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Sonstige beteiligte Institutionen
- Clinical Trial Center (CTC) / Zentrale für Klinische Studien Würzburg (ZKSW) (2)
- Center for Interdisciplinary Clinical Research, Würzburg University, Würzburg, Germany (1)
- Datenintegrationszentrum Würzburg (DIZ) (1)
- Department of Medicinal Chemistry, University of Vienna, Althanstraße 14, 1090 Vienna, Austria (1)
- Department of Pharmaceutical Technology and Biopharmaceutics, University of Vienna, Althanstraße 14, 1090 Vienna, Austria (1)
- Interdisziplinäre Biomaterial- und Datenbank Würzburg (ibdw) (1)
- Interdisziplinäre Zentrum für Klinische Forschung (IZKF) (1)
- Klinische Studienzentrale (Universitätsklinikum) (1)
- Servicezentrum Medizin-Informatik (1)
- Universitätsklinikum Würzburg (UKW) (1)
Growth, ageing and atherosclerotic plaque development alter the biomechanical forces acting on the vessel wall. However, monitoring the detailed local changes in wall shear stress (WSS) at distinct sites of the murine aortic arch over time has been challenging. Here, we studied the temporal and spatial changes in flow, WSS, oscillatory shear index (OSI) and elastic properties of healthy wildtype (WT, n = 5) and atherosclerotic apolipoprotein E-deficient (Apoe\(^{−/−}\), n = 6) mice during ageing and atherosclerosis using high-resolution 4D flow magnetic resonance imaging (MRI). Spatially resolved 2D projection maps of WSS and OSI of the complete aortic arch were generated, allowing the pixel-wise statistical analysis of inter- and intragroup hemodynamic changes over time and local correlations between WSS, pulse wave velocity (PWV), plaque and vessel wall characteristics. The study revealed converse differences of local hemodynamic profiles in healthy WT and atherosclerotic Apoe\(^{−/−}\) mice, and we identified the circumferential WSS as potential marker of plaque size and composition in advanced atherosclerosis and the radial strain as a potential marker for vascular elasticity. Two-dimensional (2D) projection maps of WSS and OSI, including statistical analysis provide a powerful tool to monitor local aortic hemodynamics during ageing and atherosclerosis. The correlation of spatially resolved hemodynamics and plaque characteristics could significantly improve our understanding of the impact of hemodynamics on atherosclerosis, which may be key to understand plaque progression towards vulnerability.
Background
Percutaneous mitral valve repair (PMVR) is increasingly performed in patients with severe mitral regurgitation (MR). Post-procedural MR grading is challenging and an unsettled issue. We hypothesised that the direct planimetry of vena contracta area (VCA) by 3D–transoesophageal echocardiography allows quantifying post-procedural MR and implies further prognostic relevance missed by the usual ordinal scale (grade I-IV).
Methods
Based on a single-centre PMVR registry containing 102 patients, the association of VCA reduction and patients’ functional capacity measured as six-minute walk distance (6 MW) was evaluated. 3D–colour-Doppler datasets were available before, during and 4 weeks after PMVR.
Results
Twenty nine patients (age 77.0 ± 5.8 years) with advanced heart failure (75.9% NYHA III/IV) and severe degenerative (34%) or functional (66%) MR were eligible. VCA was reduced in all patients by PMVR (0.99 ± 0.46 cm\(^2\) vs. 0.22 ± 0.15 cm\(^2\), p < 0.0001). It remained stable after median time of 33 days (p = 0.999). 6 MW improved after the procedure (257.5 ± 82.5 m vs. 295.7 ± 96.3 m, p < 0.01). Patients with a decrease in VCA less than the median VCA reduction showed a more distinct improvement in 6 MW than patients with better technical result (p < 0.05). This paradoxical finding was driven by inferior results in very large functional MR.
Conclusions
VCA improves the evaluation of small residual MR. Its post-procedural values remain stable during a short-term follow-up and imply prognostic information for the patients’ physical improvement. VCA might contribute to a more substantiated estimation of treatment success in the heterogeneous functional MR group.
Stem cell therapy holds great promise for tissue regeneration and cancer treatment, although its efficacy is still inconclusive and requires further understanding and optimization of the procedures. Non-invasive cell tracking can provide an important opportunity to monitor in vivo cell distribution in living subjects. Here, using a combination of positron emission tomography (PET) and in vitro 2-deoxy-2-[18F]fluoro-D-glucose ([18F]FDG) direct cell labelling, the feasibility of engrafted stem cell monitoring was tested in multiple animal species. Human mesenchymal stem cells (MSCs) were incubated with phosphate-buffered saline containing [18F]FDG for in vitro cell radiolabelling. The pre-labelled MSCs were administrated via peripheral vein in a mouse (n=1), rats (n=4), rabbits (n=4) and non-human primates (n=3), via carotid artery in rats (n=4) and non-human primates (n=3), and via intra-myocardial injection in rats (n=5). PET imaging was started 10 min after cell administration using a dedicated small animal PET system for a mouse and rats. A clinical PET system was used for the imaging of rabbits and non-human primates. After MSC administration via peripheral vein, PET imaging revealed intense radiotracer signal from the lung in all tested animal species including mouse, rat, rabbit, and non-human primate, suggesting administrated MSCs were trapped in the lung tissue. Furthermore, the distribution of the PET signal significantly differed based on the route of cell administration. Administration via carotid artery showed the highest activity in the head, and intra-myocardial injection increased signal from the heart. In vitro [18F]FDG MSC pre-labelling for PET imaging is feasible and allows non-invasive visualization of initial cell distribution after different routes of cell administration in multiple animal models. Those results highlight the potential use of that imaging approach for the understanding and optimization of stem cell therapy in translational research.
Purpose
Image acquisition and subsequent manual analysis of cardiac cine MRI is time-consuming. The purpose of this study was to train and evaluate a 3D artificial neural network for semantic segmentation of radially undersampled cardiac MRI to accelerate both scan time and postprocessing.
Methods
A database of Cartesian short-axis MR images of the heart (148,500 images, 484 examinations) was assembled from an openly accessible database and radial undersampling was simulated. A 3D U-Net architecture was pretrained for segmentation of undersampled spatiotemporal cine MRI. Transfer learning was then performed using samples from a second database, comprising 108 non-Cartesian radial cine series of the midventricular myocardium to optimize the performance for authentic data. The performance was evaluated for different levels of undersampling by the Dice similarity coefficient (DSC) with respect to reference labels, as well as by deriving ventricular volumes and myocardial masses.
Results
Without transfer learning, the pretrained model performed moderately on true radial data [maximum number of projections tested, P = 196; DSC = 0.87 (left ventricle), DSC = 0.76 (myocardium), and DSC =0.64 (right ventricle)]. After transfer learning with authentic data, the predictions achieved human level even for high undersampling rates (P = 33, DSC = 0.95, 0.87, and 0.93) without significant difference compared with segmentations derived from fully sampled data.
Conclusion
A 3D U-Net architecture can be used for semantic segmentation of radially undersampled cine acquisitions, achieving a performance comparable with human experts in fully sampled data. This approach can jointly accelerate time-consuming cine image acquisition and cumbersome manual image analysis.
A novel mono-surface antisymmetric 16-element transmit/receive (Tx/Rx) coil array was designed, simulated, constructed, and tested for cardiac magnetic resonance imaging (cMRI) in pigs at 7T. The cardiac array comprised of a mono-surface 16-loops with two central elements arranged antisymmetrically and flanked by seven elements on either side. The array was configured for parallel transmit (pTx) mode to have an eight channel transmit and 16-channel receive (8Tx/16Rx) coil array. Electromagnetic (EM) simulations, bench-top measurements, phantom, and MRI experiments with two pig cadavers (68 and 46 kg) were performed. Finally, the coil was used in pilot in-vivo measurements with a 60 kg pig. Flip angle (FA), geometry factor (g-factor), signal-to-noise ratio (SNR) maps, and high-resolution cardiac images were acquired with an in-plane resolution of 0.6 mm x 0.6 mm (in-vivo) and 0.3 mm x 0.3 mm (ex-vivo). The mean g-factor over the heart was 1.26 (R = 6). Static phase B-1(+) shimming in a pig body phantom with the optimal phase vectors makes possible to improve the B-1(+) homogeneity by factor > 2 and transmit efficiency by factor > 3 compared to zero phases (before RF shimming). Parallel imaging performed in the in-vivo measurements demonstrated well preserved diagnostic quality of the resulting images at acceleration factors up to R = 6. The described hardware design can be adapted for arrays optimized for animals and humans with a larger number of elements (32-64) while maintaining good decoupling for various MRI applications at UHF (e.g., cardiac, head, and spine).
Barth Syndrome (BTHS) is an inherited X-chromosomal linked disorder, characterized by early development of cardiomyopathy, immune system defects, skeletal muscle myopathy and growth retardation. The disease displays a wide variety of symptoms including heart failure, exercise intolerance and fatigue due to the muscle weakness. The cause of the disease are mutations in the gene encoding for the mitochondrial transacylase Tafazzin (TAZ), which is important for remodeling of the phospholipid cardiolipin (CL). All mutations result in a pronounced decrease of the functional enzyme leading to an increase of monolysocardiolipin (MLCL), the precursor of mature CL, and a decrease in mature CL itself. CL is a hallmark phospholipid of mitochondrial membranes, highly enriched in the inner mitochondrial membrane (IMM). It is not only important for the formation of the cristae structures, but also for the function of different protein complexes associated with the mitochondrial membrane. Reduced levels of mature CL cause remodeling of the respiratory chain supercomplexes, impaired respiration, defects in the Krebs cycle and a loss of mitochondrial calcium uniporter (MCU) protein. The defective Ca2+ handling causes impaired redox homeostasis and energy metabolism resulting in cellular arrhythmias and defective electrical conduction. In an uncompensated situation, blunting mitochondrial Ca2+ uptake provokes increased mitochondrial emission of H2O2 during workload transitions, related to oxidation of NADPH, which is required to regenerate anti-oxidative enzymes. However, in the hearts and cardiac myocytes of mice with a global knock-down of the Taz gene (Taz-KD), no increase in mitochondrial ROS was observed, suggesting that other metabolic pathways may have compensated for reduced Krebs cycle activation.
The healthy heart produces most of its energy by consuming fatty acids. In this study, the fatty acid uptake into mitochondria and their further degradation was investigated, which showed a switch of the metabolism in general in the Taz-KD mouse model. In vivo studies revealed an increase of glucose uptake into the heart and decreased fatty acid uptake and oxidation. Disturbed energy conversion resulted in activation of retrograde signaling pathways, implicating overall changes in the cell metabolism. Upregulated integrated stress response (ISR) was confirmed by increased levels of the downstream target, i.e., the activating transcription factor 4 (ATF4). A Tafazzin knockout mouse embryonal fibroblast cell model (TazKO) was used to inhibit the ISR using siRNA transfection or pharmaceutical inhibition. This verified the central role of
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the ISR in regulating the metabolism in BTHS. Moreover, an increased metabolic flux into glutathione biosynthesis was observed, which supports redox homeostasis. In vivo PET-CT scans depicted elevated activity of the xCT system in the BTHS mouse heart, which transports essential amino acids for the biosynthesis of glutathione precursors. Furthermore, the stress induced signaling pathway also affected the glutamate metabolism, which fuels into the Krebs cycle via -ketoglutarate and therefore supports energy converting pathways. In summary, this thesis provides novel insights into the energy metabolism and redox homeostasis in Barth syndrome cardiomyopathy and its regulation by the integrated stress response, which plays a central role in the metabolic alterations. The aim of the thesis was to improve the understanding of these metabolic changes and to identify novel targets, which can provide new possibilities for therapeutic intervention in Barth syndrome.
Aims
It has been hypothesized that cardiac decompensation accompanying acute heart failure (AHF) episodes generates a pro-inflammatory environment boosting an adaptive immune response against myocardial antigens, thus contributing to progression of heart failure (HF) and poor prognosis. We assessed the prevalence of anti-myocardial autoantibodies (AMyA) as biomarkers reflecting adaptive immune responses in patients admitted to the hospital for AHF, followed the change in AMyA titres for 6 months after discharge, and evaluated their prognostic utility.
