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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.

Der akute Myokardinfarkt ist eine der häufigsten Diagnosen in den industrialisierten Ländern. In der Regel kommt es zu einem thrombotischen Verschluss einer Koro-nararterie. Die rasche Revaskularisierung und die dadurch erhoffte Reduktion des in-farzierten Areals ist die wichtigste therapeutische Maßnahme zur Rettung des ischämischen Myokards und zur Senkung der Morbidität und Mortalität. Nach der plötzlichen Reperfusion des postischämischen Gewebes kommt es zu einem soge-nannten myokardialen Ischämie/Reperfusionsschaden, der sich als Endothel- und Myozytenschädigung ausbildet. Folge von rascher Reoxygenierung sind u. a. eine gesteigerte inflammatorische Re-aktion und in diesem Rahmen eine gesteigerte Einwanderung von Leukozyten in das ischämische Areal. Die Rolle der Thrombozyten für die postischämische Leukozyten-rekrutierung war bisher unklar. In unserer Studie wurden Wildtyp- (WT), P-Selektin- und ICAM-1/P-Selektin-defiziente Mäuse einer 20-minütigen LAD-Okklusion unterzogen, gefolgt von 15 Mi-nuten Reperfusion, um den Effekt der Interaktion zwischen Endothel, Leukozyten und Thrombozyten und den Einfluss auf den frühen Reperfusionsschaden zu unter-suchen. Anschließend wurden die Herzen ex vivo fluoreszenzmikroskopisch bzw. mittels LV-Druckmessung im isolierten Herzen analysiert. Zur Analyse der Zell-Zell-Interaktion wurden zu Beginn der Reperfusion zirkulierende Leukozyten mit Rhoda-min G6 gefärbt bzw. 2x108 BCECF-AM- oder Rhodamin G6-gefärbte homologe oder heterologe Thrombozyten systemisch infundiert. In P-Selektin-defizienten Tieren war die Verminderung der Leukozytenrekrutierung (Abb. 11) und die Bildung der Leukozyten/Thrombozyten-Co-Aggregate (Abb. 12 sowie die Reduktion des postischämischen linksventrikulären Funktionsverlustes (Tabelle 5) moderat. Dieser Effekt wurde durch die zusätzliche Abwesenheit von ICAM-1 verstärkt (Abb. 11, Abb. 12, Tabelle 5). Die Adhäsion von Plättchen war nicht beeinflusst (Abb. 13). Die Inhibition der Thrombozytenadhäsion mittels Tirofiban, ei-nem GPIIb/IIIa-Inhibitor (Abb. 14), reduzierte die Leukozytenadhäsion und die links-ventrikuläre Dysfunktion (Abb. 15, Tabelle 5). Während in ICAM-1/P-Selektin-defizienten Herzen die direkte Rekrutierung von Leukozyten stark eingeschränkt war, konnte diese durch die Infusion von Wildtyp-Plättchen nahezu vollständig wiederher-gestellt werden. Die Inhibition der Plättchenadhäsion durch die zusätzliche Gabe von Tirofiban konnte diesen Effekt wieder aufheben (Abb. 19). Unsere Experimente de-monstrieren erstmals die Rolle des thrombozytären P-Selektins und des ß3-Integrins GPIIb/IIIa als redundanten Rekrutierungsmechanismus für die thrombozyten-vermittelte postischämische Leukozytenrekrutierung in vivo. Über diesen redundanten Mechanismus tragen Thrombozyten indirekt zum Reperfu-sionsschaden bei, indem sie die postischämische Leukozytenadhäsion verstärken. Diese thrombozyten-vermittelte Leukozytenadhäsion benötigt P-Selektin-suffiziente Plättchen, nicht jedoch endotheliales P-Selektin. Die Antagonisierung von GPIIb/IIIa, die in Patienten effektiv ist für die Thrombolysehandlung31, PTCA177 und Stent-Implantation10, 149, 203, inhibiert sowohl die Plättchenadhäsion als auch thrombozyten-vermittelte Leukozytenrekrutierung. Im experimentellen Modell der akuten myokardialen Ischämie und Reperfusion zeigte die GPIIb/IIIa-Antagonisierung eine protektive Wirkung über die Plättchen-Inhibition hinaus, in dem sie den durch plättchen-vermittelte Leukozytenrekrutierung induzier-ten akuten Reperfusionsschaden reduzierte. In einem weiteren Schritt wurde ein chronisches Mausmodell der myokardialen Ischämie und Reperfusion etabliert, um die Auswirkungen einer reduzierten Leukozy-tenadhäsion auf den chronischen postischämischen Reperfusionsschaden zu unter-suchen und mit alternativen Behandlungsmethoden zu vergleichen. WT-Tiere und ICAM-1-defiziente Tiere wurden einer einstündigen LAD-Okklusion unterzogen, ge-folgt von 14 Tagen Reperfusion. Anschließend wurde die linksventrikuläre Funktion mittels invasiver Millar-Tip Kathetermessung analysiert. 