Podcasts about blutflusses

Gudrun unterhält sich in dieser Episode mit Marcel Schweiker. Marcel arbeitet in der KIT-Fakultät für Architektur im Fachgebiet Bauphysik & Technischer Ausbau. Die Gruppe schlägt in ihren Themen Brücken zum Bauingenieurwesen, dem Maschinenbau und der Psychologie. Sie interessieren sich für Lösungen im Neubau und Bestand, die langfristig hohen Nutzungskomfort mit niedriger Umwelt- und Ressourcenbelastung verbinden. Marcel hat Architektur in Kassel studiert und sich dabei mehr und mehr für die Rolle des Menschen im umbauten Raum interessiert. Deshalb hat er das Architekturstudium durch ein Ergänzungsstudium Technik-, Wirkungs- und Innovationsmanagement abgerundet. Parallel hat er noch ein Zusatzstudium Energie und Umwelt absolviert und ist zertifizierter Gebäudeenergieberater. Im Anschluss hat er sich für eine Promotion in Japan entschieden. An der Tokyo City University (Laboratory for Built Environmental Research) wurde er 2010 in Umweltinformationswissenschaften promoviert. Seitdem ist er am KIT tätig und hat sich inzwischen auch hier habilitiert. Ein schönes Anschauungsobjekt für die Themen des Gespräches ist das 2015 bezogene Kollegiengebäude Mathematik. Der erste Sommer im Haus begann nämlich schon mit dem Einzug im April 2015. Damals hatte man sich erhofft, mit den nötigen Beschattungsmaßnahmen für das Atrium noch etwas Zeit zu haben und das Gebäude bezogen, obwohl die Technik noch nicht funktionierte. In mehreren Schritten sind inzwischen die geplanten Maßnahmen für die Lüftung und Beschattung des Gebäudes im Wesentlichen in Betrieb gegangen und zeigen sich als durchaus geeignet, einen Komfort auch im Sommer zu ermöglichen. Trotzdem hat an dem sehr sonnigen Februartag des Gespräches, die niedrig stehende Sonne das Büro sehr aufgeheizt. Im Sommer sorgt die Regelung der Außenbeschattung rechtzeitig für Verdunklung - im Winter hätte Gudrun selbst vor der Mittagspause für Beschattung sorgen müssen, um das zu vermeiden. Schon sind Marcel und Gudrun mitten im Gespräch über das für und wider von Kontrolle durch zentrale Modelle oder durch die Personen im Raum. Ein Forschungsergebnis ist dass, die empfundene Kontrolle sich auf das thermische Empfinden der Personen auswirkt. Ob man ein Fenster prinzipiell öffnen kann oder nicht hat Einfluss auf thermische Zufriedenheit. Solche Experimente werden z.B. im Raumklimateststand LOBSTER der Arbeitsgruppe durchgeführt. Dort werden experimentelle Studien durchgeführt, während derer die Studienteilnehmer*innen unter unterschiedlichen Temperatur- und Lichtbedingungen arbeiten. Es werden dabei auch physiologische Reaktionen des Körpers gemessen. Der Teststand hat eine etwa 10mx10m große Grundfläche und enthält zwei Büroräume. Es ist eine Temperaturregelung über alle Wände (inkl. Decke und Boden) möglich. So ist es auch möglich, Bedingungen außerhalb der Norm zu untersuchen. Man weiß, dass sich der menschliche Körper an warme Temperaturen anpassen kann. Überhaupt ist die Wahrnehmung der Temperatur relativ und nicht absolut. Meist unbemerkt wird die Körperkerntemperatur durch Veränderung des Blutflusses vom Körperkern zur Peripherie des Körpers konstant gehalten. Zusammen mit Physiologen und Psychologen hat Marcel eine Metastudie abgeschlossen, welche Einflussgrößen zu individuellen Unterschieden in der Temperaturwahrnehmung führen. Ein Aspekt war hierbei auch, inwieweit sich das Wärmeempfinden von Frauen und Männern unterscheidet. Frauen tendieren zwar dazu sich etwas kühler zu fühlen, aber in einem Bereich von etwa 75% zeigen Frauen und Männern keinen großen Unterschied. Die Untersuchungen der Arbeitsgruppe können helfen, auch ohne aktive Kühlung Gebäude thermisch komfortabel zu gestalten. Auch für die Zukunft, wenn die Temperaturen in Deutschland weiter steigen werden. Prinzipiell sind Großraumbüros zwar schwierig für alle Nutzer gleichzeitig komfortabel thermisch zu beherrschen, gleichzeitig wird untersucht, inwieweit neueste Technik es ermöglicht eine lokale Steuerung der Temperaturen über die Stühle oder Luftauslässe am Schreibtisch zu realisieren, um den individuellen Bedürfnissen von Personen gerecht zu werden. In den Modellen, die Marcel und seine Kolleginnen benutzen, werden Gleichungen für Blutfluss vom Körperkern zur Peripherie benutzt. Außerdem wird sowohl die Strahlungswärme als auch die Konvektion vom Körper betrachtet. Sie werden in Computerprogrammen gelöst, die typischerweise auch Rückwirkungsschleifen enthalten. Zusätzlich braucht es statistische Modelle, die helfen, die experimentellen Daten zu ordnen und zu interpretieren. In naher Zukunft soll auch die Kopplung von thermischen, akustischen und visuellen Anteilen an der Gesamtzufriedenheit gleichzeitig betrachtet werden können. Literatur und weiterführende Informationen M. Schweiker e.a.: Drivers of diversity in human thermal perception – A review for holistic comfort models Temperature, 1–35, 2018. doi:10.1080/23328940.2018.1534490 M. Schweiker e.a.: comf: Functions for Thermal Comfort Research Programme, 2017. M. Schweiker & A. Wagner: The effect of occupancy on perceived control, neutral temperature, and behavioral patterns Energy and buildings 117, 246-259, 2016. doi: 10.1016/j.enbuild.2015.10.051 M. Schweiker & A. Wagner: A framework for an adaptive thermal heat balance model (ATHB) Building and environment 94, 252-262, 2015. doi: 10.1016/j.buildenv.2015.08.018 Podcasts M. Rösler, G. Thäter: Raumklima, Gespräch im Modellansatz Podcast, Folge 143, Fakultät für Mathematik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), 2017.

