Hypercholesterinämie und andere Risikofaktoren tragen zur Entstehung von Atherosklerose bei. Ein entscheidendes Merkmal der Pathogenese ist eine gestörte Endothelfunktion. Hierbei kommt es zu einer reduzierten Bioverfügbarkeit von NO (Stickstoffmonoxid), welches vasodilatativ und atheroprotektiv wirkt. NO kann jedoch auch abhängig vom vaskulären Milieu proatherogen wirken. Es ist Produkt verschiedener NO-Synthasen (NOS). Die potenten Cholesterinsenker Simvastatin und Ezetimib haben vermutlich zusätzliche pleiotrope Effekte auf die Endothelfunktion, deren Untersuchung Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist. Hierzu wurden an LDL-R-KO Mäusen - neben Bestimmung der Plasmacholesterinspiegel und atherosklerotischer Plaqueläsionen - Messungen von NO und eNOS, korrelativen Parametern der endothelialen Funktion, durchgeführt. Endovaskuläre Messungen von NO zeigten erhöhte NO-Werte in direkter Nähe atherosklerotischer Plaques. Diese sind am ehesten als Korrelat einer erhöhten iNOS-Aktivität in den Läsionen anzusehen. Im Sinne der mehrdimensionalen Funktion von NO ist hier von einer proatherogenen Wirkung des NO auszugehen. Messungen der ubiquitären, im Blut zirkulierenden NO-Mengen dagegen zeigten eine signifikant erhöhte NO-Bioverfügbarkeit in mit Simvastatin behandelten Tieren. Dies belegt die bereits in der Literatur beschriebene Pleiotropie von Statinen, NO kommt hier eine atheroprotektive Bedeutung zu. Die rein quantitative Bestimmung der eNOS-Expression zeigte zum Zeitpunkt der Untersuchung keine signifikanten Unterschiede in allen Versuchsgruppen. Hierbei sind jedoch keine Rückschlüsse auf die Enzymaktivität oder die Genexpression in anderen Zielgeweben möglich. Simvastatin und Ezetimib wirken sowohl in Mono- als auch in Kombinationstherapie über ihre cholesterinsenkende Wirkung hinaus atheroprotektiv. Die Untersuchungen zeigen, dass bei der Betrachtung der Endothelfunktion die verschiedenen NO-Produktionsquellen sowie der Funktionszustand des NO von entscheidender Bedeutung sind. / Hypercholesterolemia and other risk factors are associated with the development of atherosclerosis. Endothelial dysfunction is one important step in the pathogenic process leading to a decreased nitric oxide (NO) bioavailability. NO provides vasodilatation and atheroprotection but depending on the vascular situation it can also have a proatherogenic effect. NO is produced by different isoforms of NO synthases (NOS). The lipid lowering therapy with Simvastatin and Ezetimibe supposably has additional pleiotropic effects on the endothelial integrity. For the current study plasma cholesterol levels and lesion areas of atherosclerotic plaques were measured in LDL receptor knockout mice. To assess the endothelial function we investigated bioavailability of NO and expression of eNOS. We found increased levels of endovascular NO close to atherosclerotic plaques, suggesting that here NO is produced by highly active iNOS in plaque lesions. According to NO’s multidimensional functions we assume that NO here has proatherogenic effects. For overall circulating NO we found increased levels in mice treated with Simvastatin, indicating the known pleiotropic effects of statins and the atheroprotective role of NO. The expression of eNOS did not show any difference at the point of our studies. However we cannot proof the enzymes’ activity or expression in other tissues. Lipid lowering therapy with Simvastatin, Ezetimibe, or both has an additional atheroprotective effect. Regarding the endothelial function the results show that we need to focus on different sources of NO production as well as the specific function of NO itself.

Herzkreislauferkrankungen sind sowohl in Deutschland als auch weltweit die führende Todesursache. Große epidemiologische Studien ermöglichten das Erkennen von kardiovaskulären Risikofaktoren, das Modellieren von Scores zur Risikostratifizierung und das Erarbeiten von Präventions- und Therapiestrategien. Trotz steter Anpassungen und Validierungen basieren Risikoscores auf konservativen Ergebnissen, deren limitierte Sensitivität, mit Akzentuierung für Frauen, Personen relativ jungem und fortgeschrittenem Alters, die Mehrheit unerwarteter kardiovaskulärer Erstereignisse bei bis dato asymptomatischen Individuen mitverantwortet. Modalitäten zur Erhebung eines Gefäßstatus zeigten ergänzende, respektive alternative Möglichkeiten zur Identifizierung von vermeintlichen Hochrisikopatienten mit signifikanter Verbesserung in der Risikoprädiktion. Die hier vorgelegte Arbeit war prospektiv geplant als Subanalyse „Plaque- Screening“ der populationsbasierten STAAB Kohortenstudie Würzburg. Im Zentrum der Arbeit stand das Ultraschall-basierte Plaque-Screening peripherer Arterien. Die Arbeit adressierte die Fragestellungen „Prävalenz subklinischer Atherosklerose in der Allgemeinbevölkerung in Würzburg“, „Zusatznutzen einer Femoraluntersuchung“, „Einfluss traditioneller Risikofaktoren auf die Plaqueprävalenz“ und „Übereinstimmung der Risikoklassifizierung des ESC SCORES mit dem Plaquestatus“. Die STAAB Kohortenstudie analysiert die Prävalenz und Inzidenz von Vorstufen der Herzinsuffizienz (Stadien A und B gemäß der AHA/ACC Klassifikation) in der Allgemeinbevölkerung von