Zur Charakterisierung der myokardialen SR Ca2+-Transportaktivität nach experimentellem Myokardinfarkt wurde 10-15 Wochen alten Ratten die linke Koronararterie unterbunden und sechs Wochen später die Funktion und Expression der Ca2+-ATPase des sarkoplasmatischen Retikulums untersucht. Ein Teil der Tiere wurde mit dem Carnitin-Palmitoyl-Transferase-1- Inhibitor Etomoxir behandelt, der die mitochondrale Oxidation von langkettigen Fettsäuren hemmt und dadurch verstärkt Glukoseoxidation bewirkt. Diese Stoffwechselumstellung sollte die Schädigung der myokardialen Funktion und die gestörte zelluläre Ca2+-Homöostase nach Myokardinfarkt vermindern. Die mit Etomoxir behandelten Tiere wiesen nach sechs Wochen eine deutlich verminderte Infarktgröße auf. Durch die CPT-1-Hemmung entstand eine starke biventrikuläre Hypertrophie. Darüber hinaus ergaben sich Hinweise auf den Erhalt einer normalen Wandspannung des linken Ventrikels und einer verbesserten Kontraktilität gegenüber der unbehandelten Gruppe. Unter Etomoxir zeigte die für die diastolische Ca2+ Senkung verantwortliche ATP-abhängige Ca2+-Rückbindung in das SR verbesserte Transportraten. Damit korrelierte der immunchemisch gemessene erhöhte SERCA2a-Proteinspiegel. Die Ergebnisse lassen vermuten, daß es infolge einer Behandlung mit Etomoxir nach Myokardinfarkt zu einer verbesserten Zellstoffwechsellage des ischämisch nicht irreversibel geschädigten Myokards kommt. Dafür scheint die verstärkte Glukoseoxidation bei Hemmung der Oxidation langkettiger Fettsäuren im Herzmuskel verantwortlich zu sein. Die Größe des infarzierten Areals wird begrenzt, dadurch lassen sich zum Teil verbesserte hämodynamische Parameter und gesteigerte SR Ca2+-Transportraten und SERCA2a-Proteinspiegel erklären. Auf die Hämodynamik hat sicherlich auch die durch Etomoxir erfolgte myokardiale Hypertrophie einen wesentlichen Einfluß. Für weitere Studien bleibt abzuklären, durch welchen Mechanismus Etomoxir seine verbessernde Wirkung nach Myokardinfarkt entfaltet. Außerdem ist zu prüfen, ob nach akutem Myokardinfarkt beim Menschen mit dem Prinzip der chronischen Verschiebung der myokardialen Substratverwertung von Fettsäure- nach Glukoseoxidation eine verbesserte Überlebensrate und das Hinauszögern bzw. Verhindern einer Dekompensation des Herzens zu erreichen ist. / To characterise the activity of sarcoplasmic reticulum (SR) Ca2+ after myocardial infarction the left coronary artery of 10-15 week old male rats was ligated; six weeks later function and expression of the SR Ca2+-pump ATPase (SERCA2a) transport in the surviving myocardium was investigated. Part of the animals were treated with the carnithin palmitoyltransferase-1 (CPT-1) inhibitor etomoxir (8mg/kg/d for six weeks) to decrease the oxidation of long chain fatty acids. Due to the drug-induced shift from fatty acid to carbohydrate utilization an attenuated myocardial dysfunction and an improved SR Ca2+ handling homeostasis in the surviving myocardium could be expected. The etomoxir treated rats showed a decreased infarct size six weeks after coronary ligation. Due to CPT-1 inhibition a significant biventricular hypertrophy was observed. In addition, the treatment normalized elevated LVEDP and improved contractility. Compared to sham-operated controls treatment with etomoxir caused an enhanced SR Ca2+ uptake activity that correlated with increased immunoreactive SR Ca2+-ATPase levels. The results suggest that chronic inhibition of CPT-1 after myocardial infarction improves the metabolism of reversible damaged tissue. It appears that increased oxidation of glucose and inhibition of long chain fatty acid oxidation is responsible for this effect. Limitation of the infarct size induces improvement of haemodynamic parameters, increases SR Ca2+ uptake and protein levels of SERCA2a. Further studies are required to find out whether etomoxir is able to delay the development of congestive heart failure in humans and whether it could decrease mortality in patients after myocardial infarction.

