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Cardiovascular disease and the acute consequence of myocardial infarc- tion remain one of the most important causes of morbidity and mortality in all western societies. While much progress has been made in mitigating the acute, life-threatening ischemia caused by infarction, heart failure of the damaged my- ocardium remains prevalent. There is mounting evidence for the role of T cells in the healing process after myocardial infarction, but relevant autoantigens, which might trigger and regulate adaptive immune involvement have not been discov- ered in patients. In this work, we discovered an autoantigenic epitope in the adrenergic receptor beta 1, which is highly expressed in the heart. This autoantigenic epitope causes a pro-inflammatory immune reaction in T cells isolated from pa- tients after myocardial infarction (MI) but not in control patients. This immune reaction was only observed in a subset of MI patients, which carry at least one allele of the HLA-DRB1*13 family. Interestingly, HLA-DRB1*13 was more com- monly expressed in patients in the MI group than in the control group. Taken together, our data suggests antigen-specific priming of T cells in MI patients, which leads to a pro-inflammatory phenotype. The primed T cells react to a cardiac derived autoantigen ex vivo and are likely to exhibit a similar phenotype in vivo. This immune phenotype was only observed in a certain sub- set of patients sharing a common HLA-allele, which was more commonly ex- pressed in MI patients, suggesting a possible role as a risk factor for cardiovas- cular disease. While our results are observational and do not have enough power to show strong clinical associations, our discoveries provide an essential tool to further our understanding of involvement of the immune system in cardiovascu- lar disease. We describe the first cardiac autoantigen in the clinical context of MI and provide an important basis for further translational and clinical research in cardiac autoimmunity. / Die koronare Herzerkrankung und die akute Konsequenz des Myokardin- farktes (MI) sind eine der häufigsten Ursachen von Morbidität und Mortalität in unserer westlichen Gesellschaft. Obwohl es große Fortschritte in der Behand- lung von akut lebensbedrohlichen ischämischen Ereignissen gab, bleibt die re- sultierende Herzinsuffizienz nach Infarkt ein häufiges klinisches Problem. Immer mehr Evidenz weist auf eine wichtige Rolle von T-Zellen im Heilungsprozess nach MI hin, aber relevante Autoantigene, die adaptive Immunantworten auslö- sen und regulieren könnten, wurden in Patienten mit MI noch nicht entdeckt. In dieser Arbeit beschreiben wir ein Epitop des Adrenergen Rezeptors Beta 1, der im Herz hoch exprimiert ist und als Autoantigen fungiert. Dieses Au- toantigen verursacht eine pro-inflammatorische Immunreaktion in T-Zellen, die von MI-Patienten isoliert wurden, aber nicht in Kontrollpatienten. Diese Immun- reaktion beobchten wir jedoch nur in einem Teil der Patienten, der ein Allel der Familie HLA-DRB1*13 trägt. Interessanterweise sind MI-Patienten häufiger Trä- ger eines solchen Allels als Kontroll-Patienten. Zusammenfassend legen unsere Ergebnisse nahe, dass T-Zellen in MI- Patienten antigen-spezifisch aktiviert werden und einen pro-inflammatorischen Phänotyp ausbilden. Die aktivierten T-Zellen reagieren ex vivo auf ein kardiales Autoantigen und entwickeln vermutlich in vivo einen ähnlichen Phänotyp. Dieser ist abhängig von einem HLA-Allel, welches in Infarkt-Patienten häufiger war als in der Kontrollgruppe, was eine mögliche Rolle als Risikofaktor für kardiovasku- läre Erkrankungen suggeriert. Unsere Ergebnisse stellen eine wichtige Grundlage dar, um unser Ver- ständnis des Immunsystems in kardiovaskulären Erkrankungen zu vertiefen. Wir beschreiben in dieser Arbeit das erste kardiale Autoantigen, das im klinischen Kontext des Myokardinfarktes entdeckt wurde und bieten somit eine wichtige Grundlage für weitere translationale und klinische Forschung in der Immunkar- diologie.

