Klinik und Poliklinik für Allgemein-, Viszeral-, Gefäß- und Kinderchirurgie (Chirurgische Klinik I)
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Background
Perioperative bridging of oral anticoagulation increases the risk of bleeding complications after elective general and visceral surgery. The aim of this study was to explore, whether an individual risk-adjusted bridging regimen can reduce bleeding events, while still protecting against thromboembolic events.
Methods
We performed a quality improvement study comparing bridging parameters and postoperative outcomes before (period 1) and after implementation (period 2) of a new risk-adjusted bridging regimen. The primary endpoint of the study was overall incidence of postoperative bleeding complications during 30 days postoperatively. Secondary endpoints were major postoperative bleeding, minor bleeding, thromboembolic events, postoperative red blood cell transfusion, perioperative length-of-stay (LOS) and in-hospital mortality.
Results
A total of 263 patients during period 1 and 271 patients during period 2 were compared. The included elective operations covered the entire field of general and visceral surgery. The overall incidence of bleeding complications declined from 22.1% during period 1 to 10.3% in period 2 (p < 0.001). This reduction affected both major as well as minor bleeding events (8.4% vs. 4.1%; p = 0.039; 13.7% vs. 6.3%; p = 0.004). The incidence of thromboembolic events remained low (0.8% vs. 1.1%). No changes in mortality or length-of-stay were observed.
Conclusion
It is important to balance the individual thromboembolic and bleeding risks in perioperative bridging management. The risk adjusted bridging regimen reduces bleeding events in general and visceral surgery while the risk of thromboembolism remains comparably low.
Die hier vorliegende Untersuchung beschäftigt sich mit dem Vergleich zweier minimalinvasiver operativer Therapiestrategien der distalen Unterarmfraktur als häufigster Fraktur im Kindesalter.
Für die vorliegende Studie erfolgte eine umfassende retrospektive Auswertung von 122 Fällen distaler kindlicher Unterarmfrakturen aus einem Zeitraum von elf Jahren, die in der kinderchirurgischen Abteilung des Universitätsklinikums Würzburg osteosynthetisch versorgt wurden. Ziel der Untersuchung war die Betrachtung der Epidemiologie des Verletzungsbildes und des Therapieerfolges in Abhängigkeit von der gewählten Osteosynthesetechnik. Die Kinder wurden dabei entweder allein durch eine Kirschner-Draht-Osteosynthese des Radius oder durch eine zusätzliche Fixierung der Ulna mittels elastisch stabiler intramedullärer Nagelung versorgt.
Durch beide Operationsstrategien konnte für die meisten Patientinnen und Patienten ein gutes Therapieergebnis erreicht werden. Hinsichtlich der Operations- und Hospitalisierungsdauer zeigte sich ein Vorteil für Kinder, die osteosynthetisch lediglich durch Kirschner-Drähte versorgt wurden. In anderen Studien beobachtete Komplikationen in Form sekundärer Dislokationen der Fraktur auch nach Osteosynthese oder Infektionen im Bereich der Drahtenden konnten im hier untersuchten Kollektiv seltener festgestellt werden.
Die vorliegende Untersuchung zeigt, dass, sofern die Indikation zur operativen Versorgung besteht, die Fixierung des Radius allein mittels Kirschner-Drähten eine adäquate Therapie distaler Frakturen von Ulna und Radius im Kindesalter darstellt. Von einer kombinierten Osteosynthese mittels Kirschner-Drähten und ESIN könnten besonders Patientinnen und Patienten profitieren, bei denen initial große Dislokationen der Fraktur, Begleitverletzungen des Arms oder eine Lokalisation im Bereich des diametaphysären Übergangs bestehen. Um diese Beobachtungen auch in größeren Kollektiven und prospektiv sowie randomisiert zu untersuchen, sind weitere Studien wünschenswert.