Würzburg. Studienbeginn war Dezember 2013. Der geplante Probandenumfang war n=5000. Die Auswahl der Studienteilnehmer erfolgte geschlechts- und altersstratifiziert über das Einwohnermeldeamt nach Zufallsprinzip. Einschlusskriterien waren Alter zwischen 30–79 Jahren und Hauptwohnsitz im Landkreis Würzburg, einziges Ausschlusskriterien war eine diagnostizierte Herzinsuffizienz Stadium C oder D. Die Subanalyse „Plaque Screening” umfasste eine Stichprobe aus der STAAB Kohorte ab Oktober 2015, n=250, nach Anwendung des zusätzlichen Einschlusskriterium Alter 40–69 Jahre und Ausschluss von Probanden mit inkonklusiven Daten oder zurückgezogenem Einverständnis. Die Resultate unserer Fragestellungen waren mit Ergebnissen in der Literatur kongruent. So detektierten wir eine relevante Plaqueprävalenz (50%) in der Allgemeinbevölkerung von Würzburg, insbesondere auch unter Personen mit niedrigem Risiko (34%). Wir wiesen einen quantifizierbaren Zusatznutzen für die Femoraluntersuchung, nebst etablierter Karotisuntersuchung, durch eine relevante Zunahme der Plaqueprävalenz (+15% absolut) und Reklassifizierungsrate (+11% absolut) nach. Wir dokumentierten eine erwartet positive Assoziation zwischen traditionellen Risikofaktoren und Plaqueprävalenz mit geschlechtsspezifischer Akzentuierung. Wir belegten eine Diskrepanz zwischen der Risikoklassifizierung des ESC SCORE und den Ergebnissen des Plaque-Screenings. In Konklusion interpretieren wir, dass das Inkorporieren eines ultraschallbasierten Gefäß-Screenings in bestehende Präventionsstrategien zur Steigerung der Sensitivität aktueller Risikomodelle beitragen könnte. Daraus wäre eine Verbesserung der Risikoprädiktion, eine frühere und gezieltere Prävention, sowie eine Reduktion von Morbidität, Mortalität und Gesundheitskosten ableiten lässt, muss in weiteren prospektiven Studien untersucht werden. Unsere Daten legen jedoch nahe, dass insbesondere für das weibliche Geschlecht und Personen in niedrigem und sehr fortgeschrittenem Alter von diesem Ansatz profitieren könnten. / Cardiovascular diseases are the leading cause of death both in Germany and worldwide. Large epidemiological studies enabled the identification of cardiovascular risk factors, the modeling of scores for risk stratification and the development of prevention and therapy strategies. Despite constant adjustments and validations, risk scores are based on conservative results whose limited sensitivity, with an emphasis on women, people of relatively young and advanced age, is partly responsible for the majority of unexpected first cardiovascular events in previously asymptomatic individuals. Modalities for surveying a vascular status showed additional or alternative options for identifying putative high-risk patients with a significant improvement in risk prediction. This work was prospectively planned as a “plaque screening” sub-analysis of the population-based STAAB cohort study in Würzburg. The focus of the work was the ultrasound-based plaque screening of peripheral arteries. The work addressed the questions "prevalence of subclinical atherosclerosis in the general population in Würzburg", "additional benefit of a femoral examination", "influence of traditional risk factors on plaque prevalence" and "correlation of the risk classification of the ESC SCORES with the plaque status". The STAAB cohort study analyzes the prevalence and incidence of preliminary stages of heart failure (stages A and B according to the AHA/ACC classification) in the general population of Würzburg. The study started in December 2013. The planned sample size was n=5000. The study participants were randomly selected by gender and age stratified by the residents' registration office. Inclusion criteria were age between 30 and 79 years and main residence in the district of Würzburg; the only exclusion criteria were diagnosed stage C or D heart failure. The “Plaque Screening” sub-analysis included a sample from the STAAB cohort from October 2015, n=250, after application of the additional inclusion criterion age 40–69 years and exclusion of subjects with inconclusive data or withdrawn consent. The results of our questions were congruent with results in the literature. We detected a relevant plaque prevalence (50%) in the general population of Würzburg, especially among people with a low risk (34%). We demonstrated a quantifiable additional benefit for the femoral examination, in addition to established carotid examination, through a relevant increase in plaque prevalence (+15% absolute) and reclassification rate (+11% absolute). We documented an expected positive association between traditional risk factors and plaque prevalence with gender accentuation. We demonstrated a discrepancy between the risk classification of the ESC SCORE and the results of plaque screening. In conclusion, we interpret that incorporating ultrasound-based vascular screening into existing prevention strategies could contribute to increasing the sensitivity of current risk models with an improvement in risk prediction, earlier and more targeted prevention, and a reduction in morbidity, mortality, and health costs. Our data suggest that females, young and very old people in particular could benefit from this approach.