Methods and results
AMyA were determined in n = 47 patients, median age 71 (quartiles 60; 80) years, 23 (49%) female, and 24 (51%) with HF with preserved ejection fraction, from blood collected at baseline (time point of hospitalization) and at 6 month follow-up (visit F6). Patients were followed for 18 months (visit F18). The prevalence of AMyA increased from baseline (n = 21, 45%) to F6 (n = 36, 77%; P < 0.001). At F6, the prevalence of AMyA was higher in patients with HF with preserved ejection fraction (n = 21, 88%) compared with patients with reduced ejection fraction (n = 14, 61%; P = 0.036). During the subsequent 12 months after F6, that is up to F18, patients with newly developed AMyA at F6 had a higher risk for the combined endpoint of death or rehospitalization for HF (hazard ratio 4.79, 95% confidence interval 1.13–20.21; P = 0.033) compared with patients with persistent or without AMyA at F6.
Conclusions
Our results support the hypothesis that AHF may induce patterns of adaptive immune responses. More studies in larger populations and well-defined patient subgroups are needed to further clarify the role of the adaptive immune system in HF progression.
Arrhythmogenic cardiomyopathy (ACM) is an inherited heart muscle disease caused by heterozygous missense mutations within the gene encoding for the nuclear envelope protein transmembrane protein 43 (TMEM43). The disease is characterized by myocyte loss and fibro-fatty replacement, leading to life-threatening ventricular arrhythmias and sudden cardiac death. However, the role of TMEM43 in the pathogenesis of ACM remains poorly understood. In this study, we generated cardiomyocyte-restricted transgenic zebrafish lines that overexpress eGFP-linked full-length human wild-type (WT) TMEM43 and two genetic variants (c.1073C>T, p.S358L; c.332C>T, p.P111L) using the Tol2-system. Overexpression of WT and p.P111L-mutant TMEM43 was associated with transcriptional activation of the mTOR pathway and ribosome biogenesis, and resulted in enlarged hearts with cardiomyocyte hypertrophy. Intriguingly, mutant p.S358L TMEM43 was found to be unstable and partially redistributed into the cytoplasm in embryonic and adult hearts. Moreover, both TMEM43 variants displayed cardiac morphological defects at juvenile stages and ultrastructural changes within the myocardium, accompanied by dysregulated gene expression profiles in adulthood. Finally, CRISPR/Cas9 mutants demonstrated an age-dependent cardiac phenotype characterized by heart enlargement in adulthood. In conclusion, our findings suggest ultrastructural remodeling and transcriptomic alterations underlying the development of structural and functional cardiac defects in TMEM43-associated cardiomyopathy.
Hintergrund und Fragestellung
Die Entwöhnung von Beatmungsgeräten wird nicht immer auf der primär behandelnden Intensivstation abgeschlossen. Die Weiterverlegung in andere Behandlungseinrichtungen stellt einen sensiblen Abschnitt in der Behandlung und Rehabilitation des Weaningpatienten dar. Ziel der vorliegenden Studie war die Untersuchung des Überleitungsmanagements und des Interhospitaltransfers von Weaningpatienten unter besonderer Berücksichtigung der Dokumentationsqualität.
Methodik
Es erfolge eine retrospektive Datenanalyse eines Jahrs (2018) auf 2 Intensivstationen eines Universitätsklinikums. Eingeschlossen wurden alle beatmeten Patienten mit folgenden Tracerdiagnosen: COPD, Asthma, Polytrauma, Pneumonie, Sepsis, ARDS und Reanimation (Beatmung > 24 h).
Ergebnisse
Insgesamt konnten 750 Patienten in die Untersuchung eingeschlossen werden (Alter 64 [52, 8–76; Median, IQR]; 32 % weiblich). Davon waren 48 (6,4 %) Patienten zum Zeitpunkt der Verlegung nicht entwöhnt (v. a. Sepsis und ARDS). Die Routinedokumentation war bei den Abschnitten „Spontaneous Breathing Trial“, „Bewertung der Entwöhungsbereitschaft“ und „vermutete Entwöhnbarkeit“ ausreichend, um die Erfüllung der Parameter der S2k-Leitlinie „Prolongiertes Weaning“ adäquat zu beurteilen. Vorwiegend wurden diese Patienten mit Tracheostoma (76 %) in Rehabilitationskliniken (44 %) mittels spezialisierten Rettungsmitteln des arztbegleiteten Patiententransports verlegt (75 %).
Diskussion
Die Verlegung nicht entwöhnter Patienten nach initialem Intensivaufenthalt ist ein relevantes Thema für den Interhospitaltransfer. Die Routinedokumentation eines strukturierten Weaningprozesses ist in Kernelementen ausreichend, um den Weaningprozess lückenlos zu beschreiben. Dies ist für die Kontinuität in der Weiterbehandlung dieser Patienten von großer Bedeutung.
Background. Fast progression of the transaortic mean gradient (P-mean) is relevant for clinical decision making of valve replacement in patients with moderate and severe aortic stenosis (AS) patients. However, there is currently little knowledge regarding the determinants affecting progression of transvalvular gradient in AS patients. Methods. This monocentric retrospective study included consecutive patients presenting with at least two transthoracic echocardiography examinations covering a time interval of one year or more between April 2006 and February 2016 and diagnosed as moderate or severe aortic stenosis at the final echocardiographic examination. Laboratory parameters, medication, and prevalence of eight known cardiac comorbidities and risk factors (hypertension, diabetes, coronary heart disease, peripheral artery occlusive disease, cerebrovascular disease, renal dysfunction, body mass index >= 30 Kg/m(2), and history of smoking) were analyzed. Patients were divided into slow (P-mean < 5 mmHg/year) or fast (P-mean >= 5 mmHg/year) progression groups. Results. A total of 402 patients (mean age 78 +/- 9.4 years, 58% males) were included in the study. Mean follow-up duration was 3.4 +/- 1.9 years. The average number of cardiac comorbidities and risk factors was 3.1 +/- 1.6. Average number of cardiac comorbidities and risk factors was higher in patients in slow progression group than in fast progression group (3.3 +/- 1.5 vs 2.9 +/- 1.7; P = 0.036). Patients in slow progression group had more often coronary heart disease (49.2% vs 33.6%; P = 0.003) compared to patients in fast progression group. LDL-cholesterol values were lower in the slow progression group (100 +/- 32.6 mg/dl vs 110.8 +/- 36.6 mg/dl; P = 0.005). Conclusion. These findings suggest that disease progression of aortic valve stenosis is faster in patients with fewer cardiac comorbidities and risk factors, especially if they do not have coronary heart disease. Further prospective studies are warranted to investigate the outcome of patients with slow versus fast progression of transvalvular gradient with regards to comorbidities and risk factors.
Die arrhythmogene Kardiomyopathie (ACM) ist eine Herzmuskelerkrankung, die durch den fett- und bindegewebigen Umbau von Herzmuskelgewebe charakterisiert ist. Klinisch treten häufig ventrikuläre Herzrhythmusstörungen auf, teilweise bis hin zum plötzlichen Herztod. ACM ist eine genetisch bedingte Erkrankung, die durch Mutationen in desmosomalen Proteinen, wie Plakophilin-2 (PKP2) und Desmoglein-2 (DSG2), entsteht. Die molekularen Mechanismen sind nur teilweise verstanden und aktuell gibt es keine spezifischen Therapiemöglichkeiten.
Ziel der Arbeit war es, die therapeutische Wirkung eines DSG2-spezifischen Tandem-Peptids (TP) durch desmosomale Stabilisierung an humanen Kardiomyozyten (KM) in einem ACM-Modell zu untersuchen. KM wurden aus humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPS) einer PKP2-Knockout- (PKP2-KO), DSG2-Knockout- (DSG2-KO) und deren isogener Kontrollzelllinie differenziert. Zunächst wurden verschiedene Methoden der beschleunigten Zellreifung getestet. Dann wurden die PKP2- und DSG2-KO-KM anhand von intrazellulären Kalzium-Messungen und Arrhythmie-Analysen phänotypisch charakterisiert. Letztlich wurde die Wirkung des TPs, das an die DSG2 der geschwächten Zellbindungen von PKP2-KO-KM binden sollte, im Vergleich zu entsprechenden Kontrollen untersucht.
Die Ergebnisse zeigen, dass mit der Matrigel-Mattress-Kultivierung und einer Hormonbehandlung elektrisch stimulierbare hiPS-KM mit reifen Eigenschaften hergestellt werden konnten. Der Phänotyp der mutationstragenden PKP2-KO-KM und DSG2-KO-KM zeichnete sich durch erhöhte diastolische Kalzium-Konzentrationen und erniedrigte Kalzium-Amplituden sowie durch beschleunigte Kalzium-Kinetik im Sinne der Relaxationszeiten aus. Weiterhin war bei den PKP2-KO-KM die Häufigkeit der Arrhythmien erhöht, die unter beta-adrenerger Stimulation nachließen. Insgesamt konnte keine eindeutige Wirkung des TPs im ACM-Modell gezeigt werden. Das TP hatte nur auf die diastolischen Kalzium-Konzentrationen der PKP2-KO-KM einen therapeutischen Einfluss, allerdings auch auf DSG2-KO-KM, weshalb der Hinweis auf eine fehlende DSG2-Spezifität des TPs entstand.
Schlussfolgernd wurde bestätigt, dass sich reife hiPS-KM mit genetischen Veränderungen als Modell zur Untersuchung der Kalziumhomöostase und von Arrhythmien bei der ACM eignen. Sie können grundsätzlich zum Test von therapeutischen Anwendungen genutzt werden. Die Wirksamkeit und Spezifität des getesteten TPs sollte zukünftig weiter überprüft werden.
A deep integration of routine care and research remains challenging in many respects. We aimed to show the feasibility of an automated transformation and transfer process feeding deeply structured data with a high level of granularity collected for a clinical prospective cohort study from our hospital information system to the study's electronic data capture system, while accounting for study-specific data and visits. We developed a system integrating all necessary software and organizational processes then used in the study. The process and key system components are described together with descriptive statistics to show its feasibility in general and to identify individual challenges in particular. Data of 2051 patients enrolled between 2014 and 2020 was transferred. We were able to automate the transfer of approximately 11 million individual data values, representing 95% of all entered study data. These were recorded in n = 314 variables (28% of all variables), with some variables being used multiple times for follow-up visits. Our validation approach allowed for constant good data quality over the course of the study. In conclusion, the automated transfer of multi-dimensional routine medical data from HIS to study databases using specific study data and visit structures is complex, yet viable.
Purpose
Inhomogeneities of the static magnetic B\(_{0}\) field are a major limiting factor in cardiac MRI at ultrahigh field (≥ 7T), as they result in signal loss and image distortions. Different magnetic susceptibilities of the myocardium and surrounding tissue in combination with cardiac motion lead to strong spatio‐temporal B\(_{0}\)‐field inhomogeneities, and their homogenization (B0 shimming) is a prerequisite. Limitations of state‐of‐the‐art shimming are described, regional B\(_{0}\) variations are measured, and a methodology for spherical harmonics shimming of the B\(_{0}\) field within the human myocardium is proposed.
Methods
The spatial B\(_{0}\)‐field distribution in the heart was analyzed as well as temporal B\(_{0}\)‐field variations in the myocardium over the cardiac cycle. Different shim region‐of‐interest selections were compared, and hardware limitations of spherical harmonics B\(_{0}\) shimming were evaluated by calibration‐based B0‐field modeling. The role of third‐order spherical harmonics terms was analyzed as well as potential benefits from cardiac phase–specific shimming.
Results
The strongest B\(_{0}\)‐field inhomogeneities were observed in localized spots within the left‐ventricular and right‐ventricular myocardium and varied between systolic and diastolic cardiac phases. An anatomy‐driven shim region‐of‐interest selection allowed for improved B\(_{0}\)‐field homogeneity compared with a standard shim region‐of‐interest cuboid. Third‐order spherical harmonics terms were demonstrated to be beneficial for shimming of these myocardial B\(_{0}\)‐field inhomogeneities. Initial results from the in vivo implementation of a potential shim strategy were obtained. Simulated cardiac phase–specific shimming was performed, and a shim term‐by‐term analysis revealed periodic variations of required currents.
Conclusion
Challenges in state‐of‐the‐art B\(_{0}\) shimming of the human heart at 7 T were described. Cardiac phase–specific shimming strategies were found to be superior to vendor‐supplied shimming.
Functional magnetic resonance imaging (fMRI) has become a powerful and influential method to non-invasively study neuronal brain activity. For this purpose, the blood oxygenation level-dependent (BOLD) effect is most widely used. T2* weighted echo planar imaging (EPI) is BOLD sensitive and the prevailing fMRI acquisition technique. Here, we present an alternative to its standard Cartesian recordings, i.e. k-space density weighted EPI, which is expected to increase the signal-to-noise ratio in fMRI data. Based on in vitro and in vivo pilot measurements, we show that fMRI by k-space density weighted EPI is feasible and that this new acquisition technique in fact boosted spatial and temporal SNR as well as the detection of local fMRI activations. Spatial resolution, spatial response function and echo time were identical for density weighted and conventional Cartesian EPI. The signal-to-noise ratio gain of density weighting can improve activation detection and has the potential to further increase the sensitivity of fMRI investigations.