Developmentally regulated features of innate immunity are thought to place preterm and term infants at risk of infection and inflammation-related morbidity. Underlying mechanisms are incompletely understood. Differences in monocyte function including toll-like receptor (TLR) expression and signaling have been discussed. Some studies point to generally impaired TLR signaling, others to differences in individual pathways. In the present study, we assessed mRNA and protein expression of pro- and anti-inflammatory cytokines in preterm and term cord blood (CB) monocytes compared with adult controls stimulated ex vivo with Pam3CSK4, zymosan, polyinosinic:polycytidylic acid, lipopolysaccharide, flagellin, and CpG oligonucleotide, which activate the TLR1/2, TLR2/6, TLR3, TLR4, TLR5, and TLR9 pathways, respectively. In parallel, frequencies of monocyte subsets, stimulus-driven TLR expression, and phosphorylation of TLR-associated signaling molecules were analyzed. Independent of stimulus, pro-inflammatory responses of term CB monocytes equaled adult controls. The same held true for preterm CB monocytes—except for lower IL-1β levels. In contrast, CB monocytes released lower amounts of anti-inflammatory IL-10 and IL-1ra, resulting in higher ratios of pro-inflammatory to anti-inflammatory cytokines. Phosphorylation of p65, p38, and ERK1/2 correlated with adult controls. However, stimulated CB samples stood out with higher frequencies of intermediate monocytes (CD14\(^+\)CD16\(^+\)). Both pro-inflammatory net effect and expansion of the intermediate subset were most pronounced upon stimulation with Pam3CSK4 (TLR1/2), zymosan (TR2/6), and lipopolysaccharide (TLR4). Our data demonstrate robust pro-inflammatory and yet attenuated anti-inflammatory responses in preterm and term CB monocytes, along with imbalanced cytokine ratios. Intermediate monocytes, a subset ascribed pro-inflammatory features, might participate in this inflammatory state.
Background
With the emergence of photon-counting CT, ultrahigh-resolution (UHR) imaging can be performed without dose penalty. This study aims to directly compare the image quality of UHR and standard resolution (SR) scan mode in femoral artery angiographies.
Methods
After establishing continuous extracorporeal perfusion in four fresh-frozen cadaveric specimens, photon-counting CT angiographies were performed with a radiation dose of 5 mGy and tube voltage of 120 kV in both SR and UHR mode. Images were reconstructed with dedicated convolution kernels (soft: Body-vascular (Bv)48; sharp: Bv60; ultrasharp: Bv76). Six radiologists evaluated the image quality by means of a pairwise forced-choice comparison tool. Kendall’s concordance coefficient (W) was calculated to quantify interrater agreement. Image quality was further assessed by measuring intraluminal attenuation and image noise as well as by calculating signal-to-noise ratio (SNR) and contrast-to-noise ratios (CNR).
Results
UHR yielded lower noise than SR for identical reconstructions with kernels ≥ Bv60 (p < 0.001). UHR scans exhibited lower intraluminal attenuation compared to SR (Bv60: 406.4 ± 25.1 versus 418.1 ± 30.1 HU; p < 0.001). Irrespective of scan mode, SNR and CNR decreased while noise increased with sharper kernels but UHR scans were objectively superior to SR nonetheless (Bv60: SNR 25.9 ± 6.4 versus 20.9 ± 5.3; CNR 22.7 ± 5.8 versus 18.4 ± 4.8; p < 0.001). Notably, UHR scans were preferred in subjective assessment when images were reconstructed with the ultrasharp Bv76 kernel, whereas SR was rated superior for Bv60. Interrater agreement was high (W = 0.935).
Conclusions
Combinations of UHR scan mode and ultrasharp convolution kernel are able to exploit the full image quality potential in photon-counting CT angiography of the femoral arteries.
Relevance statement
The UHR scan mode offers improved image quality and may increase diagnostic accuracy in CT angiography of the peripheral arterial runoff when optimized reconstruction parameters are chosen.
Key points
• UHR photon-counting CT improves image quality in combination with ultrasharp convolution kernels.
• UHR datasets display lower image noise compared with identically reconstructed standard resolution scans.
• Scans in UHR mode show decreased intraluminal attenuation compared with standard resolution imaging.