24 Stunden nach Ischämie wurden 3*106 in vitro expandierte embryonale EPC (eEPC) systemisch in WT-Tiere oder ICAM-1-defiziente Tiere infundiert. In zwei weiteren WT-Gruppen wurden auto-loge Progenitorzellen und mononukleäre Zellen aus dem Knochenmark mobilisiert mittels Gabe von 0,5µg GM-CSF 7 Tage vor Ischämie bzw. direkt postischämisch. In den ICAM-1-defizienten Tieren war der postischämische Funktionsverlust im Ver-gleich zu den WT-Kontrollen etwa im gleichen Maß verringert wie bei den eEPC-behandelten Tieren (Abb. 22 Abb. 23, Abb. 24). Unter reduzierter Leukozytenredukti-on in den ICAM-1-defizienten Tieren zeigte sich ein zusätzlicher benefizieller Effekt durch die Behandlung mit eEPCs (Abb. 22 Abb. 23, Abb. 24). DiI-markierte eEPCs konnten histologisch im Infarkt-Areal in enger Nachbarschaft mit Blutgefäßen nach-gewiesen werden (Abb. 28). Die Adhäsion von Leukozyten und der damit verbundene leukozyten-assozierte Re-perfusionsschaden ist durch die Defizienz von ICAM-1 auch im chronischen Ischä-mie/Reperfusionsmodell vermindert. Embryonale EPCs sind in der Lage in ischämisches Areal einzuwandern, zu inkorpo-rieren und protektiv auf die postischämische Funktion zu wirken. Sie können so über einen längeren Zeitraum als Quelle für parakrine, angiogenese-fördernde, humorale Aktivatoren wie z. B. Thymosin-ß4 den Remodellingprozess unterstützen und führen somit zu einer verbesserten postischämischen Funktion. Die Adhäsion von embryonalen EPCs scheint dagegen unabhängig von ICAM-1 zu sein. Hier spielen Selektine211, 1-Integrine57, 141 und indirekt auch Thrombozyten118 eine wesentliche Rolle. Die präischämische Mobilisation von hämatopoetischen Progenitorzellen aus dem Knochenmark mittels GM-CSF hatte in unserem Modell eine vergleichbar protektive Wirkung wie die eEPC-Behandlung oder die Antagonisierung der Leukozytenadhäsi-on durch ICAM-1-Defizienz, während die postischämische Applikation den posti-schämischen Funktionsverlust nicht verbesserte (Abb. 25, Abb. 26, Abb. 27). Die Zytokin-Applikation zeigte bei rechtzeitiger Applikation vor Beginn der Ischämie eine protektive Wirkung. Dieses Protokoll ist allerdings nicht in der Klinik anwendbar. In weiteren Studien wird es notwendig sein, den optimalen Zeitpunkt und die optima-le Dosis zu evaluieren und mögliche Co-Applikation, z. B. Stromal-Cell-Derived-Factor-1, zur Verbesserung der Rekrutierung und zur Effizienzsteigerung zu untersu-chen, um knochenmark-stimulierende Zytokine als erfolgversprechende Behand-lungsalternativen im akuten Koronarsyndrom am Menschen einsetzen zu können.

Die Eignung des neuartigen intravaskulären Kontrastmittels MS-325 (Vasovist) zur Darstellung kurzzeitig ischämisch geschädigten Myokards mit der Magnetresonanztomographie (MRT) werden experimentell an der Ratte untersucht. Es sollte geprüft werden, ob bzw. inwieweit bei Verwendung von MS-325 kurze Ischämiezeiten im Bereich von 12 bis 30 Minuten (12, 18, 30 min) im Vergleich zum bisher in der klinischen Kardiologie genutzten extrazellulären gadoliniumhaltigen Kontrastmittel Magnevist(r) detektierbar sind, ab welcher Okklusionszeit ein Myokardinfarkt mit einem Kontrastmittel darstellbar ist und ob ein intravaskuläres Kontrastmittel wie MS-325 ischämisch geschädigtes jedoch nicht infarziertes Gewebe detektieren kann. Die Untersuchungen wurden an 40 weiblichen Ratten durchgeführt. Je drei Gruppen für MS 325 bzw. Gadolinium zu drei Ischämiezeiten: 12, 18 und 30 min. Es wurden T2- und T1-gewichtete Sequenzen innerhalb eines 120-Minuten Monitorings (nativ bzw. T2, 3, 15, 30, 45, 60, 90 und 120 min) erfasst und die MRT-Messungen histomorphometrisch (TTC-Gewebefärbung) überprüft. Dabei konnte bei insgesamt 16 Tieren ein Infarkt nachgewiesen werden. Dies betraf von den mit MS 325 behandelten Tieren 2 nach 18 min und 7 nach 30 min Ischämiedauer (n = 7 pro Versuchsgruppe). Von den Tieren, denen Magnevist(r) appliziert wurde, war nur die 30 min-Gruppe TTC-positiv. Die Untersuchungen ergaben, dass MS-325-Anreicherungen nach allen drei Okklusionszeiträumen zu erkennen waren. Es wurde sowohl infarziertes als auch nicht infarziertes, nur ischämisch geschädigtes Myokard dargestellt. Bei der 12-Minuten-Gruppe zeigten 3 Tiere eine erhöhte Signalintensität. In der Testgruppe MS 325; 30 min Okklusionszeit waren nur teilweise MRT-detektierbare Kontrastmittelanreicherungen nachweisbar. Nach 120 min des Monitorings konnten innerhalb dieser Gruppe bei 5 Tieren keine erhöhten T2-Signale im Ischämiegebiet erfasst werden. Hinsichtlich der Einschätzung der Infarktgröße (MRT versus TTC) zeigte sich bei der Bland-Altman-Analyse nach Kontrastmittelgabe für beide Kontrastmitteln zuerst eine Überschätzung der Infarktgröße. 60 bis 120 min nach Kontrastmittelgabe ist für MS 325 bereits eine leichte Unterschätzung der Infarktgröße festzustellen, für Gadolinium erst 120 min nach Kontrastmittelgabe. Die statistischen Auswertungen (4-Way-ANOVA, t-Tests) der Kontrastmittel-Spätan-reicherung (Kontrast Blut/Myokard, ischämisch geschädigtes Areal/Myokard, ischä-misch geschädigtes Areal/Blut) ergaben einen signifikanten Unterschied im Vergleich der beiden Kontrastmittel für den Kontrast Blut/Myokard. Die T1-gewichteten Sequenzen (4-Way-ANOVA, 3-Way-ANOVA, t-Tests) zeigten, dass Gewebekontraste auch bei kurzen Ischämiezeiten (12 bis 30 min) durch MS 325 im Vergleich zu Magnevist teilweise besser darstellbar waren. Dabei nahm die Kontrastdarstellung mit zunehmender Ischämiedauer zu.

