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Die Ausbildung im Herzkatheterlabor hat sich seit Etablierung der interventionellen Kardiologie kaum verändert. Wie auch in anderen Bereichen der Medizin steht schon seit einiger Zeit die Frage nach der ethischen Vertretbarkeit des „see one, do one, teach one“ Prinzips im Raum. Das Dilemma zwischen der Sicherheit des Patienten und einer adäquaten Ausbildung der Assistenten führte schon früh zum Ruf nach Simulationssystemen für die Medizin. Heute existieren Geräte, die die technischen Voraussetzungen erfüllen, um die komplizierte menschliche Physiologie und Pathophysiologie zu simulieren. Eine gründliche wissenschaftliche Evaluation dieser Systeme ist die notwendige Basis, um die Ausbildung in der Medizin zu verbessern. Zur Validation des PCI-Simulators CathI wurde an der Medizinischen Klinik der Universität Würzburg eine formative und summative Evaluation durchgeführt. Als erster Schritt wurden die Lerneffekte zweier randomisierter Laiengruppen, einer am CathI-System (n=7) und einer an einem Computerprogramm trainierten Gruppe(n=6) während eines viertägigen Trainings untersucht. Nach Ablauf des Trainings wurden die Ergebnisse zur Überprüfung der konkurrenten Validität und der Eignung des Systems als Assessment-Tool, mit einer Expertengruppe verglichen. Als letzten Schritt testete man die am CathI-System erworbenen interventionellen Fähigkeiten im Herzkatheterlabor. Hierbei wurde eine am CathI-System trainierte (n=6), mit einer computerbasiert trainierten Gruppe (n=6) während einer Intervention an einem pulsatilen röntgenfähigen Herzmodell verglichen. Die Evaluation erfolgte an Hand objektiver Standardparameter und mittels eines Fähigkeiten-Scores. Als eines der wichtigsten Ergebnisse konnte gezeigt werden, dass Probanden durch Training am CathI-Simulator besser auf kardiologische Grundfähigkeiten vorbereitet werden als eine vergleichbare Gruppe durch Ausbildung an einer Computersimulation. Das CathI-System führt zu einem risikoärmeren Verhalten im Herzkatheterlabor. Man kann daraus folgern, dass das CathI-System eine überlegene Ausbildungsmöglichkeit für die Vorbereitung auf eine Intervention am Patienten darstellt. Der CathI-Simulator ermöglicht es Experten, basierend auf ihren Fähigkeiten in der interventionellen Kardiologie auch die Simulation mit hoher Qualität zu absolvieren. Es kann konkurrente Validität für das Trainingsgerät angenommen werden. Dem Simulationssystem CathI ist es möglich, die Expertise des Anwenders realitätsnah einzuschätzen. Es kann spezifisch kognitive und motorische Fähigkeiten testen. Das Simulationssystem CathI erwies sich als effektives Werkzeug zur Schulung der diagnostischen Koronarangiographie und der PCI.
Grundlage dieser Arbeit war es die verschiedenartigen Effekte von Butyrat, unter anderem im Rahmen der Prävention von kolorektalen Karzinomen auf die bereits fortgeschrittenen Formen, zu erweitern. Hierzu erfolgte eine Unteruchung von Angiogenesefaktoren und deren Beeinflussung durch die kurzkettige Fettsäure Butyrat. Die untersuchten Faktoren umfassten VEGF, als potentes angiogenetisches Agens und dessen zugehörigen Rezeptor FLT-1. Zudem wurde das Tumorsuppressorgen p53, ein wichtiger Modulator der Tumorentstehung und Tumorprogression, mituntersucht. Ziel war es, die positiven Effekte im Rahmen der Prävention auf die metastasierten kolorektalen Karzinome bzw. derer Zelllinien aufzuzeigen. Die verwendeten Methoden stützten sich einerseits auf die Analyse der mRNA und der Proteine. Hierfür wurden die Zellkultur, die RNA-Isolation, ein RNase Protection Essay (RPA), der Westernblot und ein Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (ELISA) durchgeführt. Die Analysen zeigten einen positiven Effekt auf die Supprimierbarkeit des Wachstumsfaktors VEGF und dessen Rezeptor FLT-1, sowie auch auf das Tumorsuppressorgen p53mut- in seiner mutierten Variante. Butyrat senkte somit die Expression von VEGF und FLT-1 sowohl auf RNA- als auch auf Proteinebene. Bezüglich der Expression von p53 konnte gezeigt werden, dass die RNA-Expression durch Butyrat ebenfalls eine Hemmung erfuhr. Ein weiteres Ergebnis der Arbeit bestand darin, den Stress, welcher sowohl die Zugabe von Butyrat als auch eine Episode mit Serumentzug auf das Verhalten des Wachstumsfaktors VEGF hatte. Hierbei zeigte sich eine sehr rasche Zunahme der Expression. Diese normalisierte sich im weiteren Verlauf und hatte somit keinen längerfristigen Einfluß auf die Ergebnisse. Zusammenfassend zeigt sich eine deutliche Beeinflussung der Angiogenese durch Butyrat, welche auch auf dem Hintergrund der aktuellen Studienlage bezüglich VEGF Antikörpern einen adjuvanten Behandlungsweg darstellen könnte. Kritisch anzumerken bleiben die Probleme der Applikation von Butyrat.
