Die vorliegende Studie untersuchte den Effekt von Levosimendan auf die mitochondriale Funktionen im Herzmuskel, insbesondere im Zusammenhang mit dem Ischämie/Reperfusions-Schaden. Methoden: In der Studie wurde ein retrogrades Langendorff-Modell verwendet, um die Auswirkungen von Levosimendan, dem Ischämie/Reperfusions-Schaden sowie deren Kombination auf die mitochondrialen Funktionen im Herzmuskel zu untersuchen. Dazu wurden vier verschiedene Gruppen von Rattenherzen entsprechend den experimentellen Bedingungen perfundiert, und ihre Funktionen wurden analysiert. Ergebnisse: Der Ischämie/Reperfusions-Schaden beeinträchtigte die myokardiale Ventrikelfunktion. Zusätzlich wurde eine Hypopolarisation des mithochondrialen Membranpotentials in den mit Levosimendan oder Ischämie behandelten Gruppen festgestellt. Die ATP-Synthese in den Gruppen mit Levosimendan und Ischämie war reduziert. Schlussfolgerung: Levosimendan zeigt signifikante Einflüsse auf die Atmungsfunktion der mitochondrialen Komplexe IV und V sowie auf das Membranpotential. Diese Phänomene könnten einem mito-K+ ATP-abhängigen Mechanismus zugrunde liegen. Obwohl Levosimendan während des Ischämie/Reperfusionsschadens eine protektive Wirkung hinsichtlich einer Ca2+- Überlastung aufweist, bleibt der kumulative Einfluss der beeinträchtigten ATP-Generierung auf die gesamte Myokardfunktion zu klären. / The present study investigated the effect of levosimendan on mitochondrial functions in the heart muscle, particularly in connection with ischemia/reperfusion injury. Methods: In the study, a retrograde Langendorff model was used to examine the effects of levosimendan, ischemia/reperfusion injury, and their combination on mitochondrial functions in the heart muscle. For this purpose, four different groups of rat hearts were perfused according to the experimental conditions, and their functions were analyzed. Results: Ischemia/reperfusion injury impaired myocardial ventricular function. Additionally, a hypopolarization of the mitochondrial membrane potential was observed in the groups treated with levosimendan or ischemia. ATP synthesis was reduced in the groups with levosimendan and ischemia. Conclusion: Levosimendan shows significant effects on the respiratory function of mitochondrial complexes IV and V, as well as on the membrane potential. These phenomena could be based on a mito-K+ ATP-dependent mechanism. Although levosimendan has a protective effect during ischemia/reperfusion injury regarding Ca2+ overload, the cumulative impact of impaired ATP generation on overall myocardial function remains to be clarified.

Hintergrund: Im Zuge einer akuten Herzinsuffizienz kommt es auf Grund der Ischämie und Reperfusionsschäden (IR) zur Verschlechterung der Herzfunktion. Studien bezüglich einer 15- und 20 minütigen Ischämie haben für den Phosphodiesterase3-Hemmer Enoximon bereits einen positiven Einfluss auf die Myokard- und Mitochondirenfunktion aufzeigen können. Ob diese Ergebnisse auch unter längerer Ischämiezeit reproduzierbar sind, war Gegenstand dieser Arbeit. Material und Methoden: 4 Gruppen wurden bezüglich ihrer Ergebnisse im Zuge einer retrograden Perfusion von Rattenherzen innerhalb der Langendorff-Apparatur verglichen. Allen Gruppen war eine 30-minütige Perfusion gemein. Als Kontrollgruppe diente IR0/30. Die Gruppen unterschieden hinsichtlich der Verwendung einer 40-minütigen Ischämiezeit vor Reperfusion (IR40/30) sowie dem Gebrauch von Enoximon mit (Enox-IR40/30) und ohne Ischämie (Enox-IR0/30). Im Rahmen des Langendorff-Versuchs wurde der linksventrikuläre Druck (LVPsys), der Koronarfluss, die Kontraktilität (LVdp/dtmax) sowie Herzenzyme bestimmt. Zur Bestimmung der Mitochondrienfunktion wurden die IFM und SSM isoliert und hinsichtlich der Atmungskettenfunktion (RCF) sowie der mPTP-Öffnung untersucht. Ergebnisse: Unter IR kam es zu einem Abfall des LVPsys (p<0,01), LVdp/dtmax (p<0,004) sowie des Koronarflusses (p=0,01). Es war eine verstärkte Schwellung der Mitochondrien im Rahmen der mPTP-Öffung für IFM (p=0,01) und SSM (p<0,0001) erkennbar. Die Konzentrationen der Herzmarker GOT und hFABP stiegen an. Für Troponin T, CK und CK-MB fand sich kein signifikanter Unterschied zur Kontrollgruppe.Die Komplexaktivität der IFM war in den Komplexgruppen II-V (p<0,0001), II-IV (p<0,0001), III-V (p=0,004) und IV (p<0,0001) verringert. In