Abdul-Khaliq, Hashim: Untersuchungen zur Entwicklung neuroprotektiver Strategien bei operativer Behandlung angeborener Herzfehler


Deutsches Herzzentrum Berlin
Klinik für angeborene Herzfehler
(Direktor: Prof. Dr. Peter E. Lange)


Untersuchungen zur Entwicklung neuroprotektiver Strategien bei operativer Behandlung angeborener Herzfehler
Habilitationsschrift

zur Erlangung der Lehrbefähigung im Fach Pädiatrie

vorgelegt der medizinischen Fakultät Charité der Humboldt-Universität zu Berlin

von


Dr. med. Hashim Abdul-Khaliq ,
geboren in Arrabah-Palästina

Präsident: Prof. Dr. J. Mlynek
Dekan: Prof. Dr. J. W. Dudenhausen

Gutachter:
1. Prof. Dr. Michael Vogel
2. Prof. Dr. A. Huri

Datum des öffentlich-wissenschaftlichen Vortrages: 01.10.2002


Seiten: [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158]

Inhaltsverzeichnis

TitelseiteUntersuchungen zur Entwicklung neuroprotektiver Strategien bei operativer Behandlung angeborener Herzfehler
1 Einleitung:
1.1
1.2Neuroprotektion während herzchirurgischer Eingriffe.
1.2.1intraoperative Hypothermie
1.2.2Regulation des Säure-Basen-Haushaltes
1.2.3Retrograde zerebrale Perfusion
1.2.4Modifizierte Ultrafiltration
1.2.5Pulsatiler und nicht-pulsatiler Bypassfluss
1.2.6Postoperative moderate Hypothermie
1.2.7Pharmakologische Intervention durch Gabe von neurospezifischen protektiven Substanzen
2 Hirnschädigung nach chirurgischer Behandlung angeborener Herzfehler
2.1Abnorme ultrasonographische Befunde nach Korrekturoperationen angeborener Herzfehler in der neonatalen Periode.
2.1.1Hirnparenchymatöse Blutung
2.2Evaluierung pathologischer intrakranieller Befunde mit dem 3D -Ultraschall
2.2.1Methode
2.2.2Patienten
2.2.3Ergebnisse
2.3Neuropathologische Analyse von Hirnveränderungen bei verstorbenen Kindern mit angeborenen Herzfehlern
2.3.1Methode:
2.3.2Ergebnisse:
2.4Psychiatrische Komorbidität und kognitive Entwicklung bei Schulkindern mit Fallotscher Tetralogie
2.4.1Methodik:
2.4.2Ergebnisse:
3 Untersuchung der zerebralen Perfusion während und nach Korrekturoperationen angeborener Herzfehler
3.1Veränderung der zerebralen Perfusion nach Korrekturoperationen angeborener Herzfehler
3.1.1Transkranielle Dopplersonographie
3.1.2Ergebnisse
3.1.3Einflussfaktoren auf die Veränderung des zerebralen Flussmusters während Korrekturoperationen angeborener Herzfehler
3.1.4Einfluss des Kreislaufstillstandes
3.2Veränderung der zerebralen Perfusion nach Korrekturoperationen angeborener Herzfehler
3.2.1Ergebnisse
3.2.2Zusammenhang zwischen der Veränderung in der zerebralen Perfusion und dem Auftreten zerebraler Schädigung in der postoperativen Phase
4 Veränderung der zerebralen Oxygenation während und nach Korrekturoperationen angeborener Herzfehler
4.1Nahinfrarot-Spektroskopie
4.1.1Validisierung des Zerebraloxymeters INVOS 3100A
4.1.1.1Patienten und Methoden
4.1.1.2Ergebnisse
4.1.2Intraoperatives Monitoring der regionalen Hämoglobinsättigung
4.1.3Einfluss intraoperativer Faktoren auf den Verlauf der rSO2
4.1.4Einfluss der modifizierten Ultrafiltration auf die postoperativen Werte der rSO2
4.1.4.1modifizierte Ultrafiltration (MUF)
4.1.4.2Ergebnisse
4.2Veränderung der rSO2 während der postoperativen Phase
4.2.1Methodik:
4.2.2Ergebnisse
4.2.3Messung der intrazellulären Oxygenation
4.2.4Zusammenhang zwischen intravaskulärer und intrazellulärer Oxygenation
4.2.4.1Methode
4.2.4.2Ergebnisse
5 Biochemische Marker für die Hirnschädigung nach Korrekturoperationen angeborener Herzfehler
5.1Protein S-100B
5.1.1S-100B Serumwerte nach herzchirurgischen Eingriffen im Kleinkindesalter
5.1.2Methode
5.1.3Ergebnisse
5.2Zusammenhang zur Veränderung der zerebralen Oxygenation
5.2.1Patienten und Methoden
5.2.2Ergebnisse
5.3Zusammenhang zum Sauerstoffradikalmetabolismus
5.3.1Methode
5.3.2Ergebnisse
5.4Einfluss der intraoperativen Medikation mit Natrium Nitroprussid auf die postoperativen Serumwerte des S-100B