Verschiedene NOS unterformen wirken sich unterschiedlich auf die endotheliale Funktion bzw dysfunktion aus. in der vorliegenden Arbeit wurde die Endothelfunktion anhand isolierter Ringe von mausaorta untersucht; im organbad / different nos subgroups result in diffrent endothelial dysfunction. it is shown in terms of different isolated rings of micesaorta

Atherosklerose ist ein wichtiger Faktor bezüglich der Pathogenese kardiovaskulärer Erkrankungen, indem sie Einfluss auf die strukturellen und funktionellen Eigenschaften der Gefäße nimmt. Wegen dieser Bedeutung ist es wichtig, diese Erkrankung und deren Zusammenhänge genau zu erforschen. Einige Studien konnten zeigen, dass die Pulswellengeschwindigkeit mit Gefäßwand-eigenschaften, insbesondere deren Steifigkeit, zusammenhängt. So konnte in Untersuchungen von Gotschy et al.27 eine Zunahme der lokalen Pulswellen-geschwindigkeit, als Marker für Gefäßwandsteifigkeit, in Aortenanteilen von ApoE(-/-)-Mäusen im Zeitverlauf mittels MRT gezeigt werden, ohne dass makroskopische Veränderungen in frühen Stufen atherosklerotischer Entwicklung sichtbar waren. Dies wird nun als Ausgangspunkt herangezogen, um zu erforschen, durch welche histologischen Veränderungen des Gefäßes innerhalb der Atherogenese eine frühe Zunahme der lokalen PWV erklärt werden kann. Hierzu wird zum einen die mit der Gefäßwandsteifigkeit in Zusammenhang gebrachte Elastinfragmentierung innerhalb der elastischen Laminae der Aorta ascendens und abdominalis mittels histologischer Untersuchung quantitativ bestimmt. Die elastischen Schichten werden durch modifizierte Elastika-van-Gieson-Färbung dargestellt. Zur vergleichenden Bestimmung wird ein Quotient aus der Anzahl bei mikroskopischer Betrachtung erkennbarer Brüche der elastischen Laminae und bestimmter Gefäßwandquerschnittsfläche erstellt. Die Ausprägung der Elastinfragmentierung unterscheidet sich signifikant in den zwei höchsten Altersklassen der Test- und Kontrollmäuse in beiden untersuchten Aortenabschnitten, wobei die ApoE(-/-)-Tiere stets den höheren Wert aufweisen. Anhand der Ähnlichkeit hinsichtlich der Entwicklung der Messwerte von beschriebener lokalen PWV und der hier gezeigten Elastinfragmentierung kann vermutet werden, dass diese zu einer Erhöhung der Gefäßwandsteifigkeit beiträgt. Die gezeigten histologischen Parameter können so als Indikator für Veränderungen der Gefäßeigenschaften während der Atherogenese und als möglicher Grund einer Veränderung der Gefäßwandsteifigkeit mit konsekutiver Erhöhung der lokalen PWV angesehen werden. Als weiterer Einflussfaktor auf die mechanischen Eigenschaften des Blutgefäßsystems wird die Entwicklung des Kollagengehaltes anteilig an der Aortenwand bestimmt. Es wurde in vielen Publikationen beschrieben, welchen großen Stellenwert Kollagenfasern für die Gefäßwandsteifigkeit haben. Auch wird das untersuchte Kollagen hinsichtlich seiner Faserdicken nochmals genauer untersucht. Die Kollagenfasern werden mittels Pikro-Sirius-Rot gefärbt und anschließend unter zirkulär polarisiertem Licht analysiert. Die erhaltenen Ergebnisse zeigen keinen eindeutigen Trend hinsichtlich ihrer Entwicklung. Sie lassen sich auch nicht mit der aufgestellten Hypothese in Übereinkunft bringen, da keine zeitliche Dynamik verglichen mit der Entwicklung der anderen Parameter nachgewiesen werden kann. Um den beschriebenen entzündlichen Charakter der Atherogenese ebenso zu berücksichtigen, wird das Einwanderungsverhalten von Makrophagen in die Gefäßwand betrachtet. Es wird die relative Fläche der durch Makrophagen besiedelten Gefäßwandanteile bestimmt und als Indikator einer Entzündungsreaktion angesehen, welche direkt oder indirekt Einfluss auf Gefäßwandeigenschaften haben könnte. Mittels eines Antikörpers gegen das makrophagenspezifische Protein CD68 und Kombination mit anti-antikörpervermittelt bindenden fluoreszierenden Substanzen, werden Makrophagen in einem Fluoreszenzmikroskop sichtbar gemacht und die besiedelte Fläche softwaregestützt bestimmt. Dabei kommt die vorliegende Untersuchung zu dem Ergebnis, dass sich die Makrophagenbesiedelung in beiden betrachteten Aortenabschnitten deutlich im Zeitverlauf bei den ApoE(-/-)-Tieren erhöht. Der relative Gefäßwandanteil der von Makrophagen besiedelten Flächen erreicht seinen höchsten Wert innerhalb der Aorta ascendens bei 18 Wochen alten ApoE(-/-)-Tieren; in der Aorta abdominalis bei 30 Wochen alten. Die absolute CD68-Fläche in beiden Aortenabschnitten steigt bis zum Versuchsende hin an, wobei der stärkste Anstieg in der Zeit von sechs zu 18 Wochen geschieht. Dagegen zeigt die Kontrollgruppe eine sehr geringe Zunahme dieser beiden Messgrößen, wobei diese stets auf einem sehr niedrigen Niveau bleiben und keineswegs mit der Entwicklung der Testtiere zu vergleichen sind. Besonders zu beachten ist, das bereits in der jüngsten Altersstufe von sechs Wochen ein höheres Maß an Makrophagenbesiedelung bei Aortenanteilen der ApoE(-/-)-Tiere zu verzeichnen ist, als bei den entsprechenden Kontrollen. Auf Grund dieser Beobachtung, lässt sich ein möglicher Zusammenhang mit der schon früh ansteigenden Gefäßsteifigkeit vor sichtbarer Plaqueentwicklung herstellen. Bei der Klärung der zentralen Fragestellung dieser Arbeit nach einem histomorphologischen Korrelat für die frühzeitige