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 der Untersuchung war die Entwicklung eines In-vitro-Modells zur Evaluierung von Ablationskathetern für die Therapie von Herzrhythmusstörungen, die durch thermische Prozesse eine Modifikation des Myokards bewirken. Hierzu wurde erstmals die Technik der modernen Thermografie angewandt. Diese ermöglicht während der Ablation eine Online-Registrierung von Temperaturprozessen an jedem beliebigen Ort im Myokardquerschnitt mit einer Auflösung von 0,1mm und einer Messgenauigkeit von 0,1°C. Ebenfalls lassen sich die Temperaturprozesse zweidimensional in Falschfarbenbildern darstellen. Durch die kontaktfreie Technik der Thermografie konnte auf intramyokardiale Temperatursonden verzichtet werden, welche in ihrer Positionierung meist schwierig standardisierbar sind und selbst zu störenden Effekten und somit Messfehlern während der Stromabgabe führen können. Als optisches Medium zwischen Myokard und Thermografiekamera wurde Saphirglas mit einer Transmission von 92% verwendet. Das Modell konnte mit Hilfe eines Schwarzen Strahlers in seiner Messgenauigkeit und Aussagekraft validiert werden. Im zweiten Teil der Studie wurden drei verschiedene Ablationskatheter (4mm-, 8mm- und eine gekühlte 4mm-Elektrodenspitze) mit dem vorgestellten Versuchsmodell auf ihre thermischen Eigenschaften während der Ablation in n=105 Messreihen bei unterschiedlichen Ablationsleistungen untersucht. Neben den bereits in der Literatur beschriebenen Temperaturphänomenen war es mit dem vorgestellten Versuchsmodell erstmals möglich Prozesse nachzuweisen, welche bisher nur in mathematisch-numerischen Modellen postuliert werden konnten (Bsp. Temperaturverteilung im Perfusionsstrom an der Myokardoberfläche). Ebenfalls zeigte sich eine hohe Korrelation zwischen den Temperaturverteilungsmustern und den resultierenden Nekrosezonen im Myokard, was die rein thermische Alteration des Myokards während der Ablation erneut beweisen konnte. Prinzipiell kann mit dem vorgestellten In-vitro-Modell jedes Ablationssystem auf seine Eigenschaften untersucht werden, welches eine thermische Veränderung des Ablationssubstrats bewirkt. Durch eine geringe Kostenintensität und eine gute Reproduzierbarkeit könnte dieses Modell außerdem zu einer Einsparung von Tierversuchen führen.

Ventrikuläre Tachyarrhythmien sind die Hauptursachen für den plötzlichen Herztod, der eine bedeutende Todesursache in der westlichen Welt darstellt. Dabei sind, neben strukturellen Veränderungen im Myokard wie Narben, Hypertrophie oder Ventrikeldilatation, elektrophysiologische Veränderungen der Repolarisationsphase ursächlich. Für die Repolarisation essentielle Kanäle sind die delayed rectifier Kaliumkanäle IKr und IKs; Mutationen in diesen Kanälen sind ursächlich für das angeborene Long QT-Syndrom, das mit lebensbedrohlichen Herzrhythmusstörungen assoziiert ist. Pharmakologische Wirkungen und Nebenwirkungen auf die repolarisierenden Kaliumkanäle können ebenfalls Herzrhythmusstörungen auslösen; man spricht dabei vom erworbenen oder Medikamenten-induzierten Long QT-Syndrom. Auch bei Herzinsuffizienz zum Beispiel aufgrund einer dilatativen Kardiomyopathie wird oft eine QT-Zeit Verlängerung und Rhythmusstörungen beobachtet. Dabei ist die Herunterregulation von Kaliumkanälen wie Ito ein oft beobachtetes Phänomen; in tierexperimentellen Untersuchungen wird teilweise auch eine Reduktion von IKr und IKs beschrieben. Für viele Ionenkanäle sind Unterschiede in der transmuralen Verteilung bekannt, so dass die Messung der delayed rectifier Kaliumkanäle in vorliegender Untersuchung getrennt nach subepikardialen, mittleren und subendokardialen Arealen des linksventrikulären Myokards durchgeführt wurde. Ein weiterer Aspekt der Arbeit ist der Vergleich der Repolarisation in verschiedenen Spezies, was bei der Interpretation von tierexperimentell gewonnenen Ergebnissen von großer Bedeutung ist. Dazu wurden IKr und IKs in verschiedenen Tiermodellen (Meerschweinchen, Schwein und Hund) unter Berücksichtigung der transmuralen Verteilung gemessen und mit den aus humanem Myokard gewonnenen Ergebnissen verglichen. Die porenbildenden alpha-Untereinheiten von IKr und IKs, KCNH2 und KCNQ1, wurden im heterologen Zellsystem exprimiert und deren Sensitivität auf IKr bzw. IKs spezifische Kanalblocker überprüft. Methodisch wurde für oben genannte Fragestellungen die patch clamp Technik in Ganzzellkonfiguration verwendet; zur Aufzeichnung von Aktionspotentialen und zum Nachweis von IKs in humanem Myokard wurde die perforated patch Methode verwendet, um eine Veränderung des intrazellulären Milieus mit Dialyse von Botenstoffen zu vermeiden. Auf molekularbiologischer Ebene wurde die mRNA-Menge der IKr und IKs alpha-Untereinheiten KCNH2 und KCNQ1, sowie deren (potentielle) beta-Untereinheiten KCNE1 und KCNE2 mit Hilfe der quantitativen real-time PCR bestimmt. Dabei