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Diese Habilitation befasst sich im Wesentlichen mit der Anwendbarkeit neuer bildgebender Verfahren zur genaueren Evaluation definierter neurologischer Erkrankungsbilder und deren pathophysiologischer und prognostischer Aussagekraft. Wir untersuchten zum einen den Zusammenhang zwischen C-reaktivem Protein (CRP) und frühen atherosklerotischen Veränderungen der A. carotis und deren Progression und zum anderen zwischen CRP und klinischem Verlauf des akuten Hirninfarkts. Mit Hilfe der funktionellen Dopplersonographie gelang uns der Nachweis einer Verbesserung der Vasoreaktivität durch die Einnahme eines Statins. Durch die systematische Analyse diffusionsgewichteter Kernspintomographie (DWI) konnten wir zeigen, dass sich TIA- und Schlaganfallpatienten bereits in der Frühphase durch die Signalintensität differenzieren lassen. Die bedeutendsten Erkenntnisse ergaben sich bezüglich der Pathogenese der transienten globalen Amnesie (TGA). So gelang uns duplexsonographisch erstmals der Nachweis einer erhöhten Prävalenz insuffizienter Jugualarvenenklappen bei TGA-Patienten. Unter Beurteilung der aktuellen Studienlage zu diesem Erkrankungsbild und der neuesten bildgebenden und klinischen Studien - u. a. unserer Arbeitsgruppe – konnten wir ein modernes pathophysiologisches Modell der TGA formulieren. The manuscript describes the usefulness of new imaging techniques for the evaluation defined neurological diseases and their pathophysiological and prognostic value. Firstly, we analyzed the impact of C-reactive protein (CRP) and early carotid atherosclerosis and progression, as well as the role of CRP and outcome after acute ischemic stroke. Moreover we observed an improvement of cerebral vasoreactivity after statin administration using transcranial doppler sonography. Additionally we observed that patients with transient ischemic attack and ischemic stroke could be differentiated in the acute stages using diffusion weighted imaging. The main important findings were described concerning the pathophysiology of the transient global amnesia (TGA). We detected - for the first time - an increased prevalence of insufficient jugular vein valves in TGA patients. Based on recent studies concerning TGA as well as new imaging and clinical findings in these patients we described a new pathophysiological model of this disease.

Hintergrund: Die vorgelegte Dissertation sollte klären, ob bestimmte Fremdmaterialien, wie sie zur Herstellung von Herzklappenprothesen verwendet werden, unterschiedlich anfällig für die Entwicklung einer bakteriellen Endokarditis sind. Existierende klinische Studien favorisieren entweder Biomaterialien oder aber syntethische Materialien, jedoch sind diese Studien nicht standardisiert, experimentelle Modelle zur Untersuchungen von Fragestellungen hinsichtlich der Prothesenklappenendokarditis sind bis dato nicht vorhanden. Aus diesem Grund wurde folgendes, prospektives, randomisiertes und standardisiertes Tiermodell etabliert. Methodik: Dazu wurden bei n=78 Kaninchen in einem operativen linkslateralen kardiochirurgischen Eingriff vier verschiedene Fremdmaterialien (Dacron n=14; Silzone™-beschichtetes Dacron/SIL n=14; glutaraldehyd-fixiertes autologes Perikard/GAP n=14; kryopräserviertes Allograft/AG n=14) auf das Mitralklappensegel gebracht. Die operative Technik reflektiert die pathophysiologische Situation der Prothesenklappenendokarditis durch (1) das Entstehen einer Mitralinsuffizienz, (2) das Erzeugen eines Endothelschadens und (3) Implantation des Fremdmaterials in das Herz. Das eingebrachte Fremdmaterial wurde sechs Stunden postoperativ durch i.v.-Injektion von 6*106 colony forming units (CFU) Staphylococcus aureus (ATCC 29213)infiziert. Nach 48 Stunden wurden die Tiere autopsiert. Herz, Nieren und Milz wurden makroskopisch auf Vegetationsformation und mikrobiologisch zusammen mit Blutkulturen auf Keimdurchsetzung hin untersucht. Ergebnis: Die experimentelle Vorgehensweise erzeugte bei 60,7% der Tiere eine intrakardiale Infektion. Die verwendeten Materialien Dacron, silberbeschichtetes Dacron, glutaraldehyd-fixiertes Eigenperikard und kryokonservierte allogene Aortenstücke, zeigten keine statistisch signifikanten Unterschiede bezüglich der Infektion (9/14 Tieren in DAC + SIL vs. 8/14 Tieren in GAP + AG)und Keimbesiedelung. Zusammenfassung: Mit vorgelegter Arbeit wird das erste standardisierte in vivo Modell zur Erforschung der Prothesenklappenendokarditis präsentiert. Im