SSM zeigte sich ein Aktivitätsabfall im Komplex IV (p=0,05). Enoximon hatte unter Ischämie keinen Einfluss auf die hämodynamischen Parameter. Gegen Ende der Messung kam es zu einem geringen Anstieg der mPTP-Öffnung der SSM (p=0,05). Die Konzentration an hFABP war verringert. Die Komplexaktivität der IFM stieg in den Komplexgruppen I-V (p=0,01), II-V (p=0,04), II-IV (p=0,02) und IV (p=0,02) gegenüber IR40/30 an. In nicht-ischämischen Myokard (Enox-IR0/30) zeigte Enoximon einen Anstieg des LVdp/dtmax (p<0,02) und verringerte die Konzentration an TroponinT (p<0,02). Während die Komplexaktivität der IFM in I-V anstieg (p=0,01), zeigte diese sich in II-V (p=0,04) und III-V (p=0,009) abgeschwächt. Für SSM war am Ende der Messung ein geringer Anstieg der mPTP- Öffnung erkennbar (p<0,04). Diskussion: IR-Schäden verschlechtern die Herzleistung, führen zu einer Reduktion der Mitochondrienfunktion sowie gesteigerter Vulnerabilität der Mitochondrien im Zuge der mPTP-Öffnung. Während Studien mit kürzer Ischämiezeit für Enoximon eine Verbesserung des LVPsys, LVdp/dtmax und Koronarflusses aufzeigen konnten, waren unter 40minütiger Ischämie kein Einfluss von Enoximon mehr erkennbar. Es ließ sich unter Ischämie für Enoximon jedoch ein positiver Einfluss auf die Atmungskettenkomplexe der IFM nachweisen. Gleichzeitig war in nativem Myokard ein Anstieg des LVdp/dtmax unter Enoximon erkennbar. In Zuge von IR-Schäden scheint somit die Wirksamkeit von Enoximon stark von einem frühen Applikationszeitpunkt abhängig zu sein. / Background: In acute myocardial insufficiency the heart suffers due to ischemic and reperfusion injuries (I/R). The Phosphodiesterase3-inhibitor enoximone has already proven to have a cardio protective impact on the myocardium and mitochondrial function in former studies to 15- and 20 min ischemic periods. Whether or not these findings could be reproduced during longer periods of ischemia was the subject matter. Methods: 4 study groups were compared in terms of retrograde reperfusion of explanted rat hearts using a Langendorff-model. All groups had a 30 min perfusion time in common. The control group was IR0/30. The groups differ due to a 40 min ischaemic periode before reperfusion (IR-40/30) and the use of enoximone with (Enox-IR40/30) or without ischemia (Enxo-IR0/30). Left-ventricular pressure (LVPsys), coronary flow and contractility (LVdp/dtmax) as well as heart enzymes were measured during the Langendorff-model. To evaluate the mitochondrial function, the IFM and SSM were isolated and examined for the capacity of the reaspiratory chain function (RCF) and activity of the mitochondrial permeability pores (mPTP). Results: Due to I/R, the LVPsys (p<0,01), LVdp/dtmax (p<0,004) and coronary flow (p=0,01) declined. The susceptibility of the mPTP in IFM (p=0,01) and SSM (p<0,0001) increased. The concentration of the cardiac markers GOT and hFABP escalate, whereas Troponin T, CK and CK-MB show no significant differences compared to the control group. The RCF in IFM was reduced at C II-V (p<0,0001), C II-IV (p<0,0001), C III-V (p=0,004) and C IV (p<0,0001). RCF in SSM was diminished at C IV (p=0,05). Under I/R, enoximone showed no effect at the haemodynamic parameters. For SSM a slight increase in mPTP-opening (p=0,05) occurred at the end of the meassurement. The concentration of hFABP lessened. The RCF in IFM improved in C I-V (p=0,01), C II-V (p=0,04), C II-IV (p=0,02) and C IV (p=0,02) compared to IR40/30. In non-ischemic myocardium (Enox-IR0/30) enoximone improved LVdp/dtmax (p<0,02) and lowered the concentration of TropT (p<0,02). Whereas RCF for IFM in C I-V (p=0,01) is increased, RCF in II-V (p=0,04) and III-V (p=0,009) is weakend. For SSM a slight increase in mPTP- opening (p<0,04) occurred at the end of the meassurement. Conclusion: I/R-injury worsen haemodynamic parameters and function of the IFM and SSM as well as increase the mPTP Ca2+-susceptibility. Whereas studies including shorter ischemic periods showed an improvement of LVPsys, LVdp/dtmax and coronary flow, no detectable effect of enoximone could be seen due to 40 min ischemia. However, a positive influence at the RCF of the IFM under I/R as well as an improved LVdp/dtmax for non-ischemic myocardium could be observed. Therefore, the impact of enoximone seems highly depended on an early application in context of IR-injuries.

