Biopsien

Biopsien geben uns wichtige Informationen über den Gesundheitszustand des neuen Organs nach Herztransplantation.

In den letzten 10 Jahren hat die Entnahme von Gewebeproben („Biopsien“) aus transplantierten Herzen stark abgenommen. Das beruht darauf, dass Biopsien früher das einzige Mittel waren, um Abstoßungen feststellen zu können. Heute stehen uns für die Erkennung von Abstoßungen andere, für den Patienten weniger belastende Untersuchungen zur Verfügung, wie das IMEG (intramyokardiales Elektrogramm) und der Ultraschall (Echokardiographie).

Man könnte daher denken, dass diese komfortableren Untersuchungen die Entnahme von Biopsien nach Herztransplantation abgelöst bzw. ersetzt haben. Diese Schlussfolgerung trifft jedoch nicht zu. Vielmehr gibt uns die Biopsie einen Einblick in das „Innenleben“ und damit den Gesundheitszustand des transplantierten Organs.

Wie wissenschaftliche Untersuchungen in jüngerer Vergangenheit gezeigt haben, lassen sich aus einer Biopsie eine Vielzahl von Informationen ableiten und nicht nur die ausschließliche Beurteilung der Abstoßung.

Wie kann jedoch eine Probe mit einem Durchmesser von nur einem Millimeter eine solche Fülle von Informationen enthalten ? Das erklärt sich zum einen dadurch, dass in diesem Millimeter Gewebe Hunderte von Herzmuskelzellen und Blutgefäßen vorhanden sind, die bereits bei geringer Vergrößerung unter dem Mikroskop begutachtet werden können. Zum anderen wird jede Probe weiter geteilt, um sie anhand verschiedener Farbreaktionen zu untersuchen. Die dafür notwendigen Portionen („Schnitte“) sind dabei nur zwei Mikrometer (das ist ein Millionstel eines Meters) dünn, d.h. die entnommene einen Millimeter lange Probe könnte rein rechnerisch bis 500 Mal geteilt werden. Folglich verbirgt sich hinter einer auf den ersten Blick winzigen Biopsie eine große Menge an Material, das vielfach untersucht werden kann ohne dass dafür zusätzliche Proben entnommen werden müssen. Welche Untersuchungen erfolgen nun üblicherweise an den Biopsien und wie sieht das „Innenleben“ des transplantierten Herzens eigentlich aus ?

Die erste Farbreaktion, die die Herzbiopsien durchlaufen, heißt „H&E-Färbung“. H steht hierbei für „Hämalaun“ und E für „Eosin“. Das ist eine ganz einfache, jahrzehntelang bewährte (und kostengünstige) Färbung, bei der die Zellen rosa und die Zellkerne blau angefärbt werden.

Biopsie gefärbt mit H&E (Hämalaun und Eosin),
Herzmuskelzellen in kräftigem rosa,
Zellkerne in blau, Bindegewebe in zartrosa

An diesen Schnitten werden die Herzmuskelzellen und deren Zellkerne beurteilt: deren Größe und Form, und wenn sie Veränderungen aufweisen ob sich diese in der gesamten Probe finden oder nur bestimmte Bereiche der Biopsie betroffen sind. Hieraus lässt sich dann ableiten, ob die Herzmuskelzellen „gesund“ oder „krank“ aussehen oder ob sich in bestimmten Bereichen der Probe nur noch Reste ehemals lebendiger Zellen finden.

Diese Informationen sind wichtig um zu verstehen, warum manche transplantierten Herzen kräftiger schlagen als andere. Denn Zellen die „krank“ oder sogar kaputt sind schwächen das Organ. Darüber hinaus kann man bei Vorliegen bestimmter Veränderungen an den Herzmuskelzellen Medikamente geben, die ein schwächer schlagendes Herz unterstützen und dessen Funktion auch wieder verbessern können.

Als nächstes wird begutachtet, ob sich in dem Gewebe Ansammlungen von Zellen des körpereigenen Abwehrsystems finden. Diese Zellen nennt man auch „Immunzellen“. Je nachdem wie viele sich davon in der Biopsie finden zeigen sie an, ob und in welchem Ausmaß eine Abstoßung stattfindet. Grob gesagt bedeuten viele Immunzellen eine schwerere und wenig Immunzellen eine leichtere Abstoßung. Verfeinert wird diese Bewertung durch zusätzliche Informationen über das Aussehen der Herzmuskelzellen, die sich in direkter Nachbarschaft der Immunzellen befinden. Hier wird beurteilt, ob die Herzmuskelzellen „gesund“ aussehen, Schäden aufweisen oder nur noch als bruchstückhafte Reste vorhanden sind.

Die Biopsie gibt demnach hier die Information, wie groß der Schaden im transplantierten Herzen ist, der durch die körpereigenen Abwehrzellen verursacht wurde. Auf dieser Grundlage wird dann die Immunsuppression, d.h. die Medikamente die das eigene Abwehrsystem unterdrücken, angepasst. Damit wird verhindert, dass das transplantierte Herz immer schwächer schlägt und sich womöglich seine Funktion überhaupt nicht mehr erholt.

Neben den Immunzellen und Herzmuskelzellen werden auch die kleinen Blutgefäße bewertet, die sich in einer Biopsie finden. Sie liegen zwischen den Herzmuskelzellen und sichern die Durchblutung und damit die Sauerstoffversorgung des transplantierten Organs.