Die Herztransplantation stellt, trotz der großen Fortschritte in der Therapie terminaler Herzerkrankungen, häufig noch immer die letzte Therapieoption dieser Erkrankungen dar. Aufgrund des enormen Spendermangels sind geeignete Organe allerdings sehr knapp. Die xenogene Herztransplantation, im Speziellen die Transplantation von Schweineherzen an den Menschen, könnte dieses Problem lösen. Allerdings ist die Xenotransplantation noch weit von der klinischen Implementierung entfernt. Das Hauptproblem dabei stellt die Beherrschung der xenogenen Abstoßungsreaktion dar. Zwar kann die hyperakute Abstoßungsreaktion durch gentechnisch veränderte Spenderschweine inzwischen relativ gut beherrscht werden, bei der akut vaskulären (humoralen) Abstoßung hingegen ist dies noch nicht der Fall. Die pathophysiologischen Vorgänge während der xenogenen Abstoßungsreaktion sind noch nicht vollständig verstanden. Vorliegende Daten deuten aber auf eine ausgeprägte Koagulopathie mit einer Störung der Mikrozirkulation und Thrombosen im Rahmen der hyperakuten und akut humoralen Abstoßungsreaktion hin. Es ist unabdingbar notwendig die Mechanismen der xenogenen Abstoßungsreaktion genau zu kennen, damit man gezielt eingreifen kann. Um die zugrundeliegenden Mechanismen dieser Abstoßungsreaktion besser zu verstehen, war das Ziel dieser Arbeit ein neues Kleintiermodell zu etablieren, anhand dessen die Mikrozirkulation in vivo mittels Intravitalmikroskopie direkt am schlagenden Herzen sowohl quantitativ als auch qualitativ untersucht werden kann. Um dies zu erreichen wurden Herzen von Syrischen Goldhamstern heterotop an die Halsgefäße von Lewis-Ratten transplantiert. In drei Versuchsgruppen wurde nun die xenogene Abstoßungsreaktion untersucht. In Gruppe 1 wurde mittels Intravitalmikroskopie die subepikardiale Mikrozirkulation nach Reperfusion über dem rechten Ventrikel des Hamsterherzens untersucht. Die Ratten in Versuchsgruppe 2 wurden sieben Tage vor der xenogenen Herztransplantation mit Hamsterblut sensibilisiert, um die Bildung von xenoreaktiven Antikörpern zu induzieren und so eine hyperakute Abstoßung zu provozieren. Bei den Tieren aus Versuchsgruppe 3 wurde ohne vorherige Sensibilisierung nach der Transplantation das Operationsgebiet wieder verschlossen, um die Dynamik und Kinetik bis zur vollständigen Transplantatabstoßung zu untersuchen. In allen Versuchsgruppen wurden außerdem histologischen Analysen sowie Analysen des Blutbildes, Gerinnungsstatus und der Myokardmarker durchgeführt. Die in dieser Arbeit vorliegenden Daten zeigen, dass die Herzen der ersten und dritten Versuchsgruppe akut vaskulär (humoral) abgestoßen werden, bei einer durchschnittlichen Zeit bis zur vollständigen Abstoßung von 3,2 ± 0,2 Tagen. Die Hamsterherzen aus der zweiten Versuchsgruppe wurden hingegen nach vorheriger Sensibilisierung hyperakut in 14,8 ± 2,8 Sekunden vollständig abgestoßen. Die Analyse der Mikrozirkulation mittels Intraviralmikroskopie zeigte einen Anstieg des Blutflusses in den Spenderherzen, welcher als reaktive Hyperämie nach Reperfusion zu deuten ist. Des Weiteren ist eine sehr hohe endotheliale Leakage auffällig, die für eine bereits sehr frühe Endothelaktivierung im Rahmen der akut humoralen Abstoßung spricht. Bezüglich der Zell-Endothel-Interaktion könnte weder bei den Leukozyten noch bei den Thrombozyten eine signifikante Veränderung zwischen 30 und 90 Minuten nach Reperfusion gefunden werden. Gleichwohl wurden aber ein Anstieg der Interaktion der Leukozyten mit dem Gefäßendothel sowie einen Abfall der Thrombozyten-Endothel-Interaktion gefunden, welche ebenfalls für eine Endothelzellaktivierung im Rahmen der ablaufenden akuten Abstoßungsreaktion sprechen. Auch die Blutwerte bestätigten die Annahmen über die ablaufende Abstoßungsreaktion. So waren in allen Gruppen die sog. Myokardmarker deutliche erhöht, was für einen myokardialen Schaden sowohl durch das operative Trauma, als auch durch die Abstoßungsreaktion spricht. Des Weiteren wurde in Versuchsgruppe 2, also der Gruppe die das Hamsterherz nach ca. 3 Tagen akut vaskulär (humoral) abgestoßen hat, ein deutlicher Anstieg des Leukozytenwertes sowie eine Verlängerung des Quick-Wertes gefunden, was unter anderem für eine starke Stimulation des Immunsystems und eine Koagulopathie im Rahmen der akut xenogenen Transplantatabstoßung spricht. Ebenso deckten sich die Histologien der drei Versuchsgruppen mit diesen Annahmen und den Ergebnissen anderer Forschungsgruppen zu diesem Thema. Die Herzen, die die akut vaskuläre (humorale) Abstoßungsreaktion unterliefen, zeigten bereits 90 Minuten nach Reperfusion (Versuchsgruppe 1) erste Anzeichen der Transplantatabstoßung, wie beginnende Nekrosen und Einblutungen. Nach vollständiger Transplantatabstoßung (Versuchsgruppe 3) waren hingegen flächenhafte Nekrosen sowie Hämorrhagien und perivaskulär Infiltrate mononuklearer Zellen vorhanden. Die hyperakut abgestoßenen Hamsterherzen (Versuchsgruppe 2) zeigten im Vergleich zu den akut abgestoßenen Herzen ein ähnliches, wenn auch weniger ausgeprägtes Bild der Transplantatzerstörung mit Nekrosen, Hämorrhagien und Infiltraten mononuklearer Zellen. Thrombotische Gefäßverschlüsse konnten sowohl bei den hyperakut als auch bei den akut vaskulär (humoral) abgestoßenen Herzen vereinzelt gefunden werden. Zusammenfassend konnte erstmals die mikrovaskulären Mechanismen und die Koagulopathie während der akut vaskulären (humoralen) Abstoßungsreaktion sowohl qualitativ als auch quantitativ ausgewertet werden. Hierbei deckten sich die Ergebnisse dieser Arbeit mit den Daten anderer Forschungsgruppen weitestgehend. Somit wurde dieses Kleintiermodell erfolgreich etabliert. Insbesondere eignet sich dieses Modell zur Erforschung verschiedenster Strategien zur Verhinderung der xenogenen Abstoßungsreaktion und deren mikrovaskulären Einflüsse.

Die Induktion eines vaskulären Wachstums und Remodelings stellt einen vielversprechenden neuen Therapieansatz für Patienten mit koronarer Herzerkrankung dar. Stickstoffmonoxid (NO) nimmt in der Regulation des Blutflusses, in der Aufrechterhaltung der vaskulären Homöostase sowie als second messenger für die Induktion einer Arteriogenese und Angiogenese eine zentrale Rolle ein. Dank des Systems der druckregulierten Retroinfusion steht daneben ein komplikations- und nebenwirkungsarmes Verfahren zur Verfügung, das eine selektive, homogene und effektive Applikation von gefäßbildenden Faktoren im Myokard ermöglicht. In der vorliegenden Arbeit wurde die retrograde Infusion von eNOS S1177D komplementärer DNA (als konstitutiv aktive Mutante) in die anteriore Koronarvene zur Induktion einer therapeutischen Revaskularisation im chronisch ischämischen, hibernierenden Myokard untersucht. Mittels perkutaner Implantation eines präparierten Koronarstents wurde zunächst eine hochgradige Stenose im proximalen LAD-Segment der linken Koronararterie herbeigeführt. Nach sieben Tagen wurde angiographisch ein Restfluss dokumentiert, um eine langsame aber stetige Abnahme der myokardialen Durchblutung bis zur vollständigen Okklusion zu gewährleisten und die Induktion einer myokardialen Hibernation mit reduzierter kontraktiler Funktion ohne schwerwiegende Infarzierung des Gewebes sicherzustellen. Drei Wochen später wurde den Tieren eNOS S1177D cDNA, eNOS S1177D und L-NAME (unspezifischer NO-Inhibitor) oder eGFP cDNA als Scheintransfektion retrograd in die anteriore Koronarvene infundiert (n,=,6 pro Gruppe). Sowohl am Behandlungstag als auch am Tag,49 der Untersuchung (Versuchsende) wurden Parameter der globalen Herzfunktion bestimmt. Zur Analyse der regionalen myokardialen Perfusion dienten fluoreszierende Mikrosphären; die Bestimmung der regionalen Myokardfunktion als subsegmentale Segmentverkürzung gelang mit Hilfe der Sonomikrometrie. Für das Kollateralenwachstum wurden postmortale Angiographien ausgewertet. Darüber hinaus war zur Ermittlung der Expression von eNOS, des regionalen Blutflusses und der Kapillardichte die Entnahme von Gewebeproben aus dem linken Ventrikel erforderlich. In dieser Untersuchung demonstrieren wir, dass die retrograde Applikation von eNOS S1177D cDNA über die Überexpression von eNOS ein NO vermitteltes Gefäßwachstum induziert, welches mit einer gesteigerten myokardialen Perfusion einhergeht und schließlich zu einer verbesserten kontraktilen Funktion im Zielgebiet führt. Die zum Kontrollareal 2,3-fach gesteigerte Expression von eNOS geht dabei über eine gesteigerte Bildung von NO respektive cGMP (117,1,% der RCx-perfundierten Region) neben einer Proliferation von Kapillaren (Angiogenese) insbesondere mit der Bildung von kollateralisierenden Anastomosen (Arteriogenese) einher. Aus diesem vaskulären Wachstum und Remodeling resultiert im Vergleich zur Kontrollgruppe arealabhängig eine bis zu 2,2-fach gesteigerte myokardiale Perfusion, wodurch sich die regionale Herzfunktion (subsegmentale Segmentverkürzung) bei erhöhtem Sauerstoffbedarf von 7.% auf 41,% (Herzfrequenz von 120 Schägen pro Minute) respektive 33,% (Herzfrequenz von 140 Schlägen pro Minute) des normoxischen Myokards regeneriert.