Tierexperimentelle Untersuchung bezüglich chronische Transplantatnephropathie beziehungsweise deren fragliche Verminderung durch Gabe des Hydroxy-Methylglutharyl-Coenzym-A-Inhibitors Atorvastatin nach Nierentransplantation bei Ratten(Fisher344/Lewis); Vergleich von drei Versuchsgruppen-jeweils acht Versuchstiere-bezüglich Gewicht, Diuresevolumen, Serum-Kreatinin, Serum-Harnstoff, Kreatinin-Clearance und Proteinurie nach 30, 60, 90 und 120 Tagen Versuchslaufzeit; akute/chronische Abstoßungsreaktion, antigen-abhängige/-unabhängige Faktoren, direkte/indirekte T-Lymphozyten-Aktivierung und Kostimulation durch Zelloberflächen-Proteine, mikrochirurgischer Eingriff der Nierentranplantation bei Ratten.
In der vorliegenden Dissertation gelang es, die strukturellen und molekularen Determinanten der PTH-Rezeptoren für die Ankopplung an intrazelluläre Signalwege näher zu charakterisieren. Die Regulation des Kalzium-, Phosphat- und Knochenstoffwechsels wird zum erheblichen Teil über den PTH1-Rezeptor (P1R) vermittelt. Parathormon (PTH) aktiviert am P1R mindestens zwei Signalwege: den durch zyklisches Adenosinmonophosphat (cAMP) vermittelten Weg und den Phospholipase C-Signalweg (PLC). Der nahe verwandte PTH2-Rezeptor (P2R) kann außer durch PTH auch über das tuberoinfundibiläre Peptid (TIP39) aktiviert werden. Jedoch besitzt dieser Rezeptor keine Ankopplung an den PLC-Signalweg. Zur Aufklärung der strukturellen und molekularen Determinaten der intrazellulären Signalwegankopplung wurden verschiedene Versuchsansätze ausgewählt, die eine Untergliederung dieser Arbeit in drei Teilprojekte ermöglicht: 1) Die PTH-Rezeptoren sind wichtige Vertreter der Klasse II der G-Protein gekoppelten Rezeptoren. Ein Vergleich der Aminosäuresequenzen der siebten Transmembrandomäne dieser Klasse zeigt ein hoch konserviertes, cytosolnahes „YCFXN“-Motiv in diesem Bereich. Im ersten Teil dieser Arbeit konnte durch Punktmutationen der einzelnen Aminosäuren dieses Motivs gezeigt werden, dass dieser Abschnitt eine entscheidende Determinierungsregion dieser Rezeptorfamilie sowohl für die Ankopplung an den cAMP-Weg, als auch an den PLC-Signalweg darstellt. Die Untersuchungen legen die Vermutung nahe, dass dieser Bereich für die Stabilisierung der Konformation dieser Rezeptoren von großer Bedeutung ist. 2) In einem zweiten Abschnitt dieser Arbeit wurde durch stufenweise Angleichung des P2R an den P1R eine Reihe von funktionell exprimierten P2R/P1R Hybridrezeptoren hergestellt, die eine Übereinstimmung des intrazellulären Bereichs des P1R von bis zu 95 % erreichen. Der Nachweis des PLC-Signalwegs durch die Bestimmung der akkumulierten Gesamtinositolphosphate und des intrazellulären Kalziums zeigte eindrucksvoll, dass trotz