This study evaluated the influence of different vascular reconstruction kernels on the image quality of CT angiographies of the lower extremity runoff using a 1st-generation photon-counting-detector CT (PCD-CT) compared with dose-matched examinations on a 3rd-generation energy-integrating-detector CT (EID-CT). Inducing continuous extracorporeal perfusion in a human cadaveric model, we performed CT angiographies of eight upper leg arterial runoffs with radiation dose-equivalent 120 kVp acquisition protocols (CTDIvol 5 mGy). Reconstructions were executed with different vascular kernels, matching the individual modulation transfer functions between scanners. Signal-to-noise-ratios (SNR) and contrast-to-noise-ratios (CNR) were computed to assess objective image quality. Six radiologists evaluated image quality subjectively using a forced-choice pairwise comparison tool. Interrater agreement was determined by calculating Kendall’s concordance coefficient (W). The intraluminal attenuation of PCD-CT images was significantly higher than of EID-CT (414.7 ± 27.3 HU vs. 329.3 ± 24.5 HU; p < 0.001). Using comparable kernels, image noise with PCD-CT was significantly lower than with EID-CT (p ≤ 0.044). Correspondingly, SNR and CNR were approximately twofold higher for PCD-CT (p < 0.001). Increasing the spatial frequency for PCD-CT reconstructions by one level resulted in similar metrics compared to EID-CT (CNRfat; EID-CT Bv49: 21.7 ± 3.7 versus PCD-CT Bv60: 21.4 ± 3.5). Overall image quality of PCD-CTA achieved ratings superior to EID-CTA irrespective of the used reconstruction kernels (best: PCD-CT Bv60; worst: EID-CT Bv40; p < 0.001). Interrater agreement was good (W = 0.78). Concluding, PCD-CT offers superior intraluminal attenuation, SNR, and CNR compared to EID-CT in angiographies of the upper leg arterial runoff. Combined with improved subjective image quality, PCD-CT facilitates the use of sharper convolution kernels and ultimately bears the potential of improved vascular structure assessability.
Objectives
We developed a novel human cadaveric perfusion model with continuous extracorporeal femoral perfusion suitable for performing intra-individual comparison studies, training of interventional procedures and preclinical testing of endovascular devices. Objective of this study was to introduce the techniques and evaluate the feasibility for realistic computed tomography angiography (CTA), digital subtraction angiography (DSA) including vascular interventions, and intravascular ultrasound (IVUS).
Methods
The establishment of the extracorporeal perfusion was attempted using one formalin-fixed and five fresh-frozen human cadavers. In all specimens, the common femoral and popliteal arteries were prepared, introducer sheaths inserted, and perfusion established by a peristaltic pump. Subsequently, we performed CTA and bilateral DSA in five cadavers and IVUS on both legs of four donors. Examination time without unintentional interruption was measured both with and without non-contrast planning CT. Percutaneous transluminal angioplasty and stenting was performed by two interventional radiologists on nine extremities (five donors) using a broad spectrum of different intravascular devices.
Results
The perfusion of the upper leg arteries was successfully established in all fresh-frozen but not in the formalin-fixed cadaver. The experimental setup generated a stable circulation in each procedure (ten upper legs) for a period of more than six hours. Images acquired with CT, DSA and IVUS offered a realistic impression and enabled the sufficient visualization of all examined vessel segments. Arterial cannulating, percutaneous transluminal angioplasty as well as stent deployment were feasible in a way that is comparable to a vascular intervention in vivo. The perfusion model allowed for introduction and testing of previously not used devices.
Conclusions
The continuous femoral perfusion model can be established with moderate effort, works stable, and is utilizable for medical imaging of the peripheral arterial system using CTA, DSA and IVUS. Therefore, it appears suitable for research studies, developing skills in interventional procedures and testing of new or unfamiliar vascular devices.
In der vorliegenden Dissertation wurde das Zusammenspiel von enterischen Gliazellen (EGC) und Darmepithelzellen (Caco-2) thematisiert, wobei der Fokus auf der Bedeu-tung des neurotrophen Faktors GDNF für die Interaktion zwischen den beiden genann-ten Zelltypen lag. Weiterhin wurde evaluiert, ob die Tyrosinkinase RET auch in Darme-pithelzellen für die GDNF-Signaltransduktion unter Ruhebedingungen und bei Entzün-dungen verantwortlich ist.