Religion and social support along with trait emotional intelligence (EI) help individuals to reduce stress caused by difficult situations. Their implications may vary across cultures in reference to predicting health-related quality of life (HRQoL). A convenience sample of N = 200 chronic heart failure (CHF) patients was recruited at cardiology centers in Germany (n = 100) and Pakistan (n = 100). Results indicated that trait-EI predicted better mental component of HRQoL in Pakistani and German CHF patients. Friends as social support appeared relevant for German patients only. Qualitative data indicate an internal locus of control in German as compared to Pakistani patients. Strengthening the beneficial role of social support in Pakistani patients is one example of how the current findings may inspire culture-specific treatment to empower patients dealing with the detrimental effects of CHF.
We aimed to investigate the image quality of the U-SPECT5/CT E-Class a micro single-photon emission computed tomography (SPECT) system with two large stationary detectors for visualization of rat hearts and bones using clinically available \(^{99m}\)Tc-labelled tracers. Sensitivity, spatial resolution, uniformity and contrast-to-noise ratio (CNR) of the small-animal SPECT scanner were investigated in phantom studies using an ultra-high-resolution rat and mouse multi-pinhole collimator (UHR-RM). Point source, hot-rod, and uniform phantoms with \(^{99m}\)Tc-solution were scanned for high-count performance assessment and count levels equal to animal scans, respectively. Reconstruction was performed using the similarity-regulated ordered-subsets expectation maximization (SROSEM) algorithm with Gaussian smoothing. Rats were injected with similar to 100 MBq [\(^{99m}\)TcTc-MIBI or similar to 150 MBq [\(^{99m}\)Tc]Tc-HMDP and received multi-frame micro-SPECT imaging after tracer distribution. Animal scans were reconstructed for three different acquisition times and post-processed with different sized Gaussian filters. Following reconstruction, CNR was calculated and image quality evaluated by three independent readers on a five-point scale from 1="very poor" to 5="very good". Point source sensitivity was 567 cps/MBq and radioactive rods as small as 1.2 mm were resolved with the UHR-RM collimator. Collimator-dependent uniformity was 55.5%. Phantom CNR improved with increasing rod size, filter size and activity concentration. Left ventricle and bone structures were successfully visualized in rat experiments. Image quality was strongly affected by the extent of post-filtering, whereas scan time did not have substantial influence on visual assessment. Good image quality was achieved for resolution range greater than 1.8 mm in bone and 2.8 mm in heart. The recently introduced small animal SPECT system with two stationary detectors and UHR-RM collimator is capable to provide excellent image quality in heart and bone scans in a rat using standardized reconstruction parameters and appropriate post-filtering. However, there are still challenges in achieving maximum system resolution in the sub-millimeter range with in vivo settings under limited injection dose and acquisition time.
Cardiovascular disease and the acute consequence of myocardial infarc- tion remain one of the most important causes of morbidity and mortality in all western societies. While much progress has been made in mitigating the acute, life-threatening ischemia caused by infarction, heart failure of the damaged my- ocardium remains prevalent. There is mounting evidence for the role of T cells in the healing process after myocardial infarction, but relevant autoantigens, which might trigger and regulate adaptive immune involvement have not been discov- ered in patients.
In this work, we discovered an autoantigenic epitope in the adrenergic receptor beta 1, which is highly expressed in the heart. This autoantigenic epitope causes a pro-inflammatory immune reaction in T cells isolated from pa- tients after myocardial infarction (MI) but not in control patients. This immune reaction was only observed in a subset of MI patients, which carry at least one allele of the HLA-DRB1*13 family. Interestingly, HLA-DRB1*13 was more com- monly expressed in patients in the MI group than in the control group.
Taken together, our data suggests antigen-specific priming of T cells in MI patients, which leads to a pro-inflammatory phenotype. The primed T cells react to a cardiac derived autoantigen ex vivo and are likely to exhibit a similar phenotype in vivo. This immune phenotype was only observed in a certain sub- set of patients sharing a common HLA-allele, which was more commonly ex- pressed in MI patients, suggesting a possible role as a risk factor for cardiovas- cular disease.
While our results are observational and do not have enough power to show strong clinical associations, our discoveries provide an essential tool to further our understanding of involvement of the immune system in cardiovascu- lar disease. We describe the first cardiac autoantigen in the clinical context of MI and provide an important basis for further translational and clinical research in cardiac autoimmunity.
Background
Troponin elevation is common in ischemic stroke (IS) patients. The pathomechanisms involved are incompletely understood and comprise coronary and non-coronary causes, e.g. autonomic dysfunction. We investigated determinants of troponin elevation in acute IS patients including markers of autonomic dysfunction, assessed by heart rate variability (HRV) time domain variables.
Methods
Data were collected within the Stroke Induced Cardiac FAILure (SICFAIL) cohort study. IS patients admitted to the Department of Neurology, Würzburg University Hospital, underwent baseline investigation including cardiac history, physical examination, echocardiography, and blood sampling. Four HRV time domain variables were calculated in patients undergoing electrocardiographic Holter monitoring. Multivariable logistic regression with corresponding odds ratios (OR) and 95% confidence intervals (CI) was used to investigate the determinants of high-sensitive troponin T (hs-TnT) levels ≥14 ng/L.
Results
We report results from 543 IS patients recruited between 01/2014–02/2017. Of those, 203 (37%) had hs-TnT ≥14 ng/L, which was independently associated with older age (OR per year 1.05; 95% CI 1.02–1.08), male sex (OR 2.65; 95% CI 1.54–4.58), decreasing estimated glomerular filtration rate (OR per 10 mL/min/1.73 m2 0.71; 95% CI 0.61–0.84), systolic dysfunction (OR 2.79; 95% CI 1.22–6.37), diastolic dysfunction (OR 2.29; 95% CI 1.29–4.02), atrial fibrillation (OR 2.30; 95% CI 1.25–4.23), and increasing levels of C-reactive protein (OR 1.48 per log unit; 95% CI 1.22–1.79). We did not identify an independent association of troponin elevation with the investigated HRV variables.
Conclusion
Cardiac dysfunction and elevated C-reactive protein, but not a reduced HRV as surrogate of autonomic dysfunction, were associated with increased hs-TnT levels in IS patients independent of established cardiovascular risk factors.
Background Data on cardiovascular diseases (CVD) and cognitive decline are conflicting. Our objective was to investigate if CVD is associated with an increased risk for cognitive decline and to examine whether hypertension, diabetes, or adiposity modify the effect of CVD on cognitive functioning.
Methods and Results: Prospective follow‐up of 6455 cognitively intact, postmenopausal women aged 65 to 79 years old enrolled in the Women's Health Initiative Memory Study (WHIMS). CVD was determined by self‐report. For cognitive decline, we assessed the incidence of mild cognitive impairment (MCI) or probable dementia (PD) via modified mini‐mental state examination (3 MS) score, neurocognitive, and neuropsychiatric examinations. The median follow‐up was 8.4 years. Women with CVD tended to be at increased risk for cognitive decline compared with those free of CVD (hazard ratio [HR], 1.29; 95% CI: 1.00, 1.67). Women with myocardial infarction or other vascular disease were at highest risk (HR, 2.10; 95% CI: 1.40, 3.15 or HR, 1.97; 95% CI: 1.34, 2.87). Angina pectoris was moderately associated with cognitive decline (HR 1.45; 95% CI: 1.05, 2.01) whereas no significant relationships were found for atrial fibrillation or heart failure. Hypertension and diabetes increased the risk for cognitive decline in women without CVD. Diabetes tended to elevate the risk for MCI/PD in women with CVD. No significant trend was seen for adiposity.
Conclusions: CVD is associated with cognitive decline in elderly postmenopausal women. Hypertension and diabetes, but not adiposity, are associated with a higher risk for cognitive decline. More research is warranted on the potential of CVD prevention for preserving cognitive functioning.
Vibrational spectroscopy can detect characteristic biomolecular signatures and thus has the potential to support diagnostics. Fabry disease (FD) is a lipid disorder disease that leads to accumulations of globotriaosylceramide in different organs, including the heart, which is particularly critical for the patient’s prognosis. Effective treatment options are available if initiated at early disease stages, but many patients are late- or under-diagnosed. Since Coherent anti-Stokes Raman (CARS) imaging has a high sensitivity for lipid/protein shifts, we applied CARS as a diagnostic tool to assess cardiac FD manifestation in an FD mouse model. CARS measurements combined with multivariate data analysis, including image preprocessing followed by image clustering and data-driven modeling, allowed for differentiation between FD and control groups. Indeed, CARS identified shifts of lipid/protein content between the two groups in cardiac tissue visually and by subsequent automated bioinformatic discrimination with a mean sensitivity of 90–96%. Of note, this genotype differentiation was successful at a very early time point during disease development when only kidneys are visibly affected by globotriaosylceramide depositions. Altogether, the sensitivity of CARS combined with multivariate analysis allows reliable diagnostic support of early FD organ manifestation and may thus improve diagnosis, prognosis, and possibly therapeutic monitoring of FD.
Acute and chronic cardiac disorders predispose to alterations in cognitive performance, ranging from mild cognitive impairment to overt dementia. Although this association is well-established, the factors inducing and accelerating cognitive decline beyond ageing and the intricate causal pathways and multilateral interdependencies involved remain poorly understood. Dysregulated and persistent inflammatory processes have been implicated as potentially causal mediators of the adverse consequences on brain function in patients with cardiac disease. Recent advances in positron emission tomography disclosed an enhanced level of neuroinflammation of cortical and subcortical brain regions as an important correlate of altered cognition in these patients. In preclinical and clinical investigations, the thereby involved domains and cell types of the brain are gradually better characterized. Microglia, resident myeloid cells of the central nervous system, appear to be of particular importance, as they are extremely sensitive to even subtle pathological alterations affecting their complex interplay with neighboring astrocytes, oligodendrocytes, infiltrating myeloid cells, and lymphocytes. Here, we review the current evidence linking cognitive impairment and chronic neuroinflammation in patients with various selected cardiac disorders including the aspect of chronic neuroinflammation as a potentially druggable target.
Background
Right ventricular dysfunction after CABG is associated with poor peri- and postoperative outcomes. We aimed to identify clinical and experimental predictors for preoperative inapparent right ventricular dysfunction and therefore hypothesized that reduced myofilament force development as well as altered levels of biomarkers might predict inapparent right ventricular dysfunction.
Methods
From 08/2016 to 02/2018, 218 patients scheduled for CABG were divided into two groups (TAPSE ≥ 20 mm, n = 178; TAPSE < 20 mm, n = 40). Baseline serum samples for biomarkers (Galectin, TGFß1, N Acyl-SDMA, Arginine, ADMA and Pentraxin-3), clinical laboratory and transthoracic echocardiographic parameters were evaluated. To examine the myocardial apparatus of the right ventricle intraoperative right auricular tissue was harvested for stepwise skinned fiber force measurements.
Results
Patients with TAPSE < 20 mm had a higher incidence of DM (55 vs. 34%, p = 0.018), preoperative AFib (43 vs. 16%, p < 0.001), reduced GFR (67 ± 18 vs. 77 ± 24 ml/min/1.73 m\(^2\), p = 0.013), larger LA area (22 ± 6 vs. 20 ± 5 cm\(^2\), p = 0.005) and reduced LVEF (50 vs. 55%, p = 0.008). Furthermore, higher serum ADMA (0.70 ± 0.13 vs. 0.65 ± 0.15 µmol/l, p = 0.046) and higher serum Pentraxin-3 levels (3371 ± 1068 vs. 2681 ± 1353 pg/dl, p = 0.004) were observed in these patients. Skinned fiber force measurements showed significant lower values at almost every step of calcium concentration (pCa 4.52 to pCa 5.5, p < 0.01 and pCa 5.75–6.0, p < 0.05). Multivariable analysis revealed DM (OR 2.53, CI 1.12–5.73, Euro Score II (OR 1.34, CI 1.02–1.78), preoperative AF (OR 4.86, CI 2.06–11.47), GFR (OR 7.72, CI 1.87–31.96), albumin (OR 1.56, CI 0.52–2.60), Pentraxin-3 (OR 19.68, CI 14.13–25.24), depressed LVEF (OR 8.61, CI 6.37–10.86), lower force values: (pCa 5.4; OR 2.34, CI 0.40–4.29 and pCa 5.2; OR 2.00, CI 0.39–3.60) as predictors for clinical inapparent right heart dysfunction.