Kardialen Strukturen, wie dem koronaren oder endokardialen Endothel, dem Myokard und auch dem Perikard werden unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen zunehmend autokrine oder parakrine Funktionen zugesprochen. Es ist gut belegt, dass das Herz durch Freisetzung von löslichen Mediatoren nach Myokardischämie einen entscheidenden Anteil an der postischämischen Regulation der Vasomotion hat. Allerdings weniger bekannt ist die Bedeutung einer Mediator-vermittelten kardialen Autoregulation bei postischämischen Veränderungen der Myokardkontraktilität. In dieser Arbeit wird eine neue negativ inotrope Substanz(en) (NIS) beschrieben, die nach myokardialer Ischämie aus isolierten Herzen freigesetzt wird und die an sequentiell perfundierten Herzen, die als Bioassay eingesetzt werden, einen deutlichen kardiodepressiven Effekt hervorruft. In isolierten Feld-stimulierten Rattenkardiomyozyten reduziert NIS dosisabhängig die systolische Zellverkürzung und den Ca2+-Transienten (Konfokale Laser Scan Mikroskopie). Der negativ inotrope Effekt setzt sowohl in isolierten Herzen als auch Kardiomyozyten schnell ein und ist reversibel. Katecholamine maskieren und überspielen den negativ inotropen Effekt in Abhängigkeit von der Ischämiedauer. Voltage clamp Untersuchungen auf Einzelzellebene zeigten, dass NIS den Ca2+-Einstrom Ica über die L-Typ Ca2+-Kanäle reduziert. Somit scheint NIS die Myokardkontraktilität und Zellverkürzung über eine Verminderung der intrazellulären systolischen Ca2+-Konzentrationen durch Blockade der L-Typ Ca2+-Kanäle zu reduzieren und nicht etwa über eine Ca2+-Desensitivierung. Derzeit ist noch nicht geklärt, über welchen Mechanismus NIS den Ca2+-Einstrom blockiert. Da weder die Gewebsspiegel von cGMP und cAMP noch die PKA Aktivität durch NIS moduliert werden, ist es unwahrscheinlich, dass eine Dephosphorylierung von Untereinheiten des L-Typ Ca2+-Kanals der Funktionsweise von NIS zu Grunde liegt. Die Ergebnisse legen nahe, dass NIS direkt mit dem Ca2+-Kanal interagiert, z.B. durch Bindung an ein Kanalprotein. Die chemische Struktur von NIS ist derzeit noch ungeklärt, allerdings gibt es Hinweise, dass es sich nicht um ein Protein handelt. Die Substanz(en) ist stabil, Hitze-resistent (56°) und ein dialysierbares Molekül mit einem geringen Molekulargewicht (< 0.5 kDa). Die kardiodepressorische Substanz(en) wird nicht vom Koronarendothel freigesetzt. Eine abschließende Bewertung, ob NIS durch Aggravation der kontraktilen Dysfunktion myokardschädigend oder durch Senkung des myokardialen Sauerstoffverbrauches kardioprotektiv wirkt, ist derzeit noch nicht möglich. / Autocrine and paracrine functions are increasingly being attributed under physiological and pathophysiological conditions to cardiac structures such as the coronary or endocardial endothelium, the myocardium, and the pericardium as well. Reliable evidence exists to confirm that the heart, through the release of soluble mediators after myocardial ischemia, plays a decisive role in post-ischemic regulation of vasomotion. Less well-known, however, is the significance of mediator-effected cardiac autoregulation in cases of post-ischemic changes of myocardial contractility. This study describes a new negative inotropic substance or substances, NIS, released from isolated hearts after myocardial ischemia. NIS elicits marked cardiodepressive effects on sequentially perfused hearts used as bioassays. In isolated field-stimulated rat cardiomyocytes, NIS reduces, as a function of dose, systolic cell shortening and Ca2+ transients (as detected by confocal laser-scan microscopy). The negative inotropic effect occurs quickly both in isolated hearts as well as in cardiomyocytes, and is reversible. Catecholamines counteract the negative inotropic effect, as a function of ischemia duration. Voltage-clamp investigations on the single-cell level have disclosed that NIS reduces Ca2+ inflow Ica via L-type Ca2+ channels. NIS appears to decrease myocardial contractility and cell shortening through reduction of intracellular systolic Ca2+ concentration, by blockade of L-type Ca2+ channels: and not, say, by Ca2+ desensitization. It has not yet been definitely established by which mechanism NIS blocks Ca2+ inflow. Since NIS modulates neither the tissue level of cGMP and cAMP, nor PKA activity, it is improbable that NIS acts by dephosphorization of sub-units of the L-type Ca2+ channel. The results of this study imply that NIS directly interacts with the Ca2+ channel, perhaps by binding to a channel protein. Although the chemical structure of NIS has not yet been elucidated, there are indications that it is not a protein. The substance(s) is/are stable, heat resistant (up to 56°C), and dialyzable as a molecule with low molecular weight (< 0.5 kDa). It is not yet possible to provide conclusive evaluation of whether NIS acts to damage the myocardium by aggravation of the contractile dysfunction, or whether it exerts cardioprotective action by diminishing myocardial oxygen consumption.