5.4.1Methode
5.4.2Ergebnisse
5.5Einfluss der modifizierten Ultrafiltration auf die postoperativen Werte des S-100B
5.5.1Modifizierte Ultrafiltration (siehe 4.1.2)
5.5.2Ergebnisse
6 Neurophysiologische und neuropathologische Untersuchungen während der extrakorporalen Zirkulation mit tief hypothermem Kreislaufstillstand an einem Kleintiermodell
6.1Extrakorporale Zirkulation mit tief hypothermem Kreislaufstillstand an einem Kaninchenmodell
6.1.1Vorbereitung und Narkoseführung
6.1.2Extrakorporale Zirkulation
6.1.3Neuromonitoring
6.1.3.1Transkranielle Dopplersonographie
6.1.4Nahinfrarot-Spektroskopie (NIRS)
6.1.5Evaluierung der regionalen Hirnperfusion mittels Mikrosphären
6.1.6Biochemische Marker für die zerebrale Ischämie
7 Morphologie des Gehirns nach extrakorporaler Zirkulation und tief hypothermem Kreislaufstillstand
7.1Histologie
7.1.1Protein S-100B
7.1.2Neuronenspezifische Enolase (NSE)
7.1.3Parvalbumin
7.2Elektronenmikroskopie
7.3Modus der neuronalen Zellschädigung nach extrakorporaler Zirkulation und tief hypothermem Kreislaufstillstand
7.3.1Nekrose
7.3.2Apoptose
7.4Ergebnisse
7.4.1Schädigungsmuster im Zentralnervensystem nach EKZ und tief hypothermem Kreislaufstillstand
7.4.1.1Morphologische Aspekte nach EKZ
7.4.1.2Morphologische Aspekte nach tief hypothermem Kreislaufstillstand
7.4.2Zerebrale Oxygenation
7.4.3Zerebrale Perfusion
7.4.3.1Beurteilung der zerebralen Flussgeschwindigkeiten mit transkranieller Dopplersonographie (TCD)
7.4.3.2Beurteilung der regionalen zerebralen Perfusion mit Mikrosphären
7.4.4Wertigkeit des zerebralen Markers S-100B im Serum als Marker einer Störung in der Bluthirn-Schranke.
7.4.5Immunhistochemische Veränderung des Proteins S-100B
7.4.6Messung der neuronalen Marker in Serum und Liquor
7.4.7Immunhistochemischer Nachweis der neuronalen Marker im Zentralnervensystem
8 Neuroprotektive Strategien durch Vorbehandlung mit verschiedenen Pharmaka an einem Schweinemodell
8.1Vorbehandlung mit hoch dosierten Steroiden
8.1.1Methode
8.1.2Ergebnisse
8.1.2.1Evaluierung der regionalen Hirnperfusion mittels Mikrosphären
8.1.2.2Evaluierung der regionalen Hirnperfusion mittels TCD
8.1.2.3Zerebrale Oxygenation
8.1.2.4Biochemische Marker
8.1.2.5Hyperglykämie
8.1.2.6Auswertung der hypoxisch und apoptotischen neuronalen Zellschädigung
8.2Die Rolle des Cyclosporins und des FK506 im Zentralnervensystem
8.2.1Methode
8.2.2Ergebnisse
8.2.2.1Zerebrale Perfusion
8.2.2.2Zerebrale Oxygenation
8.2.2.3Biochemische Marker
8.2.2.4Auswertung des hypoxischen und apoptotischen neuronalen Zellverlusts
9 Diskussion
9.1Erfassung der Hirnschädigung im Zusammenhang mit angeborenen Herzfehlern
9.2Überwachung der zerebralen Perfusion während und nach der Korrekturoperationen angeborener Herzfehler
9.3Überwachung der zerebralen Oxygenation während und nach Korrekturoperationen angeborener Herzfehler
9.3.1Veränderung der regionalen Hämoglobinsättigung (rSO2) während der Operation
9.3.2Veränderung der regionalen Hämoglobinsättigung (rSO2) während der postoperativen Phase
9.3.3Veränderung der intrazellulären Oxygenation
9.4Wertigkeit der Bestimmung zerebraler Marker im Serum zur Diagnose von Hirnaffektionen nach herzchirurgischen Eingriffen
9.4.1Normale und pathologische Serumwerte des Proteins S-100B bei Kindern nach herzchirurgischen Eingriffen:
9.4.2Protein S-100B als Marker der Schädigung der Blut-Hirnschranke:
9.4.3Protein S-100B als Parameter der Neuroprotektion
9.4.4Wertifkeit der Hirnmarker im Serum und Liquor
9.5Neuroprotektive Strategien während tief hypothermem Kreislaufstillstand
9.5.1Protektiver Effekt der Hypothermie
9.5.2Protektiver Effekt der Vorbehandlung mit Steroiden
9.5.3Protektiver Effekt der Vorbehandlung mit FK501
9.5.4Protektiver Effekt der Vorbehandlung mit Cyclosporin A
9.6Zusammenfassung:
Bibliographie Referenzen
Danksagung