Atherosklerotische Krankheitsbilder, insbesondere die koronare Herzerkrankung und der akute Myokardinfarkt sind die häufigsten Todesursachen in Deutschland. Dementsprechend häufig sind diese der Grund für die Alarmierung eines Notarztes. Bisher konnten einige Risikofaktoren für das Auftreten atherosklerotischer Veränderungen identifiziert werden (z. B. arterieller Hypertonus, Nikotinabusus, Diabetes mellitus). Diese etablierten Risikofaktoren werden aber nur bei 30-50% der kardiovaskulären Erkrankungen nachgewiesen (113). In den letzten Jahren wurden vermehrt Untersuchungen zum Einfluss der Blutviskosität auf die Pathophysiologie der Atherosklerose durchgeführt. Diese zeigten Veränderungen der rheologischen Eigenschaften des Blutes bei koronarer Herzerkrankung, peripherer arterieller Verschlusserkrankung und arteriellem Hypertonus. Die Blutviskosität stellt die visköse Komponente des peripheren Gesamtwiderstandes dar. Ihr Einfluss auf die Perfusion in diversen Bereichen des Gefäßsystems mit niedrigen Scherraten, z.B. den Koronarien, gewinnt an Bedeutung, wenn die vasomotorische Autoregulation limitiert ist, wie beispielsweise bei der koronaren Herzerkrankung. Um diese lokale Hyperviskosität zu kompensieren ist eine Steigerung des Blutflusses nur schwerlich oder gar nicht möglich. Im Bereich subtotaler Stenosen kann so eine Erhöhung der Blutviskosität potentiell einen rheologischen Verschluss des Blutgefässes auslösen. Pectanginöse Beschwerden sind die Folge. Im akuten Stadium eines pectanginösen Anfalls oder eines Myokardinfarkts wurde die Blutviskosität bisher jedoch noch nicht bestimmt. Deswegen führten wir eine prospektive präklinische Observationsstudie im Notarztdienst durch, um die Rolle der Blutviskosität, die mit einem neuartigen Kapillarviskosimeter (Rheolog®) bestimmt wurde, in der Initialphase eines akuten Koronarsyndroms näher untersuchen zu können. Hierbei wurden 113 Notfallpatienten in die Studie eingeschlossen. Bei 33 der Patienten wurde ein akutes Koronarsyndrom gemäß der Leitlinien der deutschen Gesellschaft für Kardiologie diagnostiziert (91; 92). 60 Notfallpatienten dienten als Kontrollkollektiv. 20 Patienten, deren akute Erkrankungen mit rheologischen Störungen einhergehen, eigneten sich nicht für das Kontrollkollektiv. Sie wurden jedoch in die Multivarianzanalyse der Studie einbezogen, um keine Vorselektion der Studiendaten vorzunehmen. Wir konnten zeigen, dass Patienten in der Initialphase eines akuten Koronarsyndroms ein verändertes Viskositätsprofil aufweisen. Bei allen untersuchten Scherraten konnten im Vergleich zur Kontrollgruppe von Notfallpatienten tendenziell erhöhte mittlere Viskositätswerte festgestellt werden. Das Signifikanzniveau wurde hierbei jedoch nicht erreicht. Die Mediane der Viskositätswerte bei einer Scherrate von 100 s-1 lagen bei den Patienten mit einem akuten Koronarsyndrom mit 5,3 mPa.s [4,8-6,5] höher als bei der Kontrollgruppe mit 4,9 mPa.s [4,2-5,79] (p= 0,059). Die Prävalenz der kardiovaskulären Risikofaktoren arterieller Hypertonus (79% vs. 40%; p

Ziel dieser Arbeit war es, mit dem ventrikulo-koronararteriellen Bypass (VCAB) in Form eines membranbeschichteten Stents (VSTENT) eine neue Möglichkeit der myokardialen Revaskularisierung im präklinischen Modell zu untersuchen. Nach medianer Sternotomie und Freipräparieren der Koronararterie aus dem epikardialen Fettgewebe wurde bei insgesamt 20 Hausschweinen ein mit einer PTFE-Membran versehener VSTENT zwischen dem linken Ventrikel und dem Ramus interventricularis anterior der linken Koronararterie (RIVA oder LAD) transmyokardial eingesetzt. Der Blutfluss in der distalen LAD, die regionale Myokardfunktion und der intrakoronare Druck wurden bei verschiedenen proximalen Stenosegraden (75-99% Stenose) und bei Komplettokklusion der proximalen LAD unter Ruhebedingungen sowie unter Testung der funktionellen Reserve (rechts-atriales Pacing 90-130/min) gemessen. Vor Implantation des VSTENT führte die Induktion einer hochgradigen Stenose in der proximalen LAD zu einer deutlichen Abnahme des Blutflusses und der regionalen Myokardfunktion, mit einer weiteren Verminderung von Fluss und Funktion unter rechts-atrialem Pacing. Unmittelbar nach Implantation des VSTENT konnte in der distalen LAD das typische Flussmuster mit einem vorwiegend systolischen Einstrom in die Koronararterie und einem leichten diastolischen Rückfluss in den linken Ventrikel beobachtet werden. Verglichen mit dem Zustand vor Implantation des VSTENT konnte eine signifikante Zunahme des Blutflusses bei einer proximalen hochgradigen Koronarstenose und einer Komplettokklusion der LAD beobachtet werden. Die Verbesserung des Blutflusses ging einher mit einer signifikanten Zunahme der kontraktilen Myokardfunktion. Nach drei Stunden Komplettokklusion der proximalen LAD konnte der VSTENT 73% des Ausgangsblutflusses der nativen LAD erhalten, bei homogener Verteilung des regionalen myokardialen Blutflusses (fluoreszierende Mikrosphären). Die zeitgleich bestimmte regionale Myokardfunktion (Sonomikrometrie) im LAD-Gebiet betrug bei ausschließlicher Perfusion über den VSTENT im Mittel 71% des Ausgangswertes. Der Erhalt des Blutflusses und der regionalen Myokardfunktion war abhängig von der Position des VSTENT und signifikant besser bei Präsenz eines „Klappenmechanismus“, der den diastolischen Rückfluss in den linken Ventrikel vermindert. Unter Testung der funktionellen Reserve konnte bei Tieren mit Klappenmechanismus im ventrikulo-koronararteriellen Bypass eine signifikant höhere Zunahme des Blutflusses in der Koronararterie verzeichnet werden. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass ein Stent-basierter ventrikulo-koronararterieller Bypass akut bei einer proximalen Koronarstenose bzw. Komplettokklusion, den Blutfluss in der Koronararterie und die kontraktile Myokardfunktion unter Ruhebedingungen und unter Bedingungen mit gesteigertem Sauerstoffbedarf aufrecht erhalten kann. Der chirurgische Einsatz des VSTENT könnte somit eine Alternative für die myokardiale Revaskularisation darstellen.

Die koronare Herzkrankheit (KHK) stellt momentan die häufigste Krankheits- und Todesursache in Europa dar. Häufig kommt es als Folge einer KHK zum akuten Myokardinfarkt mit den gefürchteten Folgen, wie kardiogenem Schock und plötzlichem Herztod. Während sich die etablierten konservativen Therapiestrategien bislang auf eine Verminderung des pathologischen Remodellings beschränken, gewinnt die Forschung an alternativen Therapiemöglichkeiten zur längerfristigen Regeneration des geschädigten Myokards zunehmend an Bedeutung. Ein neuer bisher noch nicht zur Therapie des Herzinfarkts eingesetzter Kandidat könnte das Parathormon (PTH) sein. Dessen Fragment PTH (1-34) befindet sich bereits seit Jahren im klinischen Einsatz zur Bekämpfung schwerer Osteoporosen. Im Tiermodell verbesserte PTH durch Steigerung des myokardialen Blutflusses die Herzfunktion und verhinderte dadurch die Ausbildung eines kardiogenen Schocks. Kürzlich konnte darüber hinaus im Mausmodell gezeigt werden, dass PTH die Stammzellnische im Knochenmark reguliert. So führte die PTH-Gabe zu einem Anstieg verschiedener Stammzellpopulationen im Knochenmark und verminderte bei bestrahlten Mäusen nach Knochenmarktransplantation signifikant deren Mortalität. Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss von PTH (1-34) auf die Mobilisation von Knochenmarkstammzellen ins periphere Blut sowie mögliche Effekte auf Pumpfunktion und Remodelling nach akutem Myokardinfarkt im Mausmodell zu untersuchen. Die Behandlung mit PTH (1-34) führte zu einer Mobilisation verschiedener Stammzellpopulationen aus dem Knochenmark ins periphere Blut. Dabei kam es nach PTH-Gabe im Gegensatz zu Granulocyte-colony stimulating factor (G-CSF) nicht zum Abfall von CD45+/CD34+ Stammzellen im Knochenmark. Nach chirurgisch induziertem Myokardinfarkt führte die Gabe von PTH zu einer signifikanten Abnahme der Mortalität im Vergleich zu den Kontrolltieren. Dies war bei den PTH-Tieren assoziiert mit einer signifikanten Verbesserung der globalen Herzfunktion. So waren das Herzzeitvolumen und die Auswurffraktion nach PTH-Gabe deutlich gesteigert. Wir konnten anhand einer erniedrigten arteriellen Nachlast in den hämodynamischen Untersuchungen zeigen, dass PTH am arteriellen Gefäßbett zu einer Vasodilatation führt. Über diesen bekannten Einfluss von PTH auf den arteriellen Gefäßwiderstand kommt es zu einem gesteigerten myokardialen Blutfluss. Dadurch verbessert PTH in der Akutphase nach akutem Myokardinfarkt die Herzfunktion und schützt vor einem akuten Herzversagen. Auf histologischer Ebene fanden sich nach PTH-Behandlung kleinere Infarktgrössen und eine verminderte Abnahme der linksventrikulären Vorderwand im Vergleich zu den Kontrolltieren. Diese Veränderungen im Remodelling nach PTH-Behandlung waren durch eine Zunahme von CD31+ Kapillaren in der Grenzzone um den Infarkt (Borderzone) erklärbar. Die Gefäßneubildungen waren assoziiert mit einer gesteigerten Expression von Vascular Endothelial Growth Factor (VEGF) sowie des Insulin like Growth Factor-1 (IGF-1)-Rezeptors in der Borderzone. PTH bewirkt somit entweder direkt oder indirekt über die Mobilisation von Knochenmarkstammzellen eine vermehrte Sekretion von vaskulären Wachstumstumsfaktoren wie VEGF und IGF-1. So kommt es nach akutem Myokardinfarkt im Mausmodell zu einem abgeschwächten „Remodelling“ mit konsekutiver Verbesserung der myokardialen Pumpfunktion. Neben weiterer Untersuchungen bezüglich der Mechanismen, über die PTH zu den gezeigten Veränderungen im kardialen Remodelling führt, müßte in einem nächsten Schritt geklärt werden, ob PTH (1-34) beim Menschen in der zur Osteoporosebehandlung üblichen Tagesdosis von 20-40 µg oder in konsekutiv höheren Dosierungen zur Freisetzung verschiedener Populationen von Knochenmarkstammzellen ins periphere Blut führt (Phase I Studie).