konnten folgende Ergebnisse erzielt werden: IKr ließ sich im Menschen in allen Zellen in relevanter Größe nachweisen; der Strom ließ sich sowohl durch den spezifischen IKr-Blocker Dofetilide, aber auch durch Pharmaka aus nicht-kardiologischen Anwendungsgebieten wie das Neuroleptikum Haloperidol inhibieren. Dabei wies der Kanal eine Abhängigkeit von der extrazellulären Kaliumkonzentration auf, die sich umgekehrt zum elektrochemischen Gradienten verhielt: höhere extrazelluläre Kaliumkonzentrationen bewirkten eine Steigerung von IKr. IKs (definiert als HMR 1556 sensitiver Strom) ließ sich in humanem Myokard nur unter speziell optimierten Bedingungen (perforated patch Technik, adrenerge Stimulation mit Isoproterenol) nachweisen. Er hatte dann eine sehr kleine Stromdichte, die eine weitere elektrophysiologische und pharmakologische Charakterisierung nicht erlaubte. In Meerschwein, Schwein und Hund war IKr und IKs nachweisbar; dabei hatte das Meerschweinchen die höchsten Stromdichten von delayed rectifier Kaliumkanälen, das Schwein kleinere, aber robuste IKr und IKs-Ströme. Beim Hund fanden sich deutlich geringere Stromdichten für IKr und IKs; IKs war nicht in allen Zellen nachweisbar. IKr wies in allen Spezies epikardial eine kleinere Stromdichte auf als in mittleren und endokardialen Arealen. Dieser transmurale Gradient mit geringerer Stromdichte in epikardialen Arealen war nur in nicht-insuffizienten humanen Herzen nachweisbar; bei Herzinsuffizienz kam es zur Angleichung der Stromdichten in allen drei untersuchten Schichten. KCNH2 und KCNQ1 generierten im heterologen Zellsystem IKr bzw. IKs ähnliche Ströme, die jeweils typische Sensitivität für IKr bzw. IKs Blocker aufwiesen. Für KCNH2 und KCNQ1 mRNA waren keine transmuralen Gradienten und keine Regulation bei Herzinsuffizienz nachweisbar; KCNE1 und KCNE2 zeigten bei Herzinsuffizienz höhere Expressionslevel. Somit ließ sich das Vorhandensein und die Bedeutung von IKr und IKs in humanem Myokard belegen, wobei IKs nur in sehr geringer – in Ruhe gerade noch nachweisbarer – Stromdichte vorkommt. Dennoch lässt sich seine Bedeutung am Vorhandensein von Mutationen in KCNQ1, die lebensbedrohliche Rhythmusstörungen verursachen können, ablesen. Auch für KCNH2, das für die alpha-Untereinheit von IKr kodiert, sowie für die (potentiellen) beta-Untereinheiten KCNE1 und KCNE2 sind Mutationen beschrieben, die ursächlich für das angeborene Long QT-Syndrom sind. Damit scheinen IKr und IKs für die Repolarisation des humanen Aktionspotentials essentiell zu sein, wobei IKr aufgrund der relativ großen Stromdichte die wesentliche Rolle bei der Repolarisation des Aktionspotenials in humanem Myokard zukommt. IKs hat große Bedeutung als „Repolarisationsreserve“ zur Stabilisierung der Repolarisation unter Bedingungen erhöhter Katecholaminspiegel, bei tachykarden Herzfrequenzen und bei verzögerter Repolarisation wie durch Hypokaliämie, IKr-Blocker oder IKr-Mutationen und Polymorphismen. Mutationen in Proteinuntereinheiten von IKs können zur Störung dieser Repolarisationsreserve führen und somit Rhythmusstörungen auslösen, die charakteristischerweise in Situationen erhöhter sympathischer Aktivierung auftreten. Die Ausstattung der unterschiedlichen Spezies mit repolarisierenden Kaliumströmen wies erhebliche Unterscheide auf, was bei der Interpretation tierexperimentell gewonnener Daten zu berücksichtigen ist. Insbesondere korreliert eine Abnahme der Ruheherzfrequenz der Spezies mit einer deutlichen Reduktion der repolarisierenden Ströme entsprechend dem Konzept der speziesabhängigen Variabilität der repolarisierenden bei Konstanz der depolarisierenden Ströme (INa und ICa). Transmurale Unterschiede in der Expression von Ionenkanälen scheinen notwendig für den Ablauf der Erregungsbildung und Erregungsrückbildung zu sein. Die epikardial geringeren Stromdichten für IKr waren in allen untersuchten Spezies nachweisbar. Die Beobachtung einer geringeren Stromdichte der repolarisierenden Kaliumströme epikardial bedeutet, dass andere Ionenkanäle als IKr und IKs für die dort kürzere Aktionspotentialdauer verantwortlich sein müsssen. Eine Reduktion der Stromdichte bei Herzinsuffizienz, wie sie beispielsweise für Ito beschrieben ist, konnte für IKr nicht nachgewiesen werden. Jedoch fand sich eine Nivellierung des physiologischerweise Vorhandenen transmuralen Gradienten, was grundsätzlich zu einer Störung des physiologischen Erregungsablaufes mit Begünstigung von Rhythmusstörungen in insuffizienten Herzen beitragen könnte. Aus dem dualen Repolarisationsmechanismus im menschlichen Ventikelmyokard werden klinische Konstellationen mit Rhythmusstörungen verständlich, insbesondere in Hinblick auf die Variabilität der Empfindlichkeit gegenüber Medikamenten mit blockierender Wirkung auf IKr. Dabei stellt IKs in unterschiedlichem Maße eine Kompensation im Sinne einer Repolarisationsreserve bereit.