Tabellenverzeichnis

Tabelle 3.1.1: Einflussfaktoren auf die zerebrale Perfusion.
Tabelle 3.2.1: : Klinische Daten der untersuchten Kinder (Mean, Range)
Tabelle 3.2.2: Klinische Daten der Kinder mit und ohne intraventrikuläre Hemorrhagien (IVH)
Tabelle 5.2.1: Demographische Daten
Tabelle 5.3.1:

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 2.1.1: Schädelultraschall zeigt eine intraventrikuläre Blutung Grad III (IVH III) im Seitenventrikel, welche den gesamten Ventrikel-raum füllt, bei einem 11 Tage alten Neuge-borenen mit d-TGA nach Switschoperation
Abbildung 2.1.2:. Coronarschnittebene des Gehirns zeigt ausgedehnte parenchymatöse Blutungen bei einem 14 Tage alten Neugeborenen mit einem Ductus-abhängigen Vitium (Mitralatresie mit hypoplastischem Aortenbogen) nach Entlassung aus der Geburtsklinik. Das Kind wurde im Schockzustand in die Klinik eingeliefert (art. pH 6.7) und das Schädelsonogramm zeigte den abgebildeten intrakraniellen Befund. Aufgrund der ausgedehnten Blutung konnte das Kind nicht operiert werden und starb an den Folgen seiner Komplikationen.
Abbildung 2.2.1: . Multiple Schnittebenen durch den Schädel bei einem Neugeborenen mit Mitralatresie und massiver Parenchymblutung (PVH) im rechten Temporallappen. Die sagittale (A), coronare (B) und transversale Schnittebene sind aus dem 3-dimensionalen Datensatz dargestellt. Links oben (D) ist die entsprechende dreidimensionale Rekonstruktion der Läsion dargestellt, welche eine genaue Abgrenzung der räumlichen Ausdehnung der Blutung erlaubt. Das Errechnen von multiplen transversalen Schnittflächen der Hirnläsion mit einer definierten Dicke von cranial nach caudal erlaubt die Ermittlung des Läsionsvolumens in ml. Damit können intracranielle Strukturen in ihrer Abgrenzung und Ausdehnung genauer beurteilt werden.
Abbildung 2.3.1: Erworbene neuro-pathologische Befunde bei verstorbenen Kindern mit angeborenen Herzfehlern. Die intraventrikulärer Plexusblutung wurde ebenfalls bei reifen Neugeborenen nach Korrekturoperationen beobachtet (A). Zu den erworbenen Hirnläsionen zählen auch Mikro- und Makroinfarken (B). Die periventrikuläre Leukomalazie ist ein typische Komplikation des Frühgeborenen trat jedoch auch bei Neugeborenen mit angeborenen Herzfehlern nach Herzoperation (C).
Abbildung 2.3.2: Kongenitale Hirnläsionen, welche assoziiert mit den angeborenen Herzfehlern vorkamen. A. Ulegyrie mit Hirnatrophie, B. Kortikale Entwicklungsretardierung im Großflächenschnitt in Form von säulenartig angeordneten Areale bei einem reifen Kind (HE, x4). C. Hydrocephalus internus evacuo wird häufig bei Kindern mit angeborenen zaynotischen Herzfehlern beobachtet. D. Zentral gelegene Leptomeningeale neuronale Heterotopie im Subarachnoidalraum (HE10x).
Abbildung 2.4.1: : Ergebnisse der Hamburg-Wechsler Intelligenztest (HAWIK III) bei Kindern nach Korrektur einer Fallot´schen Tetralogie (schwaze Balken) mit Hilfe der extrakorporalen Zirkulation im Vergleich zu gleichaltrigen Kontroll-kindern nach inter-ventionellem Verschluß eines Vorhofseptum-defektes mit Amplatzer Septaloccluder. Signifikante verminderte Werte bei den Kindern mit der Fallot´schen Tetralogie fanden sich im Handlungs-IQ und Minderung in der Wahr-nehmungsorganisation
Abbildung 3.1.1: Veränderung der mittleren Flussgeschwindig-keit (Vm) und des Pulsatilitätsindex (PI) in der A. cerebri media (ACM) in den 3 untersuchten Gruppen. Im Gegensatz zu der Gruppe mit normothermer Perfusion, fielen die Vm-Werte nach Anschluss an die EKZ und Abklemmung der Aorta in der Gruppe mit moderater und tiefer Hypothermie signifikant ab. Der PI war in der hypothermen Gruppe im Vergleich zu der normothermen Gruppe signifikant erhöht. Die Flussrate der EKZ (ml/kg/min) war in der hypothermen Gruppe niedriger als in den anderen Gruppen.