Ziel dieser Arbeit ist es, eine effektive, selektive und homogene Applikation von bekannten Angiogenesefaktoren in eine ischämische Extremität zu etablieren. Die Induktion therapeutischer Angiogenese im ischämischen Hinterlauf ist bereits über den arteriellen Weg wie auch über eine intramuskuläre Applikation gelungen. Als Alternative, das ischämische Gewebe über eine stark stenosierte oder sogar verschlossene Arterie oder aber inhomogen über eine intramuskuläre Injektion zu erreichen, wird in dieser Arbeit das intakte venöse Gefäßsystem unter Verwendung der Retroinfusion genutzt. Hierfür kommt basic Fibroblast Growth Factor (bFGF) als etablierter Angiogenesefaktor zur Anwendung. Die Retroinfusion wird hierbei mit der intramuskulären Applikation verglichen. Darüber hinaus wird überprüft, ob eine zusätzliche low-dose Ko-Applikation von Vascular Endothelial Derived Growth Factor (VEGF) einen additiven Effekt erzielen kann. Die chronische Ischämie im Hinterlauf des Kaninchens wird am Tag 0 mittels Exzision der Arteria femoralis und Ligatur ihrer Aufzweigungen erreicht. Am Tag 7 wird die Baseline für die Kollateralenanzahl mittels Angiographie und ein Korrelat für die Blutflussgeschwindigkeit in den Kollateralen (Frame Count Score) ermittelt. Anschließend erfolgt die retrograde Applikation von NaCl- Lösung (Kontrollgruppe) oder bFGF (20 μg/kg KG) mit oder ohne VEGF165 (10 μg/kg) über eine Unterschenkelvene. Alternativ wird bFGF (20 μg/kg KG) in die Ober- und Unterschenkelmuskulatur injiziert. Am Tag 35 werden erneut die Kollateralenanzahl wie auch der Frame Count Score ermittelt. Darüber hinaus werden Muskelproben zur Bestimmung des Kappilarwachstums entnommen. Die Ergebnisse zeigen, dass in der Kontrollgruppe das Kapillarwachstum wie auch die Kollateralenanzahl am Tag 35 im Vergleich zum Tag 7 nicht signifikant zunehmen. Die retrograde Applikation von bFGF induziert hingegen eine signifikante Zunahme des Kapillarwachtums und der Kollateralenanzahl, woraus sich eine höhere Blutflussgeschwindigkeit (Frame Count Score) ableiten lässt. Die Ergebnisse entsprechen denjenigen der intramuskulären bFGF Applikation. Die low-dose Ko-Applikation von VEGF165 als Retroinfusion kann keine weitere Verbesserung im Vergleich zur alleinigen bFGF Gabe induzieren. Zusätzlich wurde mit Hilfe szintigraphischer Methoden die venöse retrograde Infusion mit der antegraden arteriellen Applikation verglichen. Hierbei zeigte sich eine effektive, selektive und homogenen Verteilung der infundierten Lösung im Zielgebiet mit einer deutlich verlängerten Verweildauer zu Gunsten der Retroinfusion. Es kann postuliert werden, dass durch eine einmalige venöse Retroinfusion von bFGF Angiogenese und damit ein gesteigerter Blutfluss im Modell des chronischen ischämischen Hinterlaufs des Kaninchens wirkungsvoll induziert werden kann. Zusammenfassend erscheint die venöse retrograde Verabreichung von Wachstumsfaktoren in ein ischämisches Gebiet als eine effektive Methode, Kollateralwachstum und Kapillarsprossung mit folgender Verbesserung des Blutflusses zu induzieren. Da es sich hierbei um ein klinisch anwendbares Applikationsverfahren handelt, könnte dieser Ansatz zu einer Verbesserung der klinischen Effektivität der therapeutischen Angiogenese führen.

In der vorliegenden Arbeit wurde die pränatale Entwicklung und Morphologie des bovinen Nabelstrangs untersucht. Hierfür wurde die Nabelschnur von Feten ab dem 2. Graviditätsmonat (SSL 2,5 cm) bis zum geburtsreifen Kalb im 9. Monat (SSL 89 cm) verwendet. Neben lichtmikroskopischen (routinehistologischen, immun- und glykohistochemischen) Färbungen wurden elektronenmikroskopische Techniken angewendet. Dabei besitzt die Nabelschnur des Rindes zu jedem Gestationszeitpunkt zwei Nabelvenen, zwei Nabelarterien und einen Urachus, die allesamt in der Wharton Sulze (WS) eingebettet sind. Bis zu einer SSL von 26 cm können in der Nabelschnur des Rindes das extraembryonale Nabelzölom und die Reste des Dottersackganges beobachtet werden. Die Nabelschnur wird außen ausschließlich vom Amnionepithel umgeben. Das Amnionepithel besteht aus ein- und mehrschichtigen Bereichen. Bei den mehrschichtigen Arealen handelt es sich meist um lokal begrenzte, glykogenreiche Amnionepithelwarzen (Plaques), die der Oberfläche einen zottenartigen Charakter verleihen. Ihre Anzahl steigt im Laufe der Entwicklung an. Ab einer SSL von 42 cm (6. Monat) scheinen die nun dicht stehenden Warzen zu fusionieren, so dass nun auch über größere Strecken mehrschichtige Amnionepithelbereiche auftreten. Im 7. Trächtigkeitsmonat (SSL 53 cm) beginnt das Amnionepithel stellenweise zu verhornen. Zahlreiche desmosomale Zellverbindungen und Interdigitationen der Plasmamembranen der Amnionepithelzellen sprechen für eine hohe mechanische Festigkeit des Amnionepithels. Die zum Teil erheblich erweiterten Interzellularräume zwischen den Epithelzellen sowie der hohe Mikrovillibesatz der apikalen Zellschichten deuten auf Sekretions- und Resorptionsprozesse hin. Im Gegensatz zu anderen Gefäßen besitzt die Nabelvene des Rindes eine gut ausgebildete Lamina elastica interna, wohingegen sie in der Nabelarterie fehlt. Die Muskelzellen der Nabelvene sind weit voneinander durch Bindegewebe getrennt, wodurch die Diffusion und der Transport von Nährstoffen erleichtert werden. Beide Gefäße besitzen Vasa vasorum und bestehen während der ganzen fetalen Entwicklung aus α-smooth-muscle-Aktin (αSMA) exprimierenden Muskelzellen. Die bovinen Nabelgefäße sind nicht innerviert. Dies wurde auch durch das Ergebnis der immunhistologischen Untersuchung des S100 Proteins bestätigt. Die Ultrastruktur der Endothel- und glatten Gefäßmuskelzellen der Nabelgefäße gibt Hinweise auf eine hohe Proteinsyntheseleistung sowie auf einen regen Stofftransport dieser Zellen. Die bovine WS wird von zahlreichen feinen Blutgefäßen durchzogen. Sie wird im Laufe der fetalen Entwicklung zell- und grundsubstanzärmer, jedoch faserreicher. Im Gegensatz zu der makroskopisch einheitlich erscheinenden WS, stellt sie sich bei mikroskopischer Betrachtung heterogen dar. Dabei lassen sich der Bereich um den Urachus, die schwach ausgebildete Adventitia