Als Grundlage diente ein Ko-Kultur-Modell mit Caco-2 und EGC. Durch Permeabili-täts- und Widerstandsmessungen wurden die Auswirkungen von GDNF auf Zell-Monolayer ermittelt. Effekte auf die Barrieredifferenzierung wurden anhand subkon-fluenter Zell-Monolayer charakterisiert, wohingegen die Auswirkungen auf Entzün-dungsstimuli an konfluenten Zellen untersucht wurden. Veränderungen von Junktions-proteinen wurden mit Immunfluoreszenzfärbungen und Western-Blot-Analysen aufge-zeigt. Abschließend erfolgte eine Analyse humaner Gewebeproben von Patienten mit und ohne chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen (CED) in Bezug auf deren GDNF-Expression.
Die verwendeten intestinalen Epithelzellen exprimieren die GDNF-Rezeptoren GFRα1, GFRα2, GFRα3 und RET. Nach Etablierung des Kultursystems zeigten Permeabilitäts-messungen, Messungen des Epithelwiderstandes sowie Immunfluoreszenz-Färbungen, dass die Differenzierung der Darmepithelzellen in der Ko-Kultur mit EGC durch GDNF vermittelt wird. Zudem war eine GDNF-abhängige, barrierestabilisierende Wirkung in einem Inflammationsmodell zu beobachten. Weiterhin wurde nachgewiesen, dass GDNF-Effekte auf Enterozyten auch im Darmepithel über die RET-Tyrosinkinase mit nachfolgender Hemmung des p38-MAPK-Signalwegs bedingt werden. Eine Stimulation der EGC mit Zytokinen bestätigte eine Hochregulation der GDNF-Expression und Sek-retion. In humanen Proben war intestinales GDNF bei schwerer Entzündung reduziert.
Zusammenfassend wurde erstmalig der Nachweis erbracht, dass von EGC sezerniertes GDNF die Differenzierung der Barriere in Darmepithelzellen induziert und diese gegen einen Zytokin-vermittelten Zusammenbruch schützt. Dies wird über eine RET-abhängige Regulation der p38-MAPK vermittelt. Die Reduktion der GDNF-Konzentration in transmuralen Gewebeproben von Patienten mit CED trägt möglicher-weise zur Pathogenese der CED bei.
Die Kombination aus zytoreduktiver Chirurgie und einer anschließenden hyperthermen intraperitonealen Chemoperfusion (HIPEC) stellt sich als vielversprechende Therapiestrategie bei ausgesuchten Patienten mit Peritonealkarzinose, z. B. des kolorektalen Karzinoms, dar. Die intraperitoneale Chemoperfusion kombiniert eine lokale Hochdosis-Chemotherapie mit einer Hyperthermie. Hitzeschockproteinen (HSP) kommt dabei eine bedeutende Rolle zu, da sie infolge von zellulären Stressfaktoren wie Hitze oder Zytostatika-bedingter Chemotoxizität induziert werden. HSPs setzen Reparatur- und Zellschutzmechanismen in Gang und vermindern so in einzelnen überlebenden Tumorzellen möglicherweise den gewünschten Therapieerfolg der HIPEC. Ziel der Arbeit war es, mithilfe eines bereits etablierten in vitro HIPEC-Modells die Auswirkungen der äußeren Stressoren Hyperthermie und Zytostatika auf die Expression von Hitzeschockproteinen (HSP27, HSP70 und HSP90) in drei humanen Kolonkarzinomzelllinien zu untersuchen. Dazu wurden die Zelllinien HT29, SW480 und SW620 jeweils mit und ohne Zytostatika (Mitomycin C, MMC und Oxaliplatin, OXA) für eine Stunde drei verschiedenen Temperaturstufen von 37°C als Normothermie, 41°C und 43°C als Hyperthermie ausgesetzt und nach einer Regenerationszeit von 30 min, 24 h, 48 h und 72 h mit Hilfe von RT-qPCR-Analysen und Western Blots untersucht. Zudem wurden nach gleichem Ablauf Effekte der HIPEC auf die Tumorzellproliferation und Apoptose mittels Proliferationsmarkern Ki-67, PCNA und MTS-Tests