Abbildung 3.1.2: Retrograder diastolischer Flussmuster in der Arteria cerebri media bei einem Neugeborenen nach einer Phase von Kreislaufstillstand in tiefer Hypothermie im Vergleich mit einem gleichaltrigen Neugeborenen nach hypothermer Perfusion ohne Kreislaufstillstand
Abbildung 3.2.1: Zerebrale Flussgeschwindigkeiten in der Arteria cerebri anterior (ACA) bei Kindern vor und nach Korrekturoperationen. Das Flussmuster, welches durch das errechnete Integral der Fläche unter der Flusskurve (FVI= Flow Velocity Intergral) in der Art. cerebri anterior dargestellt ist, war während der ersten postoperativen Stunden in allen Gruppen signifikant reduziert. Die zerebralen Flussgeschwindigkeiten nor-malisierten sich zu den präoperativen Werten 24 Stunden nach Ende der Operation
Abbildung 3.2.2: Veränderung des zerebralen Flussmusters (Flow Velocity Intergrtal FVI) in der Arteria cerebri anterior (ACA) und carotis interna (ICA) bei den Neugeborenen mit und ohne intraventrikulären Hämorrhagien (IVH) nach Swichoperationen. Die initialen postoperativen FVI-Werte waren signifikant höher in der Gruppe mit IVH (3.2.2 A). In der Gruppe mit IVH fiel der Resistanzindex (RI) während der ersten 8 Stunden postoperativ signifikant ab und stieg 48 Stunden nach der Operation erneut an (3.2.2 A). Diese Veränderung in dem RI war durch Schwankungen in der enddiastolischen Flussgeschwindigkeit bedingt (Abb. 3.2.2.B).
Abbildung 4.1.1: : Röntgenbild der Schädelbasis sowie der oberen Halswirbelsäule eines Kindes mit Darstellung des retrograd positionierten Oxymetrie-Katheters im Bulbus der Vena jugularis interna (Pfeil) und Position des NIRS-Sensors an der gleichen Schädelseite. (light source = Lichtquelle, superficial receiver = oberflächige Empfängeroptode, deep receiver = Tiefenempfänger).
Abbildung 4.1.2: Es zeigte sich eine enge Korrelation zwischen der Messungen der regionalen zerebralen Hämoglobinsättigung (rSO2) mit NIRS rechts frontotemporal und der simultan oxymetrisch bestimmten zerebralvenösen Hämoglobinsättigung im Bulbus der Vena jugularis interna rechts (SjO2
Abbildung 4.1.3: Veränderungen in der zerebralen regionalen Hämoglobinsättigung (rSO2) bei den operierten Kindern, gegliedert in Altersgruppen, während der unterschiedlichen Phasen der extrakorporalen Zirkulation (EKZ) (Mittelwerte±SE)
Abbildung 4.1.4: Die rSO2- Trendwerte vor und nach modifizierter Ultra-filtration (MUF). Die rSO2 -Werte in der Gruppe mit MUF unterschieden sich nicht signifikant von denen ohne MUF. Die MUF scheint keinen unmittel-baren EinFluss auf die Veränderung in der rSO2 nach standardisierten Operationen mit Hilfe der EKZ zu haben.
Abbildung 4.2.1: Verlauf der regio-nalen zerebralen Hämoglobinsättigung (rSO2) und der simultan erfaßten hämodynamischen Parameter während der postoperativen Phase. Die rSO2-Werte waren während der initialen Phase nach EKZ im Vergleich mit den präoperativen Werten signifikant erniedrigt und stiegen während der ersten 24 Stunden signifikant an. Ein Zusammen-hang zu den hämo-dynamischen Para-metern fand sich nur zu der zentral-venösen Sättigung (ZVS).
Abbildung 4.2.2: Total Hämoglobin repräsentiert die Summe des intravaskulären oxygenierten (HbO2) und de-oxygenierten Hämoglobins (deoxy.Hb) und korreliert mit dem hämodynamischen regionalen zerebralen Blutvolumen. Während der gesamten intraoperativen Überwachung zeigte sich ein enger Zusammenhang zwischen den Veränderungen in Total Hämoglobin und den beiden Formen des Oxygenierten und deoxygenierten Hämoglobins.