Durch Fortschritte in der Technologie haben interventionelle Eingriffe am Herzen in den letzten Jahrzehnten einen herausragenden Stellenwert entwickelt und zu einer Reduktion von aufwendigen Operationen am Herzen geführt. Die Ausbildung im Herzkatheterlabor, die nach dem konservativen „appreticeship-model“ erfolgt, gerät in Anbetracht der sinkenden finanziellen Mittel, Zeitmangel und der ethischen Fragen bezüglich Patientensicherheit immer mehr in Diskussion. Die Entwicklung der Virtual-Reality-Simulatoren für Kathetereingriffe bietet hier durch die Realitätsnähe einen Ansatzpunkt für die Möglichkeit eines individuell angepassten, repetitiven Trainings ohne die Gefährdung eines Patienten. Standardsituationen als auch seltene Komplikationen können nachgestellt werden. Diese Studie weist nach, dass Training an den Virtual-Reality-Simulatoren CATHI und Immersion zu einer Risikoreduktioin bei der Durchführung einer perkutanen Coronarintervention führt. Zur Untersuchung der Effekte von Virtual-Reality-Training auf die Performance einer perkutanen Coronarintervention wurde an der medizinischen Klinik Wuerzburg eine kontrolliert-radnomisierte Studie mit 33 Anfängern in der interventionellen Kardiologie durchgeführt. 16 Teilnehmer (Simulationsgruppe) erhielten ein intensives acht-stuendiges Simulationstraining an zwei verschiedenen Virtual-Reality-Simulatoren (CATHI und Immersion), 17 Teilnehmer bildeten die Kontrollgruppe, die den konservativen Ausbildungsgang repräsentierte und kein Simulationstraining erhielt. Alle Teilnehmer mussten in Form einer Prä- und Postevaluation unter realitätsnahen Umständen im Herzkatheterlabor der Uniklinik Würzburg innerhalb von 30 Minuten eine perkutane Coronarintervention an einem pulsatilen Herzkreislaufmodell aus Silikon (CoroSim) eigenständig vornehmen. Dabei musste eine an einer Aufteilung lokalisierte hochgradige Stenose ohne Abgänge mit einer Länge von 10mm und einem Gefäßdurchmesser von 4mm eröffnet werden. Die Ergebnisse zeigten für die Präevaluation keine gruppenspezifischen Unterschiede. Nach dem Simulationstraining zeigte sich eine signifikante Verbesserung der Simulationsgruppe bei der Risikominimierung in Bezug auf Sicherheit bei der Anwendung des Führungskatheters, des Koronardrahts, des Ballon/Stents und bei der KM-Injektion, während sich die Kontrollgruppe in diesen Punkten nicht verbessern konnte. Die aktuelle Studie zeigt, dass Training an den Virtual-Reality-Simulatoren, als Ergänzung zur herkömmlichen Ausbildung, ein hohes Potential für die Optimierung von interventionellen Herzkathetereingriffen verfügt. / Annually more than 800.000 diagnostic procedures and 300.000 percutaneous coronary interventions are performed in Germany. The need of interventional cardiologists is growing continuously. The education is following the "appranticeship-model" which means that trainees arrange procedures with the guidance of an experienced teacher. But this way of education is exposed to several problems like personnel and financial restrictions as well as ethical criticism. The development of realistic virtual-reality-simulation-systems could be a possible solution for this dilemma. It provides repetitive, individual, riskfree training of standard and also of rare situations. In the following study the effect of virtual-reality-training has been analyzed in a randomised controlled trial at the university hospital of Wuerzburg. The study was performed with the two simulation systems CATHI and Immersion and 33 participants, who who have been beginners in interventional cardiology. 16 cardiologists were given 8 hours of intensive training at both simulation systems (=simulation-group). 17 participants representated the conventional education without receiving simulation-training (=control-group). All particpants completed an pre- and postevaluation. At the beginning no differences between the groups could be documentated. After the virtual-reality-training the simulation-group could significantly improve the risk awareness in catheter-/ balloon- and stent-handling during a percutaneous coronarintervention. The results prove that virtual-reality-simulation is a valuable tool to improve risk awareness in interventional cardiology in addition to the conventional education.

