In der vorliegenden Arbeit wird die Erstellung eines computergestützten Systems zum multimodalen zerebralen Monitoring von Patienten mit schwerem Schädel-Hirn-Trauma beschrieben. Das multimodale zerebrale Monitoring dient der Erfassung, graphischen Darstellung und elektronischen Speicherung von physiologischen Meßdaten. Zur kontinuierlichen Überwachung der zerebralen Sauerstoffversorgung wurden die jugularvenöse Oxymetrie, die Hirngewebe-Sauerstoffpartialdruckmessung und die Nah-Infrarot-Spektroskopie hinsichtlich ihrer Stabilität und Sensitivität vergleichend getestet. Weiterhin erfolgte die prospektive Untersuchung der Inzidenz zerebraler hypoxischer Episoden, ihrer möglichen Ursachen, sowie des Einfluß der zerebralen Hypoxie auf das neurologische Outcome er Patienten mit schwerem Schädel-Hirn-Trauma. Zur kontinuierlichen Überwachung der zerebralen Oxygenierung ist gegenwärtig die Messung des lokalen Hirngewebe-pO2 am besten geeignet. Als häufigste Ursachen der zerebralen Hypoxie wurden die systemische Hypokapnie, ein verminderter zerebrale Perfusionsdruck und ein erhöhter intrakranieller Druck identifiziert. Das akkumulierte Auftreten zerebraler hypoxischer Episoden für mehr als 30 Minuten war mit einem signifikant schlechteren neurologischen Outcome der Patienten verbunden. Durch die Einführung weiterer Methoden zur invasiven und nicht-invasiven Überwachung von Patienten mit schwerem Schädel-Hirn-Trauma, wie zum Beispiel der zerebralen Mikrodialyse, können zukünftig die metabolischen Veränderungen durch eine zerebrale Hypoxie untersucht werden. / Cerebral hypoxia is considered the main cause of secondary damage to the vulnerable brain following severe traumatic brain injury, and critical care management is primarily focused on the prevention of cerebral hypoxic events. Goals of this study were: First, the development of a computerized multimodal cerebral monitoring system to continuously acquire, display, and record data from multiple monitoring devices. Second, the comparative study of different methods for monitoring of cerebral oxygenation, as there are jugular venous oxygen saturation, near-infrared spectroscopy, and brain tissue oxygen tension. Third, the prospective determination of a critical hypoxic threshold, the incidence of cerebral hypoxia, the influence of standard therapeutic maneuvres to treat intracranial hypertension on cerebral oxygenation, the significance of possible causes of cerebral hypoxia, and the influence of cerebral hypoxia on neurological outcome. The multimodal monitoring system was successfully established on a neurosurgical intensice care unit. Monitoring of local brain tissue pO2 was most appropriate for monitoring of cerebral oxygenation. The critical hypoxic threshold in brain tissue pO2 was 10 mmHg. Standard therapeutic maneuvres to treat elevated intracranial pressure were, in part, unsuccessful in improving cerebral oxygen delivery. Cerebral hypoxic episodes were predominantly associated with arterial hypocarbia and low cerebral perfusion pressure. Patients with a total of more than 30 minutes of cerebral hypoxic events had a significantly worse neurological outcome. Future investigations using cerebral microdialysis will help to further improve insight into pathophysiology and metabolic changes following traumatic brain injury.