Abbildung 4.2.3: Zusammenhang zwischen dem total Hämoglobin (tHb) und der mitochondrialen Cychromoxydase aa3 (Cyt.Ox aa3) während der extrakorporalen Zirkulation. Die meisten gemessenen Werte der Cyt.Ox aa3 wurden in einem kleinem Bereich zwischen -2 und +2 µmol/L gemessen. Die Werte des tHb zeigten jedoch größere Schwankungen als der von der Cyt.Ox aa3 (A). Die Werte der in dem Bereich zwischen -2 und +2 korrelierten nicht mit den simultan gemessenen Werten des HbO2 zwischen 60 und 230 µmol/L. (A). Abweichungen in den Werten der Cyt.Ox aa3 außerhalb dieses Bereiches zeigten jedoch einen Zusammehnag zu den Veränderungen in den intravaskulären Oxygenationparametern (B).
Tabelle 5.1.1:
Abbildung 5.1.1: : Serum Konzentrationen des Proteins S-100B (Mittelwerte±SE) bei Kindern ohne neurologische oder kardiorespiratorische Komplikationen vor und nach Korrekturoperationen verschiedener Herzfehler mit Hilfe der extrakorporalen Zirkulation (EKZ) im Vergleich mit einer Kontrollgruppe mit einer Aortenisthmusstenose (ISTA) ohne EKZ. Bei allen Gruppen, mit Ausnahme der Säuglinge mit ISTA, stieg das S-100B nach der Operation signifikant an. Die Serum Konzentrationen waren sowohl vor als auch nach der Operation alters- und gewichtsabhängig. Die höchsten postoperativen Serumkonzentrationen wurden bei den Neugeborenen und Säuglingen nach Korrekturoperatioen komplexer Vitien wie das d-TGA und das HLHS mit Hilfe hypothermer EKZ gemessen.
Abbildung 5.1.2: Im Vergleich mit allen Kinder ohne Komplikationen waren die postoperativen S-100B-Werte bei Kindern mit neuro-logischen oder hämody-namischen Kompli-kationen jenseits der unmittelbaren 2 Stunden nach der EKZ weiterhin abnorm erhöht
Abbildung 5.3.1: Serumkonzentrationen des astroglialen Proteins S-100B und der simultan gemessenen Konzentrationen des Malondialdehydes (MDA) im Serum während verschiedener Phasen der extrakorporalen Zirkulation (EKZ). Der gleichzeitige Anstieg des Lipidperoxidation-endproduktes MDA und des Proteins S-100B in der Reperfusionsphase weist auf eine O2-Radikalinduzierte Zellmembranschädigung der Astrozyten auf zerebraler Ebene hin
Abbildung 5.4.1: Die kontinuierliche Behandlung mit niedrig konzentrierter Infusion Natrium Nitroprussid (SNP) (1-5 µg/kg/min) scheint die Freisetzung des Proteins S-100B aus den Astrozyten zu hemmen. Eine protektiver Effekt an den Astrozyten-Endothelzellkomplex der Blut-Hirnschranke ist anzunehmen
Abbildung 5.5.1: Die Serumkonzentrationen des Proteins S-100B vor und nach der modifizierten Ultrafiltration (MUF). Die späteren Serumkonzentration 24 Stunden nach der EKZ waren bei den Kindern mit MUF signifikant niedriger.
Abbildung 5.5.1: Versuchsaufbau in der tierexperimentellen Einrichtung der Charite
Abbildung 6.1.1: Zeitlicher Verlauf der unterschiedlichen Phasen der experimentellen EKZ in Abängigkeit von der Temperatur. Während des gesamten Versuchs erfolgt ein Neuromonitoring mit Hilfe der Nahinfrarot Spektroskopie (NIRS), der transkraniellen Dopplersonographie und der Mikrosphärenmethode zur Evaluierung der regionalen Hirnperfusion während der EKZ. Blutproben zur Bestimmung biochemischer Marker werden zu definierten Zeitpunkten abgenommen
Abbildung 7.1.1:
Abbildung 7.1.2: Immunhistochemische Färbung der Astrozyten (A) im Hippocampus. Das Protein S-100B ist rot in den Atsrozyten und ihren Fortsätzen rot gefärbt (Pfeil). Die topographische Beziehung zwischen den Astrozyten und den Kapillaren könnte den Mechanismus der Freisetzung des S-100B aus den Astrozyten in die Blutbahn zum Teil erklären.
