An apple a day keeps the doctor away (=Ein Apfel am Tag hält den Doktor fern), das dachte man früher. Für die Smartwatch-Generation gilt scheinbar das Gegenteil und wer sich mit SmartEKG-Technologie beschäftigt, der kommt nicht umhin, sich damit etwas tiefergehend zu beschäftigen. Als Einstieg die folgende Geschichte:

Im Januar 2020 twittert der Youtuber Joel Nelling aka 3D Printing Nerd über sein jüngstes Erlebnis mit der Apple Watch. Von dieser erhielt er gegen 18:00 Uhr eine High heart rate notification, weil sein Puls während Inaktivität auf über 120 pro Minute angestiegen war.

Nelling sucht die Notaufnahme eines Krankenhauses auf, wo er bis 2:00 Uhr nachts untersucht und behandelt wird. Dabei wird keine irreguläre Herzaktivität festgestellt, man führt den hohen Puls auf Stress und Dehydratation zurück, nach Infusion von Flüssigkeit normalisiert er sich.

Soweit, so gut. AppleInsider mit mehr als 488.000 Followern bei Twitter greift die Geschichte am Folgetag auf und reiht sie ein in eine ganze Serie von US-Medienberichten, in denen Patienten ihre Erlebnisse mit der Apple Watch positiv darstellen. ^{(1), (2)}

• Photoplethysmographie (PPG) oder des
• Elektrokardiogramms (EKG) mit 1- oder 6-Kanal-Ableitung.

Beide Verfahren haben ihre Vor- und Nachteile, die man für ihre gezielte Anwendung kennen sollte. Erste Geräte wie die Apple Watch (ab Series 4) oder die Withings ScanWatch vereinen bereits beide Technologien in einem Gerät.

Photoplethysmographie (PPG)

PPG-Sensoren bestehen aus einer Lichtquelle und einem Detektor. Der Sensor sitzt auf der Haut, das Licht durchdringt Gewebe und Blutgefäße und wird dabei zum Teil von dem im Blut enthaltenen Hämoglobin absorbiert. Dadurch verändert sich der Anteil reflektierten Lichts pulssynchron. Vom Detektor wird das reflektierte Licht in elektrische Signale gewandelt, deren Periodizität grafisch dargestellt werden kann (=Tachogramm) und die Berechnung der Pulsfrequenz ermöglicht.

+ Uhren und Armbänder mit PPG-Sensoren können wochenlang getragen werden, so dass eine Dauerüberwachung möglich und nur von der Akkulaufzeit des Gerätes limitiert ist. Die von Apple und Huawei verwandten Algorithmen zur Erkennung von Vorhofflimmern sind in klinischen Studien validiert. Ihre Genauigkeit ist gut: Bei gleichzeitiger EKG-Ableitung konnte in der Apple Heart Study bei 84 % der Teilnehmer mit VHF-Warnhinweis tatsächlich VHF bestätigt werden. Die übrigen Warnhinweise waren meist durch häufige Extrasystolen verursacht.

– Ca. 30 % der Tachogramme sind nicht interpretierbar oder ungenau, meist durch Bewegungsartefakte, seltener durch zu hohen Puls oder andere Faktoren wie Licht, Temperatur, Hautfarbe oder Tätowierungen. Rhythmusstörungen können erkannt, nicht aber im Detail analysiert, klassifiziert oder dokumentiert werden.

Elektrokardiogramm (EKG)

Pionier in Sachen privater EKG-Aufzeichnung ist die 2011 in Kalifornien gegründete Firma AliveCor. Die FDA-Zulassungen für ihr erstes EKG-Gadget 2012 und für den Algorithmus zur automatischen Klassifizierung von Vorhofflimmern 2014 markieren quasi den Beginn der SmartEKG-Ära.

+ Uhren und Zusatzgeräte mit EKG-Elektroden ermöglichen nicht nur die Erkennung, sondern sehr oft auch die Klassifikation und Dokumentation der Rhythmusstörung. Die von AliveCor und Apple verwandten Algorithmen zur Erkennung von Vorhofflimmern sind in klinischen Studien validiert und FDA- sowie CE-zertifiziert.

– Eine ununterbrochene Überwachung des Herzrhythmus ist nicht möglich. Bei wiederholter Anwendung lassen sich aber auch unbemerkte Rhythmusstörungen aufdecken, Studien zur Folge führt eine intermittierende Aufzeichnung über insgesamt 19 Minuten zu einer ähnlichen Detektionsrate von VHF wie ein 24-Std.-LZ-EKG.