Störungen der Ionen- und Blutgas Homöostase mit Verschiebungen von Na+ und K+ in der regionalen Hypoxie sind ein Kennzeichen der experimentellen zerebralen Ischämie, wurden aber in ihrer Bedeutung für Schlaganfallpatienten noch nicht hinreichend untersucht. Wir berichten über eine prospektive, humane Querschnittsstudie an 366 Schlaganfallpatienten, die mit einer endovaskulären Rekanalisation bei einem akuten LVO der vorderen Zirkulation zwischen dem 18.Dezember 2018 und dem 31.August 2020 behandelt wurden. Im Rahmen der vorliegenden Dissertationsarbeit wurden intraprozedural arterielle Blutgasproben (1ml) aus dem lokal ischämischen Kollateralkreislauf und der intraindividuellen systemischen Referenzlokalisation in 51 Patienten gewonnen. Die Probengewinnung mit Hilfe eines Mikrokatheters erfolgte nach einem bereits veröffentlichten Protokoll. Diese Arbeit weist in der Perakutphase eines Großgefäßverschlusses signifikant nach, dass der lokal ischämische paO2 (-4,29%, paO2ischämisch=185,3 mmHg vs. paO2systemisch=193,6mmHg; p=0,035) und die Konzentration von K+ (-5,49%, K+ischämisch=3,44mmol/L vs. K+systemisch=3,64mmol/L; p=0,0081) signifikant reduziert war. Wir beobachteten, dass der Na+:K+-Quotient in der Kollateralzirkulation (+3,29%; Na+:K+-Quotientischämisch=41,74 vs. Na+:K+-Quotientsystemisch=40,38; p=0,0048) im Vergleich zur systemischen Zirkulation signifikant erhöht war, während die Na+-Konzentration signifikant positiv mit einer Zunahme des Infarktausmaßes assoziiert war (r=0,42, p=0,0033). Wir fanden eine alkaline Tendenz des zerebralen pH (+0,14%, pHischämisch=7,38 vs. pHsystemisch=7,37, p=0,0019), mit einer zeitabhängigen Verschiebung in den azidotischen Bereich (r=-0,36, p=0,0549). Schlussfolgernd deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass die durch den Schlaganfall verursachten Veränderungen der zerebralen Sauerstoffversorgung, der Ionenzusammensetzung und des Säure-Basen-Gleichgewichts dynamisch auftreten, während der okklusiven Ischämie fortschreiten und mit der akuten Gewebeschädigung im Zusammenhang stehen. Wünschenswert sind weitere prospektive Studien, um die Ergebnisse valide zu reproduzieren. / Disturbances of ion and blood gas homeostasis encompassing massive sodium (Na+)/potassium (K+) shifts and regional hypoxia are a hallmark of experimental cerebral ischemia, but have not been sufficiently investigated for their relevance in stroke patients. We report a prospective observa-tional study on 366 stroke patients who underwent endovascular thrombectomy (EVT) for large-vessel occlusion (LVO) of the anterior circulation (18 Dec 2018-31 Aug 2020). Intraprocedural blood gas samples (1ml) from within the cerebral collateral circulation (ischemic) and matched intraindividual systemic control samples were obtained according to a prespecified protocol in 51 patients. We observed a significant reduction in cerebral oxygen partial pressure (-4.29%, paO2ischemic=185.3 mmHg vs. paO2systemic=193.6; p=0.035) and potassium concentrations (-5.49%, K+ischemic=3.44 mmol/L vs. K+systemic=3.64 mmol/L; p=0.0081). The cerebral Na+: K+ ratio was signifi-cantly increased (Na+: K+ ratioischemic=41.74 vs. Na+: K+ ratiosystemic=40.38; p=0.0048) while sodium concentrations were positively correlated with tissue integrity (r=0.42, p=0.0033). We found more alkaline cerebral pH values (+0.14%, pHischemic=7.38 vs. pHsystemic=7.37, p=0.0019), with a time-dependent shift towards more acidotic conditions (r=-0.36, p=0.0549). These findings suggest that stroke-induced changes in cerebral oxygen supply, ion composition and acid-base balance dynamically occur and progress during occlusive ischemia, and are related to acute tissue damage. Further prospective studies are desirable in order to validly reproduce our results.