sowie dem antiapoptotischen Protein Bcl-xL in in vitro Tumorzellansätzen sowie in ex vivo Patientenproben vor und nach HIPEC analysiert. Sowohl die einstündige Chemotherapie mit Mitomycin C oder Oxaliplatin unter hyperthermen Bedingungen als auch die isolierte Hyperthermiebehandlung führte im Vergleich zu normothermen Kontrollbedingungen bei 37°C zu einer signifikanten Überexpression der untersuchten HSPs in RTq-PCR-Analysenaller drei Kolonkarzinomzelllinien. Interessanterweise wurden vermehrte HSP Genexpressionsmuster noch drei Tage nach Behandlung beobachtet. Eine verstärkte Proteinexpression zeigte sich bestätigend insbesondere für HSP27 und HSP70 unter zytostatischer Behandlung mit MMC oder OXA und führte zu einer bis zu 3-fachen Expressionssteigerung wenn die Zellen hyperthermen Bedingungen ausgesetzt waren. Tumorzellen, die zuvor der hyperthermen Chemotherapie unterzogen wurden, zeigten interessanterweise zudem proliferative anstelle von anti-proliferativen Effekten. In durchgeführten MTS-Tests führte sowohl die Hyperthermie allein als auch die zusätzliche Zytostatikagabe zu einer deutlich erhöhten Zellviabilität im Vergleich zu normothermer Chemotherapie im Modellansatz. Übereinstimmend mit den Ergebnissen der MTS-Tests konnte eine Induktion der Proliferationsmarker PCNA und Ki-67 durch Hyperthermie und Chemotherapie auf Gen- und Proteinebene beobachtet werden. Im Falle von PCNA ließ sich eine verstärkte Proteinexpression in ex vivo Proben von Patienten nach klinisch durchgeführter HIPEC bestätigen. Zusätzliche Untersuchungen des anti-apoptotisch wirkenden Regulatorproteins Bcl-xL in in vitro Tumorzellansätzen sowie in ex vivo Proben von Patienten nach hyperthermer Chemotherapie, zeigten zudem eine deutlich gesteigerte Proteinexpression unter alleiniger Hyperthermie sowie insbesondere in Kombination mit Zytostatika. Durch die Induktion von HSP27, HSP70 und HSP90 infolge von hyperthermem und zytotoxischem Stress werden in überlebenden Zellen nach hyperthermer Chemotherapie, unerwünschte antiapopotische sowie proliferative Effekte im Sinne von Reparatur- und Zellschutzmechanismen induziert und nehmen negativen Einfluss auf den Therapieerfolg der HIPEC. Schlussfolgernd wäre der Einsatz von HSP-Inhibitoren um die beschriebenen, unerwünschten Zellmechanismen zu verhindern, zu überprüfen. Diese bieten eine interessante Möglichkeit die Effizienz der im klinischen Einsatz gängigen Zytostatika zu steigern und somit einen positiven Einfluss auf den Erfolg der Therapie und die Überlebenszeit von Patienten mit Peritonealkarzinose zu nehmen. Weiterführende Studien der eigenen Arbeitsgruppe mit kombinierten HSP70/HSP90-Inhibitoren zeigten bereits eine signifikant reduzierte Zellviabilität in Kolonkarzinomzellen, die zuvor der hyperthermen Chemotherapie unterzogen wurden.
Ein Schlüsselereignis, welches dem prognosebestimmenden Organversagen bei systemi-schen Entzündungsprozessen und Sepsis vorangeht, ist die Entwicklung einer mikrovas-kulären endothelialen Schrankenstörung. Das vaskuläre endotheliale (VE-) Cadherin als mechanischer Stabilisator der Endothelbarriere spielt dabei eine wichtige Rolle. In der Inflammation werden Spaltprodukte von VE-Cadherin (sVE-Cadherin) gebildet. Ge-genstand der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung der Hypothese ob diese Spalt-produkte selbst an der Störung der endothelialen Barrierefunktion beteiligt sind.
