Ist die digitale, histologische Morphometrie zur Diagnostik der felinen Kardiomyopathie geeignet? | Digital, histologic morphometry - A valuable tool for diagnosing feline hypertrophic cardiomyopathy?

Die Diagnostik der felinen hypertrophen Kardiomyopathie (KMP) unterliegt in der Routine-diagnostik mitunter einer starken, vom Untersucher abhängigen Subjektivität. Grund hierfür sind die nicht immer eindeutigen morphologischen Befunde bei dieser Erkrankung. Hin-weisende histologische Befunde sind laut Lehrmeinung die Hypertrophie der Kardiomyozyten und ihrer Kerne, eventuelle Myokardfibrosen sowie die Desorganisation von Muskelfasern. Messbare, objektive Grenzwerte zur makroskopischen und histologischen Diagnostik einer Kardiomyopathie fehlen insbesondere für grenzwertige Fälle. Es gibt in der Praxis weder ein Werkzeug noch eine einfache und dabei objektive, digitale Messmethode, die es ermöglicht, die hypertrophe Kardiomyopathie anhand weniger histologischer Parameter eindeutig zu diagnostizieren. Nachstehende Hypothesen sollten in der vorliegenden Arbeit geprüft werden: 1\. Es existieren statistisch nachweisbare Unterschiede zwischen Katzen mit hyper-tropher Kardiomyopathie und herzgesunden Katzen auf makroskopischer Ebene. 2\. Statistisch signifikante Unterschiede zwischen Katzen mit hypertropher Kardiomyo-pathie und herzgesunden Katzen sind auch auf histologischer Ebene zu ermitteln. 3\. Herzmuskelfasern der Herzen von Katzen mit hypertropher Kardiomyopathie ver-zweigen sich häufiger (sog. Branching) und stellen sich histologisch als Vermehrung kernloser Kardiomyozyten mit kleineren Querschnittsflächen dar. Entsprechend der ersten beiden Hypothesen dieser Arbeit wurde versucht, makroskopische oder histologische, morphometrische Parameter zu finden, anhand derer die hypertrophe Kardiomyopathie sicher diagnostiziert werden kann. Hierfür wurden aus einer dafür prospektiv gesammelten Kasuistik von 180 Katzen 15 Tiere mit einer hochgradigen, hyper- trophen Kardiomyopathie ausgesucht. Zu jeder einzelnen dieser 15 Tiere wurde eine optimale Kontrollkatze ausgewählt. Mittels digitaler Messmethoden erfolgten umfassende Untersuchungen bezüglich der Makroskopie und Histologie an diesen 30 Katzen. Zunächst sollten basierend auf diesen zwei Gruppen die Unterschiede anhand zahlreicher Kenngrößen der Herzen erarbeitet werden. Nachfolgend sollten diese Unterschiede zur Ermittlung von Grenzwerten für eine schnelle und objektive, histomorphometrische Beurteilung heran-gezogen werden. Da in klinischen Untersuchungen eine Hypertrophie der linken Papillar- muskulatur von Katzen mit hypertropher Kardiomyopathie beschrieben wurde, stand neben der makroskopisch-morphologischen Untersuchung des gescannten Herzquerschnitts die mikroskopisch-morphologische Untersuchung des im linken Ventrikel befindlichen M. papillaris subatrialis im Mittelpunkt dieser Arbeit. Gemäß der dritten Arbeitshypothese erfolgte die Erfassung aller Querschnittsflächen der Kardiomyozyten innerhalb zuvor fotografierter histologischer Schnittpräparate aus dem Bereich dieses linken Papillarmuskels. Bei den makroskopischen Befunden konnten zahlreiche Unterschiede ermittelt werden. So zeigte sich das relative Herzgewicht in Abhängigkeit vom Abstand zwischen erstem und achtem Thorakalwirbel bei den Katzen mit hypertropher Kardiomyopathie signifikant erhöht. Dies ermöglichte eine nicht- körpergewichtsbezogene Ermittlung des relativen Herzgewichtes. Damit stellt der Wirbelkörperabstand eine deutlich bessere und unabhängige Bezugsgröße für das relative Herzgewicht und darüber hinaus für eine Grenzwertbestimmung zwischen herzgesunden und KMP-Katzen dar. Des Weiteren lagen die Werte in der Gruppe der KMP-Katzen in Bezug auf die Gesamtquerschnittsfläche, die Querschnittsfläche der rechten und linken Ventrikelwand und auch die Werte der Querschnittsfläche des Septums in je einer im Querschnitt (jeweils mit und ohne Papillarmuskulatur) untersuchten Lokalisation des Herzens signifikant über den Werten der Kontrollgruppe. Diagnostisch nutzbare Grenzwerte konnten bei dieser Kasuistik im Bereich der Querschnittsfläche der linken Ventrikelwand mit Papillarmuskulatur sowie bei der Querschnittsfläche der linken Ventrikelwand mit Septum und Papillarmuskulatur ermittelt werden. In Bezug auf die histologischen Untersuchungen ergaben sich überraschenderweise keine signifikanten Unterschiede hinsichtlich der maximalen und minimalen Durchmesser sowie der Querschnittsflächen der Kardiomyozyten und/oder ihrer Kerne, obwohl diese Veränderungen im Zusammenhang mit hypertropher Kardiomyopathie beim Menschen diskutiert werden. Auch konnte in der Gruppengesamtheit der KMP-Katzen kein signifikanter Unterschied bezüglich des Anteils der Fibrose ermittelt werden. Damit ist die Histomorphometrie für eine klare, objektive Beurteilung dieser Krankheit als ungeeignet anzusehen. Darüber hinaus konnte die aufgestellte Hypothese der häufigeren Verzweigung der Herzmuskelfasern nicht bestätigt werden. Interessant war die Beobachtung, dass ab einer Querschnittsfläche von 210 µm2 der pro-zentuale Anteil der Kardiomyozyten in der Gruppe der KMP-Katzen größer war. Diese Be-obachtung steht im Gegensatz zu den Werten der Kontrollkatzen, bei welchen prozentual mehr Kardiomyozyten mit kleineren Querschnittsflächen nachgewiesen wurden. Zu diagnostischen Zwecken wird auch aufgrund des hohen Zeit- und Arbeitsaufwandes der histomorphometrischen Untersuchung die makroskopische Vermessung empfohlen. Hier ist speziell die Vermessung der Querschnittsfläche der linken Ventrikelwand mit Papillar-muskulatur sowie die Vermessung der Querschnittsfläche der linken Ventrikelwand mit Septum und Papillarmuskulatur zu empfehlen, welche sich schnell und einfach durchführen und auswerten lassen. Dies könnte ein in der Zukunft hilfreiches, objektives und einfaches Werkzeug zur Routinediagnostik der hypertrophen Kardiomyopathie darstellen. Die hier erhobenen makroskopischen Grenzwerte sollten jedoch an einer deutlich größeren Kasuistik verifiziert werden.