Die koronare Herzkrankheit stellt die am häufigsten zum Tode führende Erkrankung in den Industrienationen dar und die daraus resultierende gesundheitsökonomische Belastung ist beträchtlich. Der Goldstandard der Koronarplaque-Diagnostik stellt bis heute die Stenosen-Beurteilung mittels der invasiven Herzkatheter-Untersuchung dar. Neueste Erkenntnisse unterstreichen, dass das Risiko für die Entstehung eines akuten koronaren Syndroms jedoch eher von der Koronarplaque-Zusammensetzung, als von dem Grad der koronaren Stenosierung abhängt. Vor allem nicht-kalzifizierte Plaques scheinen zur Ruptur und damit zur Auslösung eines akuten, thrombotischen Koronararterienverschlusses zu neigen. Auch auf Grund der Invasivität und der relativ hohen Kosten einer Herzkatheter-Untersuchung erscheint es sinnvoll, neue, risikoärmere Methoden der Koronarplaque-Darstellung zu entwickeln, um frühe Stadien der Erkrankung rechtzeitig zu detektieren und geeignete therapeutische Massnahmen einleiten zu können. Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit war es zu untersuchen, ob mittels minimal-invasiver Mehrzeilen-Detektor-CT-Angiographie (MDCTA) nicht-kalzifizierte Plaques erkannt und sowohl qualitativ als auch quantitativ bewertet werden können. Zusätzlich sollte diese Arbeit noch weitere Einsatzbereiche der MDCT-Technologie in der kardialen Diagnostik aufzeigen. Insbesondere sollte geprüft werden, inwieweit mittels der MDCT myokardiale Minderperfundierungen, die auf Infarzierungen des Herzmuskelgewebes hinweisen können, darstellbar sind. 179 Patienten wurden in die MDCT-Koronarplaque-Diagnostik eingeschlossen. Dazu wurde zunächst an Hand der nativen, nicht kontrastverstärkten MDCT-Datensätze ein Kalzium-Screening durchgeführt. Zusätzlich wurden die bei allen eingeschlossenen Patienten zusätzlich akquirierten kontrastverstärkten MDCT-Angiographie-Datensätze auf die Existenz nicht-kalzifizierter Koronarplaques hin untersucht und die dabei detektierten Plaque-Areale qualitativ und quantitativ ausgewertet. Die Ergebnisse dieser beiden Untersuchungsverfahren wurden miteinander und gleichzeitig mit den Befunden einer konventionell durchgeführten, invasiven Katheter-Koronarangiographie verglichen und korreliert. In die MDCT-Infarkt-Diagnostik wurden 106 Patienten eingeschlossen, von denen 27 einen Myokardinfarkt erlitten hatten. Dazu wurden die kontrastverstärkten Herz-MDCTA-Datensätze dieser Patienten auf Auffälligkeiten der kardialen Morphologie und der myokardialen Kontrastmittelverteilung hin untersucht. Die dort erkannten Kontrastmittelverteilungsdefekte wurden als Minderperfusion und damit als mögliche myokardiale Infarzierung interpretiert. Bei den richtig positiv erkannten Myokardinfarkten wurde der CT-Dichtewert im Unterschied zum gesunden Myokard, die Wanddicke und das Infarktvolumen ermittelt. Morphologische Auffälligkeiten wie myokardiale Aneurysmen, intracavitäre Thromben oder intramurale Verkalkungen wurden festgehalten. Die Ergebnisse der Koronarplaque-Diagnostik haben gezeigt, dass mit Hilfe der kontrastverstärkten MDCT-Angiographie nicht-kalzifizierte Gefäßwandveränderungen in vivo nachgewiesen und quantifiziert werden können. Die Volumina dieser nicht-verkalkten Gefässwand-Läsionen zeigten eine positive Korrelation zu den ermittelten Kalk-Scores sowie dem Schweregrad der koronaren Herzkrankheit laut Herzkatheterbefund. Es zeigten sich allerdings überproportional hohe Anteile von nicht-verkalkten Plaques in frühen Stadien der koronaren Atherosklerose. Des Weiteren konnte festgestellt werden, dass durch die Durchführung einer kontrastverstärkten MDCTA einige Patienten mit koronaren, atherosklerotischen Läsionen identifiziert werden konnten, die im CT-Kalzium-Screening und/oder bei der konventionellen Koronarangiographie keine Hinweise auf eine KHK-Erkrankung zeigten. Nach den Ergebnissen dieser Studie ist zu überlegen, ob Patienten mit einem charakteristischen und hohen KHK-Risikoprofil sich trotz negativer Kalzium-Screening-Untersuchung zusätzlich einer MDCT-Angiographie ihrer Koronararterien unterziehen sollten. Dazu sollte das konkrete Gesundheits-Risiko durch nicht-kalzifizierte Plaques in umfangreichen, prospektiven Studien nochmals systematisch bewertet werden. Eine MDCTA-Studie, in der z.B. die Auswirkung einer lipidsenkenden, medikamentösen Therapie auf die koronare Belastung mit nicht-kalzifizierten Plaques evaluiert wird, könnte hier weitere Erkenntnisse erbringen. Ferner sollten größer angelegte Untersuchungen die Reproduzierbarkeit der quantitativen Volumenbemessungen von nicht-kalzifizierten Plaques überprüfen. In der vorliegenden Studie konnte eine Sensitivität von 85%, eine Spezifität von 91% und eine diagnostische Genauigkeit von 90% für die Erkennung myokardialer Infarzierungen mittels der MDCT ermittelt werden. Zu der Infarkt-Diagnostik mittels MDCT ist zu vermerken, dass kein Zweifel daran existiert, dass andere Techniken wie Myokardszintigraphie oder MRT weitreichende Informationen über kardiale Funktion, Perfusion und Vitalität liefern können, die von der routinemäßig eingesetzten, kontrastverstärkten MDCT-Herz-Untersuchung nicht ermittelt werden können. Trotzdem konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass die MDCT Angiographie des Herzens neben der morphologischen Darstellung der Koronararterien zusätzlich wichtige und detaillierte Informationen über die kardiale Morphologie liefern kann und eine relativ sensitive Methode zur Erkennung von Myokardinfarzierungen darstellt. Die Ergebnisse dieser Arbeit untermauern den möglichen klinischen Wert der kontrastverstärkten MDCT Untersuchung des Herzens in der Diagnostik der koronaren Herzkrankheit, da sie eine angiographische Bildgebung der Koronararterien ermöglicht, detaillierte Informationen zu atherosklerotischen Gefässwandläsionen der koronaren Atherosklerose liefert und eine Beurteilung des Myokards hinsichtlich ischämischer Veränderungen mit minimalster Invasivität möglich macht. Die klinische Etablierung neuerer 16-Zeilen- und 64-Zeilen MDCT-Systeme mit ihrer verbesserten räumlichen und zeitlichen Auflösung wird das Potential der MDCT noch weiter erhöhen.