Erhöhung der lokalen PWV zeigt sich folgendes Ergebnis: Insgesamt können die gemessenen histologischen Charakteristika, vor allem die Entwicklung der Elastinfragmentierung innerhalb der Gefäßwand und der Grad der Makrophagenbesiedelung, frühe Indikatoren für Veränderungen morphologischer und funktioneller Gefäßwandspezifikationen sein. Sie kommen daher als denkbare Ursache für den Anstieg der lokalen Pulswellengeschwindigkeit in Betracht, besonders da die zuvor erwähnten histologischen Parameter zeitlich wie diese einen ähnlichen Verlauf hinsichtlich ihrer Entwicklung zeigen. Die Atherogenese und deren zahlreiche Einflussfaktoren bleiben weiterhin Forschungs-gegenstand und es gilt mehr denn je mögliche Mechanismen aufzudecken, um eine Gefäßwandschädigung frühzeitig und effektiv verhindern zu können. Hiervon würde ein Großteil der Bevölkerung profitieren, da die Atherosklerose durch ihre Folgeerkrankungen nach wie vor, nicht nur in Deutschland, die Todesursachenstatistik anführt. / Atherosclerosis is the most important and prevalently appearing pathological change of arteries with influence on their structural and functional attributes. The great relevance of that disease motivates to research this relation precisely. The purpose of this study was to determine the influence of elastin fiber fragmentation, the collagen components and the inflammation in the aortic vessel wall on the aortic stiffness and the local pulse wave velocity (PWV) in the ApoE-/- mouse model. Therefore the histological fractures of elastic filaments, the inflammation (characterized by vessel wall Infiltration with macrophages) and the relative amount of collagen in the vessel wall were analyzed in a quantitative way and correlated with the characteristic of local PWV during aging and progressive therosclerosis. In the previous measurements of local PWV with MRI scan was an increase of the PWV detectable before a morphological correlate could be seen. We found a correlation between elastin fiber fragmentation, inflammation of the vessel wall and the local PWV.

Der postoperative Apoplex ist eine der folgenschwersten Komplikationen unter kardiochirurgischen Patienten. Das Vorliegen einer schweren Atheromatose der Aorta ascendens gilt in diesem Zusammenhang als einer der Hauptrisikofaktoren. Die Anpassung des operativen Vorgehens unter Schonung der pathologisch veränderten Hauptschlagader stellt eine Möglichkeit zur Reduktion der postoperativne Mortalität und Morbidität dar. Die vorliegende Studie beschäftigt sich mit dem perioperativen Outcome unter Patienten mit einer Porzellanaorta, bei denen ein aortenschonendes Bypassverfahren unter Umgehung einer aortalen Klemmung der verkalkten Hauptschlagader angewandt wurde. Der Fokus liegt hierbei insbesondere auf dem postoperativen neurologischen Outcome. Hierzu wurde das kurz- und langfristige Outcome von insgesamt 40 Patienten analysiert, die sich bei vorliegender Porzellanaorta zwischen dem 01.06.2008 und dem 01.06.2013 an der Klinik für Thorax-, Herz- und Thorakale Gefäßchirurgie der Universitätsklinik Würzburg einer alternativen, aortenschonenden operativen koronaren Revaskularisation unterzogen. Zum Vergleich wurde das perioperative Outcome mit einem nach Geschlecht und Alter gematchten Kollektiv in doppelter Gruppenstärke erhoben, bei dem bei fehlender Atheromatose der Aorta ascendens ein konventioneller Herzbypasseingriff durchgeführt wurde. Unter den 40 Patienten mit detektierter Porzellanaorta wurden 26 Patienten nach dem Off-Pump Beating-Heart (OPCAB) Verfahren und 14 Patienten nach dem On-Pump Beating-Heart (ON-BH) Verfahren operiert. Die Datenerhebung bestand aus einer retrospektiven Erhebung prä-, intra- und postoperativer Parameter aus der elektronischen Patientenakte. Zudem wurden bei vorliegender Porzellanaorta Langzeitdaten mittels eines Telefoninterviews akquiriert. Die Studie konnte aufzeigen, dass Patienten mit einer Porzellanaorta sowohl aufgrund der Porzellanaorta als auch aufgrund einiger Komorbiditäten ein kardiochirurgisches Hochrisikokollektiv darstellen. So zeigte sich eine signifikante Häufung für das Vorliegen einer extrakardialern Arterienerkrankung (pAVK, Carotisstenose), dem Auftreten eines Apoplex in der Vergangenheit, eines fortgesetzten Nikotinabusus und einer chronischen Lungenerkrankung. Dieses Hochrisikokollektiv zeichnete sich auch durch signifikant höhere STS-Scores und einen deutlich höheren EuroScore II aus. Bezüglich der postoperativen 30-Tage Mortalität und Apoplexinzidenz zeigten sich keine signifikanten Unterschiede. Es ließ sich jedoch eine nicht-signifikante Häufung der Apoplexraten bei Vorliegen einer Porzellanaorta (7,5% vs. 1,3%, p=0,072) erkennen. Hingegen ergab sich eine signifikante Häufung der gesamtneurologischen Komplikationen bei vorliegender Porzellanaorta (40% vs. 10%, p<0,001). Dieser signifikante Unterschied begründete sich auf der signifikanten Häufung eines postoperativen Delirs (30% vs. 8,8%, p=0,03). Insgesamt zeigte sich zudem eine signifikant höhere Rate an inkompletten Revaskularisationen (10% vs. 0%, p=0,004), postoperativ neu aufgetretener dialysepflichtiger Niereninsuffizienzen (10% vs. 0%, p=0,004) und postoperativ neu aufgetretenen Herzrhythmusstörungen (62,5% vs. 31,3%, p=0,001) bei vorliegender