Die vorliegende Untersuchung sollte die kontraktile Funktion von humanen Vorhoftrabekeln und linksventrikulären Papillarmuskeln der Ratte während Hypoxie / Reoxygenierung als Hauptkomponenten von Ischämie / Reperfusion charakterisieren. Weitere Merkmale der Ischämie wurden durch erhöhte extrazelluläre K+-Konzentration und Azidose simuliert. Einblicke in die zelluläre Ca2+-Regulation ergaben sich aus Aktionspotential-(AP)-messungen, der SR- Ca2+-ATPase-Aktivität und Kraft-Intervall- Beziehungen. Die Rolle des Energiestoffwechsels und der endogenen antioxidativen Kapazität für die kontraktile Funktion von infarktbedingt hypertrophiertem Rattenmyokard während Hypoxie / Reoxygenierung ist durch Messung der Kreatinkinase-(CK)-Aktivität, ihrer Isoenzymverteilung und der Aktivitäten von Superoxiddismutase (SOD) und Glutathionperoxidase (GSH-Px) charakterisiert worden. Der Einsatz der Radikalfänger Histidin und Butylhydroxytoluen während Hypoxie und schneller Reoxygenierung an Rattenpapillarmuskeln sollte zur Protektion gegen den toxischen Effekt unterschiedlicher reaktiver Sauerstoffspezies dienen. In den durchgeführten Experimenten zeigte sich eine geringere Empfindlichkeit des humanen Vorhofmyokards gegenüber reduzierter O2-Versorgung und Reoxygenierung als im Rattenmyokard. Die während simulierter Ischämie im humanen Myokard auftretende Azidose hat einen günstigen Effekt auf die Wiederherstellung der isometrischen Kontraktionskraft nach Reoxygenierung, was jedoch mit einer gestörten Regulation der kontraktilen Funktion verbunden ist. Hypertrophiertes Myokard in der chronischen Phase nach Infarkt zeigt eine verminderte Empfindlichkeit gegenüber Hypoxie / Reoxygenierung, was auf adaptive Veränderungen im Energiestoffwechsel (erhöhte CK-MB und CK-BB Isoenzyme mit kleinerem Km-Wert für Kreatinphosphat), in der endogenen antioxidativen Kapazität (Erhöhung der Aktivitäten von SOD und GSH-Px um 40% bzw. 50%) und in der Regulation der kontraktilen Funktion (verminderte SR Ca2+-ATPase-Aktivität und Isomyosinverschiebung von V1 nach V3) zurückgeführt werden kann. Eine bessere Erholung der kontraktilen Funktion nach Reoxygenierung kann durch schnellen pO2- Wiederanstieg erreicht werden. Der Einsatz von Pharmaka mit verschiedenen Angriffspunkten im Radikalstoffwechsel und besonders deren Kombination während Hypoxie / Reoxygenierung ermöglicht zusätzlich eine verbesserte Kardioprotektion. / This study characterizes the contractile function of human atrial trabeculae and rat left ventricular papillary muscles during hypoxia / reoxygenation as the major components of ischemia / reperfusion. Further characteristics of ischemia were simulated by increased extracellular K+ concentration and acidosis during hypoxia. Insights into the cellular Ca2+ regulation were obtained from action potential recordings, from measurements of sarcoplasmic reticulum (SR) Ca2+ transport, and from force-interval relations. We examined changes in SR calcium transport, creatine kinase (CK) system, the antioxidant enzymes glutathionperoxidase (GSH-Px) and superoxiddismutase (SOD) 6 wks. after infarction (MI) due to coronary ligation in rats. Phenotypic modifications vs. sham operation (SHAM) were related to the contractile response of hypertrophied papillary muscle to hypoxia / reoxygenation. The oxygen radical scavengers histidine and butylhydroxytoluene were applied during hypoxia and rapid reoxygenation to protect the myocardium against oxygen radical damage. Generally, human atrial trabeculae were less sensitive to reduced oxygen supply and reoxygenation when compared to rat papillary muscles. In human atrial trabeculae, isometric peak force development recovered better after simulated ischemia than after hypoxia but the regulation of contractile function was clearly disturbed. In rat papillary muscles, rapid reoxygenation caused a better recovery of contractile function after hypoxia. Application of the oxygen radical scavengers histidine, butylhydroxytoluene, and especially their combination during hypoxia / reoxygenation had additional cardioprotective effects. In MI vs. SHAM we observed under aerobic control conditions: decreses in isometric contraction and relaxation rate, a reduced Vmax-equivalent of sarcomeric shortening, a faster twitch-to- twitch decay of post-rest potentiation (PRC) which correlated closely to the decrease in SR Ca2+ uptake (-25%), a decrease in CK activity (-20%), reduced CK-MI and CK-MM, increased CK-MB and CK-BB, and enhanced activities of SOD (+40%) and GSH-Px (+50%). During hypoxia, an initial increase in peak force (PF) was followed by a slower PF decline in MI vs. SHAM. During reoxygenation, rates of contraction and relaxation recovered better in MI. In SHAM but not MI, twitch-to-twitch decay of PRC was accelerated after reoxygenation vs. aerobic control. The results suggest that adaptive changes in SR Ca2+ handling, CK isoenzymes, and antioxidant enzymes may contribute to higher resistance against reduced O2 supply and reoxygenation in hypertrophy due to MI.

