Clinical and Experimental Analysis of ²⁰¹Thallium Uptake of the Heart^[*]

Studies were carried out in order to determine the factors influencing myocardial ²⁰¹T1 uptake. A total of 158 patients was examined with regard to both ²⁰¹T1 uptake and the assessment of left ventricular and coronary function (e. g. quantitative ventriculography, coronary arteriography, coronary blood flow measurements). Moreover, 42 animal experiments (closed chest cat) were performed. The results demonstrate that:

1) ²⁰¹T1 uptake in the normal and hypertrophied human heart is linearly correlated with the muscle mass of the left ventricle (LVMM);

2) ²⁰¹T1 uptake is enhanced in the inner (subendocardial) layer and is decreased in the outer (subepicardial) layer of the left ventricular wall. The ²⁰¹T1 uptake of the right ventricle is 40% lower in comparison to the left ventricle;

3) the basic correlation between ²⁰¹T1 uptake and LVMM is influenced by alterations of both myocardial flow and myocardial oxygen consumption; and

4) inotropic interventions (isoproterenol, calcium, norepinephrine) as well as coronary dilatation (dipyridamole) may considerably augment ²⁰¹T1 uptake in accordance with changes in myocardial oxygen consumption and/or myocardial flow.

It is concluded that myocardial ²⁰¹T1 uptake is determined by multiple factors. The major determinants have been shown to include (i) muscle mass, (ii) myocardial flow and (iii) myocardial oxygen consumption. The clinical data obtained from patient groups with normal ventricular function, with coronary artery disease, with left ventricular wall motion abnormalities and with different degree of left ventricular hypertrophy are correlated with quantitated myocardial ²⁰¹T1 uptake.

In klinischen Untersuchungen an 158 Patienten (Normalfunktion, koronare Herzkrankheit, Linksherzhypertrophie, hypertrophische obstruktive Kardiomyopathie, akuter Myokardinfarkt) und in tierexperimentellen Studien an 42 Katzen wurde die Abhängigkeit der quantifizierten myokardialen ²⁰¹T1-Speicherung von ventrikelgeometrischen und hämody-namischen Eingriffen analysiert. Die Untersuchungen haben gezeigt, daß:

1) die ²⁰¹T1-Speicherung am normalen und hypertrophierten Herzen linear mit der linksventrikulären Muskelmasse korreliert ist;

2) die ²⁰¹T1-Speicherung in den linksventrikulären Innenschichten um 10–20% größer ist als in der Außenschicht. Die ²⁰¹T1-Speicherung im rechten Ventrikel ist im Vergleich zum linken Ventrikel um ca. 40% geringer;

3) eine Steigerung der Myokardperfusion infolge Koronardilatation (Dipyridamol) zu einer erheblichen Zunahme der myokardialen ²⁰¹T1-Speicherung führt; und

4) unter positiv und negativ inotropen Eingriffen (Isoproterenol, Kalzium, Noradrenalin) es in Abhängigkeit von der Änderung des myokardialen Sauerstoffverbrauches zu vergleichbaren Änderungen der myokardialen ²⁰¹T1-Speicherung kommt.

Es wird geschlossen, daß die myokardiale ²⁰¹T1-Speicherung multifaktoriell determiniert wird. Die wesentlichen Determinanten sind: (a) Muskelmasse, (b) Myokardperfusion und (c) myokardialer Sauerstoffverbrauch. Die quantitative Erfassung der myokardialen ²⁰¹T1-Speicherung ermöglicht eine nichtinvasive und klinisch-diagnostisch weiterführende Erkennung einer Ventrikelhypertrophie (Hypertonie, Druck- und Volumenbelastung des Herzens, hypertrophische obstruktive Kardiomyopathie u. a.) und von höhergradigen linksventrikulären Wandkontraktionsstörungen bei koronarer Herzkrankheit (Hypo-, A- und Dyskinesie).