Die Simulationstechnologie in der Medizin hat in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht. In der Zwischenzeit gibt es auch für Herzkatheteruntersuchungen und -interventionen „Virtual reality“ Simulatoren, die ein realistisches Training von Kathetereingriffen erlauben. Nicht geklärt ist bislang, ob Simulationstraining das Stressniveau des Untersuchers reduzieren kann. Im Rahmen dieser Studie wurde zur Beantwortung der genannten Fragestellung der Effekt von Virtual-Reality-Training auf das Stressniveau von Anfängern in der interventionellen Kardiologie untersucht. Hierzu wurde eine randomisiert-stratifizierte Studie bei 33 Anfängern in der interventionellen Kardiologie durchgeführt. Die Probanden wurden in eine Kontroll- und Simulationsgruppe aufgeteilt. Die Simulationsgruppe erhielt ein achtstündiges intensives Training an verschiedenen Simulatoren, während die Kontrollgruppe kein Simulationstraining, sondern lediglich eine theoretische Wissensvermittlung erhielt. Alle Teilnehmer mussten unter realitätsnahen Umständen im Herzkatheterlabor der Universitätsklinik Würzburg innerhalb von 30 Minuten eine PCI an einem pulsatilen Herzkreislaufmodell durchführen. Die Probanden dokumentierten vor und nach der Prä- und Postevaluation ihr aktuelles „Befinden“ anhand eines psychologi-schen Fragebogens PANAS. Ebenso wurden die Probanden hinsichtlich ihrer manuellen Fähigkeiten nach einem strukturierten Evaluationsbogen von einem interventionell tätigen Kardiologen bewertet Die Ergebnisse zeigten initial für die Parameter „aktiv, interessiert, freudig erregt, stark, angeregt, stolz, begeistert, wach, entschlossen und aufmerksam“ des Fragebogens PANAS keinen gruppenspezifischen Unterschied. Nach einem achtstündigen Simulationstraining gab die Simulationsgruppe eine signifikante Reduktion des Stressniveaus im Vergleich zur Kontrollgruppe an. Die aktuelle Studie zeigte, dass das Training an den Virtual Reality Simulatoren die herkömmliche Ausbildung in effektiver Weise ergänzen kann. Weitere Studien mit einer größeren und zugleich homogeneren Stichprobengröße sind nötig, um die genannten Hypothesen zu bestätigen. / In the following study the effect of virtual-reality-training has been analyzed in a randomised controlled trial at the university hospital of Würzburg. The study was performed using two simulation systems CATHI (Catheter Instruction System) and Immersion (CAE) in 33 participants, who have been beginners in interventional cardiology. 16 cardiologists were given 8 hours of intensive training at both simulation systems (=simulation-group). 17 participants represented the conventional education without receiving simulation-training (=control-group). All participants completed a pre- and post-evaluation with questionnaire PANAS (Positive and Negative Affect Schedule). In the beginning differences between the groups couldn´t be documented. After the virtual-reality-training the simulation group has shown a significantly positive affect (PA). The results prove that virtual-reality-simulation is a valuable tool to improve stress reduction in addition to the conventional education.

Techn. Universiẗat, Diss., 2006--Darmstadt.