Die nicht-invasive bildgebende Diagnostik hat bei koronarer Herzkrankheit einen wichtigen Stellenwert für die Diagnosestellung und Therapieplanung. In diesem Zusammenhang liefern nuklearmedizinische Verfahren wichtige Daten zur Gewebsperfusion und erlauben die bildliche Darstellung und Quantifizierung relevanter Details des kardiomyozytären Stoffwechsels. Die quantitativ bedeutendste Methode der nuklearmedizinischen Herzdiagnostik ist die Perfusionsszintigraphie mit Tl-201 oder einem der Tc-99m-markierten Tracer (Sestamibi, Tetrofosmin). Die Perfusionsszintigraphie gibt eine Darstellung der Perfusionsverhältnisse auf zellulärem Niveau während Belastung und Ruhe und erlaubt zusätzlich die Einschätzung der myokardialen Vitalität. Neben der Darstellung der Myokard-Perfusion ist die Untersuchung des myokardialen Energiestoffwechsels von besonderem Interesse, da jegliche Kontraktion auf der Bereitstellung einer ausreichenden Menge energiereicher Phosphate beruht und Störungen des Energiestoffwechsels zu unmittelbaren Konsequenzen für die Kontraktion führen. In der klinischen Diagnostik hat sich die Darstellung des myokardialen Glukosestoffwechsels mit F-18-Fluorodesoxyglukose (FDG) durchsetzen können und gilt als Goldstandard für den Vitalitätsnachweis. Jede Perfusionsstörung wirkt sich unmittelbar auf den myokardialen Energiehaushalt aus. Als Indikator für die Störung des Energiehaushalts kann die veränderte Nutzung unterschiedlicher energieliefernder Substrate dienen. Die Folgen von Koronarstenosen für den kardiomyozytären Energiehaushalt lassen sich demnach durch die veränderte Nutzung radioaktiv markierter Substrate erfassen und bildlich mittels nuklearmedizinischer Methoden darstellen. Während die Darstellung des myokardialen Glukosestoffwechsels bereits Eingang in die klinische Diagnostik gefunden hat, ist die Analyse des kardialen Lipidmetabolismus aufgrund der Komplexität der möglichen Stoffwechselwege schwieriger und bislang ohne klinische Bedeutung. Lipide sind aber - zumindest theoretisch - von besonderem Interesse, da ihre Oxidation einerseits für den Hauptteil der ATP-Produktion verantwortlich ist und andererseits Abbauprodukte aus dem Lipidstoffwechsel zu einer Schädigung des Herzens beitragen können. Das Ziel dieser Arbeit war dementsprechend die Bestimmung der Extraktion langkettiger Fettsäuren in (chronisch) ischämischem (hibernierendem) und in reperfundiertem ("stunned myocardium") Myokard. Als Fettsäure wurde I-123-Iodophenyl-Pentadekansäure verwendet, die vergleichbar mit Palmitinsäure in die Zellen aufgenommen und dann entweder der beta-Oxidation zugeführt oder in intrazelluläre Lipidpools integriert wird. Im ersten Teil der Arbeit erfolgten Experimente mit isolierten Rattenherzen, die flußkonstant nach Langendorff perfundiert wurden. Der Fettsäuremetabolismus wurde mittels Indikator-Verdünnungsmethode untersucht, wobei Tc-99m-Albumin als intravaskulärer Referenztracer diente. Es erfolgten Experimente zur Charakterisierung der Fettsäure-Extraktion während unterschiedlicher Flußraten und während 90minütiger Reperfusion nach 20minütiger Ischämie (Flußreduktion auf 25% des Kontrollwertes). Als Perfusat diente eine modifizierte Krebs-Henseleit-Lösung, der entweder 10 mmol/l Glukose oder 10 mmol/l Glukose + 5 I.E./l Alt-Insulin zugesetzt wurden. Die Ergebnisse der Untersuchungen am isolierten Rattenherz zeigen, daß die Extraktion von Fettsäuren auch in (akut) minderperfundiertem Myokard erhalten ist. Die I-123-IPPA-Extraktion stieg bei Reduktion des Blutflusses zunächst exponentiell und bei Reduktion unter 25% des Kontrollflusses mehr als exponentiell an. Bei Zusatz von Insulin zum Perfusat war die Beziehung zwischen Fluß und Fettsäure-Extraktion qualitativ nicht verändert. Quantitativ ergaben sich Differenzen, die insbesondere das Ausmaß der Nettoextraktion bei hohen Flußraten betrafen (höher bei Zusatz von Insulin). Während Reperfusion hing die Fettsäureextraktion von der Zusammensetzung des Perfusats ab. Bei Insulinzusatz (gute intrazelluläre Glukoseverfügbarkeit) war die Fettsäureextraktion reduziert, ohne Insulinzusatz diskret gesteigert. Die Erholung der Wandbewegung ging der Normalisierung der Fettsäureextraktion zeitlich voraus. Das kapilläre Permeabilitäts-Oberflächen-Produkt (PS-Produkt) für I-123-IPPA war in beiden Perfusatgruppen während Reperfusion deutlich auf 20-30% des Kontrollwerts vermindert. Der Abfall des PS-Produkts ist primär Ausdruck einer Ischämie- (oder Reperfusions-) assoziierten Endothelschädigung mit verminderter Permeabilität für I-123-IPPA. Im zweiten Teil der Arbeit wurden Patienten mit koronarer Herzkrankheit untersucht. Dabei handelte es sich einerseits um Patienten nach akutem Myokardinfarkt mit effektiver Reperfusion ("stunning") und andererseits um Patienten mit chronischer KHK und eingeschränkter linksventrikulärer Funktion ("hibernation"). Die Ergebnisse der Patientenuntersuchungen zeigen (ähnlich wie die Daten der Experimente am isolierten Herzen), daß sich myokardiales stunning und hibernation durch unterschiedliche Muster der Fettsäureverwertung unterscheiden. Chronisch minderperfundiertes Myokard zeigte eine erhaltene Fettsäureextraktion, während die Fettsäureaufnahme in reperfundiertem Myokard vermindert war. In reperfundiertem Myokard überdauerte die Reduktion der Fettsäureextraktion die Störung der regionalen Wandbewegung. Insgesamt zeigen die Ergebnisse der Experimente am isolierten Herzen wie auch der Patientenstudien, daß durch Szintigraphie mit radioaktiv markierten Fettsäuren unterschiedliche ischämische Syndrome (stunning, hibernation) differenziert werden können. Allerdings ist die Störung der Fettsäureextraktion unspezifisches Zeichen einer Myokardschädigung und auch nach Beseitigung des schädigenden Einflußes noch über einen relativ langen Zeitraum nachweisbar. Der potentielle klinische Nutzen der Fettsäureszintigraphie wird erheblich davon abhängen, inwieweit es gelingt, unterschiedliche Fettsäure-Verwertungsmuster mit der individuellen Prognose eines Patienten zu korrelieren. / The most important single procedure in nuclear cardiology is myocardial perfusion imaging with Tl-201 or one of the Tc-99m labeled tracers (sestamibi, tetrofosmin). Perfusion scintigraphy allows the assessment of perfusion on a cellular level during stress and at rest, and of myocardial viability. Besides the assessment of myocardial perfusion, the examination