einer weitgehenden intrazellulären Übereinstimmung der Aminosäuresequenz des P2R mit dem P1R die Eigenschaft des P1R an den PLC-Signalweg zu koppeln nicht auf den P2R übertragen werden kann. Dies legt nahe, dass auch extrazelluläre Bereiche und Transmembranabschnitte die Ankopplung an intrazelluläre Signalwege steuern. Im Weiteren konnte für den cAMP-Signalweg durch diese Hybridrezeptoren gezeigt werden, dass im Kontext des P2R eingefügte Teilabschnitte des P1R (C-Terminus, zweite und dritte intrazelluläre Schleife ) zusammenwirken und eine effizientere Ankopplung an den cAMP-Weg ermöglichen. Weiterführende Untersuchungen der Membrantranslokation von beta Arrestin2 mit einer anschließenden Internalisierung des Rezeptors zeigten, dass sowohl der P2R als auch die hiervon abgeleiteten Hybridrezeptoren selektiv durch Stimulation mit TIP39, nicht jedoch nach einer Stimulation mit PTH, eine Translokation bewirken. Dieses Ereignis ist von den untersuchten Signalwegen (cAMP-, PLC- und Mitogen-aktivierte Proteinkinase (MAPK)-Signalweg) unabhängig. Erstmals wurde hier gezeigt, dass der P2R eine Phosphorilierung von MAPK bewirkt, wobei hierfür einer beta-Arrestin2 Translokation nicht notwendig ist. Diese Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass der PTH-Rezeptor in unterschiedlichen Rezeptorkonformationen existiert, so dass einzelne Rezeptorabschnitte unabhängig voneinander verschiedene Signale aktivieren können. 3) Der letzte Teil dieser Arbeit beschäftigte sich mit der Identifikation von intrazellulären Interaktionspartnern des humanen P1R. Neue Protein–Interaktionen mit dem humanen P1R wurden mit einem „Yeast-two-Hybrid“ System identifiziert. Mit Hilfe dieser Methode konnte, als ein potentiell bedeutender intrazellulärer Interaktionspartner des humanen P1R, das PDZ-Protein PDZK1 identifiziert werden. Es gelang mit Hilfe von Koimmunpräzipitations-Experimenten und von GST-pull-down-Assays die Interaktion von PDZK1 mit dem P1R zu verifizieren. PDZK1 bindet an eine Liganden-Bindungsdomäne innerhalb des C-terminalen Abschnitts des P1R, vermutlich an die letzten vier Aminosäuren. Durch einen Hefe-Interaktionstest konnte von den vier in diesem Protein vorkommenden PDZ-Domänen die PDZ1-Domäne als einzige selektiv mit dem P1R interagierende Domäne identifiziert werden. In der Niere interagiert PDZK1 über die PDZ3-Domäne mit dem Na/Pi-Transporter IIa. Eine attraktive Hypothese ist daher die Funktion von PDZK1 als einem Bindeglied zwischem dem Rezeptor und dem Transporter und die damit einhergehende PTH- vermittelte Regulation des Phosphattransports in der Niere. Diese Hypothese bedarf aber nochweiterer funktioneller Analysen (z.B. durch Untersuchungen an PDZK1 Knock-Out Mäusen).