Bei der Bewertung der SmartEKG-Technologien muss berücksichtigt werden, dass der Goldstandard für die Diagnose von Vorhofflimmern, das 12-Kanal-EKG in Praxis oder Krankenhaus, keine in Stein gemeißelte Verlässlichkeit garantiert. Studien aus den USA und Schweden zeigten, dass die computergestützte Auswertung der EKG fehlerbehaftet ist und von den Ärzten viel zu häufig nicht korrigiert wird. 9-19 % der EKG mit vermeintlichem Vorhofflimmern waren falsch interpretiert und 6 % (bei Kardiologen) bis 47 % (bei Allgemeinmedizinern) der Fehldiagnosen wurden nicht korrigiert ^{(1), (2), (3)}.

Die Crux mit dem Screening

Leider ist das Thema komplexer, als die Einleitung vermuten lässt. Screening, also die Suche nach einer Krankheit bei scheinbar Gesunden, ist nämlich keineswegs zwangsläufig von Vorteil. Wenn eine frühe Diagnose nicht zu besseren Ergebnissen führt als eine späte, bietet sie keinen Vorteil. Es verlängert sich nur die Zeit, in der Betroffene in Sorge leben. Außerdem besteht die Gefahr, Krankheiten bereits in einem Stadium zu behandeln, in dem die Behandlung unnötig oder gar schädlich ist („overdiagnosis“). Viele Screening-Untersuchungen sind deshalb mit Recht umstritten, eine ausführliche und sehr gute Übersicht dazu findet sich auf den Seiten des IQWiG (Institut für Qualität und Wirtschaftlichkeit im Gesundheitswesen).

Opportunistisches Screening „old school“

Ein sog. opportunistisches Screening auf VHF mittels Pulskontrolle oder EKG wird in den 2016er-Leitlinien der ESC (European Society of Cardiology) empfohlen (Klasse I-Empfehlung mit mittlerem Evidenzgrad B). Opportunistisch heißt in diesem Zusammenhang, dass die Untersuchung nicht systematisch erfolgt, sondern im Rahmen eines anderweitig begründeten Kontaktes mit dem Gesundheitssystem.

Insofern ist das Screening auf bislang unentdecktes VHF keine Erfindung von Apple, auch wenn manch‘ Medienbericht des letzten Jahres diesen Anschein erweckt. Lange vor der Apple Watch war klar, dass simples Fühlen des Pulses eine sehr gute Sensitivität von rund 94 % zur Erkennung von VHF aufweist. Diese Pulskontrolle können auch Ältere nach kurzer Anleitung zuverlässig selbstständig durchführen, was unlängst u. a. in einer finnischen und einer britischen Studie bewiesen wurde.

Für die Behandlung von Patienten, deren VHF beim opportunistischen Screening entdeckt wurde, existieren klare Empfehlungen auf Grundlage guter Studien. So wissen wir beispielsweise, dass Jüngere (<65 J.) ohne weitere Risikofaktoren von einer längerfristigen Einnahme von Blutverdünnern nicht profitieren, Ältere aber sehr wohl, insbesondere bei weiteren Risikofaktoren.

Systematisches Screening

Systematisches Screening auf VHF wird in den ESC-Leitlinien sehr viel zurückhaltender beurteilt: Nur bei >75-Jährigen oder Menschen mit hohem Schlaganfallrisiko „kann es erwogen werden“ (Klasse IIb-Empfehlung, Evidenzgrad B). Ausnahme sind Patienten nach Hirninfarkt oder TIA, hier wird systematisches Screening ausdrücklich empfohlen (Klasse I-Empfehlung, Evidenzgrad B).

Grund für diese Zurückhaltung ist die Tatsache, dass mit einer Ausweitung des Screenings auf ganze Bevölkerungsgruppen oder längere Zeiträume immer mehr beschwerdefreie Menschen mit nur sehr seltenen oder kurzen VHF-Episoden erfasst werden. In diesem Stadium wurden sie früher nicht entdeckt, sie sind demzufolge in den großen Therapiestudien auch nicht berücksichtigt. Ob unsere jetzigen Behandlungsstrategien für diese Patienten mit -wie man es heute gerne bezeichnet- ausschließlich „subklinischem“ oder „device-detected“ Vorhofflimmern gut und richtig sind, wissen wir deshalb nicht.