Im Rahmen dieser Studie soll die Auswirkung eines retardierenden Koronarverschlusses auf das Myokard im Miniaturschweinemodell untersucht werden. Hierfür wird zunächst bei 13 Tieren ein Ameroidkonstriktor auf den R. circumflexus sin. gesetzt. Nach 21 Tagen erfolgt eine Nachuntersuchung der Herzfunktion durch mehrere Verfahren. Mit der Koronarangiographie wird der Zustand der konstringierten Koronararterie sowie die Kollateralenausbil-dung überprüft. Anhand einer Echokardiographie sollen Wandbewegungsstörungen und Perfusionsdefekte in dem betroffenen Myokardgebiet nachgewiesen werden. Mit der NOGA-Untersuchung lassen sich mechanische (Kontraktilität) und elektrische (Reizleitung) Veränderungen im Myokard nachweisen. Zusätzlich wird zu zwei verschiedenen Zeitpunkten während der Operation eine myokardiale Blutflussmessung mit fluoreszierenden Mikrosphären durch-geführt, um auch Perfusionsdefekte auf minimaler Ebene zu erfassen. Sämtliche Untersuchungen werden drei Wochen später wiederholt, damit eventuelle Veränderungen über diesen Zeitraum erkennbar werden. Eine histopathologische Untersuchung soll das Auftreten von Strukturschäden durch die Unterversorgung im Myokard überprüfen. Eine Schädigung des Myokards ist anhand sämtlicher Untersuchungsergebnisse definitiv bei allen Tieren vorhanden, wenn auch meist nur in geringem Ausmaß, wie bei den histologischen Befunden deutlich wird. Die Kontraktilität sowie die elektrische Aktivität im NOGA sind im betreffenden Bereich erniedrigt. Auch die Flussrate bei der Mikrosphärenmessung ist erniedrigt und bei der Echokardiographie lassen sich in bestimmten Bereichen Wandbewe-gungs- und Perfusionsstörungen nachweisen. Es lässt sich anhand der Befunde nicht eindeutig nachweisen ob ein Hibernating oder ein Stunning des Myokards vorhanden ist. Trotzdem ist, vermutlich aufgrund der guten Kollatera-lenausbildung bei den meisten Tieren, die Versorgung des betroffenen Gebietes ausreichend und somit die nachweisbare Schädigung eher gering. Obwohl alle Konstriktoren bis auf eine Ausnahme am Tag 21 verschlossen sind, lässt keine der Untersuchungen oder histologischen Proben auf schwerwiegende oder dauerhafte myokardiale Defekte schließen. Tiere bei denen zwei Konstriktoren implantiert wurden, das ischämische Gebiet also theoretisch vergrößert sein sollte, versterben bis auf eine Ausnahme alle zu Beginn des ersten Untersuchungstermins. Anhand der an diesen Tieren durchgeführten Untersuchungen ist allerdings trotzdem kaum ein morphologischer Unterschied zu den restlichen Tieren mit nur einem Konstriktor erkennbar. Lediglich die Kollateralenausbildung fällt bei den Tieren mit 2 Konstriktoren wesentlich schwächer aus. Die präsentierten Ergebnisse werden dahingehend interpretiert, dass das Miniaturschwein aufgrund seiner relativ starken und schnellen Kollateralenbildung gut in der Lage ist, sich selbst mit körpereigenen Mechanismen zu regenerieren. Es lassen sich zwar eindeutig Schä-den im Myokard nachweisen, diese sind aber eher gering. Die Ursache hierfür liegt vermutlich in der speziellen Züchtung auf Robustheit. Entsprechend der vorliegenden Untersuchungsergebnisse lässt sich sagen, dass das Miniaturschwein nicht die optimale Modellwahl für eine nachfolgende Therapiestudie wäre.