Das akute Nierenversagen aufgrund ischämischer oder toxischer Nierenschädigung ist eine häufig auftretende Erkrankung mit einer hohen Mortalität. Immer noch sind die genauen Abläufe auf Zellebene nicht vollständig geklärt. Diese Arbeit befasst sich mit der Rolle der induzierbaren Hämoxygenase (HO-1) und ihrer Wechselwirkung mit der endothelialen Stickoxidsynthase (eNOS) im akuten ischämischen Nierenversagen. Dazu wurde im Rattenmodell mittels 45-minütigen Clamping beider Aa. renales ein ischämisches ANV induziert. Während eine Gruppe dem Clamping ohne weitere Intervention unterzogen wurde, ist einer weiteren Gruppe Zinn(VI)-Mesoporphyrin (SnMP), ein Inhibitor der HO-1, intraperitoneal appliziert worden. Eine dritte Gruppe mit Schein-Operation wurde als unbehandelte Kontrollgruppe parallel operiert und untersucht. Zur Bestimmung von renaler Filtrations- und Sekretionsfunktion wurden die Inulin-Clearance und die PAH-Clearance gemessen. Die Expression der untersuchten Enzyme aus HO/CO- und NOS/NO-System wurde mittels Westernblot quantitativ bestimmt. Der postinterventionelle Versuchszeitraum erstreckte sich über 14 Tage. In der unbehandelten Clamping-Gruppe zeigte sich ein Abfall von Inulin- und PAH-Clearance in der frühen postischämischen Phase, gefolgt von einer raschen Erholung und stetiger Verbesserung der Exkretionsfunktion im Verlauf des 14-tägigen Versuchs-intervalls. Die HO-1 zeigte einen Tag nach der Ischämie eine starke Überexpression, ebenso die im Hämkatabolismus wichtige Biliverdinreduktase (BVR). Die eNOS reagierte mit einer Hochregulierung, die sich in der Medulla langsamer entwickelte als in Kortex. Der gemeinsame Rezeptor der Signalstoffe CO und NO, die lösliche Guanylatzyklase (sGC), zeigte eine bedarfsgesteuerte leichte Hochregulation, möglicherweise ein Zeichen der endothelialen Dysfunktion mit zunächst nicht ausreichender NO-Bildung durch die eNOS. Die Clamping + SnMP-Gruppe erlitt eine stärkere Funktionseinschränkung nach der Intervention, was sich mit der Hemmung der HO-1 erklärt, regenerierte sich anschließend rasch wieder und hatte im Versuchsverlauf vergleichbare Funktionswerte wie die Clamping-Gruppe. Die HO-1 wurde ebenso akut hochreguliert, hielt aber die starken Überexpressionswerte während des Versuchszeitraums länger aufrecht als die Clamping-Gruppe. Diese Beobachtung lässt sich mit der Eigenschaft des SnMP erklären, dass es die Aktivität der HO-1 hemmt, ihre Expression aber steigert. Die Hochregulation der BVR war in dieser Gruppe geringer ausgeprägt. Die eNOS wurde in den mit SnMP behandelten Tieren weit schwächer exprimiert. Die sGC zeigte ähnliche Werte wie in der Clamping-Gruppe, wenn auch weniger stark reguliert. Die Beobachtung, dass sich eine Hemmung der HO-1 nicht nur auf die Enzyme ihres eigenen Signalweges und des Hämabbaus, der sGC und der BVR, auswirkt, sondern auch auf die der eNOS, bestätigt, dass das HO/CO- und das NOS/NO-System eng mit einander verknüpft sind. Dass dies nicht nur unter physiologischen Bedingungen, sondern insbesondere in der pathologischen Situation einer renalen Ischämie zum Tragen kommt, eröffnet Perspektiven, dass die dargestellten Ergebnisse dazu dienen könnten, neue Ansätze zu finden, um die endotheliale Dysfunktion im ANV kurativ zu beeinflussen. / The acute renal failure due to ischaemic or toxic kidney damage is a common disease with a high mortality. The exact processes at cell level are still not fully clarified. This work deals with the role of inducible heme oxygenase (HO-1) and its interaction with the endothelial nitric oxide synthase (eNOS) in the ischemic acute kidney failure (iARF). iARF was initiated in rats by 45-min artery clamping. While one group has undergone the clamping without further intervention, a further group was treated with tin(VI)-mesoporphyrin (SnMP), an inhibitor of HO 1, by intraperitoneal application. A third group was parallel operated as unhandled control group and investigated. The inulin clearance and the PAH clearance were measured to determine the renale filtration and secretion function. The expression of examined enzymes HO/CO and NOS/NO system was quantitatively determined using Westernblot. The test period extended over 14 days after operation. In the unhandled clamping group was a decrement of Inulin-and PAH clearance in the early post ischaemic phase, followed by a rapid recovery and constant improvement of the excretion function during the experimental period. The HO-1 showed on day 1 after the ischaemia a high expression, and so did the biliverdin reductase (BVR). The eNOS also responded with a high expression, slower developed in the medulla as in cortex. The receptor of both CO and NO, the soluble guanylyl cyclase (sGC), showed only a slightly higher expression, maybe a sign of the endothelialen dysfunction with first insufficient NO production by eNOS. The clamping/SnMP group underwent a stronger functional constraint after the intervention, what could be explained by the inhibition of HO 1. This group showed then a strong regeneration and had comparable values as the clamping group. The HO-1 shows a high expression, which was held up during the whole test period. This observation can be explained with the property of SnMP that inhibits the activity of HO 1, but increases its expression. The BVR high regulation is less pronounced in this group. The eNOS is far weaker expressed in the SnMP treated animals. The sGC shows similar values such as in the clamping group, but only indicated. The observation that an inhibition of HO 1 not only affects the enzymes of its own signal path and the heme degradation, sGC and BVR, but also eNOS and its signal path, confirms that the HO/CO and the NOS/NO system are linked closely with each other. That this comes about not only among physiological conditions, but especially in the pathological situation of a renale ischaemia, opens up prospects that the displayed results could serve to find curative influences on the endothelial dysfunction in the iARF.