of myocardial energy metabolism is of special interest, because every contraction relies on a sufficient amount of high-energy phosphates and every disturbance of energy metabolism is directly followed by a disturbance of myocardial contraction. In clinical cardiology, imaging of myocardial glucose metabolism with F-18 fluoro-deoxyglucose (FDG) is the accepted gold standard for myocardial viability. Every disturbance of perfusion exerts direct influence on energy metabolism. The altered use of the different energy-yielding substrates can be regarded as an indicator of the degree of metabolic disturbance. Therefore, the consequences of coronary stenoses on energy metabolism can be assessed with radioactive substrates and imaged with nuclear medicine methods. Whereas imaging of glucose metabolism is part of today's clinical cardiology, the analysis of lipid metabolism is - due to the complexity of possible metabolic pathways - more difficult and so far without clinical relevance. However, lipids are of special importance, because (1) their oxidation is responsible for the major part of ATP production and (2) degradation products from the lipid metabolism contribute to cardiac damage. The aims of these studies were to examine the extraction of long-chain fatty acids in chronically ischemic ("hibernating") and in reperfused ("stunned") myocardium. In the experiments, I-123 iodophenylpentadecanoic acid (IPPA) served as labeled long-chain fatty acid. Cellular uptake of IPPA is comparable to palmitic acid and - after uptake - IPPA undergoes either beta-oxidation or is integrated into intracellular lipid pools. The first part of these studies deals with experiments in isolated rat hearts which were subjected to retrograde perfusion according to Langendorff. Fatty acid metabolism was analyzed in these hearts using the indicator-dilution technique with Tc-99m albumin as intravascular reference. Fatty acid extraction was assessed at different flow rates and during reperfusion after flow reduction to 25% of control for 20 min. All hearts were perfused with a modified Krebs-Henseleit solution with the addition of either 10 mmol/l glucose or 10 mmol/l glucose + 5 IU insulin. The results of the isolated rat heart experiments show that the extraction of long-chain fatty acids is preserved in myocardium subjected to (acute) low flow ischemia. IPPA extraction increased exponentially with reduction of blood flow and even showed a more than exponential increase at flow rates below 25% of control. After adding insulin to the perfusate the relation between flow and fatty acid extraction was not altered qualitatively. Quantitatively, differences were detected which primarily refer to a higher net extraction at high flow rates. Fatty acid extraction during reperfusion depended on the composition of the perfusate. After addition of insulin (high intracellular glucose availability) fatty acid extraction was reduced, whereas it was increased without insulin. Recovery of wall motion preceded the normalization of fatty acid extraction. The capillary permeability-surface product (PS product) for IPPA was reduced in both perfusate groups to 20-30% of control. The decrease of the PS product can be primarily attributed to ischemia- and/or reperfusion-associated endothelial damage. The second part of these studies deals with the examination of (1) patients after acute myocardial infarction with effective reperfusion (clinical model of "stunning") and (2) patients with chronic coronary artery disease and reduced left ventricular function ("hibernation"). The results in these patient groups show (comparable to the data of the isolated heart experiments) that myocardial stunning and hibernation can be distinguished by different patterns of fatty acid utilization. Fatty acid extraction was preserved in chronically hypoperfused myocardium, whereas it was reduced in reperfused segments. In reperfused myocardium, the reduction of fatty acid extraction outlasted the wall motion abnormality. In conclusion, the results show that scintigraphy with radio-labeled long chain fatty acids can distinguish between different ischemic syndromes (stunning, hibernation). However, the alteration of fatty acid extraction is an unspecific sign of cardiac damage which persists after removal of the harmful stimulus. The potential clinical benefit of fatty acid scintigraphy will largely depend on the definition of different fatty acid utilization patterns and the correlation of these utilization patterns with the prognosis of individual patients.

Es wurden Studien zur biochemischen Evaluierung des akuten Koronarsyndroms unter drei Aspekten unternommen: (1) Die klinische Anwendung der biochemischen Marker zur Diagnosesicherung und Risikostratifizierung bei Patienten mit akutem Koronarsyndrom, (2) die Bedeutung kardialer Troponine unter besonderen physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen und (3) die tierexperimentelle Evaluierung passagerer Ischämie mit der Fragestellung, ob eine Erhöhung kardialer Troponine im Plasma bei reversibler Myokardschädigung auftreten kann. Die klinische Anwendung der kardialen Marker kann zuverlässig nach aktuellen Richtlinien erfolgen und sollte immer auch die Messung eines kardialen Troponins beinhalten. Troponin-Testsysteme sollten in klinischen Studien hinsichtlich des diagnostischen und prognostischen Nutzens evaluiert worden sein. Die in dieser Arbeit untersuchten Systeme wiesen nachweisbare Unterschiede auf, die jedoch für den klinischen Einsatz nicht bedeutsam sind. Geringe Troponin T-Erhöhungen bei Patienten mit akutem Koronarsyndrom und eher geringer oder atypischer Symptomatik haben eine eindeutige prognostische Aussagekraft