Wer sucht, der findet …

… und wer länger sucht, der findet mehr. Das gilt auch für Vorhofflimmern. Aus vielen Untersuchungen bei Risikopatienten wissen wir, dass ein einzelnes EKG bei 0.8-6 % von Ihnen VHF aufdeckt. Ein 24-stündiges Dauer-EKG fördert bei weiteren 2-10 % und ein 72-stündiges LZ-EKG bei nochmals 2 % Vorhofflimmern zu Tage. Ein implantierter Event-Recorder hat in der REVEAL AF study nach einem Jahr bei ca. 27 % und nach drei Jahren bei 40 % dieser Menschen Episoden von mindestens 6 Minuten Dauer aufgezeichnet.

Je intensiver und ausdauernder die Suche, umso größer also die Ausbeute. Im Zuge der verfeinerten Suchstrategien wurde aber auch immer klarer, dass in den feiner gestrickten Fangnetzen auch immer kleinere Fische hängenblieben. Und dass diese kleineren Fische nicht automatisch die gleiche Behandlung erfordern wie die früher überwiegenden dicken Exemplare. Mittlerweile wissen wir, dass Menschen mit geringer Flimmerlast auch ein geringeres Schlaganfallrisiko haben (vgl. hier, hier, hier und hier).

Ein Volk sucht nach Vorhofflimmern

Die immer intensivere Suche nach Vorhofflimmern war lange Zeit „Verschlusssache“, exklusiv betrieben von Kardiologen und einigen wenigen Neurologen. Bis das Jahr 2019 einen unübersehbaren Wandel hin zur „Demokratisierung der Diagnose“ einleitete. Plötzlich gab es eine ganze Vielfalt von Devices und Apps, die den Puls und/oder das EKG registrieren und hinsichtlich VHF analysieren konnten. Diese von mir unter dem Begriff SmartEKG zusammengefassten Technologien, allen voran die Apple Watch, bewiesen ihre Zuverlässigkeit und sollen nach dem Willen der Produzenten die Suche nach Vorhofflimmern zu einem Volkssport oder Jedermann-Grundrecht werden lassen. Aus den USA wird bereits von Tausenden berichtet, die mit den Befunden der heftig beworbenen Gadgets die Praxen von Hausärzten und Kardiologen stürmen. Den Bericht über die Apple Heart Study und die Huawei Studie betitelte die Cardio News der Deutschen Gesellschaft für Kardiologie im Dezember 2019 mit der Überschrift „Ein Volk sucht nach Vorhofflimmern“.

Aktueller Stand Anfang 2020

Außerhalb von kontrollierten Studien wird von einem Massenscreening auf Vorhofflimmern abgeraten, solange keine belastbaren Daten zum Nutzen einer Blutverdünnung bei Menschen mit ausschließlich „device-detected“ VHF vorliegen. Angesichts der Öffentlichkeitswirkung diverser Smartwatches besonders bei jungen Menschen ist es in meinen Augen allerdings illusorisch, deren Verwendung als Screening-Instrument unterbinden zu wollen. Die dabei erhobenen Befunde müssen aber mit Bedacht interpretiert werden. Auf jeden Fall unschädlich sind Empfehlungen zum Lebensstil, um VHF zu vermeiden: Übergewicht reduzieren, Blutdruck und Blutzucker im Zielbereich halten, Rauchstopp, kein übermäßiger Alkoholgenuss.

Ausblick

Erste Krankenkassen bieten Risikopatienten bereits eine finanzielle Erstattung für die Nutzung digitaler Screeningverfahren auf VHF an (siehe IKK Südwest Preventicus Heartbeats).

Anfang 2020 soll die Rekrutierungsphase für HEARTLINE beginnen. Die von Apple (Hersteller der Apple Watch) und Johnson & Johnson (Mutterkonzern von Janssen Pharmaceutical, die in den USA den Gerinnungshemmer Xarelto vertreiben) gesponsorte Studie mit geplant 180.000 Patienten soll als randomisierte Endpunktstudie klären, ob Massenscreening mit der Pulsuhr tatsächlich die Gesundheit der Betroffenen verbessert.

Wie stellt man Vorhofflimmern fest?