Die Entwicklung von therapeutischen Strategien, die den infarktbedingten Untergang des Myokardgewebes minimieren und die Gewebsheilung nach abgelaufenem Myokardinfarkt unterstützen, gehört zu dem Hauptziel in der modernen Kardiologie. Bis jedoch eine spezifische Intervention als Therapieform anerkannt wird, ist ein detailliertes Entschlüsseln der zellulären und molekularen Mechanismen während und nach der Myokardschädigung notwendig. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich intensiv mit den Vorgängen der Stickstoffmonoxid- (NO) Produktion und der Inflammation nach Okklusion von Kranzarterien. Im ersten Teil der Dissertation steht die endotheliale NO-Synthase-Expression (eNOS) im Mittelpunkt der Untersuchung. eNOS ist als wichtiger Katalysator an der Biosynthese von Stickstoffmonoxid, das als protektiver Faktor für die Gefäßhomöostase seit Jahren bekannt ist, beteiligt. Ferner besteht experimentell sehr gute Evidenz dafür, dass der endothelialen NO-Synthase am Ausmaß des kardialen Ischämie-/ Reperfusionsschadens eine entscheidende Rolle zukommt. Folglich wurde mittels der Substanz AVE 9488 versucht, die eNOS-Expression in Mäusen zu steigern und den Effekt auf das Infarktgeschehen näher zu betrachten. Die Behandlung mit AVE 9488 erzielte einen signifikant reduzierten Ischämie-/Reperfusionsschaden. Bei anschließenden Ischämie-/Reperfusionsveruchen mit eNOS defizienten Mäusen war der protektive Effekt wieder aufgehoben. Der Erfolg dieser Substanz wird in der signifikanten Reduktion des oxidativen Stresses vermutet. Ein zusätzlicher wichtiger Parameter, der während der Ischämie/Reperfusion aktiviert wird, ist der Schlüssel-Transkriptionsfaktor Nuclear Factor kappa B (NF-kB). Durch seine Bindung an bestimmte Enhancer und Promotoren reguliert der Faktor die Entzündungsprozesse, indem er die Genexpression proinflammatorischer Marker verstärkt. Folglich wurden eine Reduktion der Inflammation sowie ein protektiver Effekt nach erfolgter ischämischer Schädigung durch Hemmung von NF-kB angenommen. Zur Prüfung dieser Hypothese wurden NF-kB-Untereinheit p50 defiziente Mäuse (p50 KO) einer Okklusion einer Herzkranzarterie unterzogen. Durch die Hemmung der NF-kB-Aktivierung kam es zu einer signifikanten Reduzierung des Infarktareals im Vergleich zu den entsprechenden Wildtyp-Mäusen. Der große Benefit konnte auf die geringere Einwanderung der neutrophilen Granulozyten in das infarzierte Gebiet zurückgeführt werden. Knochenmarktransplantationsversuche mit p50 KO- und Wildtyp-Knochenmark untermauerten die Beobachtung, dass die beeinträchtigte Aktivierung von NF-kB in p50 defizienten Leukozyten protektive Effekte in der Ischämie/Reperfusion vermittelt. Die Aktivierung der proinflammatorischen Proteine während des linksventrikulären Remodelings nach Myokardinfarkt gehört zum Fokus des dritten Teils dieser Arbeit. Dieser Teil beschäftigt sich mit der Frage, inwieweit eine hochdosierte Aspirin-Therapie die linksventrikulären Umbauprozesse günstig beeinflussen kann. Dafür wurden Mäuse für 4 Wochen mit Placebo oder Aspirin (120 mg/kg pro Tag) mittels osmotischer Mini-Pumpen, die 2 Stunden nach Ligatur der Kranzarterie implantiert wurden, behandelt. In beiden Gruppen kam es zur erwarteten linksventrikulären Dilatation nach Myokardinfarkt, jedoch ohne signifikanten Unterschied zwischen Placebo- und Aspirin-behandelten Tieren. Es kam allerdings zu einer erwarteten Reduktion proinflammatorischer Proteine durch die Aspirin-Therapie. So war die Expression von Tumor-Nekrose-Faktor-alpha; (TNF-alpha) und Interleukin-1ß (IL-ß) in der Aspirin-Gruppe signifikant reduziert. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass durch die gezielte Beeinflussung bestimmter Faktoren in der Ischämie/Reperfusion wie z. B. die Verstärkung der eNOS-Expression oder die Hemmung der NF-kB-Aktivierung die Ischämieschädigung signifikant reduziert werden kann. / One of the major therapeutic goals of modern cardiology is to design strategies aimed at minimizing myocardial necrosis and optimizing cardiac repair following myocardial infarction. However, a sound understanding of the cellular and molecular mechanism is necessary before a specific intervention is pursued on a therapeutic basis. The present work includes important aspects of inflammation and nitric oxide (NO) production after occlusion of the coronary artery. The first part of the thesis focused on endothelial NO synthase (eNOS). eNOS is a promotor of NO biosynthesis, which regulates vascular and myocardial function. Moreover, endothelial NOS is cardioprotective in ischemia/reperfusion injury. Therefore, the effects of AVE 9488, a novel pharmacon designed to selectively increase eNOS protein expression and NO formation, was tested on cardiac ischemia/reperfusion injury in vivo. Ischemia/reperfusion damage was significantly reduced in mice treated with AVE 9488 when compared to placebo treated mice. The protective effect was blunted in eNOS knockout mice treated with the eNOS enhancer. The expression of inflammatory markers was not influenced by the therapy. Reactive oxygen species were significantly reduced in mice treated with the eNOS enhancer. In addition, the transcription factor nuclear factor kappa B (NF-kB) is important in cardiac damage. NF-kB is activated by various stimuli implicated in ischemia/reperfusion injury and increases the expression of proinflammatory markers by binding on special enhancer and promoters. Inhibition of NF-kB might therefore reduce the inflammatory response and achieve protective effects after myocardial infarction. To prove this hypothesis mice with targeted deletion of the NF-kB subunit p50 (p50 KO) underwent 30 minutes of coronary artery ligation and 24 hours of reperfusion in vivo. Ischemia/reperfusion damage was significantly reduced in the p50 KO animals when compared with matching wild-type (WT) mice. Although adhesion molecules such as intercellular adhesion molecule were up-regulated in left ventricles of p50 KO mice, fewer neutrophils infiltrated the infarct area, suggesting leukocytes as a potential mediator of the protection observed in the p50 KO. This was confirmed in adoptive transfer experiments: whereas transplantation of KO bone marrow in KO animals sustained the protective effect on ischemia/reperfusion injury, transplantation of WT bone marrow in KO animals abolished it. The last part tested the hypothesis that inhibition of the proinflammatory response to myocardial infarction could improve left ventricular remodeling. Therefore, mice were treated for 4 weeks with placebo or aspirin (120 mg/kg per day) by Alzet mini-osmotic pumps implanted 2 hours after ligation of the left anterior descending artery. On echocardiography, animals 4 weeks after myocardial infarction exhibited left ventricular dilatation as expected. However, there was no difference between the placebo and the Aspirin group. The expression of the proinflammatory cytokines tumor necrosis factor alpha; (TNF-alpha) and interleukin 1ß (IL-1ß) which were markedly upregulated in mice with myocardial infarction on placebo were significantly reduced by Aspirin treatment. However, left ventricular remodeling after myocardial infarction was not altered. In conclusion, the use of specific strategies to inhibit the NF-kB activation or to increase eNOS expression in ischemia/reperfusion constitutes a promising novel therapeutic approach to reduce ischemic damage. However, successful application of anti-inflammatory interventions in the treatment of ischemic remodeling will require a better understanding of the specific molecular steps in the regulation of cardiac injury and repair.