und ergänzen damit signifikant die klinische Einschätzung und das EKG. Kardiale Troponine können bei herzgesunden Probanden unter extremer körperlicher Leistung gering erhöht sein. Die prognostische Bedeutung dieser Befunde ist unklar. Kardiales Troponin kann bei kardial asymptomatischen Patienten mit Niereninsuffizienz ohne sichere prognostische Bedeutung erhöht sein. Tierexperimentell ergeben sich Hinweise darauf, daß es bei reversibler Ischämie im Sinne eines "continuous release" zur Freisetzung von kardialem Troponin bzw. zumindest von Degradationsprodukten desselben kommen kann. Die zukünftige Entwicklung von Richtlinien zum Einsatz biochemischer Marker wird entscheidend davon abhängen, ob auf den erhobenen Befunden therapeutische Strategien mit nachgewiesenem Nutzen im Sinne einer "evidence based medicine" aufbauen. / Three studies with respect to the biochemical evaluation of acute coronary syndromes were undertaken : (1) The clinical application of biochemical markers for diagnosis and risk stratification in patients with acute coronary syndroms. (2) The value of cardiac troponins under different physiological and pathophysiological conditions. (3) Experimental transient myocardial ischemia in an animal model with respect to the question, whether elevation of cardiac troponins in plasma perhaps occur after reversible myocardial damage. The clinical appilication of cardiac markers is sufficiently possible following actual guidelines and should include cardiac troponin measurement. The troponin test-system has to be evaluated in clinical studies with respect to its diagnostic and prognostic properties. In this study significant differences between two cardiac troponin I test-systems could be shown. The differences were below clinical relevance. Mild to moderate elevations of cardiac troponin T in patients with acute coronary syndromes and low grade Braunwald class angina are of prognostic value and add on information obtained by history and ECG. Cardiac troponins may be found elevated in apparently healthy athletes after exhaustive exercise. The prognostic significance of these findings remains unclear. Cardiac troponins are frequently elevated in renal insufficiency patients without cardiac symptoms. These elevations had no prognostic value in our study. The experimental data suggest that troponins are released in reversible myocardial damage during transient ischemia. This adds evidence on the continuous release hypothesis of cardiac troponins and degradation products. The future development of guidelines for the use of cardiac markers in daily routine will strictly depend on therapeutic consequences which base on the analytical results in the sense of evidence based medicine.

Faktoren, die die funktionelle Erholung von hibernating myocardium nach aortokoronarem Venen Bypass (ACVB) beeinflussen, werden gegenwärtig untersucht. Von 3/2000 bis 3/2003 untersuchten wir prospektiv 41 Patienten mit einer linksventrikulären Ejektionsfraktion (LVEF) / Objectives: Factors that influence functional recovery of hibernating myocardium after coronary artery bypass grafting are at present under investigation. Methods: From 3/2000 to 3/2003 we prospectively analyzed 41 patients with ejection fraction (EF) 15% during DE in group I preoperatively; the increase was < 15% in group II. MRI hyperenhancement was measured with a mean of 16,7±11,6% of the left ventricle in group I compared to a mean of 27,4±14,4% in group II (p 19µm) in group I than in group II (< 17µm). Gene expression of pro-apoptotic genes such as BAK and BAX was lowered (0.5±0.1/0.8±0.1) compared to "normal" myocardium (1.0±0.1) (p

Ziel: Methergin und Ergonovin werden in der Literatur als gleichwertige Substanzen zum Nachweis koronarer Hyperreagibilität (VSAP) während der Koronarangiographie betrachtet. Ziel dieser Studie ist 1) die Sensitivität der 2 Substanzen zu vergleichen und 2) ihren vasokonstriktorischen Effekt auf menschliche Koronararterien quantitativ zu analysieren. Methoden: 1) Für die Ermittlung der Sensitivität wurden 340 Patienten ohne Koronararterienstenosen >50% mittels Provokations-Test untersucht. Davon 182 mit Ergonovin und 158 mit Methergin. Es erfolgten Subgruppenanalysen nach Geschlecht, Alter, Koronarrisikofaktoren und klinischer Symptomatik. 2) Die quantitative spastische Wirksamkeit der 2 Testsubstanzen wurde verglichen anhand der Analyse der Reaktion der Segmente mit diffusem Spasmus, der Segmente mit lokalem Spasmus und der benachbarten normalen Segmente aus Koronarangiographien von Patienten mit nachgewiesener VSAP. Das Testkollektiv besteht aus 17 Patienten. Bei 10 wurde der Spasmus mit Ergonovin ausgelöst, bei 7 mit Methergin. Die Kontrollgruppe bestand aus 18 Patienten (10 untersucht mit Ergonovin, 8 mit Methergin). Es erfolgten Subgruppenanalysen nach Geschlecht und Gefäßgröße. Resultate: 1) Die Sensitivität des Ergonovin-Tests (18%) ist signifikant (p / Objects: Methergine and Ergonovine are described in literature as similar for recognizing coronary hyperreagibility (VSAP) during coronary angiography. The purpose of this study is 1) to compare the sensitivity of both the substances and 2) to analyze the quantitative effect of arterial vasocontraction in human coronary arteries. Methods: 1) 340 patients without coronary stenosis where examined by provocation-tests to ascertain the sensitivity. 182 of them were treated with Ergonovine and 158 with Methergine followed by analysis of subgroupspecifications like gender, age, coronary risk factors and clinical symptoms. 2) The quantitative spasmodic effects of both testsubstabces were compared by means of analyses of the reaction of the segments with diffuse spasm also of the segments with local spasm and the near by localised normal segments from coronary angiographys from patients with variant angina (VSAP). 17 patients were in the testcollective. In 10 the spasm was triggered by Ergonovine, in 7 with Methergine. 18 patients were in the controlgroup (10 examined on Ergonovine, 8 on Methergine). The analysis of subgroups were carried out regarding gender and vasculardiameter. Results: 1) The sensitivity of the Ergonovine-tests (18%) is significantly (p