In dynamic CE MR perfusion imaging the passage of an intravenously injected CA bolus through tissue is monitored to assess the myocardial pefusion state. To enable this, knowledge of the shape of CA wash-in through upstream epicardial vessels is required, the so-called AIF. For technical reasons this cannot be quantified directly in the supplying vessels and is thus measured in the left ventricle, which introduces the risk of systematic errors in quantification of MBF due to bolus dispersion in coronary vessels. This means occuring CA dispersion must be accounted in the quantification process in order to produce reliable and reproducible results. In order to do this, CFD simulations are performed to analyze and approximate these errors and deepen insights and knowledge gained from previous CFD analyses on both idealized as well as realistic and pathologically altered 3D geometries. In a first step, several different procedures and approaches are undertaken in order to accelerate the performed workflow, however, maintaining a sufficient degree of numerical accuracy. In the end, the implementation of these steps makes the analysis of the cardiovascular 3D model of unprecedented detail including vessels at pre-arteriolar level feasible at all. The findings of the Navier-Stokes simulations are thus validated with regard to different aspects of cardiac blood flow. These include the distribution of VBF into the different myocardial regions, the areals, which can be associated to the large coronary arteries as well as the fragmentation of VBF into vessels of different diameters. The subsequently performed CA transport simulations yield results on the one hand confirming previous studies. On the other hand, interesting additional knowledge about the behavior of CA dispersion in coronary arteries is obtained both regarding travelled distance as well as vessel diameters. The relative dispersion of the so-called vascular transport function, a characterizing feature of vascular networks, shows a linear decrease with vessel diameter. This results in asymptotically decreased additional dispersion of the CA time curve towards smaller and more distal vessels. Nonetheless, perfusion quantification errors are subject to strong regional variability and reach an average value of $(-28\pm16)$ \% at rest across the whole myocardium. Depending on the distance from the inlet and the considered coronary tree, MBF errors up to 62 \% are observed. / Bei der Messung der myokardialen Perfusion mittels Kontrastmittel (KM)-gestützter Magnet Resonanz Tomographie (MRT) wird die zeitliche Entwicklung der Anströmung eines intravenös injizierten Kontrastmittel-Bolus im Herzmuskelgewebe gemessen und hinsichtlich des Myokardialen Blutflusses (MBF) ausgewertet. Zusätzlich zum Signal des KM im Gewebe ist für eine Quantifizierung des MBF außerdem aber die sogenannte arterielle Eingangsfunktion (AEF) notwendig. Diese Funktion beschreibt, wie das KM durch das versorgende koronare Blutgefäß ins Gewebe einströmt. Aus technischen Gründen ist die AEF nicht direkt messbar, weshalb sie in der Regel im großen Blutvolumen des linken Ventrikels bestimmt wird. Da der KM-Bolus auf dem Weg vom linken Ventrikel aufgrund der Strömungsverhältnisse in den Herzkranzgefäßen einer zeitlichen und räumlichen Veränderung, sogenannter Dispersion unterliegt, birgt die Verwendent der AEF aus dem linken Ventrikel das Risiko systematischer Fehler bei der MBF-Quantifizierung mit dieser Methode. Für eine reproduzierbare und verlässliche Perfusionsmessung mittels KM-gestützter MRT ist daher die Berücksichtigung der Bolus-Dispersion zwingend erforderlich. Um diese Effekte zu untersuchen und eine Fehlerabschätzung zu ermöglichen, werden in dieser Arbeit fluid-mechanische Berechnungen (Computational Fluid Dynamics, CFD) des Blutflusses und KM-Transports in 3D Geometrien von Herzkranzgefäßen durchgeführt. CFD Simulationen auf realistischen Gefäßgeometrien, wie sie hier präsentiert werden, gehen mit speziellen Anforderungen einher. Dies betrifft sowohl die technische Durchführbarkeit als auch die Wahl der Randbedingungen um physiologisch korrekte Ergebnisse zu erhalten. In dieser Arbeit werden daher verschiedene Ansätze angewendet und validiert, um die zeitlich effiziente aber dennoch numerisch akkurate Berechnung des Blutflusses und KM-Transports in hochdetaillierten 3D Geometrien der kardialen Vaskulatur unter Verwendung realistischer Randbedingungen überhaupt erst zu ermöglichen. Anschließend werden die Ergebnisse der Blutfluss-Simulationen hinsichtlich verschiedener Aspekte validiert. Dies beinhaltet sowohl die Verteilung des gesamten Blutvolumens in die verschiedenen Regionen des Myokards, die Zuordnung dieser Regionen zu den großen epikardialen Gefäßen (die rechte und die Hauptadern der linken Koronarie) sowie das Verhältnis des Volumen-Blut-Flusses zur Größe des betrachteten Gefäßes. Anschließend werden die Ergebnisse der Blutfluss-Simulationen verwendet, um die CFD-Analyse des KM-Transports in den kleinen koronaren Gefäßen durchzuführen. Diese Analysen bestätigen zum Einen die Erkenntnisse aus vorherigen Arbeiten, liefern jedoch wichtige neue Erkenntnisse über auftretende KM-Dispersion in Abhängigkeit sowohl des Gefäßdurch\-messers als auch des zurückgelegten Wegs des KM. Hierfür wird die sogenannte vaskuläre Transportfunktion (VTF) verwendet. Sie beschreibt die Veränderung der AEF auf dem Weg vom linken Ventrikel durch die Herzkranzgefäße aufgrund der Gefäßbeschaffenheit. Die relative Dispersion (RD) der VTF kann als charakteristische Größe eines vaskulären Netzwerks betrachtet werden und die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen eine lineare Abnahme der RD mit dem Gefäßdurchmesser. Dies hat zur Folge, dass die zeitliche Verbreiterung der AEF selbst eine asmptotische Sättigung in kleineren distalen Gefäßen aufweist. Nichtsdestotrotz zeigen die Untersuchungen dieser Arbeit, dass die Fehler der Perfusionsquantifizierung mit Bolus-basierten MRT-Messungen starker regionaler Variabilität unterliegen. Im Ruhezustand beträgt dieser Fehler $(-28\pm16)$ \% im Durchschnitt über den gesamten Herzmuskel. In Abhängigkeit vom Abstand zum Inlet des Gefäßmodells und des betrachteten Koronarbaums wird eine maximale Unterschätzung von bis zu 62 \% beobachtet.