Diagnosing feline hypertrophic cardiomyopathy (HCM) by routine necropsy and histopathol-ogy is frequently dependent on a subjective assessment by the individual investigator, due to often ambiguous morphologic results. Histopathologic findings suggestive of HCM include hypertrophy of cardiomyocytes indicated by cellular and nuclear enlargement. Additionally, inconsistent myocardial fibroses and disorganization of myofibers (disarray) are present. However, reliable reference values for evaluation of these features in routine diagnostics are rare, making borderline cases vague. To date, on a histopathologic level, there is no simple, unbiased, digitally supported tool for diagnostically conclusive measurements in cases of feline HCM available. The following hypotheses were tested in the work at hand: 1\. There exist statistically provable macroscopic differences between cats with and without HCM. 2\. Cats with HCM and heart-healthy cats show statistically significant differences on the histopathologic level. 3\. Increase in cardial mass is caused by an increase of myocardial branching fibers, his-tologically reflected by higher numbers of small diameter cardiomyocytes lacking nuclei. To test the first two hypotheses, we looked for criteria discriminating between cats with and without HCM on a macroscopic and histological level, respectively. Therefore, out of a total of 180 cats collected prospectively, 15 cats with severe HCM were selected. For every indi-vidual cat with HCM, a heart-healthy control cat with matching anatomical features was chosen. The 30 cats thus selected were analyzed on a digitally assisted macroscopic and histopathologic level. Initially, several macroscopic parameters were collected for both groups. To this end, cross sections of the total heart were scanned and digitally analyzed. Numerous parameters were tested, for instance a number of cross section area sizes including overall cross section, area of the left and right ventricle, the septum and cross section of both free walls and septum. According to clinical studies, the left papillary muscles are the areas affected most by hyper-trophy in cases of feline HCM. Consequently, this study emphasized the histologic analysis of numerous different sections of the left papillary muscle (M. papillaris subatrialis). Subse-quently, differences in these parameters were statistically analyzed to establish reference values for a quick and objective analysis. Considering the third hypothesis, cardiomyocyte cross sectional area sizes were recorded from digital images previously taken from histologic sections of this left papillary muscle. Macroscopic results reveal several differences between healthy and HCM cats: First of all, the relative heart weight normalized to the distance between first and eighth thoracic vertebra generated a weight-independent and therefore more reliable parameter. The relative heart weight based on vertebral distance was significantly increased in cats with HCM. Digitized measurements showed a significant increase in the cross sectional areas of the total heart, the right and left ventricular wall and the ventricular septum, examined either with or without papillary muscle, in HCM cats compared to control cats. It was even possible to establish limiting values discriminating between both groups for the size of the left free wall and overall size of the left free wall and septum, each including papillary muscles. These parameters are useful in routine diagnostics. Surprisingly, no significant differences were found when maximum and minimum diameter and cross section areas of HCM- afflicted and healthy cardiomyocytes and their nuclei were compared. In addition, no significant differences in the amount of fibrosis were observed between the two groups. In contrast, histomorphological data from this study did not allow to distinguish between HCM-affected and control cats, despite having been described as diagnostically relevant in human HCM. Furthermore, the microscopic findings indicate the hypothesis of fibre branching in cases of HCM to be wrong. Interestingly, HCM cats showed a higher proportion of cardiomyocytes with cross section areas greater than 210 µm2. This is in contrast to the control group, in which cross sections smaller than 210 µm2 were more common. In conclusion, results from this study indicate that macroscopic measurements are recom-mended, since they are the least laborious and time-consuming way to diagnose feline HCM, yet are very reliable. Measuring the cross section areas of the left free wall and overall size of the left free wall and septum, each including papillary muscles, is especially advised as a valuable tool for a simple and unbiased diagnosis of HCM in routine diagnostics. The diag-nostically relevant thresholds obtained from the present casuistics should be further validated based on significantly higher numbers of feline HCM cases in the future.