Fragestellung: Ein neues Modell der kortikalen Kontusion (Controlled Cortical Impact Injury, CCII) soll in der vorliegenden Arbeit für den Einsatz von Therapiestudien evaluiert werden. Material und Methoden: Bei 89 Sprague Dawley Ratten wurden eine links parieto-temporale Kontusion appliziert. 23 Stunden nach Trauma erfolgte eine neurologische Untersuchung. Die Gehirne wurden 24 Stunden nach Trauma entnommen. Das posttraumatische Hirnödem wurde gravimetrisch anhand des Wassergehalts und der Hemisphärenschwellung bestimmt. Das Kontusionsvolumen wurde mittels TTC-Färbung planimetrisch gemessen. Die Extravasation von Evans blue wurde spektralfotometrisch quantifiziert. Die histologische Charakterisierung erfolgte anhand der Hämatoxylin/Eosin-Färbung, Bielschowsky-Färbung und Evans blue Fluoreszenzmikroskopie. In einer repräsentativen Therapiestudie mit einem 5-Hydroxytryptamin1A-Agonisten (Bay X 3702) wurden 24 Stunden nach Trauma vergleichend das Kontusionsvolumen, der Wassergehalt und die Hemisphärenschwellung bestimmt. Ergebnisse: Neurologisch zeigten sich Einschränkungen in der Spontanaktivität und der Balancierfähigkeit nach Trauma. Der posttraumatische Wassergehalt war in der traumatisierten Hemisphäre (82,5 ± 0,12%) gegenüber der Kontralateralen (79,98 ± 0,07%) signifikant erhöht. Die posttraumatische Hemisphärenschwellung lag bei 14,3 ± 1,2%. In der traumatisierten Hemisphäre zeigte sich eine signifikant höhere Evans blue Extravasation (47,28 ± 11,8 ng/mg TG). Das Kontusionsvolumen wurde mit 58,9 ± 9,1 cmm bestimmt. Histologisch zeigte sich eine kortikale hämorrhagische Nekrose. Der axonalen Schaden war auf das perikontusionelle Gewebe beschränkt. Evans blue zeigte sich perikontusionell im Intra- und Extrazellulärraum. In der Therapiestudie mit Bay X 3702 zeigten der Wassergehalt und die Hemisphärenschwellung keine signifikanten Unterschiede in den Versuchsgruppen. Im Gegensatz zu neuroprotektiven Eigenschaften in Modellen der zerebralen Ischämie war das Kontusionsvolumen nach Bay X 3702 Gabe mit 126 ± 21,8 cmm signifikant größer als in der Plazebo-Gruppe (58.6 ± 7.5 cmm). Es wurde eine signifikante Abnahme des arteriellen Blutdrucks bis 30 Minuten nach Injektion der Substanz gemessen. Die Abnahme des mittleren Blutdrucks und die Zunahme des Kontusionsvolumens korrelierte signifikant. Schlußfolgerung: Das CCII imitiert wichtige Aspekte des menschlichen Schädel-Hirn-Traumas. Der posttraumatische Schaden ist reproduzierbar und quantifizierbar. Trotz fehlendem Nachweis eines neuroprotektiven Effekts in der durchgeführten Therapiestudie konnte gezeigt werden, daß das CCII als Modell der fokalen Kontusion für Therapiestudien geeignet ist. / Objective: A new model of focal contusion (Controlled Cortical Impact Injury, CCII) should be evaluated to proof potential neuroprotective drug effects on posttraumatic alterations. Materials and Methods: In 86 Sprague Dawley rats a left temporo-parietal contusion was applied. 23 h following CCII rats were examined neurologically. In all animals brains were removed 24 hours after contusion. Posttraumatic hemispheric swelling and water content were determined gravimetrically. Using the triphenyltetrazoliumchloride (TTC) staining contusion volume was measured planimetrically. Extravasation of Evans blue was quantified sepctrophotometrically. For histological characterization hematoxylin/eosin staining, Bielschowsky staining and Evans blue fluorescence microscopy was used. In a representative study the potential neuroprotective effect of a 5-hydrxoytryptamine1A receptor agonist (Bay X 3702) on contusion volume and brain edema following CCII was determined. Results: Neurological examination showed deficits in motility and beam balance task, respectively. Posttraumatic hemispheric water content increased significantly after contusion (82.5 ± 0.12%) versus contralateral hemisphere (79.8 ± 0.08%). Posttraumatic swelling was 14.3 ± 1.2%. Spectrophotometrically, concentration of extravasated Evans Blue was 47.3 ± 11.8 ng/mg dry weight. Contusion volume was 58.9 ± 9.1 cmm. Histologically, a hemorrhagic necrosis was observed following CCII. Axonal injury was found in pericontusional area, only. Evans Blue was detected pericontsionally in the ipsilateral extra- and intracellular space. Bay X 3702 had no significant effect on posttraumatic hemispheric swelling and water content. In contrast to neuroprotective effect, shown following focal and global ischemia Bay X 3702 administration resulted in significant increase of contusion volume to 126 ± 21.8 cmm, versus placebo group (58.6 ± 7.5 cmm) following CCII. MABP showed significant decreased values after injection of Bay X 3702 up to 30 Minutes following trauma. A significant correlation could be shown between decrease of MABP and increase of contusion volume. Conclusion: The Controlled Cortical Impact Injury represents important aspects of human focal traumatic brain injury. The posttraumatic lesion is reproduceable and quantifiable. Although a neuroprotective effect of the 5-hydroxytryptamine1A agonist could not be verified, effects of potential neuroprotective agents can accurately be proved in this model.