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Die Adipositasprävalenz hat in den letzten Jahren in den Industrieländern signifikant zugenommen. Fettleibigkeit ist ein unabhängiger Risikofaktor für das Auftreten verschiedener Erkrankungen wie Schlaganfall, Lungenembolie, Myokardinfarkt und verschiedene Tumoren. Da kardiovaskuläre Erkrankungen in Industrieländern die häufigste Todesursache darstellen, stellt die Adipositas ein wachsendes Gesundheitsproblem dar und sollte Schwerpunkt intensiver Forschungsarbeit sein. Da die Adipositas in der Mehrzahl der Fälle von einer Hyperleptinämie begleitet ist, war das Ziel der vorliegenden Arbeit, die mögliche Rolle von Leptin als Thrombozytenagonist auf verschiedenen Ebenen zu analysieren. Die durchgeführten Experimente konnten eine Leptin-induzierte Aktivierung des Integrins αIIbβ3, dem thrombozytären Fibrinogenrezeptor, und eine Steigerung der Adhäsion von Thrombozyten an immobilisiertem Fibrinogen zeigen. Leptin ist weiterhin in der Lage, die ADP-induzierte Thrombozytenaggregation signifikant zu steigern. Das Adipokin führt ebenfalls zu einer Steigerung der Thromboxan-B2-Freisetzung aus Thrombozyten. Neben der Untersuchung des Einflusses von Leptin auf die Thrombozytenfunktion sollte in der vorliegenden Studie ebenfalls die thrombozytäre Signalkaskade unter Wirkung des Proteohormons beleuchtet werden. Zentrales Molekül in diesem Signalweg ist JAK2. Für diese Tyrosinkinase konnte eine biologische Relevanz mit Hilfe von in vitro Versuchen zu Adhäsion und Aggregation von Thrombozyten unter Einfluss von Leptin demonstriert werden. Auch STAT3 wird zeit- und dosisabhängig durch Leptinstimulation in Thrombozyten phosphoryliert, wobei seine Bedeutung für die Thrombozytenaktivierung noch ungeklärt ist. Weitere an der Signaltransduktion in Thrombozyten unter Wirkung von Leptin beteiligte Kinasen sind die Phosphatidylinositol-3-Kinase, AKT, Phospholipase Cγ2 und Proteinkinase C sowie die p42/44-MAP-Kinase, die p38 MAP-Kinase und die Phospholipase A2. Für die Aktivierung von PLCγ2, AKT und der p42/44-MPAK konnte eine Abhängigkeit von der Tyrosinkinase JAK2 gezeigt werden. Für diese intrazellulären Mediatoren konnte ebenfalls unter Verwendung von verschiedenen Tyrosinkinase-Inhibitoren die Bedeutung bei der Thrombozytenadhäsion an immobilisiertem Fibrinogen bzw. der Aggregation nachgewiesen werden. Die in dieser Studie aufgedeckten Kaskaden zeigen somit biologisch relevante Leptin-vermittelte Signalwege in Thrombozyten auf und sollen zu einem besseren Verständnis des Zusammenhangs von Hyperleptinämie und erhöhtem Thromboserisiko bei Adipositas beitragen.

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