sowie unter dem Amnionepithel befindliche WS-Bereiche von der restlichen zentralen WS abgrenzen. Der Eindruck der Heterogenität entsteht durch den unterschiedlichen Zellgehalt, durch die Ultrastruktur der Zellen, durch das Verteilungsmuster der Intermediärfilamente und des αSMA sowie durch das Lektinbindungsmuster und durch die Reaktionen in der Alcianblau-Färbung. Besonders auffällig ist die Entstehung einer breiten Schicht αSMA-exprimierender Muskelzellen in der WS subepithelial unter dem Amnionepithel, wobei ein sphinkterähnlicher Muskelring gebildet wird. Der Urachus weist zunächst ein einschichtiges Epithel auf, das im Laufe der Entwicklung jedoch mehrschichtig wird. Ab einer SSL von 26 cm (4. Trächtigkeitsmonat) wird er von zirkulär angeordneten Muskelzellen umgeben. Um das Vorkommen und die Verteilung bestimmter Zuckergruppen in der bovinen Nabelschnur zu bestimmen, wurde das Bindungsmuster verschiedener Lektine untersucht. Dabei konnte mit Con A, WGA, ECA, GSA I, PNA und VVA eine deutliche, mit SBA, UEA I und LTA jedoch nur eine schwache Reaktion hervorgerufen werden. Weiterhin ließ sich eine altersabhängige Expression der Intermediärfilamente Vimentin, Desmin und Pan-Cytokeratin (CK) beobachten. Dabei konnte der Epithelzellmarker CK in einigen Zellen der Nabelgefäßwand bis zum 2. Monat (6,5 cm SSL) und in einigen WS-Zellen bis zum 4. Monat (26 cm SSL) nachgewiesen werden. In den Gefäßmuskelzellen der bovinen Nabelgefäße werden im Laufe der Entwicklung alle drei Intermediärfilamenttypen exprimiert, während in den WS-Zellen, mit Ausnahme der glatten Muskelzellen des Urachus, Desmin immunhistologisch nicht nachweisbar ist. Da die bovinen Nabelgefäße nicht innerviert sind, muss der umbilikale Blutfluss durch andere, nicht-nervale Faktoren reguliert werden. Dabei sind unter anderem die Anordnung der Gefäßmuskelzellen sowie die Kontraktionsfähigkeit der Nabelgefäße, die sich in der frühen Expression von αSMA aller Gefäßmuskelzellen widerspiegelt, von Bedeutung. Die in den bovinen Nabelgefäßen typische Verteilung der elastischen Fasern spielt diesbezüglich ebenfalls eine wichtige Rolle. Zusätzlich ist der umbilikale Blutfluss von der Struktur und Konsistenz der WS abhängig. Die Zusammensetzung der WS wird dabei entscheidend durch die die extrazelluläre Matrix produzierenden WS-Fibrozyten beeinflusst. Eine aktive Beteiligung des sphinkterähnlichen Muskelrings an der Regulation des Blutflusses ist sehr wahrscheinlich. Einen weiteren Faktor der Blutflussregulation stellen vasoaktive Substanzen dar, wobei die Ultrastruktur der Endothel- und Gefäßmuskelzellen Hinweise auf eine mögliche lokale Produktion dieser Substanzen in den Nabelgefäßen gibt. Der Nachweis von bovinem Progesteron-Rezeptor (bPR) in den Endothelzellen der Nabelgefäße aller untersuchten Feten lässt eine Beteiligung von Progesteron an der umbilikalen Blutflussregulation vermuten.

Ziel dieser Arbeit war es zu bestimmen ob durch systemische Gabe von Sulfiten, welche als Nahrungsmitteladditiva weit verbreitet vorkommen, bzw. Sulfiten in Kombination mit den Antioxidantien d-alpha-Tocopherol und Ascorbinsäure bzw. alleiniger Antioxidantien- oder alleiniger Placebogabe, die phototoxische Lyse der Erythrozyten und die Lichtempfindlichkeit des jeweiligen Individuums modifiziert werden kann. Je zehn Probanden nahmen über 8 Tage täglich 2x200 mg Natriumdisulfit und Placebokapseln bzw. 2x200 mg Natriumdisulfit, 2x1000 mg Ascorbinsäure und 2x500 IE d-alpha Tocopherol bzw. 2x1000 mg Ascorbinsäure, 2x500 IE d-alpha Tocopherol und Placebokapseln oder nur Placebokapseln ein. Vor (Tag 0) und an Tag 8 dieser Einnahme wurde den Probanden Blut für die Bestimmung der Antioxidantienkonzentrationen und einen Photohämolysetest entnommen. Der Photohämolysetest, bei dem Fenofibrat als photoxische Substanz verwendet wurde, basiert auf der photoxisch induzierten Lyse von Erythrozyten durch die Bestrahlung. Diese erfolgte bei dieser Untersuchung mit UVA- und UVB-reicher Strahlung. Weiter wurde die minimale Erythemdosis (MED) für UVB-reiche Strahlung sowie die UVB-induzierte Steigerung des Blutflusses laserdopplerflowmetrisch an Tag 0 und Tag 8 bestimmt. Nach alleiniger Einnahme von Sulfit zeigte sich im Vergleich zu den Ausgangswerten an Tag 8 die Antioxidantienkonzentration im Serum weitgehend unverändert. Es zeigte sich keine signifikante Änderung der Photohämolyse im UVA-Bereich. Die UVB-induzierte Photohämolyse verringerte sich, im Sinne einer photoprotektiven Wirkung über einen weiten Dosis-Bereich. Die MED zeigte keine deutliche Veränderung. Die Bestrahlungs-induzierte Steigerung des Hautblutflusses war in einigen bestrahlten Arealen nach Sulfiteinnahme signifikant abgefallen. Nach gleichzeitiger Gabe von Antioxidantien und Sulfit stiegen die Serumkonzentrationen von Ascorbinsäure und d-alpha-Tocopherol signifikant an. Im Vergleich zu den Ausgangswerten kam es zur Verminderung der Photohämolyse im UVA-Bereich. Im UVB-Bereich zeigte sich nur eine geringe Verminderung der Photohämolyse. Die MED blieb weitgehend unverändert. Die UV-induzierte Steigerung des Hautblutflusses verminderte sich signifikant. Die ausschließliche Einnahme von Antioxidantien führte zu einem signifikanten Anstieg der Ascorbinsäure- und d-alpha-Tocopherolkonzentrationen im Serum. Im Fenofibrat-abhängigen Photohämolysetest zeigte sich ein protektiver Effekt sowohl gegenüber UVA- als auch gegenüber UVB Bestrahlung mit einem signifikanten Abfall des Medians der Photohämolyse. Die MED stieg nur gering an. Die UV-induzierte Steigerung des Hautblutflusses war signifikant reduziert. Bei alleiniger Placeboeinnahme zeigte sich keine signifikante Änderung der o.g. Parameter. Eine phototoxische Wirkung von Sulfiten nach systemischer Gabe konnte in unseren Unteruchungen nicht sicher verifiziert werden. Einer lediglich unterschwelligen Phototoxizität im UVB-Bereich müßte durch weitere Untersuchungen nachgegangen werden, ebenso einer möglicherweise photoprotektiven Wirkung, die sich beim Photohämolysetest im UVA-Bereich und in einer Verminderung des Medians der UV-induzierten Steigerung des Hautblutflusses nach Sulfiteinnahme zeigte.