Conclusions
These preliminary data showed that inapparent right heart dysfunction in CAD is already associated with reduced force development of the contractile apparatus.
Aims Acute myocardial infarction (MI) is the major cause of chronic heart failure. The activity of blood coagulation factor XIII (FXIIIa) plays an important role in rodents as a healing factor after MI, whereas its role in healing and remodelling processes in humans remains unclear. We prospectively evaluated the relevance of FXIIIa after acute MI as a potential early prognostic marker for adequate healing.
Methods and results This monocentric prospective cohort study investigated cardiac remodelling in patients with ST-elevation MI and followed them up for 1 year. Serum FXIIIa was serially assessed during the first 9 days after MI and after 2, 6, and 12 months. Cardiac magnetic resonance imaging was performed within 4 days after MI (Scan 1), after 7 to 9 days (Scan 2), and after 12 months (Scan 3). The FXIII valine-to-leucine (V34L) single-nucleotide polymorphism rs5985 was genotyped. One hundred forty-six patients were investigated (mean age 58 ± 11 years, 13% women). Median FXIIIa was 118 % (quartiles, 102–132%) and dropped to a trough on the second day after MI: 109%(98–109%; P < 0.001). FXIIIa recovered slowly over time, reaching the baseline level after 2 to 6 months and surpassed baseline levels only after 12 months: 124 % (110–142%). The development of FXIIIa after MI was independent of the genotype. FXIIIa on Day 2 was strongly and inversely associated with the relative size of MI in Scan 1 (Spearman’s ρ = –0.31; P = 0.01) and Scan 3 (ρ = –0.39; P < 0.01) and positively associated with left ventricular ejection fraction: ρ = 0.32 (P < 0.01) and ρ = 0.24 (P = 0.04), respectively.
Conclusions FXIII activity after MI is highly dynamic, exhibiting a significant decline in the early healing period, with reconstitution 6 months later. Depressed FXIIIa early after MI predicted a greater size of MI and lower left ventricular ejection fraction after 1 year. The clinical relevance of these findings awaits to be tested in a randomized trial.
Arrhythmogenic cardiomyopathy (ACM) is characterized by fibro-fatty replacement of the myocardium, heart failure and life-threatening ventricular arrhythmias. Causal mutations were identified in genes encoding for proteins of the desmosomes, predominantly plakophilin-2 (PKP2) and desmoglein-2 (DSG2). We generated gene-edited knock-out iPSC lines for PKP2 (JMUi001-A-2) and DSG2 (JMUi001-A-3) using the CRISPR/Cas9 system in a healthy control iPSC background (JMUi001A). Stem cell-like morphology, robust expression of pluripotency markers, embryoid body formation and normal karyotypes confirmed the generation of high quality iPSCs to provide a novel isogenic human in vitro model system mimicking ACM when differentiated into cardiomyocytes.
In recent years, a paradigm shift from single-photon-emitting radionuclide radiotracers toward positron-emission tomography (PET) radiotracers has occurred in nuclear oncology. Although PET-based molecular imaging of the kidneys is still in its infancy, such a trend has emerged in the field of functional renal radionuclide imaging. Potentially allowing for precise and thorough evaluation of renal radiotracer urodynamics, PET radionuclide imaging has numerous advantages including precise anatomical co-registration with CT images and dynamic three-dimensional imaging capability. In addition, relative to scintigraphic approaches, PET can allow for significantly reduced scan time enabling high-throughput in a busy PET practice and further reduces radiation exposure, which may have a clinical impact in pediatric populations. In recent years, multiple renal PET radiotracers labeled with C-11, Ga-68, and F-18 have been utilized in clinical studies. Beyond providing a precise non-invasive read-out of renal function, such radiotracers may also be used to assess renal inflammation. This manuscript will provide an overview of renal molecular PET imaging and will highlight the transformation of conventional scintigraphy of the kidneys toward novel, high-resolution PET imaging for assessing renal function. In addition, future applications will be introduced, e.g. by transferring the concept of molecular image-guided diagnostics and therapy (theranostics) to the field of nephrology.
We aimed to elucidate the diagnostic potential of the C-X-C motif chemokine receptor 4 (CXCR4)-directed positron emission tomography (PET) tracer \(^{68}\)Ga-Pentixafor in patients with poorly differentiated neuroendocrine carcinomas (NEC), relative to the established reference standard \(^{18}\)F-FDG PET/computed tomography (CT). In our database, we retrospectively identified 11 treatment-naïve patients with histologically proven NEC, who underwent \(^{18}\)F-FDG and CXCR4-directed PET/CT for staging and therapy planning. The images were analyzed on a per-patient and per-lesion basis and compared to immunohistochemical staining (IHC) of CXCR4 from PET-guided biopsies. \(^{68}\)Ga-Pentixafor visualized tumor lesions in 10/11 subjects, while \(^{18}\)F-FDG revealed sites of disease in all 11 patients. Although weak to moderate CXCR4 expression could be corroborated by IHC in 10/11 cases, \(^{18}\)F-FDG PET/CT detected significantly more tumor lesions (102 vs. 42; total lesions, n = 107; p < 0.001). Semi-quantitative analysis revealed markedly higher 18F-FDG uptake as compared to \(^{68}\)Ga-Pentixafor (maximum and mean standardized uptake values (SUV) and tumor-to-background ratios (TBR) of cancerous lesions, SUVmax: 12.8 ± 9.8 vs. 5.2 ± 3.7; SUVmean: 7.4 ± 5.4 vs. 3.1 ± 3.2, p < 0.001; and, TBR 7.2 ± 7.9 vs. 3.4 ± 3.0, p < 0.001). Non-invasive imaging of CXCR4 expression in NEC is inferior to the reference standard \(^{18}\)F-FDG PET/CT.
Purpose
Artificial neural networks show promising performance in automatic segmentation of cardiac MRI. However, training requires large amounts of annotated data and generalization to different vendors, field strengths, sequence parameters, and pathologies is limited. Transfer learning addresses this challenge, but specific recommendations regarding type and amount of data required is lacking. In this study, we assess data requirements for transfer learning to experimental cardiac MRI at 7T where the segmentation task can be challenging. In addition, we provide guidelines, tools, and annotated data to enable transfer learning approaches by other researchers and clinicians.
Methods
A publicly available segmentation model was used to annotate a publicly available data set. This labeled data set was subsequently used to train a neural network for segmentation of left ventricle and myocardium in cardiac cine MRI. The network is used as starting point for transfer learning to 7T cine data of healthy volunteers (n = 22; 7873 images) by updating the pre-trained weights. Structured and random data subsets of different sizes were used to systematically assess data requirements for successful transfer learning.
Results
Inconsistencies in the publically available data set were corrected, labels created, and a neural network trained. On 7T cardiac cine images the model pre-trained on public imaging data, acquired at 1.5T and 3T, achieved DICE\(_{LV}\) = 0.835 and DICE\(_{MY}\) = 0.670. Transfer learning using 7T cine data and ImageNet weight initialization improved model performance to DICE\(_{LV}\) = 0.900 and DICE\(_{MY}\) = 0.791. Using only end-systolic and end-diastolic images reduced training data by 90%, with no negative impact on segmentation performance (DICE\(_{LV}\) = 0.908, DICE\(_{MY}\) = 0.805).
Conclusions
This work demonstrates and quantifies the benefits of transfer learning for cardiac cine image segmentation. We provide practical guidelines for researchers planning transfer learning projects in cardiac MRI and make data, models, and code publicly available.
Bei 5555 Patienten des Würzburger Zentrums für operative Medizin wurden Sterberisiken und assoziierte Faktoren nach Bypass- oder Aortenklappen-OP beschrieben. Eine Risikovorhersage war frühzeitig, sogar tageweise möglich, und nicht (wie bisher) mit Blick auf den 30. postoperativen Tag. Das stärkste Risiko ist ein fehlender Entlassungs-Sinusrhythmus, gefolgt von einer schweren präoperativen Einschränkung (ASA) und einem erhöhten Kreatinin, gefolgt vom kardiogenen anamnestischen Schock, vom zerebrovaskulären Ereignis, der Notwendigkeit von Frischplasma, von einer respiratorischen Insuffizienz, aber auch der Notwendigkeit mechanischer Kreislaufunterstützung. Hochprädiktiv war auch ein kürzlich stattgefundener Myokardinfarkt und eine Angina Pectoris in Ruhe. Liegen bis 4 dieser Ereignisse vor, so zeigt sich das Mortalitätsrisiko als statistisch normal (Verlauf der Grundgesamtheit): Es steigt je Woche nach OP um etwa 1% auf rund 5% nach 4 Wochen an. Bestehen 5 oder 6 Risiken, so erhöht sich das Sterberisiko deutlich: Es steigt um +10% je weitere Woche an und erreicht etwa 40% in der 4. postoperativen Woche. Ab 7 oder mehr erfüllte Risiken nimmt das Sterberisiko drastisch zu. Es erhöht sich um +20% je weitere Woche und kumuliert nach 3 Wochen auf rund 70%. Festzuhalten ist: Bis 4 Risiken ergibt sich je weitere Woche +1% Mortalitätsrisiko, ab 5 Risikofaktoren +10%, ab 7 und mehr Risikofaktoren finden sich je Woche nach der OP ein um +20% erhöhtes Sterberisiko. Diese Erkenntnisse wurden verwendet, um einen Risikoscore zu konstruieren. Die Einzelrisiken werden summiert, d.h. man betrachtet das Risiko als erfüllt oder nicht, und zählt. Das tageweise Risiko ist graphisch ablesbar und ist für die klinische Routine verwendbar, für Studien (Risikostratifizierung) oder für das präoperative Aufklärungsgespräch. Neu ist, dass dieser Score im klinischen Verlauf angepaßt werden kann, wenn neue Risikofaktoren auftreten hinzukommen oder Faktoren therapiebedingt wegfallen.
Objective: This clinical practice guideline addresses the diagnosis and treatment of primary adrenal insufficiency. Participants: The Task Force included a chair, selected by The Clinical Guidelines Subcommittee of the Endocrine Society, eight additional clinicians experienced with the disease, a methodologist, and a medical writer. The co-sponsoring associations (European Society of Endocrinology and the American Association for Clinical Chemistry) had participating members. The Task Force received no corporate funding or remuneration in connection with this review. Evidence: This evidence-based guideline was developed using the Grading of Recommendations, Assessment, Development, and Evaluation (GRADE) system to determine the strength of recommendations and the quality of evidence.
Consensus Process: The evidence used to formulate recommendations was derived from two commissioned systematic reviews as well as other published systematic reviews and studies identified by the Task Force. The guideline was reviewed and approved sequentially by the Endocrine Society's Clinical Guidelines Subcommittee and Clinical Affairs Core Committee, members responding to a web posting, and the Endocrine Society Council. At each stage, the Task Force incorporated changes in response to written comments.
Conclusions: We recommend diagnostic tests for the exclusion of primary adrenal insufficiency in all patients with indicative clinical symptoms or signs. In particular, we suggest a low diagnostic (and therapeutic) threshold in acutely ill patients, as well as in patients with predisposing factors. This is also recommended for pregnant women with unexplained persistent nausea, fatigue, and hypotension. We recommend a short corticotropin test (250 mu g) as the "gold standard" diagnostic tool to establish the diagnosis. If a short corticotropin test is not possible in the first instance, we recommend an initial screening procedure comprising the measurement of morning plasma ACTH and cortisol levels. Diagnosis of the underlying cause should include a validated assay of autoantibodies against 21-hydroxylase. In autoantibody-negative individuals, other causes should be sought. We recommend once-daily fludrocortisone (median, 0.1 mg) and hydrocortisone (15-25 mg/d) or cortisone acetate replacement (20-35 mg/d) applied in two to three daily doses in adults. In children, hydrocortisone (similar to 8 mg/m\(^2\)/d) is recommended. Patients should be educated about stress dosing and equipped with a steroid card and glucocorticoid preparation for parenteral emergency administration. Follow-up should aim at monitoring appropriate dosing of corticosteroids and associated autoimmune diseases, particularly autoimmune thyroid disease.