Herz-Kreislauferkrankungen sind weltweit die häufigste Ursache für Tod oder Hospitalisation. Um die Mortalitätsrate an KHK, Myokardinfarkt und Herzinsuffizienz günstig zu beeinflussen, ist es wichtig, eine chronisch ischämische Herzkrankheit möglichst frühzeitig zu diagnostizieren, ihren Schweregrad richtig einzuschätzen und entsprechend früh zu therapieren. In der Koronarangiographie kann eine Aussage über die hämodynamische Relevanz einer mittelgradigen Koronarstenose rein visuell nicht eindeutig getroffen werden. Deshalb fordern die Leitlinien der kardiologischen Fachgesellschaften vor einer Koronarintervention den Nachweis der hämodynamischen Relevanz einer Stenose mittels Ischämietest. Die vorliegende Studie prüfte die diagnostische Wertigkeit der nativen und der kontrastmittelverstärkten Dobutamin-Stressechokardiographie (DSE) sowie der Gewebedoppleruntersuchung bei Patienten mit angiographisch mittelgradigen Koronarstenosen. Als Referenzmethoden dienten zum Nachweis der hämodynamischen Relevanz einer mittelgradigen Koronarstenose die während der Herzkatheteruntersuchung durchgeführte Druckdrahtmessung mit Bestimmung der fraktionellen Flussreserve (FFR) sowie die Myokard-Perfusions-Szintigraphie und Laevokardiographie für die Bestimmung der linksventrikulären Auswurffraktion (EF). In der vorliegenden Studie wurden 70 Patienten (mittleres Alter 65 Jahre, 45 Männer) mit einer koronarangiographisch visuell mittelgradigen Koronarstenose (50-75%) mit den oben genannten Methoden untersucht. Unsere Ergebnisse bestätigten, dass sich durch Applikation eines Ultraschallkontrastmittels bei der echokardiographischen Untersuchung die Endokarddelineation in klinisch relevantem Ausmaße verbessern lässt. Ein besonders großer Nutzen wurde für die Segmente nachgewiesen, die in der nativen Bildgebung schlecht darstellbar waren. Unter den Bedingungen einer Belastungsuntersuchung wie z.B. einer Dobutamin-Stressechokardiographie (DSE) war dieser Vorteil noch deutlicher ausgeprägt als unter Ruhebedingungen. Die diagnostische Aussagekraft der DSE hinsichtlich belastungsinduzierter Wandbewegungsstörungen in den durch das mittelgradig stenosierte Gefäß perfundierten Myokardarealen stieg nach der Applikation von Ultraschallkontrastmittel signifikant an und gelangte dadurch erst in diagnostisch sinnvolle Bereiche. Auch wenn die vom mittelgradig stenosierten Gefäß perfundierten linksventrikulären Segmente nativ gut darstellbar waren, wurde durch die Kontrastmittelapplikation die Sensitivität und Spezifität der Untersuchung signifikant erhöht. Vom Standpunkt der diagnostischen Sicherheit und des diagnostischen Zugewinns ist es deshalb sinnvoll, bei jeder DSE ein Ultraschallkontrastmittel zu verwenden. Ähnlich verhielt es sich mit der Bestimmung der linksventrikulären EF. Zwischen der mittels Myokard-Perfusions-Szintigraphie bzw. Laevokardiographie bestimmten und der in der echokardiographisch nativ gemessenen EF bestand keine signifikante Korrelation. Erst unter Zuhilfenahme von Kontrastmittel war eine signifikante Korrelation nachweisbar. Im Bland-Altman-Plot zeigte sich konsistent eine Abnahme der Streuung nach Applikation des Kontrastmittels. Aus diesen Beobachtungen folgerten wir, dass die verbesserte Endokarddelineation nach Kontrastmittelapplikation zu einer reliableren Bestimmung der EF führt. Der Gewebedoppler ist eine echokardiographische Methode mit hohem prädiktivem Wert für beginnende Wandbewegungsstörungen und durch Weiterentwicklung der Software und Vereinfachung der Auswertung sowie durch Validierung von cut-off Werten an größeren Patientenkollektiven eine zukunftsfähige Methode zur nicht invasiven Ischämiediagnostik. Unsere Ergebnisse zeigten eine fehlende Zunahme der maximalen strain rate, eine Abnahme des systolischen strain und eine signifikant größere Zunahme der postsystolischen Wanddickenzunahme bei Patienten mit pathologischer FFR. Dies stand im Gegensatz zu einer Zunahme der maximalen strain rate, einem gleichbleibenden systolischen strain und einer signifikant geringeren Zunahme der postsystolischen Wanddickenzunahme bei Patienten, deren Koronarstenose nicht hämodynamisch relevant war. Wir folgerten, dass sich anhand dieser für eine Myokardischämie typischen Charakteristika untersucherunabhängig und objektivierbar die hämodynamische Relevanz einer Koronarstenose korrekt diagnostizieren lässt. Für das praktische Vorgehen bei der myokardialen Ischämiediagnostik bedeuten die hier vorgelegten Ergebnisse, dass die Applikation von Ultraschallkontrastmittel in der Echokardiographie zu einer besseren Endokarddelineation, zu einer besseren Beurteilbarkeit der Wandbewegung und zu einer verlässlicheren Bestimmung der linksventrikulären EF führt. Die Kontrastmittelapplikation resultiert in einer diagnostisch wertvolleren Aussage und sollte daher insbesondere bei Patienten mit angiographisch schwer beurteilbaren mittelgradigen Stenosen zur Ischämiediagnostik routinemäßig herangezogen werden. Eine Ergänzung der Untersuchung durch Myokarddoppler-Messungen kann die Diagnose weiter absichern.