Hier wird beurteilt, ob diese Gefäße verengt sind und folglich nicht mehr genügend Blut und Sauerstoff transportieren können. Wie wichtig diese kleinen, zwischen den Herzmuskelzellen liegenden Gefäße für die Kraft des transplantierten Herzens sind wurde bereits in unserem Beitrag in der vorherigen Ausgabe dieser Zeitschrift erläutert.

Im Anschluss wird in der Biopsie das „Bindegewebe“ beurteilt. Bindegewebe ist ein lockerer Verbund aus Zellen und Fasern, die sich zwischen den Herzmuskelzellen befinden und natürlicherweise in jedem Herzen vorkommen. Bindegewebe ist jedoch kein Muskelgewebe, d.h. es hilft nicht dabei, dass das Herz kräftig schlägt. Seine Aufgabe ist vielmehr für Blutgefäße und Nerven kleine „Straßen“ zu bilden, in denen diese verlaufen können. Bindegewebe ist aber auch das Gewebe, mit dem der Körper eine Verletzung „repariert“. Folglich kann durch Schädigung der Herzmuskelzellen, wie z. B. bei schwerer Abstoßung oder schlechter Durchblutung, der Anteil des Bindegewebes im transplantierten Herzen zunehmen. Das ist ein ganz natürlicher Vorgang, denn der Körper versucht seine Verletzung selbst zu heilen. Mündet diese „Reparatur“ in zusammenhängenden, nur aus Bindegewebe bestehenden Bereichen, bezeichnet man dieses als „Narbe“. Das ist vom Prinzip her das gleiche, was wir an unserer Haut beobachten wenn wir uns tief verletzen. Ist das Bindegewebe jedoch insgesamt vermehrt ohne dabei zusammenhängende Flächen zu bilden, spricht man von vermehrter „Fibrose“. Wie oben schon erwähnt kann Bindegewebe die Kraft des Herzens nicht unterstützen, so dass zu viel „Narbe“ und „Fibrose“ das Herz schwächt. Außerdem stören Narben die elektrische Leitung im Herzen und zwischen den einzelnen Herzmuskelzellen, so dass diese möglicherweise „aus dem Takt“ geraten und nicht mehr gleichmäßig arbeiten. Das empfindet der Patient dann als Herzstolpern, bzw. sein Herz schlägt zu schnell oder zu langsam. Mit dem Wissen um die Ursache der so entstehenden Beschwerden des Patienten kann dann gezielt durch bestimmte Medikamente behandelt werden.

Nachdem nun die Färbung mit H&E ausführlich beurteilt wurde, wird jetzt eine zweite Farbreaktion beurteilt, die sich „Sirius-Färbung“ nennt und das Bindegewebe in der Biopsie durch eine hellrote Farbe hervorhebt.

Biopsie gefärbt nach Sirius, Bindegewebe in kräftigem orange,
Herzmuskelzellen in rosa, Zellkerne in braun

Der Anteil des Bindegewebes (bzw. der Fibrose oder Narben) kann in dieser speziellen Färbung anhand eines Computerprogramms ermittelt und bis auf den Quadratmikrometer (das ist ein Millionstel eines Quadratmeters) genau gemessen werden. Somit kann mit „harten Zahlen“ untermauert werden, ob sich viel oder wenig Bindegewebe in der Biopsie befindet. Das sogenannte „Fibrose-Protokoll“ wird auf einem Extrablatt jedem Biopsie-Befund beigelegt.

Zum Schluss wird der genaue Bauplan der Gewebeprobe mit einer speziellen Technik untersucht, die sich zunutze macht, dass die Oberfläche jeder Zelle eine streng festgelegte Struktur besitzt. Diese Struktur ist innerhalb des gleichen Gewebes identisch, d.h. die Oberflächen von z. B. Herzmuskelzellen sind gleich, sie unterscheiden sich jedoch von der Oberfläche aller anderen Zellen, die eben keine Herzmuskelzellen sind. Durch spezielle Färbetechniken ist es daher möglich, einzelne Zellen gesondert anzufärben und sie vom Rest der Gewebeprobe abzuheben. So können die einzelnen Zellen im Bauplan der Herzbiopsie genau gekennzeichnet werden. Dazu gehören verschiedene Sorten von Immunzellen, die Bausteine von Blutgefäßen und des Bindegewebes. Ferner kann durch diese Technik festgestellt werden, ob sich bestimmte Zellen in der Gewebeprobe vermehren. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen ergänzen die vorher erhobenen und oben genannten Befunde und bilden dann die dritte Seite des Biopsie-Befundes.

Somit steht uns am Ende der Befunderhebung einer Biopsie eine Vielzahl von Informationen zur Verfügung: wir können neben der Abstoßung auch eine Aussage über den Gesundheitszustand des Gewebes treffen und beurteilen, in wieweit der ursprüngliche Bauplan des Herzmuskels erhalten ist. Ferner ermöglicht die Biopsie eine frühzeitige Feststellung von Veränderungen des Herzmuskels, so dass eine entsprechende Behandlung mit Medikamenten begonnen werden kann bevor der Patient Beschwerden entwickelt.

Dr. habil. Nicola Hiemann, MD,
Consultant Cardiologist

Department of Cardiothoracic and Vascular Surgery
Augustenburger Platz 1
13353 Berlin