Abbildung 7.4.1: : Morphologische Veränderung in den Neuronen der CA1- Region des Hippocampus bei einem Tier nach 60 bzw. 120 Minuten in tief hypothermem Kreislaufstillstand (THKS). Nach verlängertem Kreislaufstillstand von 120 Minuten ist hypoxisch bedingte nekrotische Zelltod lichtmikroskopisch, charakterisiert durch Eosinophilie des Zytoplasmas, Zellschrumpfung und Kernveränderungen, deutlich in den meisten Neuronen sichtbar.
Abbildung 7.4.2: Veränderungsmuster in den intravaskulären zerebralen Oxygenationsparametern des oxygen. (HbO2) und deoxyg. Hämoglobins (deoxy.Hb), der regionalen Hämoglobinsättigung (rSO2) sowie der intrazellulären Cytochromoxydase aa3 (Cyt.Ox.aa3). Eine charakteristische Veränderung vom Ausgangswert wurde entsprechend der Hypothermie und Unterbrechung der Zirkulation während des tief hypothermen Kreislaufstillstandes (THKS) gefunden
Abbildung 7.4.3: Veränderung der regionalen Hirnperfusion während und nach hypothermer Perfusion. In allen Hirnregionen war ein signifikanter Abfall der Hirnperfusion während der Hypothermie festzustellen (p<0,01).
Abbildung 7.4.4: Serumkonzentrationen des Proteins S-100B vor, während, und nach 60 bzw. 120 minütigem tief hypothermen Kreislaufstillstand (THKS)
Abbildung 7.4.5: : Serumkonzentrationen des Proteins S-100B bei den Tieren mit und ohne Komplikationen vor der systemischen Kühlung (a). Der unmittelbar signifikante Anstieg des Proteins S-100B im Serum bei den Tieren mit hämodynamischen Komplikationen war mit einer positiven Extravasation des Farbstoffes Evans-Blue im Cortex assoziiert (b). Abnorm hohe Serumkonzentrationen des S-100B im Serum weisen auf eine Öffnung der Bluthirnschranke hin.
Abbildung 7.4.6: : Die Serumkonzentration des Proteins S-100B in Anhängigkeit mit der hypoxisch-ischämischen neuronalen Zellschädigung in der Region CA4 des Hippocampus.
Abbildung 7.4.7: Immunhistochemische Färbung des S-100B in einem Kontrolltier mit einer Scheinoperation und einem Tier nach extrakorporaler Zirkulation und tief hypothermem Kreislaufstillstand
Abbildung 7.4.8: Kinetik des Astrogliazellproteins S-100B und der Neurospezfischen Enolase (NSE) im Serum während und nach der EKZ mit einer Stillstandsphase in tiefer Hypothermie. Im Gegesatz zur NSE waren die Serumkonzentrationen des Proteins S-100 bereits nach dem Anschluß an der EKZ und dem Beginn der Kühlung signifikant angestiegen. Die höchsten Werte wurden in der Reperfusionsphase nach dem tief hypothermen Kreislaufstillstand gemessen. Die Serumwerte der NSE stiegen in dieser Phase ebenfalls signifikant an, blieben jedoch signifikant niedriger als die Ausgangswerte.
Abbildung 7.4.9: Die Konzentrationen der Ca++-bindenden Proteinen und der neurospezifischen Enolase (NSE) im Liquor waren in allen Tieren nach der EKZ mit dem verlängertem Kreislaufstillstand in tiefer Hypothermie im Vergleich zu den Ausgangswerten massiv angestiegen. Der massive Anstieg der astrozytären und neuronalen Marker weist auf eine signifikante Hirnzellschädigung hin. Das Missverhältniss zwischen den Konzentrationen im Serum und im Liquor zeigt eine limitierte Durchlässigkeit dieser Marker in die Blutbahn, möglicherweise durch eine intakte Blut-Hirnschranke.
Abbildung 7.4.10: Immunhistochemische Färbung von neuronalen Ca++bindenden Proteinen in einigen Subpopulationen gut erhaltener Neurone 10x und 40x. Calretinin kommt im Kerngebiet hemmender Neuronen vor. Zusätzlich zur Immunfärbung des Zytoplasmas (braune Zellen) waren auch die Axonen dieser Neurone mit Calretinin positiv angefärbt. Die Immunfärbung der Neurospezifischen Enolase (NSE) und des Parvalbumins in intakten Neuronen ist als Rot gut darstellbar. In den Schnitten mit der NSE und Parvalbuminfärbung sind einige Astrozyten geschwollen dargestellt (Pfeil e) .