Einleitung: Mehrere ex vivo Studien zeigten zuletzt, dass Sphingosin-1-phosphate Schutz gegen myokardiale Ischämie/ Reperfusionsschaden verleihen [19], [20]. Der synthetische Sphingosin-1-phosphat-Rezeptoragonist FTY 720 war ebenso in der Lage, Entzündungsreaktionen in verschiedenen Krankheitsmodellen zu verringern [8]. Deshalb wollten wir die Hypothese prüfen, dass eine Behandlung mit FTY 720 zu einer Infarktgrößenreduktion nach myokardialer Ischämie/ Reperfusion in vivo führt. Methode: In männlichen Wistar Ratten wurde myokardiale Ischämie dadurch induziert, dass wir die linke Koronararterie für 45 min mittels Fadenligatur verschlossen. Nach 24 h wurde die Infarktgröße bestimmt und die Granulozyteninfiltration im Infarktgebiet festgestellt. Caspase 3 Aktivität und TNF- alpha Konzentration im Myokardgewebe wurden durch ELISA ermittelt. FTY 720 wurde vor Beginn der Reperfusion i. p. appliziert oder 24 h vor Reperfusionsbeginn und nochmals direkt vor Reperfusionsbeginn. Ergebnisse: Die einmalige Gabe von 0,5 mg/kg FTY 720 vor Reperfusion oder die zusätzliche Vorbehandlung der Tiere 24 Stunden vor der operativen Infarzierung reduzierte signifikant die periphere Lymphozytenanzahl. Sie nahm keinen Einfluss auf die Granulozytenanzahl im Blut. FTY 720 reduzierte die Granulozyteninfiltration und die TNF- alpha Konzentration der Borderzone. Es hatte aber keinen Effekt auf die myokardiale Caspase 3 Aktivität. Beide Behandlungsformen, weder die FTY 720- Gabe vor Reperfusionsbeginn noch die zweimalige FTY 720- Gabe waren in der Lage, Infarktgröße am Rattenherz zu reduzieren. FTY 720 erhöhte jedoch die Sterblichkeit der Ratten, wenn es einmalig vor Reperfusionsbeginn gegeben wurde, da es fatale myokardiale Arrhythmien induzierte. Zusammenfassung: Trotz seines antiinflammatorischen Effektes bei einmaliger Gabe von FTY 720 wurde die Sterblichkeit der Tiere durch Arrhythmieinduktion erhöht. Beide Behandlungsregimes konnten die Infarktgröße nicht reduzieren. / Objective: Several recent experiments demonstrated that the Sphingosine-1-phosphate receptor agonist FTY720 improves recovery of function after myocardial ischemia-reperfusion ex vivo. Therefore, we tested the hypothesis that pharmacological postconditioning with FTY720 reduces infarct size after myocardial ischemia-reperfusion in vivo. Methods: Myocardial ischemia was induced in Wistar rats by ligating the left coronary artery for 45 minutes. After 24 hours reperfusion, we determined infarct size by TTC staining and granulocyte infiltration by immunohistochemistry. Serum and myocardial TNF-&#945; concentration was determined by ELISA. FTY720 (0.5 mg/ kg) was applied i.p. either once, with reperfusion, or twice, 24 hours before myocardial ischemia and before reperfusion. Results: In both groups, FTY720 significantly reduced peripheral lymphocyte count in peripheral blood. FTY720 treatment attenuated granulocyte infiltration and TNF-&#945; protein expression in reperfused myocardium. However, both treatment regimens were not able to reduce infarct size. FTY720 increased mortality due to induction of fatal ventricular tachyarrhythmias when administered once with reperfusion, but not when given 24 hours prior to ischemia. Conclusion: Despite anti-inflammatory effects, postconditioning treatment with FTY720 does not reduce infarct size but increases mortality during myocardial ischemia-reperfusion. Pre-treatment with FTY720 before ischemia abrogated the deleterious pro-arrhythmic effects without reducing infarct size

Die Arbeit befaßt sich mit Methoden der 23Na-NMR-Bildgebung zur Diagnose am ischämischen und infarzierten Herzmuskel. Der erste Teil beschreibt eine Methode zur lokalisierten Messung des intra- und extrazellulären Natriumgehaltes und T1. Die Methode kam in einer Studie zum Einsatz, in der intra- und extrazellulärer Natriumgehalt sowie die T1-Werte an den Tagen 1, 3 und 21 nach Infarkt gemessen wurden.Im zweiten Teil der Arbeit wird die Dynamik des 23Na bei freier Präzession im stationären Zustand (SSFP) sowohl in numerischen Simulationen als auch experimentell untersucht. / Purpose of this work was the study and development of 23Na-NMR imaging methods for the diagnosis of ischemia and myocardial infarction. In a first part, a method to measure on a local basis the intra- and extracellular sodium contents and T1 values is described. The method has been applied to measure the intra- and extracellular sodium contents and T1 values in myocardial infarction on day 1, 3 and 21 post-infarction. In a second part, the dynamics of 23Na during completely balanced steady-state free precession have been studied in numerical simulations and experiments.

Der myokardiale Ischämie-Reperfusions-Schaden (IR) hat eine hohe Relevanz in der Kardiologie und Herzchirurgie. Trotz intensiver Forschung ist es bislang nicht gelungen, eine effektive Therapie des IR in den klinischen Alltag zu implementieren. Mitochondrien spielen im IR eine wichtige Rolle. Die Raman-Spektroskopie mit Laserquellen von 785 nm Wellenlänge erlaubt die nicht-invasive Analyse pathophysiologischer Prozesse in vitro in Echtzeit. Daher eignet sich die Raman-spektroskopische Analyse von Mitochondrien möglicherweise dazu, notwendige neue Einblicke in die Pathophysiologie des myokardialen IR zu gewinnen. Die vorliegende Arbeit analysierte die mitochondriale Funktion von subsarkolemmalen Mitochondrien im IR mit Hilfe bekannter Methoden. Anschließend erfolgte ein Vergleich der etablierten Methode „Clark-Elektrode“ mit der neu etablierten Raman-Spektroskopie zur Analyse der mitochondrialen Funktion im IR. / Myocardial ischemia reperfusion injury (IR) has a high relevance in cardiology and heart surgery. Despite intense research, an effective treatment of IR has to date not been implemented in clinical routine. Mitochondria play an important role in IR. Raman spectroscopy with 785 nm laser wavelength permits the non-invasive analysis of pathophysiological processes in vitro and real-time. Therefore, Raman-spectroscopic analysis of mitochondria might be able to create new necessary insights in the pathophysiology of myocardial ischemia reperfusion injury. This work analysed mitochondrial function of subsarcolemmal mitochondria in IR using well-established methods. Afterwards, a comparison of the well-established method “Clark-Elektrode” with freshly established raman spectroscopy was performed to analyse the mitochondrial function in IR.