Gegensatz zu den klinischen Studien gab es hinsichtlich der Wahl des Materials keinen Unterschied in der mikrobiellen Adhärenzfähigkeit. Silberbeschichtung des Materials (SIL-Gruppe) zeigte keinen messbaren antibakteriellen Effekt. Background: The choice of the prosthetic material for heart valve replacement regarding prevention of prosthetic valve endocarditis (PVE) remains controversial. Several clinical studies show either biomaterials or synthetic devices to be less prone to infection but these studies lack standardization. We present the first standardized approach to investigate bacterial adherence to various intracardiac prosthetic materials in a surgical animal model. Methods: During open heart surgery, patches of four different prosthetic valve materials (Dacron/DAC n=14; Silzone™-coated Dacron/SIL n=14; glutarldehyd-fixed autologous pericard/GAP n=14; cryopreserved allograft/AG n=14) were implanted onto mitral valves in 78 rabbits. The surgical procedure reflects the pathophysiological situation of PVE due to creation of mitral valve regurgitation, damage of the endothelium and insertion of thrombogenic materials into the circulatory system. Six hours postoperatively, 6*106 colony forming units (CFU) of Staphylococcus aureus (ATCC 29213) were administered intravenously to create secondary infection of the implanted patch-materials. Explantation and further quantitative microbiological analysis of patches and adjacent vegetations were carried out 48 h after bacterial challenge. Results: There was no difference in the overall incidence of microbial colonization between all groups (9 / 14 animals in DAC + SIL vs. 8 / 14 animals in GAP + AG). Quantitative comparison of adherent organisms per mg patch-material revealed no statistical significant difference between all groups. Conclusion: We established the first standardized in vivo animal model to study bacterial adhesion to different prosthetic valve materials. In contrast to several clinical studies there has been no advantage of biomaterial compared to synthetic grafts concerning bacterial colonization in this experiment. Silver coating of the materials(SIL-group) did not show a measurable antimicrobial effect.

Ziel:Die Stentangioplastie nimmt einen immer höheren Stellenwert bei der Therapie der Karotistenose ein. In dieser experimentellen Arbeit wurde der Einfluss verschiedener Stentdesigns auf die Strömungsverhältnisse in der Arteria carotis aus rheologischer Sicht untersucht. Im Blickpunkt stand dabei ein neuer Prototyp eines membranunterstützten Stents. Material und Methoden: In maßstabsgetreue Silikonmodelle der A.carotis wurden drei verschiedene Stentmodelle: ein Stent aus rostfreim Stahl (Wallstent/Boston Scientific), ein Nitinol Stent (SelfX/Jomed), ein membranunterstützter Nitinol Stent (covered stent/Jomed) implantiert. Alle drei Modelle wurden identisch positioniert und überbrückten den Abgang der A.carotis externa. Als Meßeinrichtung stand die Laser-Doppler-Anemometrie (LDA) zur Verfügung. Unter pulsatilen Strömungsbedingungen (RE = 250 ; Volumenstrom V = 25.8 l/h ; Volumenstromverhältnis ACI:ACE = 70:30) wurden Querschnittsmessungen an mehreren korrespondierenden Positionen in den drei Stentmodellen und einem Leermodell durchgeführt. Die Analyse der Strömungsartefakte erfolgte anhand von 3D Flussprofilen. Ergebnisse: Die Art , Ausprägung und Lokalisation von Strömungsveränderung wird durch das Stentdesign beeinflusst. Während der Wallstent und SelfX Stent kaum zu einer Verschiebung des ursprünglichen Flussverhältnisses führen (ACI/ACE 70/30), sorgt der membranunterstützte covered Stent für eine Kanalisierung und Beschleunigung der Strömung in die ACI (ACI/ACE:73,9/26,1) und verursacht dadurch die Entstehung einer Ablösezone am Stentausgang,welche aber ein paar Milimeter weiter distal bereits wieder verschwunden ist.Messungen innerhalb des Stent im Bereich der Bifurkation zeigten, im Wallstent ausgeprägter als im SelfX Stent, eine Verringerung der physiologisch vorhandenen Ablösezone. In allen Stentmodellen zeigt sich eine Beruhigung und Verlangsamung der Strömung in der ACE. Im covered Stent Modell zeigt sich kurz nach der Bifurkation bereits wieder ein Strömungsparaboloid in der ACE.Dasselbe Phänomen,in geringerer Ausprägung,zeigt sich auch im Wallstent Modell und minimal auch im SelfX Stent Modell. Zusammenfassung : Alle drei Stentmodelle wären für den Einsatz in der A. Carotis geeignet. Es zeigte sich eine eindeutige Abhänigkeit der auftretenden