In der vorliegenden Arbeit wurden 16 Parameter analysiert, die im Rahmen der Herzinsuffizienzdiagnostik eine wichtige Rolle spielen. Alle Bioproben waren an den KNHI-Standorten Würzburg und Göttingen gewonnen worden. Ein Teil der so gewonnenen Biomaterialien wurde lokal analysiert und bei -80°C eingelagert (Erstmessung oder Basismessung), ein Teil wurde nach Berlin versandt und dort unter standardisierten Bedingungen in der KNHI-Biobank bei -80°C eingelagert. Nach 6-8 Jahren wurden gezielt Samples aus der KNHI-Biobank angefordert, nach Würzburg versandt, aufgetaut, und zum zweiten Mal gemessen (Nachmessung).
Die Messergebnisse aus Pärchen von Serum- und EDTA-Proben aus den lokalen und zentral gelagerten Bioproben wurden verglichen (insgesamt somit 4 Gruppen) und statistisch analysiert (Korrelation, Bestimmtheitsmaß R², Streudiagramme, Bland-Altman-Analysen, Regression, 95%-Übereinstimmungsintervalle, Confounderanalyse). Je nach Parameter wurden zwischen 103 und 322 Probenpaare in die Analyse eingeschlossen.
Es konnte gezeigt werden, dass die Lagerung von Biomaterial bei -80°C sinnvoll ist, um in der Zukunft eine genügende Zahl an Patientenwerten für Studien und Analysen bezüglich des Krankheitsbilds Herzinsuffizienz zur Verfügung zu haben. Die Qualität gerade der prognostisch wichtigen Marker hsCRP und NT-proBNP ist als sehr gut zu bewerten, was es dem KNHI ermöglichen dürfte, fast alle eingelagerten Proben zu nutzen. Es wurden verschiedene Akzeptanzbereiche definiert, die sich bei allen Parametern mit Ausnahme von Natrium und Kalium aus den 95%-Übereinstimmungsintervallen der durchgeführten Bland-Altman-Analysen bilden.
Kationenkanäle der Canonical Transient Receptor (TRPC)-Familie spielen eine wichtige Rolle in der pathologischen Herzhypertrophie. Neben anderen Isoformen besitzt TRPC4 die Potenz, den strukturellen und funktionellen Umbau des Herzens im Rahmen der pathologischen Hypertrophie über Ca2+-Transienten zu bestärken. TRPC4-Kanäle sind nicht-selektive Kationenkanäle, die für Na+ und Ca2+ durchlässig sind. Sie setzen sich in der Plasmamembran zu Homo- oder Heterotetrameren zusammen. Die TRPC4-Kanalaktivität wird durch die Stimulation von Gq-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCR) reguliert und führt zu einem Ca2+-Einstrom, der für die Aktivierung von Calcineurin und des nuclear factor of activated T-cells (NFAT) notwendig ist. Eine weitere Aktivierungsform lässt sich über die Entleerung von intrazellulären Ca2+-Speichern (SOCE) aus dem Sarkoplasmatischen Retikulum (SR) nachweisen. Die funktionelle Wirkung des TRPC4 ist von der Expression der beiden Splice-Varianten TRPC4α und TRPC4β abhängig.
Um diese funktionelle Abhängigkeit der Splice-Variante C4β genauer zu charakterisieren, wurden in der vorliegenden Studie zytosolische Ca2+-Signale und deren Aktivierungsmechanismen analysiert. Für die Untersuchungen wurden neonatale Rattenkardiomyozyten (NRC) verwendet, die mit adenoviralen Vektoren infiziert wurden und TRPC4beta (Ad-TRPC4β), TRPC4alpha (Ad-TRPC4α) und beta-Galaktosidase (Ad-ßgal) als Kontrolle exprimierten. Es erfolgte eine Auswertung der Ca2+-Transienten, in der gezeigt werden konnte, dass TRPC4β den Ca2+-Einstrom in schlagenden Kardiomyozyten beeinflusst. Dies machte sich in einer erhöhten Ca2+-Amplitude unter basalen Bedingungen bemerkbar. Ebenfalls konnte deutlich gemacht werden, dass eine Ca2+-Entleerung des SR TRPC4β als sogenannten SOC (speicher-regulierten Kanal, store-operated channel) aktiviert. Außerdem reagierten TRPC4β-infizierte NRCs mit einem gesteigerten Ca2+-Maximalspitzenwert (peak) unter Stimulation mit dem GPCR-Agonisten Angiotensin II. Die Amplitude der Ca2+-Transienten bei Überexpression von Ad-TRPC4β war im Vergleich zur Ad-ßgal-Kontrollgruppe deutlich gesteigert. Darüber hinaus war der Abfall der Ca2+-Transienten der TRPC4β-exprimierenden Zellen beschleunigt. Dies lässt einen kompensatorischen Mechanismus vermuten, mit dem Ziel, einer Ca2+-Überladung der Zelle durch den TRPC4β-induzierten Ca2+-Einstrom entgegenzuwirken. In zusätzlichen Experimenten zeigte sich TRPC4β ebenfalls deutlich sensitiver gegenüber der Angiotensin II-Stimulation als TRPC4α. Weiterführende Untersuchungen ließen erkennen, dass TRPC4β, im Gegensatz zu anderen TRPC-Isoformen, keinen pro-hypertrophen, sondern vielmehr einen pro-apoptotischen Einfluss auf Kardiomyozyten ausübt.
Zusammenfassend zeigt die vorliegende Studie, dass eine erhöhte Aktivität der Splice-Variante TRPC4β mit kritischen Veränderungen zytosolischer Ca2+-Signale verbunden ist und somit ein entscheidender Faktor für die Entstehung und Progression kardialer Pathologien sein könnte.
Kationenkanäle der Canonical Transient Receptor (TRPC)-Familie spielen eine wichtige Rolle in der pathologischen Herzhypertrophie. Neben anderen Isoformen besitzt TRPC4 die Potenz, den strukturellen und funktionellen Umbau des Herzens im Rahmen der pathologischen Hypertrophie über Ca2+-Transienten zu bestärken. TRPC4-Kanäle sind nicht-selektive Kationenkanäle, die für Na+ und Ca2+ durchlässig sind. Sie setzen sich in der Plasmamembran zu Homo- oder Heterotetrameren zusammen. Die TRPC4-Kanalaktivität wird durch die Stimulation von Gq-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCR) reguliert und führt zu einem Ca2+-Einstrom, der für die Aktivierung von Calcineurin und des nuclear factor of activated T-cells (NFAT) notwendig ist. Eine weitere Aktivierungsform lässt sich über die Entleerung von intrazellulären Ca2+-Speichern (SOCE) aus dem Sarkoplasmatischen Retikulum (SR) nachweisen. Die funktionelle Wirkung des TRPC4 ist von der Expression der beiden Splice-Varianten TRPC4α und TRPC4β abhängig.
Um diese funktionelle Abhängigkeit der Splice-Variante C4β genauer zu charakterisieren, wurden in der vorliegenden Studie zytosolische Ca2+-Signale und deren Aktivierungsmechanismen analysiert. Für die Untersuchungen wurden neonatale Rattenkardiomyozyten (NRC) verwendet, die mit adenoviralen Vektoren infiziert wurden und TRPC4beta (Ad-TRPC4β), TRPC4alpha (Ad-TRPC4α) und beta-Galaktosidase (Ad-ßgal) als Kontrolle exprimierten. Es erfolgte eine Auswertung der Ca2+-Transienten, in der gezeigt werden konnte, dass TRPC4β den Ca2+-Einstrom in schlagenden Kardiomyozyten beeinflusst. Dies machte sich in einer erhöhten Ca2+-Amplitude unter basalen Bedingungen bemerkbar. Ebenfalls konnte deutlich gemacht werden, dass eine Ca2+-Entleerung des SR TRPC4β als sogenannten SOC (speicher-regulierten Kanal, store-operated channel) aktiviert. Außerdem reagierten TRPC4β-infizierte NRCs mit einem gesteigerten Ca2+-Maximalspitzenwert (peak) unter Stimulation mit dem GPCR-Agonisten Angiotensin II. Die Amplitude der Ca2+-Transienten bei Überexpression von Ad-TRPC4β war im Vergleich zur Ad-ßgal-Kontrollgruppe deutlich gesteigert. Darüber hinaus war der Abfall der Ca2+-Transienten der TRPC4β-exprimierenden Zellen beschleunigt. Dies lässt einen kompensatorischen Mechanismus vermuten, mit dem Ziel, einer Ca2+-Überladung der Zelle durch den TRPC4β-induzierten Ca2+-Einstrom entgegenzuwirken. In zusätzlichen Experimenten zeigte sich TRPC4β ebenfalls deutlich sensitiver gegenüber der Angiotensin II-Stimulation als TRPC4α. Weiterführende Untersuchungen ließen erkennen, dass TRPC4β, im Gegensatz zu anderen TRPC-Isoformen, keinen pro-hypertrophen, sondern vielmehr einen pro-apoptotischen Einfluss auf Kardiomyozyten ausübt.
Zusammenfassend zeigt die vorliegende Studie, dass eine erhöhte Aktivität der Splice-Variante TRPC4β mit kritischen Veränderungen zytosolischer Ca2+-Signale verbunden ist und somit ein entscheidender Faktor für die Entstehung und Progression kardialer Pathologien sein könnte.
Die Na+ /K+ -ATPase (NKA) ist maßgeblich an der Regulation der kardialen Na+ -Homöostase beteilligt. Im Myokard werden hauptsächlich zwei Isoformen exprimiert: die α1 (NKA-α1) und die α2-Isoform (NKA-α2). Diese beiden Isoformen unterscheiden sich sowohl in ihrer Lokalisation als auch in ihrer zellulären Funktion. So ist die NKA-α1 recht homogen entlang des Sarkolemms zu finden und ist verantwortlich für die Regulation der globalen intrazellulären Na+ -Konzentration ([Na+ ]i). Die NKA-α2 hingegen konzentriert sich hauptsächlich in den T-Tubuli und beeinflusst über Veränderung der lokalen [Na+ ]i die Ca2+ -Transienten und die Kontraktilität. Im Rahmen einer Herzinsuffizienz wurde eine verminderte Expression und Aktivität der NKA beobachtet. Gleichzeitig werden Inhibitoren der NKA, sogenannte Digitalisglykoside, in fortgeschrittenen Herzinsuffizienz-Stadien eingesetzt. Die Studienlage über den Einsatz dieser Therapeutika ist recht uneinheitlich und reicht von einer verringerten Hospitalisierung bis hin zu einer erhöhten Mortalität. Ziel dieser Arbeit war es die Folgen einer NKA-α2 Aktivierung während einer Herzinsuffizienz mit Hilfe eines murinen Überexpressionsmodells zu analysieren. 11-Wochen alte Mäuse mit einer kardialen NKA-α2 Überexpression (NKA-α2) und Wildtyp (WT) Versuchstiere wurden einem 8-wöchigen Myokardinfarkt (MI) unterzogen. NKA-α2 Versuchstiere waren vor einem pathologischem Remodeling und einer kardialen Dysfunktion geschützt. NKA-α2 Kardiomyozyten zeigten eine erhöhte Na+ /Ca2+ -Austauscher (NCX) Aktivität, die zu niedrigeren diastolischen und systolischen Ca2+ -Spiegeln führte und einer Ca2+ -Desensitisierung der Myofibrillen entgegenwirkte. WT Versuchstiere zeigten nach chronischem MI eine sarkoplasmatische Ca2+ -Akkumulation, die in NKA-α2 Kardiomyozyten ausblieb. Gleichzeitig konnte in der NKA-α2 MI Kohorte im Vergleich zu den WT MI Versuchstieren eine erhöhte Expression von β1-adrenergen Rezeptoren (β1AR) beobachtet werden, die eine verbesserte Ansprechbarkeit gegenüber β-adrenergen Stimuli bewirkte. Zudem konnte in unbehandelten Versuchstieren eine Interaktion zwischen NKA-α2 und dem β1AR nachgewiesen werden, welche in der WT Kohorte größer ausfiel als in der NKA-α2 Versuchsgruppe. Gleichzeitig zeigten unbehandelte NKA-α2 Kardiomyozyten eine erhöhte Sensitivität gegenüber β-adrenerger Stimulation auf, welche nicht mit einer erhöhten Arrhythmie-Neigung oder vermehrten Bildung reaktiver Sauerstoffspezies einherging. Diese Untersuchungen zeigen, dass eine NKA-α2 Überexpression vor pathologischem Remodeling und einer kardialen Funktionbeeinträchtigung schützt, indem eine systolische, diastolische und sarkoplasmatische Ca2+ -Akkumulation verhindert wird. Gleichzeitig wird die β1AR Expression stabilisert, wodurch es zu einer verminderten neurohumoralen Aktivierung und einer Durchbrechung des Circulus vitiosus kommen könnte. Insgesamt scheint eine Aktivierung der NKA-α2 durchaus ein vielversprechendes Target in der Herzinsuffizienz Therapie darzustellen.