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, ein chronisches Modell zur minimal-invasiven Organperfusionsmessung am Kaninchen vorzustellen. Hierzu musste als Voraussetzung für die chronischen Messungen die Implantation eines Portkathetersystems in den linken Ventrikel etabliert werden. Mit Hilfe der Portkatheter wurde der regionale Blutfluss zu verschiedenen Zeitpunkten bei gesunden Kontrolltieren und in einer Pilotstudie bei Tieren mit experimentell induzierter Peritonitis bestimmt. Die Messung der Perfusion erfolgte mit fluoreszenzmarkierten Mikrosphären (Latexkugeln mit 15 mm Durchmesser). Aus der Anzahl der im präkapillären Stromgebiet arretierten Mikrosphären kann der regionale Blutfluss in verschiedenen Organen qualitativ und, bei gleichzeitiger Gewinnung einer Referenzprobe, quantitativ in ml pro g Organgewebe pro Minute erfasst werden. Die Implantation des Portsystems wurde unter perioperativer Antibiotikaprophylaxe bei weiblichen weißen Neuseeland-Kaninchen (n = 30, 3,8 ± 0,3 kg KG) in Medetomidin/Ketamin-Anästhesie durchgeführt. Speziell entwickelte Portkatheter wurden über die Arteria carotis communis mit der Katheterspitze in den linken Ventrikel eingeführt. Perioperativ erfolgte die kontinuierliche intraarterielle Blutdruckmessung sowie eine Bestimmung der Herzfrequenz und der Sauerstoffsättigung. Prä- und postoperativ wurden Blutproben zur Bestimmung der S100-b-Serumkonzentration als Marker einer cerebralen Ischämie entnommen. Nach einem Erholungszeitraum von 2 bis 4 Wochen wurden zwei Versuchsgruppen untersucht. Zunächst wurde bei einer Versuchsgruppe (n = 16, 3,7 ± 0,4kg) zu sieben Zeitpunkten (0, 2, 24, 26, 48, 72 und 96 Stunden nach Versuchsbeginn, t1 – t7) je eine Mikrosphäreninjektion durchgeführt. Bei einer zweiten Versuchsgruppe, der Peritonitisgruppe (n = 4, 3,5 ± 0,4kg) wurde zu den gleichen Zeitpunkten unter den gleichen Narkosen bzw. Sedierungen je eine Mikrosphäreninjektion durchgeführt, darüber hinaus wurde zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 eine „cecal ligation and puncture“ zur Auslösung einer kotigen Peritonitis mit nachfolgender septischer Allgemeinerkrankung durchgeführt, welche dann zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 revidiert, die Bauchhöhle gespült und der Peritonitisherd saniert wurde. Die Anlage der linksintraventrikulär inserierten Portkatheter war bei 29/30 (97%) Tieren innerhalb von 71 ± 9 Minuten problemlos möglich. Weder intra- noch postoperativ kam es zu signifikanten, katheterassoziierten Rhythmusstörungen, Blutdruckabfällen (MAP präop. 73 ± 2 mmHg vs. postop. 71 ± 2) oder Hypoxieereignissen (SaO2 präop. 84 ± 2% vs. postop. 95 ± 2). Durch eine speziell modifizierte mikrochirurgische Technik war das Einbringen des Katheters im Bereich der Vorderwand der Arteria carotis communis unter Aufrechterhaltung der Durchgängigkeit des Gefäßes und somit unter Erhalt der zerebralen Perfusion möglich. So war klinisch bei keinem der Tiere eine postoperative zerebrale Ischämie nachweisbar. Die S100-b-Serumkonzentration zeigte postoperativ keinen signifikanten Anstieg (präop. 1,6 ± 0,4 ng/dl vs. postop. 1,8 ± 0,4). Das Ausgangsgewicht der Tiere wurde innerhalb weniger Tage wieder erreicht. Durch Sektion wurde die korrekte Katheterlage bei 26/29 Tieren (90%). In der Kontrollgruppe konnte gezeigt werden, dass minimal-invasive Messungen der Perfusion gut toleriert werden. Es war keine Beeinflussung des Blutflusses durch die Mikrosphäreninjektionen und die damit verbundenen notwendigen Narkosen bzw. Sedierungen zu beobachten. Die Perfusion der paarigen Organe Lunge, Gehirn und Niere war im Rechts-Links-Vergleich nicht unterschiedlich. Auch die Analyse der Werte über den gesamten Zeitraum zeigte eine gleichmäßige und nicht signifikant unterschiedliche Perfusion. So betrug die Durchblutung beispielsweise im Gehirn zum Zeitpunkt t1 rechts 1,11 ± 0,31 ml/g/min, links 1,25 ± 0,34, zum Zeitpunkt t7 rechts 0,97 ± 0,44 ml/g/min, links 1,04 ± 0,52, in der Niere bei t1 1,33 ± 0,21 ml/g/min (rechts) vs. 1,53 ± 0,23 (links), bei t7 1,11 ± 0,23 ml/g/min (rechts) vs. 1,05 ± 0,22 ml/g/min (links). Bei der Peritonitisgruppe ließ sich zunächst im Rechts-Links-Vergleich zu den einzelnen Zeitpunkten eine gute Korrelation der Perfusion nachweisen, so dass die vorliegenden Werte reliabel erschienen. In der Lunge war die Durchblutung bei t2 rechts 0,59 ± 0,19 ml/g/min, links 0,66 ± 0,20. Im Vergleich mit der Kontrollgruppe zeigte sich bei stabiler Hämodynamik ein signifikanter Abfall der Durchblutung der von dem septischen Geschehen betroffenen Organe (Niere, Leber, Magen, Lunge), welche sich zum Versuchsende nur langsam wieder erholte. Die Perfusion des Magens fiel zum Beispiel von anfänglich (t1) 0,63 ± 0,14 ml/g/min auf 0,35 ± 0,12 (t3) ab. Die Muskeldurchblutung war jedoch über den gesamten Zeitraum vergleichbar (z.B. t1 0.04 ± 0,01 ml/g/min vs. t4 0,06 ± 0,02). Die hier beschriebene Technik erlaubt somit erstmals die minimal-invasive Messung der Organperfusion beim leicht sedierten Versuchstier über mehrere Tage. Dadurch wird zum einen das bisher erforderliche erhebliche operative Trauma einer intrakardialen Injektion bzw. einer Thorakotomie vermieden und zum anderen die Notwendigkeit einer repetitiven Allgemeinanästhesie. Somit wird die Belastung für die Tiere sowie die unerwünschte Beeinflussung der Untersuchungsergebnisse durch die erwähnten Prozeduren vermindert. Die Insertion des Portkatheters unter der Aufrechterhaltung der zerebralen Perfusion trägt zur Verminderung des Risikos zerebraler Ischämien und kardiozirkulatorischer Dysregulationen bei. Die in diesem Modell notwendige Applikation von Sedativa hatte in der Kontrollgruppe per se keinen Einfluss auf die Organdurchblutung. Bei der experimentell induzierten Peritonitis fand sich eine Umverteilung der Perfusion zu Ungunsten der von der Sepsis betroffenen Organe bei stabiler Makrohämodynamik. Die repetitive Messung des regionalen Blutflusses kann in Zukunft für chronische Untersuchungen zur Perfusionsänderung, z.B. bei der Wundheilung oder in Sepsismodellen, eingesetzt werden.