Strömungsveränderungen vom Design des verwendeten Stents. Mit der LDA können hämodynamische Problemzonen detektiert und durch Modifikationen des Stentdesigns beeinflusst werden. PURPOSE: Percutaneous transluminal angioplasty and stenting (PTAS) is gaining more and more importance in the therapy of carotid artery stenosis. Our objective was to show the influence of stent design on flow patterns in a physiologic carotid artery model. METHODS: Three different stents were positioned in true to scale silicone models of the carotid artery: a stainless steel stent: Wallstent [Boston Scientific], a nitinol stent: SelfX Stent [Jomed] and a nitinol stent with an inside covering: covered Stent [Jomed]. All stents were deployed across the bifurcation and the external carotid artery origin. Flow velocity measurements were performed with laser Doppler anemometry (LDA), using pulsatile flow conditions (Re = 220; flow 25.8 l/h; flow rate ratio ICA:ECA = 70:30) in hemodynamically relevant cross-sections. The hemodynamic changes were analyzed by comparing velocity fluctuations of corresponding 3 D flow profiles. RESULTS: Stent design has an influence on flow patterns in the carotid artery. The flow rate ratio ICA:ECA shifted significantly from 70/30 to 73.9/26.1 in the covered Stent model and remained nearly unchanged in the SelfX and Wallstent models. In the covered Stent model an increased central slipstream was found. Due to this increase of the central slipstream a flow separation distal to the covered Stent was found which vanished a few millimeters further downstream. There were no relevant changes of flow patterns found at the inflow proximal to the stents. At the carotid bifurcation in the SelfX and Wallstent models the separation zone inside the stents was reduced. This reduction of the physically found separation zone was more prominent in the Wallstent model than in the SelfX model. Distal the stents the flow profile turned after a short while to a paraboloid again. In the ECA a reduced separation zone with a slight loss of flow was seen in all three stent models. This phenomenon was most prominent in the covered Stent model, less prominent in the wallstent model and only slightly seen in the selfX model. CONCLUSIONS: All 3 types of stents were suitable for use in the carotid bifurcation. A correlation between stent design and alterations of the physiologic flow behaviour was seen. Through advancement in stentdesign the outcome of carotid artery stenting could be improved.

Seit rund 50 Jahren wird die Carotisendarteriektomie bei Patienten mit erhöhtem Hirninfarktrisiko durch Stenose der Halsschlagader durchgeführt. Dabei gilt die Gefäßrekonstruktion durch Patchplastik neben dem Primärverschluß als Goldstandard. In dieser Arbeit wird der Einfluß der Patchrekonstruktion auf die Strömungsmechanik in der Carotisgabel untersucht und ein Vergleich zwischen einem schmalen (6 x 75mm) und einem breiten Patch (10 x 75mm) angestellt. Dazu wurden durchsichtige Modelle von mit Patch operierten Carotisgabeln im Versuchsstand mit Wasser durchströmt und einzelne Strömungsfäden mit Farbe sichtbar gemacht. Es zeigt sich, dass ein zu breit gewählter Patch sehr ungünstige Auswirkungen auf die hämodynamische Situation im Gefäß haben kann. Bei Patchrekonstruktionen sollte versucht werden, die physiologischen Verhältnisse wiederherzustellen. Dazu scheint nach unseren Untersuchungen ein schmal gewählter Patch besser geeignet zu sein als ein breiter Patch. For approximately 50 years carotid endarterectomy is applied on patients with increased risk of stroke because of stenosis of the carotid artery. Besides primary closure, carotid arterial repair using patch grafts is considered to be the gold standard. In this study the influence of patchreconstruction on fluid mechanics in the carotid bifurcation is examined and a comparison between a narrow (6 x 75mm) and a broad Patch (10 x 75mm) is employed. In our experiment we used tranparent models of carotid bifurcations. Inside the vessels we produced a constant flow of water. Individual flow threads were made visible with color. It is shown that a too broadly selected patch can have very unfavorable effects on the haemodynamic situation inside of the carotid bifurcation. The arterial reconstruction should attempt to restore physiological conditions. According to our results the narrow patch graft seems to be better suited to achieve this goal than the broad one.

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