Die Magnetresonanztomographie (MRT), die Mehrschicht-Spiral-Computertomographie (MSCT) und die Elektronenstrahl-Computertomographie (EBCT) sind nichtinvasive diagnostische Verfahren, welche die bisherige kardiale Bildgebung zumindest in Teilbereichen ersetzen oder ergänzen können. MR-Perfusions- und MR-Funktionsuntersuchungen konnten in der vorgelegten Arbeit direkte Parameter der myokardialen Vitalität regional erfassen. Die Signalintensitäten im Blut und im Herzmuskel dienten zur quantitativen Bestimmung der Myokardperfusion. Die Ortsauflösung ermöglichte eine Differenzierung der subendo- und der subepikardialen Durchblutung. Zusätzliche Streßuntersuchungen steigerten die Sensitivität des Verfahrens. Relativ geringgradige Koronarstenosen ließen sich durch vornehmlich subendokardial lokalisierte Perfusionsdefekte nachweisen. MR-Tagging- Funktionsanalysen konnten durch ein artifizielles Markierungsgitter zwischen endokardial lokalisiertem Narbengewebe und epikardial liegendem vitalem Gewebe differenzieren. Die Dehnungen, Stauchungen und Rotationen des Myokardverbandes wurden registriert und ausgewertet. Die MSCT und die EBCT wurden als Röntgenverfahren für die nichtinvasive Koronarangiographie verglichen. Bei der Definition der Gefäßkonturschärfe über die Anstiegssteilheit der CT-Dichtewerte zeigte sich eine bessere Abbildungsqualität der MSCT gegenüber der EBCT. Die Bestimmung der Segmenterkennbarkeit zeigte, dass mit der MSCT signifikant mehr erkannt werden konnten. Die vorgestellten kardialen MR- und CT-Untersuchungen konnten aus Gründen der Reproduzierbarkeit sowie aufgrund des Strahlenschutzes nur tierexperimentell durchgeführt werden. Die Validität der unterschiedlichen Tiermodelle ist in vorausgegangenen Studien belegt worden. Die in der Literatur verfügbaren Ergebnisse am Menschen bestätigen in vieler Weise die vorgelegten Daten. / Magnetic resonance imaging (MRI), multislice spiral computed tomography (MSCT), and electron-beam computed tomography (EBCT) are noninvasive imaging modalities that may supplement or in part even replace established diagnostic procedures for assessment of the heart. MRI perfusion and functional studies were shown to enable determination of direct parameters of regional myocardial vitality. The signal intensities of blood and myocardium served to quantify myocardial perfusion. The spatial resolution allowed for differentiating subendocardial and subepicardial perfusion. Additional stress tests improved the sensitivity of the procedure. Relatively low-grade coronary artery stenoses were identified by the presence of perfusion gaps primarily in subendocardial location. Functional analysis by means of MRI tagging using an artificial grid allowed for differentiating endocardial scar tissue from epicardial vital tissue. Extension, compression, and rotation of the myocardial complex were recorded and analyzed. MSCT and EBCT were compared as radiographic procedures for noninvasive coronary angiography. MSCT was found to be superior to EBCT in terms of image quality defined as vascular contour sharpness determined as the steepness of the increase in CT densities. Assessment of segment identification showed that significantly more segments were visualized by MSCT. The cardiac MRI and CT studies presented here could only be performed in animals because of the radiation exposure involved and to ensure reproducibility of the results. The validity of the different animal models used has been demonstrated in preceding studies. The results of the present animal experiments are in agreement with many of the human data published in the literature.

Die Beurteilung der Wirkung von Cariporide auf dieEreignis-Wahrscheinlichkeit eines Herzinfarktes oder des Todes imRahmen einer Bypass-Operation ist Gegenstand der Arbeit. DasNHE-Austauschersystem in der Herzmuskelzelle induziert den unterIschämie durch den intrazellulären Protonenüberschusshervorgerufenen Na(+)- und Ca(2+)-Einstrom. Cariporide ist einNHE-Inhibitor, der den unter Ischämie durch die Ca(2+)-Überladunginduzierten Herzmuskelzelltod verzögern soll. In einer kombinierten Phase-II/III-Studie (GUARDIAN, n=11590) war derEinfluss verschiedener intravenöser Dosen von Cariporide auf dieHäufigkeit von Herzinfarkt oder Tod in ACS/NQMI, PTCA undCABG-Patientenkollektiven untersucht worden. Nur die höchstdosierteCABG-Gruppe zeigte eine signifikante Reduktion der Ereignisrate um24,7% (p=0,027) gegenüber Placebo. Diese schwacheDosis-Wirkungs-Beziehung konnte durch eine pharmakokinetische undpharmakodynamische Populationsanalyse in eineKonzentrations-Wirkungs-Beziehung überführt werden. Zur Entwicklungdes Populationsmodells waren verschiedene Submodelle notwendig: 1. Modell für den Zeitverlauf der Ereignisrate: Durch Kombination zweier Weibull-Verteilungen ist es möglich, die beobachteten Daten als Überlebenszeitfunktion nach CABG zu beschreiben. Ein akutes, unmittelbar auf die CABG-Operation zurückzuführendes Risiko wird hier von einem chronischen Risiko unterschieden. 2. Pharmakokinetisches Modell: Ein multiexponentielles populationspharmakokinetisches Modell ist notwendig zur Beschreibung der PK nach iv-Applikation von Cariporide bei Probanden und Patienten. 