Die moderne Ära der Herzchirurgie begann mit der Einführung der Herz- Lungen- Maschine in den frühen 50er Jahren. Die grundlegenden Veränderungen, welche durch die Anwendung der HLM initialisiert werden, sind Veränderung des pulsatilen Blutflusses, Exposition des Blutes an unphysiologische Oberflächenstrukturen und Scherkräfte, sowie Auslösung einer überschiessenden systemischen inflammatorischen Reaktion. Diese Veränderungen haben nicht nur makrohämodynamische Auswirkungen, sondern beeinflussen auch die Mikrozirkulation. Zum Monitoring der Mikrozirkulation wurde von unserer Arbeitsgruppe OPS imaging, eine neue Technik, welche mit polarisiertem Licht und Epi- Illumination ohne Einsatz von Fluoreszenzfarbstoffen arbeitet, eingesetzt. Im Mittelpunkt unseres Interesses stand die Frage nach Anwendbarkeit und Praktikabilität, sowie Sicherheit und diagnostischem Potential von OPS imaging. Da wir insbesondere nach Eingriffen im Kreislaufstillstand tiefgreifende mikrozirkulatorische Veränderungen erwarteten, unterteilten wir die Studiengruppe in 27 Patienten mit koronarer Bypassoperation bzw. Herzklappenersatz ohne Kreislaufstillstand (Gruppe 1) und in 5 Patienten mit Operationen im Kreislaufstillstand (Gruppe 2). In tiefer Hypothermie (28- 16∞C) und im Kreislaufstillstand werden Operationen von Aneurysmen des Aortenbogens operiert. Es wurden erythrozytäre Fliessgeschwindigkeit (Vel), venolärer Gefässdurchmesser (Dia) und Funktionelle Kapillardichte (FCD) zu 4 bzw. 5 verschiedenen Zeitpunkten bestimmt. Mittels OPS imaging konnten die ersten Mikrozirkulationsbilder der veränderten Perfusion unter Herz- Kreislaufstillstand und extrakorporaler Zirkulation erhoben werden. Wir konnten zeigen, dass die Mikrozirkulation während Eingriffen an der HLM aufrecht erhalten wird. In Gruppe 1 stieg die Vel lediglich in der späten Phase der HLM signifikant an. Bei Eingriffen im Kreislaufstillstand (Gruppe 2) zeigte sich ein signifikanten Abfall der Vel während der gesamten Messperiode unter extrakorporaler Zirkulation. Eine dramatische Reduktion der Vel um 74,6 % wurde in T after CA beobachtet. Da nach Beendigung der HLM Ausgangswerte erreicht wurden, ist anzunehmen, dass die nutritive Blutversorgung nach HLM und Kreislaufstillstand wieder hergestellt werden kann. Da während unkomplizierter HLM lediglich moderate Veränderungen der Vel, bei Eingriffen im Kreislaufstillstand aber eine signifikante Verminderung der Vel auftraten, müssen verschiedene Ursachen diskutiert werden. Eine entscheidende Rolle spielt die tiefe Hypothermie in Gruppe 2 mit Senkung der Körpertemperatur auf durchschnittlich 16,5∞C während des Stillstandes. In der Phase der Wiedererwärmung konnte eine rasche Erholung auf Initialwerte beobachtet werden. Auch die signifikante Verminderung des mittleren arteriellen Drucks während der HLM in beiden Gruppen, ausgeprägter jedoch in Gruppe 2 hat Einflüsse auf die Mikrozirkulation. Der Druckabfall mit Beginn der extrakorporalen Zirkulation wird durch eine Verminderung des systemischen Gefässwiderstands, bedingt durch eine erniedrigte Blutviskosität infolge Hämodilution, Dilution zirkulierender Katecholamine und temporärer Hypoxämie, verursacht. Die Hämodilution war in beiden Gruppen ausgeprägt. Die Abnahme der Hb-Konzentration betrug in Gruppe 1 –33 % und in Gruppe 2 –39 % (in T2). Es zeigte sich weder in Gruppe 1, noch Gruppe 2 eine signifikanten Veränderung des postkapillären Venolendurchmessers. Die FCD, als Indikator für den nutritiven Blutfluss war in Gruppe 1 unverändert. In Gruppe 2 mit Eingriffen im Kreislaufstillstand konnte ein signifikanter Abfall der FCD innerhalb 10 Minuten nach Beendigung des Kreislaufstillstandes auf 23 %, verglichen zum Ausgangswert beobachtet werden. Da die FCD in beiden Gruppen nach Beendigung der HLM Ausgangswerte zeigte, ist anzunehmen, dass die nutritive Blutversorgung sowohl nach unkomplizierter HLM, als auch nach Eingriffen im Kreislaufstillstand wieder hergestellt werden kann. Wir konnten in Übereinstimmung mit anderen Gruppen zeigen, dass durch die HLM eine systemische Entzündungsreaktion mit Leukozytenaktivierung und Expression von Adhäsionsmolekülen ausgelöst wird. In 8 Patienten der Gruppe 1 wurden die aktivierten Leukozyten und die Adhäsionsmoleküle CD 18 und CD 62L bestimmt. Die aktivierten Leukozyten wiesen in der späten Phase der HLM einen 3- fachen und eine Stunde nach Reperfusion einen 6,6- fachen Anstieg verglichen zum Ausgangswert auf. Die Adhäsionsmoleküle CD 62L zeigten keine signifikanten Veränderungen. CD 18 stieg in der späten Phase der Reperfusion um 31 % an. Auch in Gruppe 2 konnten wir Hinweise für einen Ischämie- Reperfusionsschaden finden. Wir konnten ein Laktatanstieg in T3 und T4 und ein Gewebeödem als indirekter Hinweis auf eine erhöhte Permeabilität der Endothelbarriere mit „capillary leak“ Syndrom erkennen. Durch die Veränderung des Blutflusses während HLM und die erhöhte Rigidität der Erythrozyten beobachteten wir vor allem innerhalb 10 Minuten nach Reperfusion eine Heterogenität der Perfusion, eine Verminderung der Vel mit Bildung von Mikroaggregaten und eine reduzierte FCD. Diese Verminderung der FCD wird auch als postischämisches „no reflow“ Phänomen bezeichnet. Zusammenfassend ist festzustellen, dass wir mit OPS imaging Mikrozirkulationsstörungen, hervorgerufen durch HLM und Kreislaufstillstand nachweisen konnten. Veränderungen im Sinne einer systemischen inflammatorischen Reaktion und eines Ischämie- Reperfusionsschadens konnten mittels OPS imaging visualisiert werden.

Zusammenfassung Einleitung Mikrosphären (MS) gelten als Standardmethode zur Messung des regionalen Blutflusses. Hierzu werden MS linksatrial injiziert. Sie verteilen sich dann im arteriellen Teil des Blutkreislaufes. Die Anzahl der in den präkapillären Gefäßen festgehaltenen MS ist direkt proportional der regionalen Organdurchblutung. Da die bisherige Markierung der MS mit instabilen Nukliden die Nachteile des Umgangs mit Radioaktivität mit sich brachte, hat man in den letzten Jahren versucht, die MS mit Fluoreszenzfarbstoffen (FM) zu beladen. Diese neue Art der Markierung erfordert allerdings, daß die FM quantitativ aus den Organproben zurückgewonnen werden müssen. Dies geschah bisher mittels Filtration oder Sedimentation. Beide Methoden bieten jedoch Nachteile. Ziel unserer Studie war es, eine neue Methode zu entwickeln und deren Verarbeitungsprozess zu automatisieren. Dazu wurde ein Filtrationsgefäß entwickelt, das die Probenverarbeitung (Gewichtsbestimmung, Verdauung, Filtration, Spülung und Farbstoffauslösung) in einem einzigen Gefäß zuläßt und hierbei die vollständige Rückgewinnung der FM aus der Organprobe sicherstellt. Material und Methodik: Die von uns am Institut für Chirurgische Forschung entwickelte Sample Processing Unit (SPU) – gebrauchsmustergeschützt - besteht aus drei Untereinheiten: Filterhalter, Filter und Probengefäß. Der essentielle Bestandteil der SPU ist der Filter, der mit einem Polyamid-Filtergewebe (Maschenöffnung 7µm) ausgestattet ist. Das von uns entwickelte Verarbeitungsprotokoll sieht folgende Schritte vor: Die Gewebeprobe wird in den Filter gelegt und das Probengewicht bestimmt. Der Filter wird dann in ein Edelstahlkochgefäß gestellt und zur Verdauung des Gewebes werden 15 ml Digestionsflüssigkeit (4N KOH mit 0,02% Tween) und 1,5 ml Isopropanol 100% hinzugegeben. Nach 6 Stunden Inkubation bei 60°C ist das organische Material vollständig aufgelöst und die FM schwimmen in der Zwischenschicht zwischen KOH und Isopropanol. Mit Hilfe von Unterdruck wird die Flüssigkeit durch das Filtergewebe filtriert. Dadurch kommen die FM auf der Membran zu liegen. Der später von den FM ausgelöste Fluoreszenzfarbstoff benötigt ein neutrales Umgebungsmilieu. Hierzu müssen alle KOH-Rückstände aus dem Filter entfernt werden. Dies geschieht mittels eines Phosphatpuffers (29.9g K2HPO4 in 800ml aqua dest. vermischt mit 5.88g KH2PO4 in 200ml aqua dest.), der auf einen neutralen pH-Wert eingestellt ist. Mit 15 ml dieses Puffers wird die gesamte Innenfläche des Filters abgespült. Durch kurzes Eintauchen des Filters in den Puffer wird auch die Außenfläche von den KOH-Resten