Abbildung 8.1.1: Der prozentuale Anteil der regionalen Hirnperfusion (ml/g/min) vom Ausgangswert nach einer hypothermen Kreislaufstillstandsphase von 120 Minuten. Die regionale Hirnperfusion war bei den intrathekal behandelten Tieren höher als bei den Kontroll- und den systemisch behandelten Tieren.
Abbildung 8.1.2: Die mittlere Flussgeschwindigkeit (Vm) in der A. cerebri media vor, während und nach dem Experiment. Die mittlere zerebrale Flussgeschwindigkeit fiel nach systemischer Kühlung in allen Gruppen signifikant ab. Vor und nach dem tiefhypothermen Kreislaufstillstand war die Vm in den intrathecal vorbehandelten Tieren signifikant höher als bei den Kontrolltieren.
Abbildung 8.1.3: : Zerebrale Oxy-genationsparamter gemessen mit der Nahinfrarot Spektroskopie (NIRS) in den Kontrolltieren und in den sytemisch und intrathekal mit Methylprednisolon (MP) vorbehandelten Tieren. Die intravaskuläre und intrazelluläre Oxygenation in der systemisch vorbehandelten Gruppe fiel während und nach dem tief hypothermen Kreislaufstillstand (THKS) signifikant tiefer ab als bei der Kontroll- und Intrathekalgruppe
Abbildung 8.1.4: Liquorkonzentrationen des Proteins S-100B in der systemisch und intrathekal mit Methylprednisolon vorbehandelten Gruppe im Vergleich mit der Kontrollgruppe vor und nach der tiefhypothermen Kreislaufstillstandsphase (THKS) von 120 Minuten. Die Konzentration des S-100B im Liquor war signifikant niedriger in den intrathekal vorbehandelten Tieren.
Abbildung 8.1.5: : Glukosewerte im Blut in der systemisch und intrathekal mit Methylprednisolon vorbehandelten Gruppe im Vergleich mit der Kontrollgruppe vor und nach der tiefhypothermen Kreislauf-stillstandsphase (THKS) von 120 Minuten. Hyperglykämie trat in den beiden mit Methylprednisolon vorbehandelten Gruppen auf, diese persistierte jedoch stärker in der Gruppe mit systemischer Steroid-vorbehandlung.
Abbildung 8.1.6: : Die quantitativen neuropathologischen Veränderungen in Hippocampus-regionen bei den mit Methyl-prednisolon vorbehandelten Tieren. Die intrathekale und nicht die sytsemische Vorbehandlung mit MP scheint einen neuroprotektiven Effekt nach einer hypothermen Kreislaufstillstandsphase von 120 Minuten im Hippocampus zu enfalten.
Abbildung 8.1.7: Paraffinschnitt in CA4 zeigt eine signifikante Reduktion der hypoxisch nekrotischen Neuronen in CA4 des Hippocampus. Der hypoxisch bedingte nekrotische Zelltod ist lichtmikroskopisch charakterisiert durch Eosinophilie des Zytoplasmas, Zellschrumpfung und Kernveränderungen in Form von Kernpyknose und Kernbasophilie (Pfeil ). Perivaskuläres und perineuronales Ödem wurde in allen Tieren mit und ohne Vorbehandlung gleichermaßen beobachtet (e Pfeil).
Abbildung 8.1.8: Anteil apoptotischer Neurone im Gyrus dentatus bei den Methylprednisolon vorbehandelten Tieren und bei den Kontrolltieren. Apoptotischer Zelltod trat überwiegend im Gyrus dentatus des Hippocampus in signifikant höhes Zahl auf, sowohl nach systemischer als auch nach intrathekaler Vorbehandlung
Abbildung 8.1.9 Die Apoptose fand sich überwiegend regional im Gyrus dentatus des Hippocampus. Ein Parraffinschnitt des Gyrus dentatus zeigt lichtmikroskopisch neben den normalen (Pfeil n), und den hypoxisch nekrotischen Neuronen (Pfeil), apoptotische Neurone charakterisiert durch Kondensation des nuklearen Chromations by gleichzeitiger Erhaltung des Zellkörpers (Pfeilkopf). Haematoxylin und Eosin (HE, 40X).
Abbildung 8.1.10: Die Apoptose in den Neuronen wurde ebenfalls nach der TUNEL-Methode (terminal transferase-mediated dUTP-digoxigenin nick end-labeling) gefärbt und bestätigt. Der fragmentierte DNA-Kerninhalt erscheint als dunkle Chromatin-Körperchen oder apoptotic bodies