Die Wirkstoffe der Cannabis-Pflanze, die sog. Cannabinoide, können in vielen medizinischen Bereichen therapeutisch angewendet werden. Neben den eher unerwünschten psychotropen Effekten werden verschiedene Organsysteme komplex beeinflusst. Bei neurologisch-psychiatrischen Krankheitsbildern oder zur Appetit- und Gewichtssteigerung werden Cannabinoidderivate heutzutage klinisch eingesetzt. Inzwischen sind Synthese und Abbauwege der endogenen Cannabinoide bekannt. Deutliche, aber komplexe Wirkungen entfalten die Endocannabinoide am kardiovaskulären System. Sie vermitteln Bradykardie und Hypotonie hauptsächlich durch CB1-Rezeptoren. In verschiedenen Stromgebieten wirken sie als Vasodilatatoren. Die Effekte der endogenen Cannabinoide auf die Lunge sind ebenfalls komplex. Auf die glatte Muskulatur der Bronchien wirken sie sowohl exzitatorisch, als auch inhibitorisch. Das endogene Cannabinoid Anandamid hat den pulmonalarteriellen Druck deutlich und dosisabhängig in isolierten Kaninchenlungen erhöht. Dieser Effekt war durch Hemmung des Enzyms Fettsäuren-Amidohydrolase vollständig inhibierbar. Auch der unspezifische Cyclooxygenasehemmer Aspisol® und der spezifische Cyclooxygenase-2 Hemmer Nimesulide konnten den Druckanstieg durch Anandamid verhindern. Das physiologische Vorkommen der Enzyme FAAH und COX-2 in der Kaninchenlunge wurde mittels RT-PCR nachgewiesen. Der Thromboxan-Rezeptorantagonist SQ 29,548 hatte keinerlei Effekt auf die Anandamidwirkung. Jedoch konnte der spezifische EP1-Rezeptorantagonist SC 19220 den Effekt von Anandamid deutlich, jedoch nicht vollständig senken. Der Schluss liegt nahe, dass es sich bei den Anandamideffekten um FAAH und COX-2 abhängige Reaktionen handelt. Eine direkte oxidative Wirkung scheint auch möglich zu sein.