Therapie darzustellen.
Background
Prospective data examining the relationship between dietary protein intake and incident coronary heart disease (CHD) are inconclusive. Most evidence is derived from homogenous populations such as health professionals. Large community-based analyses in more diverse samples are lacking.
Methods
We studied the association of protein type and major dietary protein sources and risk for incident CHD in 12,066 middle-aged adults (aged 45–64 at baseline, 1987–1989) from four U.S. communities enrolled in the Atherosclerosis Risk in Communities (ARIC) Study who were free of diabetes mellitus and cardiovascular disease at baseline. Dietary protein intake was assessed at baseline and after 6 years of follow-up by food frequency questionnaire. Our primary outcome was adjudicated coronary heart disease events or deaths with following up through December 31, 2010. Cox proportional hazard models with multivariable adjustment were used for statistical analyses.
Results
During a median follow-up of 22 years, there were 1,147 CHD events. In multivariable analyses total, animal and vegetable protein were not associated with an increased risk for CHD before or after adjustment. In food group analyses of major dietary protein sources, protein intake from red and processed meat, dairy products, fish, nuts, eggs, and legumes were not significantly associated with CHD risk. The hazard ratios [with 95% confidence intervals] for risk of CHD across quintiles of protein from poultry were 1.00 [ref], 0.83 [0.70–0.99], 0.93 [0.75–1.15], 0.88 [0.73–1.06], 0.79 [0.64–0.98], P for trend = 0.16). Replacement analyses evaluating the association of substituting one source of dietary protein for another or of decreasing protein intake at the expense of carbohydrates or total fats did not show any statistically significant association with CHD risk.
Conclusion
Based on a large community cohort we found no overall relationship between protein type and major dietary protein sources and risk for CHD.
Psychosocial factors affect mental health and health-related quality of life (HRQL) in a complex manner, yet gender differences in these interactions remain poorly understood. We investigated whether psychosocial factors such as social support and personal and work-related concerns impact mental health and HRQL differentially in women and men during the first year of the COVID-19 pandemic. Between June and October 2020, the first part of a COVID-19-specific program was conducted within the “Characteristics and Course of Heart Failure Stages A-B and Determinants of Progression (STAAB)” cohort study, a representative age- and gender-stratified sample of the general population of Würzburg, Germany. Using psychometric networks, we first established the complex relations between personal social support, personal and work-related concerns, and their interactions with anxiety, depression, and HRQL. Second, we tested for gender differences by comparing expected influence, edge weight differences, and stability of the networks. The network comparison revealed a significant difference in the overall network structure. The male (N = 1370) but not the female network (N = 1520) showed a positive link between work-related concern and anxiety. In both networks, anxiety was the most central variable. These findings provide further evidence that the complex interplay of psychosocial factors with mental health and HRQL decisively depends on gender. Our results are relevant for the development of gender-specific interventions to increase resilience in times of pandemic crisis.
Aims
This study aimed to identify echocardiographic determinants of left ventricular thrombus (LVT) formation after acute anterior myocardial infarction (MI).
Methods and results
This case–control study comprised 55 acute anterior MI patients with LVT as cases and 55 acute anterior MI patients without LVT as controls, who were selected from a cohort of consecutive patients with ischemic heart failure in our hospital. The cases and controls were matched for age, sex, and left ventricular ejection fraction. LVT was detected by routine/contrast echocardiography or cardiac magnetic resonance imaging during the first 3 months following MI. Formation of apical aneurysm after MI was independently associated with LVT formation [72.0% vs. 43.5%, odds ratio (OR) = 5.06, 95% confidence interval (CI) 1.65–15.48, P = 0.005]. Echocardiographic risk factors associated with LVT formation included reduced mitral annular plane systolic excursion (<7 mm, OR = 4.69, 95% CI 1.84–11.95, P = 0.001), moderate–severe diastolic dysfunction (OR = 2.71, 95% CI 1.11–6.57, P = 0.028), and right ventricular (RV) dysfunction [reduced tricuspid annular plane systolic excursion < 17 mm (OR = 5.48, 95% CI 2.12–14.13, P < 0.001), reduced RV fractional area change < 0.35 (OR = 3.32, 95% CI 1.20–9.18, P = 0.021), and enlarged RV mid diameter (per 5 mm increase OR = 1.62, 95% CI 1.12–2.34, P = 0.010)]. Reduced tricuspid annular plane systolic excursion (<17 mm) significantly associated with increased risk of LVT in anterior MI patients (OR = 3.84, 95% CI 1.37–10.75, P = 0.010), especially in those patients without apical aneurysm (OR = 5.12, 95% CI 1.45–18.08, P = 0.011), independent of body mass index, hypertension, anaemia, mitral annular plane systolic excursion, and moderate–severe diastolic dysfunction.
Conclusions
Right ventricular dysfunction as determined by reduced TAPSE or RV fractional area change is independently associated with LVT formation in acute anterior MI patients, especially in the setting of MI patients without the formation of an apical aneurysm. This study suggests that besides assessment of left ventricular abnormalities, assessment of concomitant RV dysfunction is of importance on risk stratification of LVT formation in patients with acute anterior MI.
Background
To investigate the effects of B\(_1\)-shimming and radiofrequency (RF) parallel transmission (pTX) on the visualization and quantification of the degree of stenosis in a coronary artery phantom using 7 Tesla (7 T) magnetic resonance imaging (MRI).
Methods
Stenosis phantoms with different grades of stenosis (0%, 20%, 40%, 60%, 80%, and 100%; 5 mm inner vessel diameter) were produced using 3D printing (clear resin). Phantoms were imaged with four different concentrations of diluted Gd-DOTA representing established arterial concentrations after intravenous injection in humans. Samples were centrally positioned in a thorax phantom of 30 cm diameter filled with a custom-made liquid featuring dielectric properties of muscle tissue. MRI was performed on a 7 T whole-body system. 2D-gradient-echo sequences were acquired with an 8-channel transmit 16-channel receive (8 Tx / 16 Rx) cardiac array prototype coil with and without pTX mode. Measurements were compared to those obtained with identical scan parameters using a commercially available 1 Tx / 16 Rx single transmit coil (sTX). To assess reproducibility, measurements (n = 15) were repeated at different horizontal angles with respect to the B0-field.
Results
B\(_1\)-shimming and pTX markedly improved flip angle homogeneity across the thorax phantom yielding a distinctly increased signal-to-noise ratio (SNR) averaged over a whole slice relative to non-manipulated RF fields. Images without B\(_1\)-shimming showed shading artifacts due to local B\(_1\)\(^+\)-field inhomogeneities, which hampered stenosis quantification in severe cases. In contrast, B\(_1\)-shimming and pTX provided superior image homogeneity. Compared with a conventional sTX coil higher grade stenoses (60% and 80%) were graded significantly (p<0.01) more precise. Mild to moderate grade stenoses did not show significant differences. Overall, SNR was distinctly higher with B\(_1\)-shimming and pTX than with the conventional sTX coil (inside the stenosis phantoms 14%, outside the phantoms 32%). Both full and half concentration (10.2 mM and 5.1 mM) of a conventional Gd-DOTA dose for humans were equally suitable for stenosis evaluation in this phantom study.
Conclusions
B\(_1\)-shimming and pTX at 7 T can distinctly improve image homogeneity and therefore provide considerably more accurate MR image analysis, which is beneficial for imaging of small vessel structures.
Das Herz ist physiologisch auf einen fein regulierten und ausgeglichenen bioenergetischen Energiehaushalt angewiesen, um auf akute Belastungssituationen adäquat reagieren zu können und oxidativen Stress zu vermeiden. Ca2+ reguliert zentral sowohl die zyklischen Kontraktions-/Relaxationsprozesse (ECC) als auch unmittelbar den mitochondrialen Metabolismus. Der ECC liegt in den Kardiomyozyten die Ca2+- Freisetzung durch die RyR2 zu Grunde; die IP3 Rezeptoren des sarkoplasmatischen Retikulums (SR) führen davon unabhängig zu einer Ca2+ Freisetzung aus dem SR. Diese IP3R vermittelten Signale werden in den räumlich nahe gelegenen Mitochondrien zum Teil über den mRyR1 in die mitochondriale Matrix aufgenommen und stimulieren dort langfristig die oxidative Phosphorylierung und den Erhalt der antioxidativen Kapazität. Die enge räumliche Nähe zwischen SR und Mitochondrien wird durch Strukturproteine wie Mitofusin 2 (Mfn2) ergänzt, die das SR mit der äußeren Mitochondrienmembran koppeln und so die Ca2+-Interaktion beeinflussen. Ziel der Arbeit war, den Effekt von Mfn2 Defizienz auf die IP3 induzierte mitochondriale Ca2+-Regulation in Kardiomyozyten zu evaluieren. Dazu erfolgten Fluoreszenzfärbungen an adulten isolierten Ventrikelkardiomyozyten kardiospezifischer Mfn2 Knock-Out (KO) Mäusen bzw. deren wildtypischen Geschwistertieren (WT). Erhobene Parameter umfassten das mitochondriale Ca2+, das mitochondriale Membranpotenzial, die mitochondriale Superoxidbildung und mitochondriale ATP-Gehalt. Die Ergebnisse bestätigten eine Signalachse, bei der die Stimulation von isolierten murinen Kardiomyozyten mit dem IP3 Agonisten ET-1 zu einer mitochondrialen Ca2+ Aufnahme führte, dem Erhalt des mitochondrialen Membranpotenzials diente und der ATP Gehalt stiegt. Bei induzierter kardiospezifischer Ablation von Mfn2 geht diese SR-mitochondriale Interaktion verloren, und es entstand ein energetisches Defizit sowie eine verminderte Superoxidbildung. Bei beta-adrenerger Stimulation mit Isoproterenol (ISO) resultierte in WT zwar eine mitochondriale Ca2+-Aufnahme, allerdings ein Abfall des ATP-Gehaltes. In den Mfn2 defizienten Kardiomyozyten zeigte sich eine Steigerung des ATP-Gehaltes auch auf beta-adrenerge Stimulation, die einen energetischen Kompensationsmechanismus in den Mfn2 KO Tieren vermuten lässt. Dies identifiziert Mfn2 als kritische Strukturkomponente für die basale bioenergetische Adaptation der durch IP3R-mRyR1 vermittelten Signalachse unter physiologischen Bedingungen.
Chronische Nierenerkrankungen gehen mit einer erhöhten kardiovaskulären Morbidität und Mortalität einher. Charakteristisch für chronische Nierenerkrankungen, insbesondere im Stadium der Dialysepflichtigkeit, ist eine ausgeprägte Voralterung der Gefäße. Die Vorgänge, die den beschleunigten vaskulären Alterungsprozessen zugrunde liegen, umfassen ein Zusammenspiel aus einem gestörten Mineralstoffwechsel, der Akkumulation urämischer Toxine und chronischer Inflammation. Das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAAS) nimmt dabei eine zentrale Rolle ein. Eine gesteigerte Aktivität des RAAS ist ein Merkmal von kardiorenalen Syndromen und moduliert jenseits seiner Effekte auf den Blutdruck vaskuläre Entzündungs- und Remodelingprozesse. Durch das vaskuläre Altern kommt es zur Abnahme arterieller Compliance und zur Erhöhung der Pulswellengeschwindigkeit (PWV). Dadurch erhöht sich das Risiko für Endorganschäden. Die arterielle Gefäßsteifigkeit ist ein unabhängiger Prädiktor für Mortalität bei chronisch-dialysepflichtiger Niereninsuffizienz und eine Reduktion arterieller Rigidität geht mit einem verbesserten Überleben einher. Randomisierte Studien bei Dialysepatienten konnten bislang keinen eindeutigen Nutzen etablierter pharmakologischer Interventionen zur Reduktion des kardiovaskulären Risikos und vaskulärer «Stiffeningprozesse» feststellen. Als ein potentiell wirksamer Therapieansatz werden Mineralokortikoidrezeptorantagonisten (MRA) angesehen. Die vorliegende Arbeit evaluierte im Rahmen der Placebo-kontrollierten, randomisierten «Mineralocorticoid-Receptor Antagonists in End-Stage Renal Disease» (MiREnDa) Studie, ob die tägliche Einnahme von 50 mg Spironolacton über neun Monate einen Effekt auf die vaskuläre Funktion bei Patienten mit dialysepflichtiger chronischer Nierenerkrankung hat. Neben aortaler PWV, Augmentationsindex, zentralem Puls- und Blutdruck wurden zur Evaluation der vaskulären Funktion die Compliance der thorakalen Aorta und der A. carotis communis sowie die Distensibilität der A. carotis communis und die fluss-vermittelte Dilatation der A. brachialis vor Studienbeginn als sekundäre Endpunkte festgelegt. Ein weiterer Aspekt, der evaluiert wurde, war die Frage nach Korrelationen zwischen PWV und Augmentationsindex einerseits und weiteren Parametern vaskulärer Funktion, klinischen Merkmalen und Biomarkern andererseits. Die vorliegende Arbeit versuchte darüber hinaus, klinische Merkmale (Komorbiditäten, Inflammation), die ein Therapieansprechen von MRA potentiell modulieren, zu identifizieren. Das zentrale Ergebnis der Arbeit war, dass eine MRA-Therapie mit 50 mg Spironolacton täglich über neun Monate im untersuchten Kollektiv keinen Effekt auf die vaskuläre Funktion zeigte.