Durch den Einsatz neuer MR-Bildgebungsverfahren und durch die Realisierung von störungsfreien elektrophysiologischen Ableitungen in der MRT konnten neue Methoden und Ergebnisse im Bereich der schnellen MR-Bildgebung erarbeitet werden. Die Ergebnisse waren vor allem die Entwicklung von Methoden der digitalen Signalverarbeitung zur Entstörung von EEG-Ableitungen in der MRT, die praktische Umsetzung dieser Methoden in einer klinischen Studie zur nicht invasiven Lokalisation epileptischer Herde durch EEG-geführte funktionelle MR-Bildgebung, weiter der experimentelle Nachweis der Stimulation peripherer Nerven bei schnellen MR-Bildgebungsverfahren mittels EMG-Ableitung in der MRT und schließlich die Programmierung eines umfassenden Modells zur Abschätzung einer Stimulation peripherer Nerven und des Myokards während schneller MR-Bildgebung. Bei medikamentös nicht einstellbarer fokaler Epilepsie verbleibt als einzige Therapieform eine Resektion des anfallauslösenden Cortexareals. Eine exakte Lokalisation des zu resezierenden Areals ist von entscheidender Bedeutung für den therapeutischen Erfolg. Das EEG ist der Goldstandard zur Diagnose von Epilepsien. Eine genaue dreidimensionale Lokalisation des Ursprungs epilepsietypischer Ereignisse ist mit nicht invasiven EEG-Ableitungen jedoch unmöglich. Mit der funktionellen Magnetresonanztomographie hingegen lassen sich aktive Cortexareale unübertroffen genau lokalisieren. Ziel der Arbeit war es, ein EEG in diagnostischer Qualität in der MRT abzuleiten, epilepsietypische Ereignisse im EEG zu detektieren, nach diesen Ereignissen die funktionelle MRT zu starten und somit Cortexareale mit epilepsietypischer Aktivität dreidimensional zu lokalisieren. Das EEG ist für elektromagnetische Störungen extrem anfällig. In der Umgebung der MRT mit Hochmagnetfeldern, Radiofrequenzen und niederfrequenten Magnetfeldern war ein EEG bisher nicht auswertbar. In dieser Arbeit wurden verschiedene Störeinflüsse der MRT auf das EEG untersucht. EKG-synchrone minimale Bewegungen des Kopfes der Patienten im Hochmagnetfeld induzieren Signale im EEG, die eine Erkennung epilepsietypischer Ereignisse im EEG verhindern. Algorithmen wurden entwickelt, die Störungen im EEG durch eine Korrelation zum EKG ermitteln und dann vom EEG subtrahieren. Mit diesen Algorithmen ließ sich ein EEG in diagnostischer Qualität im Hochmagnetfeld des MR-Tomographen realisieren. Während der Bildgebung ist das EEG durch elektromagnetische Induktion und durch Vibrationen bei den Schaltvorgängen der magnetischen Gradientenfelder gestört. Es konnte gezeigt werden, dass die im EEG induzierten Störfrequenzen aus diskreten harmonischen Frequenzen bestehen, die den Programmstrukturen der Bildgebungssequenzen entsprechen. Ein digitales Signalverarbeitungsverfahren wurde entwickelt, das die Fourier-Transformationen von gestörtem und ungestörtem EEG vergleicht, Störfrequenzen automatisch erkennt und schließlich aus dem EEG entfernt. Eine kontinuierliche Korrelation funktioneller MR-Daten mit der elektrischen Aktivität des Cortex wurde mit diesem Verfahren erstmals möglich. In einer Studie mit Patienten, die an fokaler Epilepsie leiden, wurde das EEG in der MRT abgeleitet und die entwickelten Algorithmen zur Entstörung des EEG wurden angewendet. Dabei wurde die funktionelle Bildgebung unmittelbar nach dem Auftreten epilepsietypischer interiktaler Spikes im EEG gestartet. Mehrere Datensätze wurden nach einem interiktalen Spike erfasst. Durch eine Korrelation der MR-Daten mit dem entstörten EEG konnten eindeutige MR-Datensätze einer statistischen funktionellen Auswertung zur Verfügung gestellt werden. Bei Patienten, die eine angemessene Zahl interiktaler Spikes während der Untersuchungszeit aufwiesen, ließ sich das interiktal aktive Cortexareal in hoher dreidimensionaler Auflösung darstellen. Die Signalintensitätsänderungen in den MR-Datensätzen durch den BOLD-Kontrast nach interiktalen Spikes betrug durchschnittlich 15 % und übertraf damit alle Signalintensitätsänderungen, die mit anderen funktionellen MR-Studien bei gleicher Feldstärke bisher erreicht werden konnten. Dem Einsatz neuer schneller MR-Bildgebungsverfahren mit deren erweiterten diagnostischen Möglichkeiten stehen Stimulationen peripherer Nerven, ausgelöst durch schnelles Schalten magnetischer Gradientenfelder, entgegen. Schaltet man magnetische Gradientenfelder von großer Amplitude in sehr kurzer Zeit, werden dadurch Ströme im Körper des Patienten induziert, die wiederum periphere Nerven stimulieren können. Die Regulierungsbehörden mehrerer Länder, wie auch das Bundesamt für Strahlenschutz, reagierten auf diese Umstände und empfahlen Grenzwerte für geschaltete magnetische Gradientenfelder in der MRT. Schädigende Wirkungen der Stimulation peripherer Nerven waren nicht bekannt, es wurde jedoch eine mögliche Erregung des Myokard befürchtet. In einer Projektarbeit für das Bundesamt für Strahlenschutz wurden mehrere Studien durchgeführt, um die Problematik der Stimulation peripherer Nerven durch schnell geschaltete magnetische Gradientenfelder in der MRT näher zu untersuchen. Die physiologischen Vorgänge bei der Stimulation peripherer Nerven durch geschaltete magnetische Felder wurden erläutert. Die Schwelle zur Erregung peripherer Nerven durch geschaltete magnetische Felder ist für motorische Nerven am geringsten. Wird ein motorischer Nerv erregt, führt dies zu einer Kontraktion des entsprechenden Muskels. In früheren Studien wurden Stimulationsschwellen durch das Befragen der Probanden bestimmt. Dabei wurde eine weite Streuung der Stimulationsschwellen unter den Probanden beobachtet und das subjektive Empfinden der Probanden als