Porzellanaorta. Der Vergleich unter den zwei aortenschonenden Operationsmethoden (OPCAB vs. ON-BH) offenbarte eine nicht-signifikante Häufung der Apoplexinzidenz unter Einsatz der Off-Pump Methode (11,5% vs. 0%, p=0,186) bei jedoch signifikant geringerem Auftreten einer postoperativen anderen neurologischen Komplikation, die nicht einem postoperativen Apoplex entsprach (19,2% vs. 57,1%, p=0,015). Bei Einsatz einer aortenschonenden Operationsmethode, die eine Manipulation der Aorta ascendens gänzlich vermied (Anaortic-Technique, n=12) zeigte sich trotzdem eine nicht-signifikante Häufung des postoperativen Apoplex gegenüber den Porzellanaortapatienten, bei denen eine aortale Manipulation stattfand (16,7% vs. 3,6%, p=0,150) bei jedoch deutlich niedrigerer Delirinzidenz (8,3% vs. 39,3, p=0,05). Insgesamt zeigt die Studie, dass Patienten mit einer Porzellanaorta trotz aortenschonender Operationsmethoden ein signifikant schlechteres gesamtneurologisches Outcome aufweisen mit insbesondere höherer postoperativer Delirinzidenz. Folglich sollten Maßnahmen zur Delirprävention insbesondere für dieses Kollektiv etabliert werden. Patienten mit gesicherter Porzellanaorta und notwendiger Koronarrevaskularisation bedürfen einer interdisziplinären Begutachtung. Hierbei sollten auch die perkutane Intervention, der konservative Ansatz und eine Hybrid-Revaskularisation diskutiert werden. / Postoperative stroke is one of the most fatal complications in cardiac surgery. Severe calcification of the aorta ascendens is a main risk factor. Alternative surgical methods, that avoid the calcified aorta seem to be a possibility to reduce postoperative mortality and morbidity. Our study analyses the postoperative outcome of patients with diagnosed porcelain aorta, who were treated with a surgical technique, that precludes clamping of the calcified aorta with special focus on postoperative neurological outcome. The study population involves 40 patients who were diagnosed with a severe atherosclerosis of the aorta ascendens between 01.06.2008 and 01.06.2013 at the department of cardiothoracic surgery of the University Hospital Wuerzburg and consequently underwent a cardiac revascularisation that excluded a clamping of the calcified aorta. A group matched for age and gender in double figures that had no significant atherosclerotic disease of the aorta and underwent a conventional cardiopulmonary bypass provided the comparative collective. The 40 patients with porcelain aorta received either Off-Pump Beating-Heart revascularisation (n=26) or On-Pump Beating-Heart Technique (n=14). The data collection included pre-, intra- and postoperative data acquired from the electronic patient file. Longterm data of patients with porcelain aorta were collected via telephone interviews. Our study demonstrates that patients with a severe calcified aorta ascendens represent a high-risk group – not only because of the porcelain aorta itself but as a result of several comorbidities. Significant higher occurrence of extracardial arterial disease (peripheral arterial vascular disease, carotid occlusion), previous stroke, smoking and chronic lung disease were detected. This high-risk collective reflects in significant higher STS-Scores and higher EuroScore II. There were no significant differences concerning 30-day mortality and stroke incidence. A non-significant tendency towards a higher stroke rate in patients with a porcelain aorta was detected (7,5% vs. 1,3%, p=0,072). Significant higher rates of general neurologic complications appeared among patients with porcelain aorta (40% vs. 10%, p<0,001) with significant higher rates of postoperative delirium (30% vs. 8,8%, p=0,03). Furthermore a significant higher rate of incomplete revascularisation (10% vs. 0%, p=0,004), new-onset of acute kidney injury that required dialysis (10% vs. 0%, p=0,004) and new-onset of cardiac arrhythmia (62,5% vs. 31,3%, p=0,001) occurred among the high-risk group. The comparison of surgical techniques that avoided aortic clamping (OPCAB vs. ON-BH) revealed a non-significant higher incidence in postoperative stroke when using the Off-Pump Beating-Heart technique (11,5% vs. 0%, p=0,186). A significant higher occurrence of neurological complications except from postoperative stroke were seen when adopting the On-Pump Beating-Heart technique (57,1% vs. 19,2%, p=0,015). Even a surgical approach that completely avoided an aortic manipulation (anaortic technique, n=12) resulted in postoperative strokes (2/12, 16,7%). However a significant lower incidence of postoperative delirium was seen when compared to patients with a porcelain aorta who experienced a mild aortic manipulation (8,3% vs. 39,3%, p=0,05). In conclusion, our study demonstrates that patients with a severe calcification of the aorta show a significant worse neurological outcome and especially a higher rate of postoperative delirium despite surgical methods that avoid clamping of the diseased aorta. Procedures to prevent postoperative delirium among those high-risk patients need to be established. Patients with diagnosed porcelain aorta that require a coronary revascularisation need an interdisciplinary approach. This should include percutaneous coronary intervention, a conservative approach and hybrid-revascularisation.