Langkettige Acylcarnitine wie Oleoylcarnitn sind arrhythmogen wirkende Metaboliten, deren Rolle im Zusammenhang mit Vorhofflimmern noch unvollständig erforscht sind. Ziel dieser Dissertation war es, dazu beizutragen, den Einfluss langkettiger Acylcarnitine auf den kardialen Metabolismus besser zu verstehen. Dabei wurden für die Daten aktuelle Studien genutzt, welche sich mit dem Einfluss von Acylcarnitinen auf kardiales Gewebe bzw. kardial vorerkrankten Patienten beschäftigten. Hierzu zählten unter anderem die Daten einer Kohorten-Studie mit 9660 Probanden von Professor Dr. rer. nat. Tanja Zeller in Hamburg. Diese Daten zeigten, dass Patienten mit Vorhofflimmern erhöhte Acylcarnitin-Blutplasma-Werte aufwiesen. Bei den Acylcarnitinen handelt es sich um Fettsäuren mit 18 Kohlenstoff- (C-) Atomen und einer Doppelbindung. Der Hauptvertreter dieser Fettsäuren ist Oleoylcarnitin. Dass Oleoylcarnitin eine besondere Rolle bei der Entwicklung von Arrhythmien zufällt, konnten andere Studien bestätigen. Auf Grund dieser Grundlage wurden initiale Experimente durchgeführt. Für alle Experimente wurde Oleoylcarnitin mit 18 C-Atomen und einer Doppelbindung bzw. Stearoylcarnitin mit 18 C-Atomen ohne Doppelbindung in verschiedenen Konzentrationen verwendet. Um den Einfluss der Acylcarnitine auf den kardialen Metabolismus bestimmen zu können, wurden aus C57BL/6N Mäusen kardiale Mitochondrien isoliert und deren Respiration (Sauerstoffverbrauch) als Ausdruck der metabolischen Leistung und damit der Vitalität der Mitochondrien mit Hilfe der Clark Elektrode bestimmt. Die Mitochondrien wurden mit verschiedenen Substraten, d.h., mit Pyruvat/Malat (Komplex 1 Substrat), Glutamat/Malat (Komplex 1 Substrat nach Anaplerose) oder Palmitoyl-CoA (β-Oxidations-Substrat) und unterschiedlichen Konzentrationen von Acylcarnitinen behandelt und die Respiration gemessen.
Im Gegensatz zur Pyruvat/Malat-gestützten Respiration, die durch den Einfluss von hohen (bis 25 µM) Oleoylcarnitin Konzentrationen vermindert bis inhibiert wurde, steigerte zumindest zeitweise Oleoylcarnitin die PalmitoylCoA- sowie die Glutamat/Malat-gestützte Respiration. Wobei kritisch zu betrachten ist, dass die Respirationslevel einer Glutamat/Malat-gestützten Respiration insgesamt auf einem niedrigeren Level sind als mit Pyruvat/Malat als Substrat.
Der inhibierende Acylcarnitin-Effekt auf die Pyruvat/Malat-Atmung konnte nicht mit Etomoxir, einem Inhibitor der Carnitin Palmitoyl-Transferase 1 (CPT1), beeinflusst werden, aber als CPT1-Inhibitor konnte Etomoxir die auf PalmitoylCoA gestützte Respiration konzentrationsabhängig reduzieren. Die inhibierenden Effekte der Acylcarnitine waren zudem reversibel und verursachten somit keine irreversiblen Schäden an den Mitochondrien. Es wird geschlussfolgert, dass die hier getesteten Oleoyl- und Stearoylcarnitine eine regulierende Funktion auf die flexible Substratverarbeitung des Herzens haben. Sie können den Abbau der Glycolyse-Endprodukte inhibieren, gleichzeitig die Fettsäure-Respiration unterstützen und somit mit einem Substratswitch den Stoffwechsel der Mitochondrien beeinflussen. Gleichzeitig könnte es bei Situationen mit gestörtem oxidativem Stoffwechsel, z.B. während Myokardischämie zur Überlastung des Metabolismus oder sogar Blockade der Respiration kommen. Diese Respirationsblockade könnte ein Auslöser für Arrhythmien und Vorhofflimmern sein.
Herzinsuffizienz ist eines der häufigsten Krankheitsbilder, das trotz großer therapeutischer Fortschritte noch immer mit einer eingeschränkten Lebensqualität und schlechten Prognose einhergeht. Eine akute Dekompensation ist in Deutschland der häufigste Grund für einen Krankenhausaufenthalt, wobei sich die Prognose mit jeder Hospitalisierung zusätzlich verschlechtert.
Pathophysiologisch besteht ein enger Zusammenhang zwischen kardialer und renaler Funktion. Bei einer chronischen Herzinsuffizienz liegt häufig zusätzlich eine CKD vor und im Rahmen einer akuten kardialen Dekompensation kommt es häufig auch zu einer akuten Verschlechterung der Nierenfunktion.
Das AHF-Register verfolgte als prospektive Kohortenstudie einen umfassenden Forschungsansatz: Ätiologie, klinische Merkmale und medizinische Bedürfnisse sowie Kosten und Prognose sollten bei Patient:innen während und nach Krankenhausaufenthalt aufgrund akuter Herzinsuffizienz untersucht werden.
Über ca. 6 Jahre wurden insgesamt 1000 Patient:innen eingeschlossen, die im Vergleich zu anderen AHF- Studienkollektiven älter waren, mehr Komorbiditäten aufwiesen und häufiger in die Gruppe der HFpEF fielen. Über drei Viertel der Patient:innen hatten eine vorbekannte chronische Herzinsuffizienz, nur bei ca. 22% erfolgte die Erstdiagnose einer akuten Herzinsuffizienz.
Ein WRF während der Indexhospitalisierung trat im untersuchten Kollektiv bei über einem Drittel der Patient:innen auf und damit häufiger als in vergleichbaren Studien (Inzidenz hier ca. 25%).
Dabei zeigten sich nur geringfügige Unterschiede zwischen der Definition eines WRF über einen absoluten Kreatinin-Anstieg (WRF-Crea) oder eine relative eGFR-Abnahme (WRF-GFR).
Als wichtige Risikofaktoren für ein WRF zeigten sich ein höheres Lebensalter, Komorbiditäten wie eine KHK oder CKD sowie die Höhe der Nierenfunktionswerte bei Aufnahme. Sowohl bei WRF-Crea als auch bei WRF-GFR kam es zu einer relevanten Verlängerung der Index-Hospitalisierungsdauer um jeweils drei Tage. Nur für WRF-Crea jedoch ließ sich ein 33% höheres 6-Monats-Rehospitalisierungsrisiko nachweisen, das aber in einer multivariablen Analyse nicht bestätigt werden konnte. Dagegen zeigten sich in multivariablen Modellen vor allem die Nierenfunktionsparameter selbst bei Aufnahme und Entlassung als starke Prädiktoren für eine erhöhte Mortalität und ein erhöhtes Rehospitalisierungsrisiko.
Wichtig erscheint im Hinblick auf die Prognose die Unterscheidung von Echtem WRF und Pseudo-WRF. Das Mortalitätsrisiko war bei Echtem WRF bis zu 4,4-fach, das Rehospitalisierungsrisiko bis zu 2,5-fach erhöht.
Ziel sollte sein, diese beiden pathophysiologisch und prognostisch unterschiedlichen Entitäten anhand von klinischen oder laborchemischen Markern sicher differenzieren zu können. Ein Konzept für die Betreuung von Patient:innen mit Echtem WRF, z. B. im Rahmen einer „Decongestion Stewardship“ (in Analogie zum Antibiotic Stewardship) mit engmaschigen Therapiekontrollen und -anpassungen könnte erarbeitet werden, um die Prognose dieser besonders gefährdeten Gruppe zu verbessern.
Die nicht-invasive Gefäßdiagnostik stellt einen wichtigen Pfeiler in der Prävention von Herz-Kreislauferkrankungen dar. Während lange Zeit die sonographische Messung der cIMT, als morphologisches Korrelat der Gefäßalterung, als Goldstandard galt, ist in den letzten Jahren in Gestalt der Pulswellenanalyse/PWV-Messung eine Technik weiterentwickelt worden, die, als funktionelles Korrelat der Gefäßalterung, aufgrund der leichteren Durchführbarkeit und geringerer Untersucherabhängigkeit und Kosten vielversprechend ist. So erlaubt die Messung der Pulswelle mittels gewöhnlicher Blutdruckmanschetten, genau wie die cIMT, die Berechnung des individuellen Gefäßalters und die Diagnostik für das Vorliegen eines Endorganschadens der Blutgefäße.
Um die Messergebnisse der beiden Untersuchungen miteinander zu vergleichen, wurden beide in der EUROASPIRE-IV Studie an Patienten mit koronarer Herzkrankheit durchgeführt. Die Auswertung der Messergebnisse der mit dem Vascular Explorer durchgeführten Pulswellenanalyse/PWV-Messung ergab überraschenderweise, dass die Mehrheit der herzkranken Patienten weder eine vaskuläre Voralterung noch einen Endorganschaden der Blutgefäße aufweisen. Im Falle der cIMT-Messung war Gegenteiliges der Fall, was trotz der medikamentösen Therapie der Patienten so zu erwarten war. Weiterhin zeigte sich lediglich eine geringe Korrelation zwischen den Messergebnissen beider Untersuchungen. Die Determinanten der einzelnen Messwerte aus cIMT und Pulswellenanalyse/PWV-Messung waren deckungsgleich mit den in der Literatur beschriebenen Faktoren, wenn auch viele der sonst signifikanten Regressoren das Signifikanzniveau in unserer Auswertung nicht unterschritten.
Eine Limitation der funktionellen Gefäßdiagnostik liegt derzeit darin, dass die Messergebnisse stark von dem verwendeten Messgerät abhängen. Es liegen noch zu wenig Vergleichsstudien vor, um die Messergebnisse, speziell von neueren Geräten wie dem Vascular Explorer, auf andere zu übertragen. Bei der Berechnung des Gefäßalters sollten daher optimalerweise gerätespezifische Normwerte vorliegen, was beim Vascular Explorer nicht der Fall ist. Gleiches gilt für die Verwendung des PWVcf-Grenzwerts für die Diagnose eines Endorganschadens der Blutgefäße.
Analog hat auch die Messung der cIMT gewisse Einschränkungen. So wäre eine weitere Standardisierung der Messorte (A. carotis communis vs Bulbus vs A. carotis interna), zwischen denen sich die durchschnittliche cIMT erheblich unterscheidet, sowie der Messparameter (Minimal- vs Maximal- vs Mittelwert) wünschenswert. Die universelle Anwendung eines cIMT-Grenzwerts zur Diagnose eines Endorganschadens der Blutgefäße ist daher kritisch zu sehen. Dies zeigt sich auch darin, dass in den neuesten Leitlinien der bislang geltende Grenzwert angezweifelt und kein aktuell gültiger Grenzwert mehr genannt wird.
Wir interpretieren unsere Ergebnisse dahingehend, dass unsere Messung der cIMT die zu erwartende pathologische Gefäßalterung bei Patienten mit koronarer Herzkrankheit besser widerspiegelt als die Messung der Pulswelle mit dem Vascular Explorer. Welche der beiden Untersuchungen hinsichtlich der prognostischen Wertigkeit überlegen ist, muss im Rahmen von Längsschnittstudien geklärt werden.