Ursache der weiten Streuung der Stimulationsschwellen konnte nicht ausgeschlossen werden. Mittels Elektromyographie (EMG) in der MRT konnte die Stimulation peripherer Nerven erstmals messtechnisch nachgewiesen werden. Durch einen Vergleich der Stimulationsschwellen, bestimmt durch die Aussagen der Probanden, mit den Stimulationsschwellen, die durch EMG-Ableitung bestimmt wurden, ließ sich zeigen, dass die Aussagen der Probanden gut mit dem EMG übereinstimmen und dass die Streuung der Stimulationsschwellen auf unterschiedlichen konstitutionellen Parametern der Probanden beruhen muss. Die Erregung peripherer Nerven mit elektrischen Strömen wurde in zahlreichen anderen Studien bereits ausführlich untersucht und ein breites Wissen ist in internationalen Veröffentlichungen zugänglich. Das Grundgesetz der Elektrostimulation, das Weiss-Gesetz, beschreibt die Stimulationswirkung eines Strompulses mit den neurophysiologischen Konstanten Rheobase und Chronaxie. Stimulationsexperimente wurden im Magnetresonanztomographen durchgeführt, mit denen sich die Werte von Chronaxie und Rheobase der einzelnen Probanden bestimmen ließen. Die Werte stimmen mit den Werten aus Studien der Elektrostimulation überein. Ein anderes Modell aus der Elektrostimulation, das SENN-Modell, beschreibt die Stimulation von oszillierenden Strömen in Abhängigkeit von deren Frequenz. In Stimulationsexperimenten konnte gezeigt werden, dass sich auch dieses Gesetz zur Beurteilung der Stimulationswirkung oszillierender magnetischer Felder in der MRT eignet. Ergebnisse aus der Elektrostimulation lassen sich also auf die Beschreibung der Stimulation peripherer Nerven durch magnetische Felder in der MRT übertragen. Die Literatur der Elektrostimulation bietet jedoch kein umfassendes Modell an, das die Stimulation einer beliebigen Schaltung von magnetischen Feldern beschreiben kann. Auf den Kenntnissen der Elektrostimulation aufbauend wurde ein umfassendes Modell programmiert, das einer Verallgemeinerung des Weiss-Gesetzes von konstanten zu zeitlich veränderlichen Strömen entspricht und das die Stimulation einer beliebigen Gradientenschaltung vorhersagen soll. Dem Modell liegt zugrunde, dass Ströme, die durch geschaltete Magnetfelder induziert werden, eine Ladung auf der Nervenmembran aufbauen. Überschreitet diese Ladung einen bestimmten Wert, wird die Erregung des Nerven ausgelöst. Das Modell wurde in entsprechenden Algorithmen umgesetzt, die aus der Gradientenschaltung ein Stimulationspotential berechnen. In mehreren Stimulationsexperimenten, in denen verschiedene Parameter der Gradientenschaltungen variiert wurden, wurde das Modell getestet. Die Simulationen des Modells konnten stets die Ergebnisse der Experimente reproduzieren. Da in das Modell die neurophysiologischen Parameter Chronaxie und Rheobase eingehen, konnte das Modell darüber hinaus auch das Stimulationsverhalten individueller Probanden vorhersagen. Eine optimale Ausnutzung der technischen Möglichkeiten zur schnellen MR-Bildgebung bei uneingeschränktem Komfort für den Patienten wird durch den Einsatz dieses sogenannten GSF-Modells möglich. Die Parameter Chronaxie und Rheobase sind auch für das Myokard bekannt. Durch einen Austausch der Parameter für periphere Nerven mit den Parametern des Myokards im GSF-Modell konnten Stimulationsschwellen des Herzens reproduziert werden, wie sie von einer anderen Forschungsgruppe an Hunden experimentell bestimmt wurden. Mit dem GSF-Modell für das Herz ließ sich zeigen, dass selbst mit den zur Zeit leistungsfähigsten Gradientensystemen keine Gefahr der Erregung des Myokards besteht. Aus der Kombination von zwei etablierten diagnostischen Verfahren, der schnellen MR-Bildgebung und der Aufzeichung elektrophysiologischer Signale, und durch die Lösung der in der Kombination auftretenden methodischen Schwierigkeiten, ließen sich in den vorgestellten Studien aktuelle wissenschaftliche Ergebnisse im Bereich der Magnetresonanztomographie erarbeiten, die von klinischer und sicherheitstechnischer Relevanz sind.

Problemstellung: Zur Überprüfung des Ausdauertrainingseffektes während einer Terrainkur ist die Laufbandergometrie der Belastung auf dem Fahrrad vorzuziehen, da hierbei dieselben Muskeln beansprucht werden wie während des Trainings. Allerdings gelingt es wegen der frühzeitigen subjektiven Erschöpfung der Kurpatienten nur selten, Milchsäurewerte oberhalb der aeroben/anaeroben Schwelle zu erzielen. Gegenstand: Die vorliegende Studie mit Gesunden befaßt sich mit den Fragen, warum sich Kurpatienten auf dem Laufband metabolisch betrachtet nicht genügend ausbelasten lassen, und welches die entscheidenden Unterschiede in der Art der Belastung zwischen Laufband- und Fahrradergometer sind. Versuchsplan: 27 gesunde Testpersonen wurden auf dem Fahrrad- und Laufbandergometer submaximal belastet. Die Belastung wurde nach einem standardisierten Verfahren in 0,33 W/kg-Schritten gesteigert. Wichtigste Meßparameter waren Herzfrequenz und Milchsäurespiegel. Ergebnisse: Während der Laufbandergometrie lagen Herzfrequenz und Sauerstoffbedarf des Myokards zum Erreichen der gleichen Wattstufe signifikant höher (1,0 W/kg:p≤0,001; 1,33 W/kg: p≤0,01; 2,0 W/kg: n.s.; Erholung: p≤0,001) als auf dem Fahrrad. Dagegen zeigte sich bei gegebener Herzfrequenz von 130/min und bei derselben höchsten erreichten Wattstufe auf dem Laufband ein um 0,7 mmol/1 bzw. l,0mmol/l signifikant (p≤0,01) niedrigerer Laktatanstieg als auf dem Fahrradergometer. Schlußfolgerung: Die Ergebnisse zeigten somit eine stärkere kardiale Ausschöpfung auf dem Laufbandergometer. Die aeroben/anaerobe Schwelle wird dagegen auf dem Laufband später als auf dem Fahrrad erreicht.