3. Pharmakodynamisches Modell: Über ein empirisches logistisches Modell wird die Reduktion des akuten Risikos mit der mittleren Cariporide Plasmakonzentration unter der Bypass-Operation verknüpft. In einer Substudie der GUARDIAN-Hauptstudie konnte daspopulationspharmakokinetische Modell aus der früherenPhase-I-Entwicklung mit Probanden für die Patienten validiert werden.Die mit Hilfe der individüllen Dosierung, der demographischen Datenund dem Populationsmodell für die Periode mit dem höchsten Risikowährend der CABG-Operation vorhergesagten mittlerenPlasmakonzentrationen flossen in die Analyse derKonzentrations-Zeit-Abhängigkeit der Ereignis-Wahrscheinlichkeit ein. Eine untere Schwellenkonzentration (0,5mg/l), unterhalb der mitkeinem Effekt zu rechnen ist, wurde bestimmt. Die Daten erlaubten dieSchätzung des maximalen Effekts nur unzureichend. Die maximaleRisikoreduktion von 60% wurde mit einem Konfidenzintervall von29% bis 100% geschätzt. Unter Einsatz einer linearen Näherungdes Hill-Modells wurde eine obere Schwellenkonzentration bei 0,9mg/lbestimmt. Nur 37% aller Patienten der 80mg-Dosisgruppe erreichtenmittlere Konzentrationen oberhalb der unteren Schwellenkonzentration,in der 120mg-Dosisgruppe waren es immerhin schon 75% allerPatienten. Die Infusion von 120mg Cariporide über eine Stunde gefolgt voneiner Erhaltungsdosis von 20mg/h für weitere 47 Stunden sollte bei95% der Patienten während der CABG-Operation zu mittlerenKonzentrationen über der minimal effektiven Konzentration von0,5mg/l führen. Eine auf diese Weise mittels Simulationenoptimierte Dosierungsregel sollte während der CABG-Operation zu einemerhöhten Schutz der Patienten gegen die Folgen ischämischerEreignisse führen. Eine weitere Erhöhung der Erhaltungsdosis aufbis zu 40mg/h mit einer entsprechenden Anpassung der Initialdosissollte 95% der Patienten sogar über die bisher nur unsicher zubestimmende obere Grenzkonzentration von 0,9mg/l bringen. Solltenkeine dosislimitierenden Nebenwirkungen auftreten, kann dieseErhöhung sowohl der Initialdosis als auch der Erhaltungsdosis zueiner weiteren Verbesserung während der Risikoperiode führen undeinen weiteren potentiellen klinischen Vorteil für Cariporideerbringen. / Subject of this analysis is the assessment of the effect of cariporideon the event probability of a myocardial infarction (MI) or death inthe scope of a coronary artery bypass graft. Thesodium-hydrogen-exchange system (NHE) in the myocardial cell inducesthe sodium and calcium influx caused by an ischaemia induced hydrogenoverload. Cariporide is a NHE-inhibitor which is seen to be delayingthe necrosis of myocardial cells caused by the ischaemia inducedcalcium influx. The influence of different intravenous doses of cariporide on thefrequency of MI and death in ACS/NQMI, PTCA, and CABG patients hadbeen investigated in a combined phase II/III trial (GUARDIAN,n=11590). Only the highest dosed CABG-subgroup showed a significantreduction of the event-rate compared to placebo of 24.7% (p=0.027).This weak dose-effect-relationship could be translated into aconcentration-effect relationship by using a populationpharmacokinetic/pharmacodynamic (PK/PD) analysis. To develop thispopulation model a series of sub-models were established: 1) Model for the time-to-event progression: using a combination of two Weibull-distributions, it was possible to describe the observed data following the CABG procedure by means of a survival-function. An acute risk, likely to be related to the CABG-procedure could be discriminated from a chronic risk. 2) Pharmacokinetic model: a multi-exponential population PK model was necessary to describe the PK after iv-application of cariporide in volunteers as well patients. 3) Pharmacodynamic model: using an empirical logistic model the reduction of the acute risk was linked to the cariporide plasma-concentrations. In a sub-study of the GUARDIAN-main study, the population PK model ofthe phase I development in volunteers had been be validated. Usingthe individual dosing, the individual demographic information and thepopulation PK model mean concentrations were calculated for the periodof the highest risk during the CABG procedure. Those concentrationswere then introduced into the analysis of the concentration timedependency of the event probability. A lower threshold concentration (0.5mg/l) was estimated beneath thatno effect would be expected. The data permitted the estimation of themaximum effect only insufficiently. A maximum risk reduction of 60%was estimated with a confidence interval from 29% to 100%. Using thelinear approximation of the Hill-model an upper thresholdconcentration of 0.9mg/l could be determined. Mean concentrationsunder risk were reached above the lower threshold concentration inonly 37% of all patients in the 80mg dose group, whereas in the 120mgdose-group already 75% of the patients exceeded the lower thresholdconcentration. The infusion of 120mg cariporide for an hour followed by a maintenancedose of 20mg/h for further 47 hours should maintain in 95% of thepatients during the CABG-procedure mean concentrations above theminimal effective concentration of 0.5mg/l. A dose regimen optimisedin this sense by means of simulations should lead to an increasedprotection against ischemic events during and after theCABG-operation. A further increase of the maintenance dose up to40mg/h with a corresponding adaptation of the initial dose shouldshift at least 95% of the patients above the so far impreciseestimated upper threshold concentration of 0.9mg. If no dose limitingside-effects occur, this increase of both the initial dose and themaintenance dose may lead to a further improvement during the riskperiod and may result in a further potential clinical advantage forcariporide.