Background
Pain is an early symptom of Fabry disease (FD) and is characterized by a unique phenotype with mainly episodic acral and triggerable burning pain. Recently, we designed and validated the first pain questionnaire for adult FD patients in an interview and a self-administered version in German: the Wurzburg Fabry Pain Questionnaire (FPQ). We now report the validation of the English version of the self-administered FPQ (enFPQ).
Methods
After two forward-backward translations of the FPQ by native German and native English speakers, the enFPQ was applied at The Mark Holland Metabolic Unit, Manchester, UK for validation. Consecutive patients with genetically ascertained FD and current or previous FD pain underwent a face-to-face interview using the enFPQ. Two weeks later, patients filled in the self-administered enFPQ at home. The agreement between entries collected by supervised administration and self-administration of the enFPQ was assessed via Gwet's AC1-statistics (AC1) for nominal-scaled scores and intraclass correlation coefficient (ICC) for interval-scaled elements.
Results
Eighty-three FD patients underwent the face-to-face interview and 54 patients sent back a completed self-administered version of the enFPQ 2 weeks later. We found high agreement with a mean AC1-statistics of 0.725 for 55 items, and very high agreement with a mean ICC of 0.811 for 9 items.
Conclusions
We provide the validated English version of the FPQ for self-administration in adult FD patients. The enFPQ collects detailed information on the individual FD pain phenotype and thus builds a solid basis for better pain classification and treatment in patients with FD.
In dieser explorativen prospektiven Beobachtungsstudie wurden 100 Patienten, die im Universitätsklinikum Würzburg aufgrund akut dekompensierter Herzinsuffizienz stationär aufgenommen wurden, mittels eines mehrteiligen Fragebogens im Zeitraum von März bis August 2018 befragt. Ziel der Studie war es den Palliativbedarf bei Herzinsuffizienzpatienten mithilfe des Palliativfragebogens IPOS zu erfassen, sowie die Informiertheit der Patienten selbst zum Thema Palliativmedizin zu eruieren.
Ergebnisse: Mit der IPOS konnte bei 63,0 % der Patienten ein hoher/komplexer Palliativbedarf ermittelt werden. Die für die Patienten relevantesten Items waren dabei „Sorgen der Angehörigen“ (62,0 %), „Mundtrockenheit“ (44,0 %), „eingeschränkte Mobilität“ (43,0 %) und „Atemnot“ (40,0 %).
Mittels explorativer Faktorenanalyse konnten von den 17 Items der IPOS 16 Items folgenden drei übergeordneten Faktoren zugeordnet werden: physische Symptome, emotionale Symptome und Ernährung. Damit konnte man eine Multidimensionalität der IPOS als Messinstrument zeigen.
Im letzten Teil des Fragebogens gaben nur 32,0 % an sich unter dem Begriff Palliativmedizin etwas vorstellen zu können. Bei diesen 32,0 % der Patienten zeigte sich ein sehr heterogenes und mehrheitlich falschs Verständnis von Palliativmedizin.
Zusammengefasst konnte diese Studie zeigen, dass Herzinsuffizienzpatienten eine sehr hohe Symptomlast aufweisen - welche neben den körperlichen Beeinträchtigungen auch die psychischen Probleme mit einschließt - , dass die IPOS ein adäquates Messinstrument zur Erfassung des palliativmedizinischen Bedarfs von Herzinsuffizienzpatienten darstellt und dass ein Mangel an Informiertheit bezüglich Palliativmedizin seitens der Patienten vorliegt.
Establishing a cardiac training group for patients with heart failure: the "HIP-in-Würzburg" study
(2022)
Background
Exercise training in heart failure (HF) is recommended but not routinely offered, because of logistic and safety-related reasons. In 2020, the German Society for Prevention&Rehabilitation and the German Society for Cardiology requested establishing dedicated ""HF training groups."" Here, we aimed to implement and evaluate the feasibility and safety of one of the first HF training groups in Germany.
Methods
Twelve patients (three women) with symptomatic HF (NYHA class II/III) and an ejection fraction ≤ 45% participated and were offered weekly, physician-supervised exercise training for 1 year. Patients received a wrist-worn pedometer (M430 Polar) and underwent the following assessments at baseline and after 4, 8 and 12 months: cardiopulmonary exercise test, 6-min walk test, echocardiography (blinded reading), and quality of life assessment (Kansas City Cardiomyopathy Questionnaire, KCCQ).
Results
All patients (median age [quartiles] 64 [49; 64] years) completed the study and participated in 76% of the offered 36 training sessions. The pedometer was worn ≥ 1000 min per day over 86% of the time. No cardiovascular events occurred during training. Across 12 months, NT-proBNP dropped from 986 pg/ml [455; 1937] to 483 pg/ml [247; 2322], and LVEF increased from 36% [29;41] to 41% [32;46]%, (p for trend = 0.01). We observed no changes in exercise capacity except for a subtle increase in peak VO2% predicted, from 66.5 [49; 77] to 67 [52; 78]; p for trend = 0.03. The physical function and social limitation domains of the KCCQ improved from 60 [54; 82] to 71 [58; 95, and from 63 [39; 83] to 78 [64; 92]; p for trend = 0.04 and = 0.01, respectively. Positive trends were further seen for the clinical and overall summary scores.
Conclusion
This pilot study showed that the implementation of a supervised HF-exercise program is feasible, safe, and has the potential to improve both quality of life and surrogate markers of HF severity. This first exercise experiment should facilitate the design of risk-adopted training programs for patients with HF.
This expert opinion paper on cardiac imaging after acute ischemic stroke or transient ischemic attack (TIA) includes a statement of the "Heart and Brain" consortium of the German Cardiac Society and the German Stroke Society. The Stroke Unit-Commission of the German Stroke Society and the German Atrial Fibrillation NETwork (AFNET) endorsed this paper. Cardiac imaging is a key component of etiological work-up after stroke. Enhanced echocardiographic tools, constantly improving cardiac computer tomography (CT) as well as cardiac magnetic resonance imaging (MRI) offer comprehensive non- or less-invasive cardiac evaluation at the expense of increased costs and/or radiation exposure. Certain imaging findings usually lead to a change in medical secondary stroke prevention or may influence medical treatment. However, there is no proof from a randomized controlled trial (RCT) that the choice of the imaging method influences the prognosis of stroke patients. Summarizing present knowledge, the German Heart and Brain consortium proposes an interdisciplinary, staged standard diagnostic scheme for the detection of risk factors of cardio-embolic stroke. This expert opinion paper aims to give practical advice to physicians who are involved in stroke care. In line with the nature of an expert opinion paper, labeling of classes of recommendations is not provided, since many statements are based on expert opinion, reported case series, and clinical experience.
Purpose
T\(_{1P}\) dispersion quantification can potentially be used as a cardiac magnetic resonance index for sensitive detection of myocardial fibrosis without the need of contrast agents. However, dispersion quantification is still a major challenge, because T\(_{1P}\) mapping for different spin lock amplitudes is a very time consuming process. This study aims to develop a fast and accurate T\(_{1P}\) mapping sequence, which paves the way to cardiac T1ρ dispersion quantification within the limited measurement time of an in vivo study in small animals.
Methods
A radial spin lock sequence was developed using a Bloch simulation-optimized sampling pattern and a view-sharing method for image reconstruction. For validation, phantom measurements with a conventional sampling pattern and a gold standard sequence were compared to examine T\(_{1P}\) quantification accuracy. The in vivo validation of T\(_{1P}\) mapping was performed in N = 10 mice and in a reproduction study in a single animal, in which ten maps were acquired in direct succession. Finally, the feasibility of myocardial dispersion quantification was tested in one animal.
Results
The Bloch simulation-based sampling shows considerably higher image quality as well as improved T\(_{1P}\) quantification accuracy (+ 56%) and precision (+ 49%) compared to conventional sampling. Compared to the gold standard sequence, a mean deviation of - 0.46 ± 1.84% was observed. The in vivo measurements proved high reproducibility of myocardial T\(_{1P}\) mapping. The mean T\(_{1P}\) in the left ventricle was 39.5 ± 1.2 ms for different animals and the maximum deviation was 2.1% in the successive measurements. The myocardial T\(_{1P}\) dispersion slope, which was measured for the first time in one animal, could be determined to be 4.76 ± 0.23 ms/kHz.
Conclusion
This new and fast T\(_{1P}\) quantification technique enables high-resolution myocardial T\(_{1P}\) mapping and even dispersion quantification within the limited time of an in vivo study and could, therefore, be a reliable tool for improved tissue characterization.
Purpose
The aim of this study was to compare the wave‐CAIPI (controlled aliasing in parallel imaging) trajectory to the Cartesian sampling for accelerated free‐breathing 4D lung MRI.
Methods
The wave‐CAIPI k‐space trajectory was implemented in a respiratory self‐gated 3D spoiled gradient echo pulse sequence. Trajectory correction applying the gradient system transfer function was used, and images were reconstructed using an iterative conjugate gradient SENSE (CG SENSE) algorithm. Five healthy volunteers and one patient with squamous cell carcinoma in the lung were examined on a clinical 3T scanner, using both sampling schemes. For quantitative comparison of wave‐CAIPI and standard Cartesian imaging, the normalized mutual information and the RMS error between retrospectively accelerated acquisitions and their respective references were calculated. The SNR ratios were investigated in a phantom study.
Results
The obtained normalized mutual information values indicate a lower information loss due to acceleration for the wave‐CAIPI approach. Average normalized mutual information values of the wave‐CAIPI acquisitions were 10% higher, compared with Cartesian sampling. Furthermore, the RMS error of the wave‐CAIPI technique was lower by 19% and the SNR was higher by 14%. Especially for short acquisition times (down to 1 minute), the undersampled Cartesian images showed an increased artifact level, compared with wave‐CAIPI.
Conclusion
The application of the wave‐CAIPI technique to 4D lung MRI reduces undersampling artifacts, in comparison to a Cartesian acquisition of the same scan time. The benefit of wave‐CAIPI sampling can therefore be traded for shorter examinations, or enhancing image quality of undersampled 4D lung acquisitions, keeping the scan time constant.
Frequenzabhängigkeit der IP3-induzierten Calciumregulation in murinen ventrikulären Kardiomyozyten
(2023)
In Kardiomyozyten ist Calcium (Ca2+) ein wichtiges Signalmolekül und eine präzise Regulation der Ca2+ Konzentration in den Zellkompartimenten erforderlich. Ca2+ wird Angiotensin II-induziert und vom Botenstoff IP3 vermittelt aus IP3 Rezeptoren des Sarkoplasmatischen Retikulum (SR) freigesetzt, was zur mitochondrialen Ca2+ Aufnahme führt. Diese Kommunikationswege zwischen SR und Mitochondrium sind u.a. bei der Herzinsuffizienz durch pathologische Umbauprozesse gestört. Zudem zirkulieren bei Herzinsuffizienz vermehrt Hormone wie AngII, welches u.a. die intrazelluläre IP3 Konzentration steigert und als Hypertrophie Signal wirkt. Dieser Arbeit geht die Vermutung voraus, dass eine gestörte mitochondriale Ca2+ Aufnahme durch Veränderung des nukleären Ca2+ Transienten die hypertrophe Genexpression beeinflussen kann. Es wurde an ventrikulären Kardiomyozyten von adulten Mäusen mit kardiospezifischem MCU Knock out oder MCU Wildtyp untersucht, wie sich Ca2+ Transienten in Zytosol und Nukleus bei AngII-Stimulation und Störung der mitochondrialen Ca2+ Aufnahme durch Blockade des mRyR1 oder des MCU verändern. Zum Vergleich wurde der Effekt des β adrenerg vermittelten, IP3 unabhängigen Ca2+ Anstiegs beobachtet. Zur Untersuchung der Frequenzabhängigkeit der Effekte wurde die elektrische Stimulation wurde variiert. Die Arbeit zeigt, dass sich die Blockade der mitochondrialen Ca2+ Aufnahme unterschiedlich auf den nukleären Ca2+ Transienten auswirkt: Bei AngII-Stimulation kam es in Folge der Blockade des mRyR1, nicht aber des MCU, zur Steigerung des nukleären Ca2+ Transienten. Dieser Effekt war bei 1 Hz Stimulationsfrequenz, nicht aber nach einer Steigerung auf 4 Hz zu beobachten. Bei β adrenerger Stimulation hingegen veränderte die Blockade des MCU oder des mRyR1 die Ca2+ Transienten im Kern nicht signifikant. Die Arbeit verdeutlicht die Bedeutung der IP3 vermittelten Ca2+ Freisetzung für die Kontrolle der Ca2+ Konzentrationen in unterschiedlichen zellulären Kompartimenten.