Mit (teilweise abgeschätzt) ansteigender Genauigkeit kommt eine ganze Reihe erprobter Methoden in Frage, unregelmäßigen Puls festzustellen und ggf. Vorhofflimmern zu identifizieren:

1. Pulsempfindung oder Pulstasten durch den Betroffenen selbst,
2. Blutdruckmessgeräte u. ä.,
3. Pulstasten durch den geschulten Betroffenen oder medizinisches Fachpersonal,
4. Photoplethysmographische Messung mit automatischer Arrhythmie-Analyse (z. B. Smartwatch),
5. 1-Kanal-EKG ohne oder mit automatischer Arrhythmie-Analyse (z.B. Apple Watch ab Series 4, Event-Recorder),
6. Intrakardiale Signale von Schrittmachern mit automatischer Arrythmie-Analyse,
7. Langzeit-EKG (24 Std. bis 14 Tage, 1-Kanal bis 3-Kanal-EKG)
8. 12-Kanal-EKG

Behandlung

Die rechtzeitige Diagnose und Behandlung von Vorhofflimmern kann bei bestimmten Menschen helfen, Schlaganfälle und Herzmuskelschwäche zu verhindern. Dies gilt insbesondere für Patienten mit bereits erlittenen Schlaganfällen und ≥65-Jährige mit zusätzlichen Risikofaktoren wie Bluthochdruck, Zucker- oder Gefäßkrankheit. Bei <65-Jährigen ohne weitere Risikofaktoren und ohne Beschwerden ist eine spezielle Behandlung hingegen meist nicht nötig. Deshalb bietet die frühzeitige Erkennung von VHF bei diesen Menschen in der Regel auch wenig Vorteile.

Viele Menschen, auch Ärzte, neigen spontan zu der Annahme, dass die Antwort auf diese Frage recht einfach sei, wenn man sich mit dem Test nur gut genug auskennt. Außerdem glauben viele, dass die Antwort für jeden Besitzer dieser Pulsuhr gleich ist. So einfach ist es aber nicht. Um das zu verstehen, bedarf es eines kurzen Ausflugs in die Wahrscheinlichkeitsrechnung.

Positiver Vorhersagewert

Was uns interessiert, ist der sog. positive Vorhersagewert oder positive prädiktive Wert (PPV), also die Wahrscheinlichkeit, dass Vorhofflimmern tatsächlich vorhanden ist, wenn die Pulsuhr dies meldet. In unserem Beispiel ist diese Wahrscheinlichkeit mit 8.7 % fast erschreckend gering. Anders ausgedrückt: bei 91.3 % der Meldungen handelt es sich um falsch positive Ergebnisse oder falschen Alarm. Woran liegt das?

Ein Blick auf den sog. Entscheidungsbaum macht deutlich, dass sich unter den 54.500 abnormalen Testergebnissen (=Warnmeldungen der Pulsuhr) 4.750 richtig positive (=tatsächlich Vorhofflimmern) und 49.750 falsch positive Ergebnisse (=tatsächlich kein Vorhofflimmern) tummeln.

Der erste Gedanke, es könnte sich einfach um einen schlechten Test handeln, entpuppt sich als falsch. Dessen Sensitivität (= Empfindlichkeit oder Trefferquote: Anteil korrekter Meldungen bei Anwendern mit Vorhofflimmern) und Spezifität (=Richtig-negativ-Rate: Anteil korrekter Tests bei Anwendern ohne Vorhofflimmern) wurden hier mit jeweils 95 % angenommen, beides im Bereich qualitativ eher hochwertiger Tests in der Medizin. Diese Zahlen entsprechen in etwa den Werten aus diversen Studien zur FDA-Zulassung von Pulsuhren.

Prävalenz

Das Problem in unserem Beispiel ist nicht die Güte des Testverfahrens, sondern die hohe Anzahl falsch positiver Testergebnisse. Diese wiederum ergibt sich zwangsläufig aus der sehr hohen Zahl gesunder Menschen ohne Vorhofflimmern unter den Testpersonen. Der Test hat zwar 95 % von ihnen korrekt als gesund klassifiziert, wegen der hohen Zahl verbleiben trotzdem 49.750 fälschlich als Vorhofflimmern klassifizierte. Oder anders: die Prävalenz (=Krankheitshäufigkeit) von Vorhofflimmern unter den Studienteilnehmern war mit 0.5 % (nur 5.000 von 1 Mio.) so niedrig, dass der positive Vorhersagewert trotz eines eigentlich guten Tests ausgesprochen niedrig ist.

Das dem tatsächlich so ist, lässt sich am gleichen Entscheidungsbaum mit jetzt aber viel höherer Prävalenz (nämlich 50 %) unschwer erkennen: wenn das untersuchte Merkmal Vorhofflimmern bei jedem zweiten Studienteilnehmer auftritt, beträgt der positive Vorhersagewert des gleichen Tests bemerkenswerte 95 %.