1.  Einleitung

• 1.1. Zerebrale Komplikationen in der Kinderherzchirurgie

• 1.2. Geschichte der Kinderherzchirurgie

• 1.3. Pathomechanismus der Hirnschädigung

  • 1.3.1. Der Einfluss embolischer Komplikationen

  • 1.3.2. Veränderungen der zerebralen Perfusion und Oxygenation

  • 1.3.3. Immunologische Veränderungen

  • 1.3.4. Metabolische Veränderungen

  • 1.3.5. Einfluss der Hypothermie

  • 1.3.6.  Ursachen einer zerebralen Schädigung (Zusammenfassung)

  • 1.3.7. Antikoagulation

  • 1.3.8.  Hämodilution

• 1.4. Tierexperimentelle Studien

  • 1.4.1. Morphologische Evaluation des Gehirns

  • 1.4.2. Nekrose

  • 1.4.3. Apoptose

• 1.5. Untersuchung einer neuroprotektiven Strategie

  • 1.5.1.  Klinische und experimentelle Anwendung der Steroide

  • 1.5.2. Wirkungsmechanismus Steroide

2.  Herleitung der Aufgabenstellung

3.  Methodik

• 3.1. Tierexperimentelle Untersuchung

• 3.2. Versuchsgruppen

  • 3.2.1. Art der Versuchstiere

  • 3.2.2. Kontrolltiere

  • 3.2.3. Vorbehandlung mit systemischer Methylprednisolongabe

  • 3.2.4.  Vorbehandlung mit intrathekaler Methylprednisolongabe

• 3.3. Versuchsablauf

  • 3.3.1. Prämedikation

  • 3.3.2. Anästhesie und OP-Vorbereitung

  • 3.3.3. Herz-Lungen-Maschine (HLM)

  • 3.3.4. Priming

  • 3.3.5. Thorakotomie

  • 3.3.6. HLM-Regime

  • 3.3.7. Postoperative Phase

  • 3.3.8.  Ende des Versuchs

• 3.4. Morphologische Untersuchung des Gehirns

  • 3.4.1. Einbettung

  • 3.4.2. Histologische Untersuchung

  • 3.4.3. Immunhistochemie for Protein S–100B

  • 3.4.4. Detektion der Mikroglia mittels Lektin-Färbung

  • 3.4.5. Quantifizierung der neuronalen Nekrose

  • 3.4.6. Detektion der Apoptose mittels spezifischer TUNEL-Färbung

  • 3.4.7. Elektronenmikroskopische Untersuchung

• 3.5. Molekulargenetische Untersuchung des Gehirns

• 3.6. Statistische Methoden

4.  Ergebnisse

• 4.1. Versuchsgruppen

• 4.2. Morphologische Veränderungen im Gehirn

  • 4.2.1. Entzündliche Veränderungen

  • 4.2.2. Veränderungen der Astrogliazellen

  • 4.2.3. Veränderungen der Neuronen im Hippocampus

  • 4.2.4. Schädigungsmuster in den anderen Hirnregionen

• 4.3. Einfluss der systemischen und intrathekalen Steroidbehandlung

  • 4.3.1. Postoperatives Ödem

  • 4.3.2. Zerebrales Ödem

  • 4.3.3. Hämodynamische Parameter

  • 4.3.4. Veränderungen der Oxygenationswerte

  • 4.3.5. Veränderungen des Calciumstoffwechsels

  • 4.3.6. Veränderungen des Natrium- und Kaliumstoffwechsels

  • 4.3.7. Hyperglykämie

  • 4.3.8. Neuronale Nekrose im Hippocampus nach Steroidbehandlung

  • 4.3.9. Neuronale Apoptose im Hippocampus nach Steroidbehandlung

  • 4.3.10. Neuronale Nekrose im Gyrus cinguli (parietaler Cortex)

  • 4.3.11. Neuronale Apoptose im Gyrus cinguli

  • 4.3.12.  Neuronale Nekrose im Nucleus caudatus

  • 4.3.13. Neuronale Nekrose im Kleinhirn

• 4.4. Molekurgenetische Untersuchungen

  • 4.4.1. Bestimmungen des Hitze-Schock-Protein 70

  • 4.4.2. Bestimmungen der pro-apoptotische Gene Bak und FAS

  • 4.4.3. Bestimmungen von Bcl-xl als anti-apoptotisches Gen

5.  Diskussion

• 5.1. Rolle der Steroide in der Organprotektion

• 5.2. Vergleich der drei Versuchsgruppen

• 5.3. Morphologische Veränderungen des ZNS ohne Steroidbehandlung

  • 5.3.1.  Veränderungen der Astrogliazellen

  • 5.3.2. Neuronale Nekrose

  • 5.3.3. Neuronale Apoptose

• 5.4. Einfluss der Behandlung mit Methylprednisolon (MP)