Der Chemokinrezeptor CCR6 wird von einer Vielzahl unterschiedener Zelltypen exprimiert, wie zum Beispiel Monozyten, Th17-Zellen und regulatorische T-Zellen, die im Zusammenhang mit der Entstehung von Atherosklerose stehen. Um die Bedeutung von CCR6 in der Pathogenese der Atherosklerose bestimmen zu können, wurden CCR6-defiziente (Ccr6-/- ) Mäuse mit low-density lipoprotein receptordefizienten (Ldlr-/-) Mäusen gekreuzt, um Tiere zu erhalten, die anfällig für Atherosklerose und zudem CCR6-defizient sind. Nach acht Wochen pro-atherogener, fettreicher western-type diet war die Ausprägung der atherosklerotischen Läsionen im Aortensinus und der gesamten Aorta, sowie deren Gehalt an Plaquemakrophagen in den Ccr6-/-Ldlr-/- Tieren im Vergleich zu den Ldlr-/- Kontrolltieren signifikant vermindert. Die lokale und die systemische Verteilung von T-Zellen sowie die Häufigkeit von Th1-, Th17-Zellen und regulatorischen T-Zellen blieb hingegen unverändert. Im Gegensatz dazu reduzierte sich die Zahl der im Blut zirkulierenden Gr-1high und Gr-1low Monozyten in den Ccr6-/-Ldlr-/- Tieren deutlich. Weiter konnte gezeigt werden, dass über CCR6 in vitro die Adhäsion von Monozyten an inflammatorisch verändertem Endothel und in vivo die Adhäsion von Leukozyten an das Endothel der Karotiden vermittelt wird. Des Weiteren wurden in einem air pouch-Modell für akute Entzündungsreaktionen mittels CCR6 spezifisch Monozyten, aber keine TZellen rekrutiert. Summa summarum konnte die Bedeutung von CCR6 auf verschiedenen Ebenen der Pathogenese der Atherosklerose gezeigt werden: Während CCR6 für die Hypercholesterinämie assoziierte adaptive Immunantwort entbehrlich ist, reguliert es die Mobilisierung, Adhäsion und Rekrutierung von Monozyten und kontrolliert über diese Mechanismen die Akkumulation von Makrophagen und Genese atherosklerotischer Läsionen. CCR6 und sein Ligand CCL20 könnten somit vielversprechende Ziele neuer pharmakologischer Therapieansätze sein, um auch die Atherogenese im Menschen zu unterbinden. Die Ergebnisse der Dissertation wurden im Dezember 2013 im Journal Thrombosis and Haematostasis unter dem Titel “CCR6 selectively promotes monocyte mediated inflammation and atherogenesis in mice“ in geteilter Erstautorenschaft von Helga Manthey, Clément Cochain und Stefanie Barnsteiner veröffentlicht (PMID: 24114205). / The chemokine receptor CCR6 is expressed by various cell subsets implicated in atherogenesis, such as monocytes, Th17 and regulatory T cells. In order to further define the role of CCR6 in atherosclerosis, CCR6-deficient (Ccr6-/-) mice were crossed with low-density lipoprotein receptor-deficient (Ldlr-/-) mice to generate atherosclerosisprone mice deficient in CCR6. Compared to Ldlr-/- controls, atherosclerotic burden in the aortic sinus and aorta were reduced in Ccr6-/-Ldlr-/- mice fed a high fat diet, associated with a profound depression in lesional macrophage accumulation. Local and systemic distributions of T cells, including frequencies of Th1, Th17 and regulatory T cells were unaltered. In contrast, circulating counts of both Gr-1high and Gr-1low monocytes were reduced in Ccr6-/-Ldlr-/- mice. Moreover, CCR6 was revealed to promote monocyte adhesion to inflamed endothelium in vitro and leukocyte adhesion to carotid arteries in vivo. Finally, CCR6 selectively recruited monocytes but not T cells in an acute inflammatory air pouch model. We here show that CCR6 functions on multiple levels and regulates the mobilisation, adhesion and recruitment of monocytes/macrophages to the inflamed vessel, thereby promoting atherosclerosis, but is dispensable for hypercholesterolaemia-associated adaptive immune priming. Targeting CCR6 or its ligand CCL20 may therefore be a promising therapeutic strategy to alleviate atherosclerosis. The results of this doctoral thesis have been published in December 2013 in Thrombosis and Haematostasis in equal contribution by Helga Manthey, Clément Cochain and Stefanie Barnsteiner (PMID: 24114205).