Bislang herrscht Unklarheit darüber, in welchem Zeitfenster eine Reperfusion nach Myokardinfarkt noch einen Benefit bringt. Besonders die späte Reperfusion ist noch wenig untersucht und die Mechanismen, die einen möglichen positiven Effekt ausmachen noch lange nicht verstanden. In dieser Studie haben wir die Effekte einer sehr späten Reperfusion drei Tage (3 Tage) nach Myokardinfarkt mit der Reperfusion nach zwei Stunden (2 Stunden), permanentem Infarkt (Permanent) und sham-Operation (Sham) an 73 Ratten verglichen. Die Tiere wurden auf morphologische und hämodynamische Veränderungen untersucht, sowie auf Unterschiede in der Proteinexpression eine Woche nach Infarkt. Ergebnisse: Die morphologische Untersuchung zeigte innerhalb der Gruppen ähnliche Infarktgrößen (52-59 %) und das typische Remodeling. Die Reperfusion erbrachte eine signifikante Erhöhung des Lunge/KG, LV-Gesamtfläche und MI-Ausdehnungsindex gegenüber Sham. Weiterhin führt eine Reperfusion zu einer signifikant niedrigeren LV-Gesamtfläche gegenüber Permanent, allerdings auch zu einem signifikant größerem MI-Ausdehnungsindex nach drei Tagen Reperfusion gegenüber 2 Stunden und Permanent. Die Reperfusion zeigte auch bei der Hämodynamik deutliche Veränderungen. Es kommt zu einer signifikanten Erniedrigung des LVSP und des Herzindex, sowie zu einer Erhöhung des Arbeitsvolumenindex, des Arbeitsvolumen/LV Gewicht und des Wandstress. Die Analyse der Proteinexpression des Restmyokards für Fibronectin (FN), Matrixmetalloproteinasen (MMPs) und Tissue inhibitors of MMPs (TIMPs) zeigte eine unterschiedliche Expression nach Myokardinfarkt und Reperfusion. Eine Woche nach dem Infarkt kam es zu einer signifikanten Reduktion von TIMP-1, nicht aber von TIMP-2 in allen Infarktgruppen. Fibronectin und MMP-2 wurden nach einem Infarkt stark hochreguliert. Die Reperfusion nach zwei Stunden verursachte einen Anstieg der Expression von MMP-2 nach dem Infarkt. Die Immunlokalisation in gefrorenen Schnitten des linken Ventrikels zeigte nach Permanentinfarkt sowie nach drei Tagen Reperfusion einen Anstieg von MMP-2, das in Verbindung mit der Plasmamembran stand, während eine 2 Stunden Reperfusion davor schützt. Weiterhin konnte eine Kolokalisation von MMP-2 mit Fibronectin, Collagen -1 und -3 gezeigt werden. In der Regressionsanalyse fanden sich signifikante positive Korrelationen von MMP-2 mit dem Ausdehnunsindex. Fibronectin korrelierte überdies über dies mit dem Arbeitsvolumen und dem LVEDP. Zusammenfassend kann man sagen, dass eine Reperfusion drei Tage nach Myokardinfarkt zu einer deutlichen Verbesserung des morphologischen Remodelings führen kann. Dennoch lassen sich in der Frühphase auch negative Auswirkungen erkennen, die jedoch keinen Einfluss auf die Mortalität haben. Nach einem langen Beobachtungszeitraum von 12 Wochen sind diese nicht mehr zu erkennen und somit ergibt sich langfristig ein positiver Nettoeffekt. Möglicherweise geschieht dies durch die Regulation von MMP-2.
Die Lunge wird häufig im Rahmen der Behandlung maligner Tumoren im Thorax bestrahlt und stellt aufgrund ihrer hohen Radiosensitivität das dosislimitierende Organ dar. Es kann zu Nebenwirkungen in Form von akuter Strahlenpneumonitis bis hin zu chronischer Lungenfibrose kommen. Bei diesen Prozessen scheint TGF-b1, welches durch ionisierende Strahlung aktiviert werden kann, eine entscheidende Rolle zu spielen. Wir untersuchten anhand von Rattenlungenfibroblasten Zellzyklusveränderungen nach Bestrahlung, die eventuell TGF-b1 vermittelt sind. Es wurden Zellzyklusanalysen mittels BrdU-ELISA bzw. Messungen am Durchflusszytometer durchgeführt. Hierbei zeigte sich eine dosisabhängige Proliferationshemmung nach Inkubation unbestrahlter Lungenfibroblasten mit Überständen bestrahlter Fibroblasten. Auch exogene Gabe von TGF-b1 inhibierte die Zellproliferation. Vermutlich führt aktiviertes TGF-b1 zu autokriner Stimulierung von Fibroblasten, Zellzyklusarrest in der G1-Phase und terminaler Differenzierung zu postmitotischen Fibrozyten. Gesteigerte Kollagenproduktion dieser Zellen bewirkt schließlich die Entstehung von Lungenfibrose. Schlußfolgerung: Bestrahlte Fibroblasten produzieren Substanzen, die die Proliferation unbestrahlter Zellen hemmen. TGF-b1 führt zu vergleichbaren Veränderungen. Die Daten sprechen für eine Ausdifferenzierung von Fibroblasten, woraus eine Störung des Gewebs-Remodeling mit Fibrosierung des Lungengewebes resultiert. Vermutlich finden diese Vorgänge durch Induktion von TGF-b1 statt.