befreit. Nach Trocknung des Filters durch Zentrifugation (4000 U/min für 4 min) wird der Farbstoff mit 2 ml eines organischen Lösungsmittels (2-Ethoxyethyl acetat - Cellosolve) aus den FM ausgelöst. Durch erneute Zentrifugation (4000 U/min für 4 min) wird der Farbstoff im Sammelgefäß aufgefangen und die Fluoreszenzintensität in einem Fluoreszenzspektrometer (LS50B, Perkin Elmer, Überlingen, Deutschland) bestimmt. Die Konzentration des Farbstoffes läßt auf die Anzahl der FM rückschließen, welche wiederum direkt proportional zum Blutfluß in der untersuchten Gewebeprobe ist. Der Proportionalitätsfaktor wird durch eine Blutreferenzprobe bestimmt, die während der Injektion der FM aus der Aorta thoracalis unter konstanter Pumpenzuggeschwindigkeit (Harvard Pump, Harvard Apparatus South Nattick, USA) entnommen wird. Diese Blutprobe kann ohne vorherige Verdauung unter Koagulationsschutz (CPDA mit dem Hauptbestandteil Citrat) direkt filtriert werden. Der Farbstoff wird mittels Cellosolve aus den Mikrosphären ausgelöst und die Fluoreszenzintesität bestimmt. Experimente Zunächst wurden die FM und die SPU in vitro Tests unterzogen. Bei den FM wurde mit Hilfe einer Verdünnungsreihe die Proportionalität zwischen der Anzahl der FM und der Fluoreszenzintensität untersucht. Die SPU und die dazugehörige Verarbeitungsmethode wurden einer Wiederfindungsstudie unterzogen. Dabei wurde dieselbe Anzahl von FM aller Farben in Filter und Glasröhrchen pipettiert. Die Filter durchliefen den gesamten Verarbeitungsprozeß. Das Filtrat und die Wände der Filter wurden auf die Präsenz von FM hin kontrolliert. Die Farbstofflösung, welche aus den 40 Filtern gewonnen wurde, wurde mit einer Referenzgruppe (Glasröhrchen ohne Probenverarbeitung, n=20) verglichen. Zur in vivo Validierung der SPU erfolgten an narkotisierten Schweinen (n=8) sechs simultane Injektionen von radioaktiv markierten 15µm MS (RM) (Niob, Strontium, Scandium, Indium, Cerium und Chrom) und 15µm FM (blue, bluegreen, yellowgreen, orange, red, scarlet) zu verschiedenen Zeitpunkten. Nach der Entnahme von Leber und Nieren, wurden diese Organe nach einem vorgegebenen Schema disseziert. Der regionale Blutfluß wurde anhand der Protokolle sowohl für RM (SCHOSSER et al. 1979) als auch FM bestimmt. Zunächst wurde die Radioaktivität der Proben im g-Counter (Canberra Packard, Frankfurt a.M., Deutschland) ermittelt. Hierauf wurde nach Verarbeitung der Organgewebe in der SPU die Fluoreszenzintensität mit Hilfe des Fluoreszenzspektrometers gemessen. Der Vergleich mittels beider Methoden erhobener Meßwerte wurde mit dem Bland-Altman-Plot durchgeführt. Hierbei wird das arithmetische Mittel der Blutflüsse, die durch FM- und RM-Methode berechnet worden sind, gegen die prozentuale Abweichung der FM von den RM aufgetragen. Zur Kontrolle der Filterfunktion und der Zuverläßigkeit der Meßergebnisse wurde die gleiche Anzahl (ca. 2500 FM) einer nicht im Experiment verwendeten 15 µm FM-Spezies (crimson), sowohl in SPU-Filter (SPU-Gruppe, n = 60), als auch in 20 Glasgefäße (Referenzgruppe, n = 20) gegeben. Die SPU wurden dem gesamten Protokoll der Probenverarbeitung unterzogen, wohingegen in der Referenzgruppe lediglich der Farbstoff ausgelöst und gemessen wurde. Die Gruppen wurden mittels t-test nach Student, p0,98). Die Filter weisen eine Wiederfindungsrate von 100% auf. Im Eluat fanden sich keine 15µm FM; zwischen der Filtergruppe und der Referenzgruppe besteht kein signifikanter Unterschied in der Fluoreszenzintensität. Es zeigt sich eine sehr gute Vergleichbarkeit beider Methoden. In den Bland-Altman Plots für die Nieren- und Leberproben wichen die Blutflußwerte mit der FM-Methode um 8,2 bis 13,4% vom mittleren Fluß (arithmetisches Mittel aus RM und FM) ab. Dabei betrug die mittlere Differenz beider Methoden zwischen -7,4% und 3,8%. Der Vergleich der mittleren Intensitäten der Kontrollfarbe crimson zwischen der Referenzgruppe (9,32±0,74, n=20) und der SPU- Gruppe (9,38±0,98, n=60) ergab keinen signifikanten Unterschied. Diskussion und Schlußfolgerung Mit der SPU ist es möglich, FM vollständig aus Organproben zurückzugewinnen und dadurch den regionalen Blutfluß quantitativ zu bestimmen. Die errechneten Blutflusswerte der radioaktiven und fluoreszierenden Methoden sind miteinander vergleichbar. Somit stellen die FM eine valide Alternative zu RM unter Vermeidung der Problematik des Umgangs mit Radioaktivität dar. Der entscheidende Vorteil der SPU ist, daß der gesamte Verarbeitungsprozeß im selben Gefäß stattfindet, und so der Verlust von FM nahezu ausgeschlossen ist.Das standardisierte Protokoll der Probenverarbeitung mittels SPU vermindert im Vergleich zu früheren Protokollen die Bearbeitungszeit von ca. 24h bzw. 48h auf ca. 6h und reduziert die Arbeitsschritte bei denen große Präzision gefordert ist. Das Design der SPU ermöglicht eine Automatisierung der Probenverarbeitung und somit eine Arbeitserleichterung, da die Von-Hand-Bearbeitung nur noch auf das Befüllen der SPU reduziert wird

Die zentrale Rolle der Mikrozirkulation in der Pathogenese und Pathophysiologie von chronischen und akuten Krankheitsbildern ist allgemein akzeptiert und Gegenstand vieler tierexperimenteller und klinischer Untersuchungen. Störungen der Organperfusion führen hierbei häufig zu Veränderungen der mikrovaskulären Gefäßpermeabilität. Auf zellulärer Ebene, aber auch makroskopisch sichtbar, entstehen Ödeme, die die Gewebeperfusion verschlechtern können. Messungen der Permeabilitätsänderungen sind am Patienten häufig aufgrund der Invasivität der Untersuchungsmethoden nicht möglich. Andererseits steigt mit der Weiterentwicklung der operativen und Intensivmedizin der Bedarf an Methoden zur Früherkennung und zum Monitoring von mikrozirkulatorischen Perfusionsstörungen. Nicht invasive Messverfahren, die Veränderungen der endothelialen Integrität frühzeitig erfassen, könnten die Diagnose und Therapie von Krankheiten verbessern. Wir entwickelten in unserer Forschungsgruppe in Zusammenarbeit mit der DOMED Medizintechnik und dem mikrozirkulatorischen Labor des Imperial College in London einen neuen venösen Kompressionsplethysmographen (filtrass 2001) zur nicht invasiven Messung von mikrozirkulatorischen Parametern wie Flüssigkeitsfiltrationskapazität, isovolumetrischem venösen Druck, vaskulärer Compliance, venösem Druck und arteriellen Blutfluss. Dazu wird mit einer Blutdruckmanschette der venöse Druck in einer Extremität stufenweise erhöht, und die resultierende Volumenänderung distal der Manschette mit einem hochsensitiven Dehnungsmessstreifen erfasst. Eine „off-line“-Analyse dieser Volumenänderung ermöglicht die Berechnung der Flüssigkeitsfiltrationskapazität, einem Maß der Gefäßpermeabilität und des isovolumetrischen venösen Drucks, der das Gleichgewicht der STARLING-Kräfte und des Lymphflusses in der Extremität widerspiegelt. In der vorliegenden Arbeit wurde die Funktionsweise von filtrass zunächst vorgestellt und dieser neue Plethysmographen validiert. filtrass wurde hierbei mit einem herkömmlichen, von unserer Arbeitsgruppe seit mehreren Jahren verwendeten, quecksilbergefüllten Plethysmographen („Mercury in rubber Strain Gauge“ = MSG) verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass filtrass eine höhere Reproduzierbarkeit des Messsignals aufwies. Die mittlere Standardabweichung wiederholter gleichförmiger Dehnungen während der Kalibrationen an einem Modellbein lag bei filtrass mit 3,4 µm [2-25µm] deutlich unter den Werten des MSG-Plethysmographen 36,2 µm [8-160 µm]. Bei insgesamt 240 Kalibrationen der beiden Plethysmographen an Unterschenkeln von sieben Probanden zeigte auch hier der filtrass-Plethysmograph niedrigere Abweichungen der wiederholten Messungen (56 µm [29-109 µm] vs. 132 µm [37-251µm]). Zudem wurde eine nicht-lineare Beziehung zwischen Dehnung des Quecksilber-gefüllten Messstreifens und der resultierenden Spannungsänderung beobachtet. Vergleichende Untersuchungen an jungen gesunden Probanden zeigten signifikante Unterschiede der Werte der Gefäßpermeabilität der beiden Geräten. Mit MSG wurden die Flüssigkeitsfiltrationskapazität mit 4,6 ± 2,0 x 10-3 ml 100 ml-1 min-1 mmHg-1 (= FFKU) signifikant (P