Aufgrund der steigenden Prävalenz und der bisher unzureichenden Behandlungsmöglichkeiten ist der Schlaganfall Gegenstand intensiver Forschung. Ein vielversprechender therapeutischer Ansatz ist die Hemmung der überwiegend destruktiven Entzündungsantwort nach dem ischämischen Ereignis, zum Beispiel durch die Applikation von potentiell neuroprotektivem hyperbarem Sauerstoff (HBO). Die vorliegende experimentelle Arbeit am thrombembolischen Rattenmodell untersuchte die Einwanderung Makrophagen-artiger Zellen sowie längerfristige mikrogliale und astrozytäre Veränderungen nach akuter fokaler zerebraler Ischämie. Dabei erhielten die Tiere eine Monotherapie mit rekombinantem Gewebsplasminogenaktivator (rtPA), die einzige bisher zugelassene medikamentöse Therapieoption, oder eine Kombinationstherapie von rtPA mit HBO. Mit Hilfe des immunhistochemischen Nachweises gegen CD68 konnten einwandernde Makrophagen-artige Zellen erfasst und semiquantitativ ausgewertet werden. Verschiedene Immunfluoreszenz-Mehrfachmarkierungen und konfokale Laserscanningmikroskopie ermöglichten die simultane Detektion von mehreren Mikrogliapopulationen, Astroglia und Neuronen. Zwei bis vier Wochen nach Infarkt konnte in der rtPA + HBO-Gruppe eine abnehmende Tendenz akkumulierter Zellen nachgewiesen werden. In Tieren der Kontrollgruppe zeigte sich reaktive Mikroglia vor allem im Infarktkern, während Astrozyten im Randbereich des Infarktes eine zirkuläre Form annahmen. Die vorliegende Arbeit konnte einen Einfluss von HBO auf die Einwanderung von Makrophagen-artigen Zellen nachweisen sowie neue Erkenntnisse über regionale Unterschiede langfristiger Gliareaktionen liefern.

Die Entwicklung mesenterialer Ischämien nach Herzoperationen beruht auf einem Zusammenspiel vieler Faktoren und kann trotz ständiger Verbesserung des prä- intra- und postoperativen Managements nicht generell vermieden werden. Durch eine frühzeitige Diagnostik und Therapie ist es jedoch möglich, die Prognose der mesenterialen ischämischen Ereignisse nach Herzoperationen zu verbessern. In dieser retrospektiven Fall- Kontroll- Studie, welche auf prospektiv erfassten Patientendaten beruht, wurden sowohl anamnestische als auch intra- und postoperative Faktoren hinsichtlich ihres Einflusses auf die Entstehung von mesenterialen Ischämien untersucht. Zielsetzung dieser Arbeit war es, das Patientengut mit erhöhtem Risiko für die Entwicklung einer mesenterialen Ischämie darzustellen, um so Risikopatienten frühzeitig zu identifizieren, und sie einer erweiterten Diagnostik und Therapie zuführen zu können. Im Ergebnis konnten wir das Vorhandensein arterieller Verschlusskrankheiten sowie präoperatives Vorhofflimmern als Risikofaktoren identifizieren. Als Ausdruck einer Kreislaufinstabilität zeigten die Ischämiefälle deutlich häufiger Zeichen eines kardialen Schocks und waren auf eine Kreislaufunterstützung angewiesen. Diese Kreislaufinstabilität setzt sich auch intra- und postoperativen fort und findet sich in einem postoperativen Low Cardiac Output wieder. Zusätzlich gefährdet waren auch Patienten mit postoperativen Retentionsstörungen, cerebrovaskulärer Ereignissen sowie dem Auftreten von Gerinnungsstörungen. Alle diese Patienten sollten nach herzchirurgischen Eingriffen daher besonders intensiv hinsichtlich des Auftretens mesenterialer Ischämien beobachtet werden, um unter Einbeziehung der klinischen Symptome, Laborparameter und bestehenden Risikofaktoren eine zeitnahe Diagnostik zu ermöglichen. Hierdurch ist es möglich, die Letalität durch eine schnelle und gezielte Therapie zu senken.