Es wurde hierfür humanes sVE-Cadherin bestehend aus den extrazellulären Domänen EC1-5 (sVE-CadherinEC1-5) generiert. In Messungen des transendothelialen elektrischen Widerstands (TER), mit Immunfluoreszenzfärbungen und Western Blot Analysen wird gezeigt, dass sVE-Cadherin dosisabhängig die Barriere Integrität in primären humanen dermalen Endothelzellen stört. Dies führt zu einer Reduktion von VE-Cadherin und den assoziierten Proteinen α-, γ- und δ-Catenin und ZO-1, die nach der Applikation von sVE-Cadherin an den Zellgrenzen reduziert sind. Die Interaktion zwischen VE-PTP und VE-Cadherin wird durch sVE-CadherinEC1-5 reduziert. Durch pharmakologische Hem-mung der Phosphataseaktivität von VE-PTP mittels AKB9778 wird der durch sVE-CadherinEC1-5-induzierte Verlust der Endothelbarriere aufgehoben. Dagegen zeigt die direkte Aktivierung von Tie-2 mittels Angiopoetin-1 keinen protektiven Effekt auf die durch sVE-CadherinEC1-5 gestörte Endothelbarriere. Weitere Analysen zeigen eine erhöh-te Expression von GEF-H1 durch sVE-CadherinEC1-5. Diese ist ebenfalls durch AKB9778 hemmbar.
Zusätzlich zu diesen Untersuchungen wurden die Konstrukte EC1-4 und EC3-5 in ver-schiedene Vektoren kloniert, um zu bestimmen, ob die extrazelluläre Domäne 5 von VE-Cadherin die dominante Rolle bei den sVE-Cadherin-vermittelten Effekten spielt.
Zusammenfassend zeigen diese Untersuchungen zum ersten Mal, dass sVE-CadherinEC1-5 unabhängig von proinflammatorischen Auslösern über die Aktivierung des VE-PTP/RhoA-Signalweges den Zusammenbruch der Endothelbarriere mitversursacht. Dies stellt einen neuen pathophysiologischer Mechanismus dar, der zum Gesamtverständnis der entzündungsinduzierten Barriereveränderungen des Endothels beiträgt.
Loss of intestinal epithelial barrier function is a hallmark in digestive tract inflammation. The detailed mechanisms remain unclear due to the lack of suitable cell-based models in barrier research. Here we performed a detailed functional characterization of human intestinal organoid cultures under different conditions with the aim to suggest an optimized ex-vivo model to further analyse inflammation-induced intestinal epithelial barrier dysfunction. Differentiated Caco2 cells as a traditional model for intestinal epithelial barrier research displayed mature barrier functions which were reduced after challenge with cytomix (TNFα, IFN-γ, IL-1ß) to mimic inflammatory conditions. Human intestinal organoids grown in culture medium were highly proliferative, displayed high levels of LGR5 with overall low rates of intercellular adhesion and immature barrier function resembling conditions usually found in intestinal crypts. WNT-depletion resulted in the differentiation of intestinal organoids with reduced LGR5 levels and upregulation of markers representing the presence of all cell types present along the crypt-villus axis. This was paralleled by barrier maturation with junctional proteins regularly distributed at the cell borders. Application of cytomix in immature human intestinal organoid cultures resulted in reduced barrier function that was accompanied with cell fragmentation, cell death and overall loss of junctional proteins, demonstrating a high susceptibility of the organoid culture to inflammatory stimuli. In differentiated organoid cultures, cytomix induced a hierarchical sequence of changes beginning with loss of cell adhesion, redistribution of junctional proteins from the cell border, protein degradation which was accompanied by loss of epithelial barrier function. Cell viability was observed to decrease with time but was preserved when initial barrier changes were evident. In summary, differentiated intestinal organoid cultures represent an optimized human ex-vivo model which allows a comprehensive reflection to the situation observed in patients with intestinal inflammation. Our data suggest a hierarchical sequence of inflammation-induced intestinal barrier dysfunction starting with loss of intercellular adhesion, followed by redistribution and loss of junctional proteins resulting in reduced barrier function with consecutive epithelial death.