  • 5.4.1. Hämodynamische Veränderungen durch die Steroidbehandlung

  • 5.4.2. Pulmonaler Effekt der Steroidbehandlung

  • 5.4.3. Hyperglykämie durch die Steroidbehandlung

  • 5.4.4. Einfluss der Steroidbehandlung auf den Calciumstoffwechsel

  • 5.4.5. Ödemprävention durch Steroidbehandlung

  • 5.4.6. Neuronale Nekrose nach Steroidbehandlung

  • 5.4.7. Neuronalen Apoptose nach Steroidbehandlung

• 5.5. Molekulargenetische Untersuchungen

  • 5.5.1. Genexpression des Hitze-Schock-Proteins 70 kDa (HSP 70)

  • 5.5.2. Expression apoptotischer Gene (Bak, FAS, Bcl-xL)

• 5.6. Zusammenfassung der Veränderungen durch die Steroidbehandlung

• 5.7. Limitationen

Abbildung 1.1: Pathomechanismus der Hirnschädigung nach Kreislaufstillstand in tiefer Hypothermie und cardiopulmonalem Bypass

Abbildung 1.2: Literaturübersicht der tierexperimentelle Studien

Abbildung 1.3: Abfolge der morphologischen Veränderungen von Nekrose und Apoptose

Abbildung 1.4: Zellulärer Wirkungsmechanismus der Glucocorticoide

Abbildung 3.1: Anästhesie und Beatmung

Abbildung 3.2: Versuchsabbildung mit HLM

Abbildung 3.3: Versuchsprotokoll schematisch

Abbildung 3.4: Standardisierte Präparation des Gehirns

Abbildung 3.5: Immunenzymatische Färbung des Protein S100B

Abbildung 4.1: Präoperatives Gewicht der eingeschlossenen Tiere

Abbildung 4.2: Mikroglia-Detektion mittel Tomato-Lektin-Färbung

Abbildung 4.3: Perivaskuläres Ödem – Astrozytenfärbung mit Protein S100B

Abbildung 4.4: Perivaskuläres Ödem in der Elektronenmikroskopie

Abbildung 4.5: Astrozytäres Ödem in der Elektronenmikroskopie

Abbildung 4.6: Untersuchte Regionen des Hippocampus

Abbildung 4.7: Postoperative Gewichtszunahme der Versuchsgruppen

Abbildung 4.8: Postoperativer Anteil des Hirngewichtes am Gesamtkörpergewicht

Abbildung 4.9: Originaldaten vom 10.07.2000

Abbildung 4.10: Hämodynamische Daten

Abbildung 4.11: Arterielle Blutgase

Abbildung 4.12: Calciumwerte im Serum

Abbildung 4.13: Kaliumwerte im Serum

Abbildung 4.14: Glucose im arteriellen Blut

Abbildung 4.15: Glucose im zerebrovenösen Blut (V. jugularis)

Abbildung 4.16: Nekrose im Hippocampus

Abbildung 4.17: Nekrose im CA 1 und CA 4 des Hippocampus

Abbildung 4.18: Nekrose in der Elektronenmikroskopie

Abbildung 4.19: Apoptose im Gyrus dentatus (GD) nach Steroidbehandlung

Abbildung 4.20: Apoptotische Veränderungen im Gyrus dentatus

Abbildung 4.21: Apoptotische Veränderungen im Gyrus dentatus

Abbildung 4.22: Apoptose des Gyrus dentatus in TUNEL-Färbung

Abbildung 4.23: Apoptose in Semidünnschnitten

Abbildung 4.24: Nekrose im Gyrus cinguli (Neocortex)

Abbildung 4.25: Nekrose im Gyrus cinguli (Neocortex)

Abbildung 4.26: Nekrose im Nucleus caudatus

Abbildung 4.27: Nekrotische Veränderungen im Nucleus caudatus

Abbildung 4.28: Nekrose der Purkinje-Zellen im Kleinhirn

Abbildung 4.29: Nekrose der Purkinje-Zellen im Kleinhirn

Abbildung 4.30: Nekrose im Kerngebiet des Kleinhirn

Abbildung 4.31: Expression des Hitze-Schock-Proteins 70kDa.

Abbildung 4.32: Expression pro-apoptotischer Gene Bak und FAS

Abbildung 4.33: Expression des anti-apoptotischen Bcl-xl-Gens

Abbildung 5.1: Beziehung der Astrozyten zu den Gefäßen des ZNS

Abbildung 5.2: Zellulärer Calciumstoffwechsel

Abbildung 5.3: Zelluläre Steuerung der Apoptose