Extracellular vesicle (EV)-mediated intercellular communication through exosomes, microvesicles (MVs) and apoptotic bodies has been shown to be implicated in various physiological as well as pathological processes such as the development and progression of atherosclerosis. While the cellular machinery controlling EV formation and composition has been studied extensively, little is known about the underlying morphological processes. This study focuses on a detailed ultrastructural analysis of the different steps of EV formation and release in Myocardial Endothelial (MyEnd) and Aortic Endothelial (AoEnd) cells cultured under serum starvation and inflammatory stimulation with TNF-α. Detailed morphological analyses were conducted applying and comparing different high- resolution light and electron microscopic methods. In this study, we could depict all steps of MV biogenesis named in literature. However, during the study of exosome biogenesis, we discovered a yet undescribed process: Instead of a direct fusion with the plasma membrane, multivesicular bodies were incorporated into a new distinct cellular compartment bound by fenestrated endothelium first. This may present a novel step in exosome biogenesis and warrants further study. Regarding the conditions of cell cultivation, we observed that the commonly used serum starvation causes MyEnd cells, but not AoEnd cells, to enter apoptosis after 48 hours. When preparing functional EV studies, we therefore recommend assessing the morphological condition of the serum-starved cells at different cultivation points first. When evaluating MV production, a statistical analysis showed that the more time AoEnd cells spent in cultivation under serum starvation, the higher the percentage of MV producing cells. However, additional TNF-α stimulation induced a significantly higher MV production than serum starvation alone. Lastly, our results show that TNF-α stimulation of AoEnd cells in vitro leads to the upregulation of CD44, an adhesion molecule critical in the early stages of atherosclerosis. CD44 was then depicted on the surface of generated MVs and exosomes. We conclude that under inflammatory conditions, EVs can mediate the transfer of CD44 from endothelial cells to target cells. This could be a novel mechanism by which MVs contribute to the development and progression of atherosclerotic disease and should be clarified by further studies. / Extrazelluläre Vesikel (EV), darunter Exosomen, Mikrovesikel (MV) und apoptotische Körperchen, werden von fast allen Zellen des Körpers freigesetzt, transportieren zellspezifische Informationen und sind von großer Bedeutung in der Zell-Zell-Kommunikation. Sie spielen eine zentrale Rolle in verschiedensten physiologischen sowie pathologischen Vorgängen, wie etwa der Atherosklerose. Während die zellulären Mechanismen hinter der Entstehung und Komposition der EV bereits intensiv erforscht wurden, ist noch wenig über die zugrundeliegenden morphologischen Prozesse bekannt. Diese Arbeit präsentiert eine detaillierte ultrastrukturelle Analyse der Bildung und Freisetzung von EV in myokardialen (MyEnd) und aortalen Endothelzellen (AoEnd), die unter Serumentzug sowie inflammatorischer Stimulation mit TNF-α kultiviert wurden. Dazu wendeten wir verschiedene hochauflösende licht- und elektronenmikroskopische Techniken an. Wir konnten alle in der Literatur beschriebenen Schritte der MV-Biogenese darstellen. Bei der Untersuchung der exosomalen Biogenese entdeckten wir jedoch einen bisher unbekannten Prozess: Anstelle einer direkten Fusion der multivesikulären Körperchen mit der Plasmamembran, wurden diese zunächst in ein neues, von fenestriertem Endothel begrenztes, zelluläres Kompartiment integriert. Ferner stellten wir fest, dass der häufig durchgeführte Serumentzug während der Kultivierung bei MyEnd- – allerdings nicht AoEnd- – Zellen nach 48 Stunden zur Apoptose führte. Daher empfehlen wir, bei funktionellen Studien von EV zunächst eine morphologische Untersuchung der unter Serumentzug kultivierten Zellen zu verschiedenen Zeitpunkten durchzuführen. Eine statistische Analyse der MV-Produktion zeigte, dass die Zellen umso mehr MV produzierten, je länger sie sich unter Serumentzug befanden. Jedoch induzierte eine zusätzliche Stimulation mit TNF-α eine signifikant höhere MV-Produktion als der alleinige Serumentzug. Wir konnten zeigen, dass eine TNF-α Stimulation von AoEnd Zellen in vitro zu einer vermehrten Expression von CD44 führte – einem vor allem in der Frühphase der Atherosklerose bedeutendem Adhäsionsmolekül. CD44 konnte ebenso auf der Oberfläche von produzierten MV und Exosomen nachgewiesen werden. Wir schließen daraus, dass MV unter inflammatorischen Bedingungen den Transfer von CD44 von Endothelzellen zu Zielzellen vermitteln und so zur Entstehung und Progression von Atherosklerose beitragen können.

Inflammatory processes mark all stages of atherogenesis. One of the key regulators of inflammation is the transcription factor nuclear factor kappa B (Nf-kb). Nf-kb is the general name for a whole family of dimeric transcription factors. One can distinguish between a classical and an alternative pathway with Rela/p50 (Nf-kb1) and Relb/p52 (Nf-kb2) representing the terminal transcription factors, respectively. Classical Nf-kb1 signaling has been associated with atherosclerotic lesion development many times, mainly because of its regulation of many pro-inflammatory proteins with an established role in atherogenesis. Recent studies provided evidence of crosstalk between classical Nf-kb1 and alternative Nf-kb2 signaling, implicating a potential role for Nf-kb2 in atherogenesis. The aim of the present study was to investigate the influence of Nf-kb2 on atherosclerotic lesion development in a knockout mouse model. Nfkb2 knockout (Nfkb2-/-) mice were generated on two different atherosclerosis sensible backgrounds, the Apoe- and Ldlr- deficient background. Quantification of atherosclerotic lesion development showed, that Nfkb2-/- mice developed significantly more atherosclerosis at the brachiocephalic artery than wild type controls, indicating a protective effect of Nf-kb2 on atherogenesis. Further expression analyses in bone marrow-derived macrophages (BMDM) revealed highly significant upregulation of matrix metalloproteinase 9 (Mmp9) in Nfkb2-/- mice. Overexpression of Mmp9 was associated with enhanced macrophage migration across extracellular matrix in vitro and an inflammatory plaque phenotype with advanced, macrophage-rich lesions. Accordingly, increased Mmp9 expression in Nfkb2-/- macrophages might have contributed to enhanced lesion development in these mice.

