen neigen zu einer horizontaleren Ausrichtung als Frauenherzen, und dieser strukturelle Unterschied spiegelt sich in der elektrischen Oberflächenaktivität wider. Diese geschlechtsspezifischen Unterschiede unterstreichen die Notwendigkeit einer individuelleren EKG-Interpretation.

Durch die Identifizierung und Quantifizierung dieser Variabilität in einer großen Population unterstreicht die Studie die Bedeutung der Unterscheidung zwischen normalen anatomischen Merkmalen und frühen Krankheitsanzeichen. Dies kann Klinikern helfen, Erkrankungen wie Bluthochdruck, Reizleitungsstörungen oder frühe Veränderungen des Herzmuskels früher und genauer zu erkennen, insbesondere bei Patienten, deren Herzausrichtung von den üblichen Annahmen abweicht.

„Die Erstellung personalisierter Modelle (digitaler Zwillinge) des Herz-Kreislauf-Systems ist ein spannendes Forschungsgebiet. Wir hoffen, hier neue Parameter zu finden, die die Prävention, Diagnose und das Risiko von Herz-Kreislauf-Erkrankungen verbessern. Mit dieser Arbeit beginnen wir, diese unerforschten Bereiche zu erforschen und hoffen, bald neue Möglichkeiten zur Früherkennung von Erkrankungen wie Reizleitungsstörungen anbieten zu können“, sagt Professor Pablo Lamata.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass EKGs künftig nicht mehr pauschal interpretiert, sondern individuell auf die Anatomie jedes Patienten zugeschnitten werden. Dieser personalisierte Ansatz könnte Diagnosefehler reduzieren und frühere, präzisere Interventionen ermöglichen.