Abbildung 8.1.11: Die Morphologie der Apoptose wurde zusätzlich in Semi-Dünnschnitten beurteilt und bestätigt. Die apoptotischen Neurone zeigten Zellschrumpfung unter Erhalt der Zellmembran, mit charakteristischen Kernveränderungen in Form von Heterochromatisation bzw. Kondensation des Kerninhalts (DNA-Fragmentation) (Pfeilkopf). Im Vergleich ist daneben ein gut erhaltener benachbarter Neuron zu sehen (Pfeil n).
Abbildung 8.2.1:
Abbildung 8.2.2:
Abbildung 8.2.3: Die mittlere Flussgeschwindigkeit (Vm) in der A. cerebri media vor, während und nach dem Experiment. Die mittlere zerebrale Flussgeschwindigkeit fiel nach systemischer Kühlung in allen Gruppen signifikant ab. Nach dem tief-hypothermen Kreislaufstillstand war die Vm in den mit Cyclosporin vorbehandelten Tieren signifikant niedriger als bei den Kontrolltieren.
Abbildung 8.2.4: Zerebrale Oxygenationsparamter gemessen mit der Nahinfrarot Spektroskopie (NIRS) in den Kontrolltieren und in den mit Cyclosporin und FK506 vorbehandelten Tieren. Die intrazelluläre Oxygenation in der Cyclosporin- und FK506 vorbehandelten Gruppe fiel während und nach dem tief hypothermen Kreislaufstillstand (THKS) signifikant weniger ab als bei der Kontrollgruppe.
Abbildung 8.2.5: Liquorkonzentrationen des Proteins S-100B in den mit cyclosporin und FK506 vorbehandelten Tieren im Vergleich mit den Kontrolltieren ohne Behandlung vor und nach der tiefhypothermen Kreislaufstillstandsphase (THKS) von 120 Minuten. Die Konzentration des S-100B im Liquor war signifikant niedriger in den mit Cyclosporin vorbehandelten Tieren
Abbildung 8.2.6: Anteil apoptotischer Neurone im Gyrus dentatus bei den mit Cyclosporin, FK506 vorbehandelten Tieren und Kontrolltieren. Apoptotischer Zelltod trat überwiegend im Gyrus dentatus des Hippocampus in signifikant höherer Zahl in den mit FK506 vorbehandelten Tieren auf. Die Zahl der apoptotischen Neuronen war bei den mit Cyclosporin vorbehandelten Tieren nicht signifikant angestiegen
Abbildung 8.2.7: : Die quantitativen neuropathologischen Veränderungen in den Hippocampusregionen bei den mit FK506 und Cyclosporin-vorbehandelten Tieren. Beide Immunsuprisiva scheinen histologisch einen protektiven Effekt im Gehirn nach einem verlängerten Kreislaufstillstand in tiefer Hypothermie zu entfalten. Die Verminderung der Zahl der hypoxischen Neuronen war nach Cyclosporinvorbehandlung im Hippo-campus noch ausgeprägter.
Abbildung 9.1.1: 2 Modus der neuronalen Zellschädigung in Autopsien von Kindern nach Herzoperationen mit der extrakorporalen Zirkulation. A. Hypoxisch geschädigte Neurone im Thalamus HE x10, B. Subikuläre Apoptose und perineuronales Ödem HE 20x, C. Apoptose im Subiculum TUNEL x10,
Abbildung 9.3.1: . Bettnahes nicht-invasives Neuromoni-toring der zerebralen Oxygenation mit Hilfe der nahinfrarot Spektroskopie und perfusion mit Hilfe der transkraniellen Dopplersonographie, bei einem Kind nach einer Herzoperation auf der Intensivstation
Abbildung 9.4.1: Die Abbildung zeigt die topographische Beziehung zwischen Kapillaren, Astrozyten und Neuronen. Dies unterstreicht die enge funktionelle Beziehung zwischen diesen Hirnzellstrukturen

© Die inhaltliche Zusammenstellung und Aufmachung dieser Publikation sowie die elektronische Verarbeitung sind urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung. Das gilt insbesondere für die Vervielfältigung, die Bearbeitung und Einspeicherung und Verarbeitung in elektronische Systeme.

DiML DTD Version 2.0
Zertifizierter Dokumentenserver
der Humboldt-Universität zu Berlin
HTML - Version erstellt am:
Thu Dec 12 10:42:55 2002