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Das humane CD90 (Thy-1), ein membrangebundenes Glykoprotein, wird auf der Oberfläche von aktivierten mikrovaskulären Endothelzellen (EC), Fibroblasten, Nervenzellen und einer Subpopulation von CD34+ hämatopoetischen Stammzellen exprimiert. CD90 fungiert als Adhäsionsmolekül auf aktivierten mikrovaskulären EC, indem es die Bindung von Leukozyten über die Interaktion mit dem Integrin alfambeta2 (Mac-1, CD11b/CD18) oder dem Adhäsions-GPCR CD97 an das Endothel vermittelt. Die Expression von CD90 auf mikrovaskulären EC wurde sowohl in-vitro als auch in-vivo nachgewiesen. Zur Expression von CD90 auf makrovaskulären EC gibt es nur wenige und sich zum Teil widersprechende in-vitro Daten. In-situ konnte die Expression von CD90 auf diesen Zellen bisher nicht gezeigt werden. Die Atherosklerose ist ein stufenweise verlaufendes chronisch-entzündliches Geschehen in den arteriellen Gefäßen. In der vorliegenden Arbeit wurde in atherosklerotisch-veränderten Gefäßen die Expression von CD90 auf humanen makrovaskulären EC in-situ demonstriert. Dabei wurden neben Operationspräparaten von Patienten mit einer Stenose der A. carotis interna, die entsprechend der American Heart Association Klassifikation die höchsten Atherosklerosestadien zeigen, auch Gefäßtransplantate von Organspendern, die meist nur eine geringe Ausprägung der Atherosklerose aufwiesen, untersucht. CD90 wurde in jedem Atherosklerosestadium auf EC nachgewiesen. Eine signifikante Zunahme der CD90 Expression in höheren Atherosklerosestadien konnte gezeigt werden. Die histologischen Merkmale der Plaque, wie Verkalkung, Blutung, Plaqueruptur oder Thrombusformation korrelieren nicht mit der CD90 Expression. Ein statistisch signifikanter Zusammenhang zwischen symptomatischer und asymptomatischer A.carotis interna-Stenose konnte bezüglich der CD90 Expression auf makrovaskulären EC ebenfalls nicht nachgewiesen werden. Weiterhin sollte mittels Stimulationsversuchen in-vitro geklärt werden, wie die CD90 Expression auf makrovaskulären EC im Rahmen der Atherosklerose auf den makrovaskulären EC reguliert wird. Denkbar ist, dass Zytokine, die eine Rolle im atherosklerotischen Prozess spielen, einen Einfluss auf die CD90 Expression ausüben. Deshalb wurde die Expression von CD90 auf makrovaskulären EC nach Stimulation mit proinflammatorischen Zytokinen untersucht. Die Expression von CD90 konnte in-vitro durch pro-inflammatorische Zytokine tendenziell erhöht werden. Die Stimulation mit CXCL12, einem bedeutsamen Trigger der Mobilisation der endothelialen Vorläuferzellen, der in atherosklerotischen, aber nicht in gesunden Gefäßen nachweisbar ist, bewirkte einen signifikanten Anstieg der CD90 Expression. Durch die Stimulation mit den lipid-beladenen Schaumzellen, die zahlreich in atherosklerotischen Läsionen vorhanden sind, konnte die CD90 Expression eher reduziert werden. Da Diabetes mellitus mit einem früheren Auftreten einer Atherosklerose assoziiert ist, wurden die makrovaskulären EC auch mit D-Glukose inkubiert. Dies führte ebenfalls zur tendenziellen Reduktion der CD90 Expression. Zusammenfassend konnte in der vorliegenden Arbeit die CD90-Expression auf den makrovaskulären EC in-situ eindeutig demonstriert werden. Im Rahmen der Atherosklerose nimmt CD90-Expression auf den makrovaskulären EC in den höheren Atherosklerosestadien zu. Eine tendenzielle Zunahme der CD90 Expression nach Stimulation mit proinflammatorischen Zytokinen, die an der Atheroskleroseentwicklung beteiligt sind, sowie eine signifikante Hochregulation der CD90 Expression nach Stimulation mit einem Trigger der EPC-Migration, dem CXCL12, konnte in dieser Arbeit gezeigt werden. Die Ergebnisse deuten auf eine wichtige Rolle des CD90 auf makrovaskulären EC in dem atherosklerotischen Prozess hin. Die publizierten Daten zeigen, dass CD90 in die Leukozytenmigration durch das aktivierte mikrovaskuläre Endothel involviert ist. In der vorliegenden Arbeit konnte jedoch nicht eindeutig nachgewiesen werden, welche Funktion das CD90 auf makrovaskulären EC besitzt. Hierbei ergaben sich zusammenfassend zwei an sich unterschiedliche Hypothesen. Zum einen zeigt die tendenzielle Zunahme der CD90-Expression nach Stimulation mit proinflammatorischen Zytokinen, dass CD90 an der Migration der neutrophilen Granulozyten und somit z.B. durch die Freisetzung von MMP-9 an der Destruktion der Plaque beteiligt sein kann. Zum anderen könnte man behaupten, dass die signifikante Hochregulation der CD90-Expression nach Stimulation mit dem CXCL12 auf die Beteiligung des CD90 an der EPC-Migration hindeutet. Somit könnte CD90 durch die EPC-Migration sowie z.B. zusätzlich durch die eingewanderten neutrophilen Granulozyten, welche den Zelldebris phagozytieren, in die Neointimaformation involviert sein. Um eine sichere Aussage diesbezüglich treffen zu können sind weitere Untersuchungen notwendig.