^* Supported by Deutsche Forschungsgemeinschaft

• References

• 1 Bradley-Moore P.R, Lebowitz P.R.J.E, Greene M.W, Atkins H.L, Ansari A.N. Thallium-201 for medical use. II. Biologic behavior. J, nucl. Med 1975; 16: 156.
• 2 Bretschneider H.J, Hellige G. Pathophysiologie und Ventrikelkontraktion - Kontraktilität, Inotropie, Suffizienzgrad und Arbeitsökonomie des Herzens. Verh. dtsch. Ges. Kreisl. Forsch 1976; 42: 14.
• 3 Britten J.S, Blank M. Thallium activation of the Na⁺ + K⁺ activated ATPase of rabbit kidney. Biochim. biophys. Acta 1968; 159: 160.
• 4 Büll U, Niendorf H.P, Strauer B.E, Hast B. Evaluation of myocardial function with the ²⁰¹Thallium-scintimetry in various diseases of the heart. Eur. J. nucl. Med 1976; 1: 125.
• 5 Büll U, Strauer B.E, Hast B. Ergebnisse der ²⁰¹Thallium-Szintimetrie des Herzens bei der koronaren Herzkrankheit. Dtsch. med. Wschr 1976; 101: 1088.
• 6 Bürger S, Strauer B.E, Büll U. Determinanten der ²⁰¹Thallium-Speicherung. Kardiol Z.. Suppl 1977; 3.
• 7 Cavieres J.D, Ellory J.C. Thallium and the sodium pump in human red cells. J. Physiol 1974; 243: 243.
• 8 Dodge H.T, Sandler H, Baxley W.A, Hawley R.R. Usefulness and limitations of radiographic methods for determining left ventricular volume. Amer. J. Cardiol 1966; 18: 10.
• 9 Höfling B, Scherpe A, Strauer B.E. Kontraktilitätsstei-gernde Wirkung von Dipyridamol am isolierten Ventrikel-myokard. Z. Kardiol., Suppl 1975; 2: 111.
• 10 Lange P, Onnasch D, Moldenhauer K, Malerczyk V, Farr F, Hüttig G, Heintzen P. The analysis of size, shape and contraction pattern of the right ventricle from angiocardiogram. Eur. J. Cardiol 1976; 4 Suppl 153.
• 11 Pabst H.W, Hör G, Lichte H, Sebening H, Kriegel H. Experience with ²⁰¹Thallium in the detection of myocardial infarction. Eur. J. nucl. Med 1976; 1: 19.
• 12 Strauer B.E, Tauchert M, Cott L, Kochsiek K, Bretschneider H.J. Simultane Bestimmung des Sauerstoffverbrauches und der Coronardurchblutung des linken Ventrikels bei Mitral- und Aortenklappenfehlern mit einem neuen hä-modynamischen Parameter und der Argon-Fremdgasmethode. Verh. dtsch. Ges. inn. Med 1970; 76: 217.
• 13 Strauer B.E, Tauchert M, Heiss H.W, Kochsiek K, Bretschneider H.J. Relation between coronary blood flow, oxygen consumption and cardiac work in patients with and without angina pectoris. In: Myocardial Blood Flow in Man. Ed. Torino A.. Maseri; 1972: 465-175.
• 14 Strauer B.E. Dynamik, Koronardurchblutung und Sauerstoffverbrauch des normalen und kranken Herzens. Basel Karger S.. 1975
• 15 Strauer B.E, Brune I, Schenk H, Knoll D, Perings E. Lupus cardiomyopathy. Cardiac mechanics, hemodynamics and coronary blood flow in uncomplicated systemic lupus erythematosus. Amer. Heart J 1976; 92: 715.
• 16 Strauer B. Änderungen der Kontraktilität bei Druck- und Volumenbelastungen des Herzens. Verh. dtsch. Ges. Kreisl. Forsch 1976; 42: 69.
• 17 Strauer B.E, Beer K, Heitlinger K, Höfling B. Left ventricular systolic wall stress as a primary determinant of myocardial oxygen consumption. Comparative studies in patients with normal left ventricular function, with pressure and volume overload and with coronary heart disease. Basic Res. Cardiol 1977; 72: 306.
• 18 Strauer B.E. Ventrikelfunktion und koronare Hämodynamik beim essentiellen Hochdruck. Verh. dtsch. Ges. Kreisl. Forsch 1977; 43: 41.
• 19 Strauer B.E, Büll U, Bürger S. ²⁰¹Thallium uptake of the heart: its multifactoral determination as evidenced by clinical correlations and experimental analysis. Basic Res. Cardiol 1978; 73: 298-365.
• 20 Strauss H.W, Harrison K, Langan J.K, Lebowitz E, Pitt B. Thallium-201 for myocardial imaging. Relation of thallium-201 to regional myocardial perfusion. Circulation 1975; 51: 641.
• 21 Tauchert M. Koronarreserve und myokardialer Sauerstoffverbrauch des menschlichen Herzens. Basic Res. Cardiol 1973; 68: 183.
• 22 Wackers F.J, Th vd Schoot J.B, Sokole E.B, Samson G, v.Niftrik G.J.C, Lie K.I, Durrer D, Wellens H.J.J. Noninvasive visualization of acute myocardial infarction in man with thallium-201. Brit. Heart J 1975; 37: 741.
• 23 Wüsten B, Deist H, Schaper W. Experimentelle Befunde zum vasalen und extravasalen Koronarwiderstand. Verh. dtsch. Ges. Kreisl. Forsch. (1978, im Druck)