The aim of the present thesis was to assess the occurrence of early lower extremity arterial disease (LEAD) in patients with diabetes and to assess novel potential risk markers for development or worsening of LEAD in the same patients. In parallel different measures of impaired peripheral circulation were evaluated. The measurement of ankle-to- brachial blood pressure index (ABI) to screen for asymptomatic LEAD in diabetic subjects is unreliable since a large proportion of patients have stiff ankle arteries (mediasclerosis) and thus may display a too high ABI. We studied type 1-, type 2 diabetic and non-diabetic subjects without a previous history of LEAD and a composite variable of ankle – plus toe blood pressures and indices was compared to ABI alone in detecting LEAD. Significantly more subjects with reduced peripheral circulation were detected using the composite variable compared to ABI alone. This was particularly true in diabetic subjects, about 30% of whom had signs of impaired peripheral circulation. Thus, it was found that toe blood pressure measurements, alone or in combination with ankle blood pressure measurements, increase the sensitivity for finding early asymptomatic LEAD in diabetic subjects. No significant difference in reproducibility between measurements of absolute ankle- and toe blood pressure and indices was found, but a correlation between systemic (brachial) and toe blood pressure variations over time may suggest that indices are more correct in assessing peripheral arterial circulation. Furthermore, toe blood pressure measurements can be performed using either the great toe or dig II and a strong concordance is found between these measurements. In addition, since the pole-test, another non-invasive method to measure peripheral blood pressure which is less sensitive to the presence of mediasclerosis compared to ABI, correlated significantly with toe blood pressure measurements this method may be used as an alternative screening method in subjects with previously known LEAD. Age, hypertension and glycemic control are well known risk factors and, in addition, high tissue plasminogen activator (tPA) activity turned out to be a novel early marker for asymptomatic LEAD in diabetic subjects, particularly in patients with type 2 diabetes. Age and hyperglycemia are the most important risk factors for development and progression of subclinical lower extremity arterial disease in type 2 diabetic subjects. No independent associations between markers of inflammation, such as CRP, interleukin-6 and TNF-α and early asymptomatic LEAD were seen among non-diabetic or diabetic subjects. In conclusion, impaired arterial circulation in the lower extremities is common in diabetic subjects even in the absence of symptoms. Including toe blood pressure measurement when screening for asymptomatic LEAD in diabetic subjects improves the ability to detect reduced peripheral circulation and this method avoids falsely elevated blood pressures readings due to mediasclerosis in the ankle arteries. Moreover, an altered fibrinolytic activity should be further evaluated as an early marker of atherosclerosis and LEAD.

Diss. (sammanfattning) Umeå : Umeå universitet, 2009. / Härtill 4 uppsatser. Även tryckt utgåva.

In der vorliegenden Arbeit wurde die venöse Revaskularisation bei Vorliegen einer Mikro- und Makroangiopathie untersucht. Die Zielgruppe dieser Methodik sind Patienten, die aus kardiologischer und herzchirurgischer Sicht austherapiert sind, für die weder ein Stent noch eine konventionelle Bypassoperation in Frage kommt. Das betrifft Patienten mit disseziierten Gefäßen, mit schwerer diffuser koronarer Herzerkrankung oder small vessel disease. Für diese Patienten ist derzeit keine optimale Therapie vorhanden. Es handelt sich somit um eine ultima ratio-Therapie. Zur Prüfung der Effektivität der Methode bei beschriebenem Krankheitsbild wurde in Minipigs eine Mikroangiopathie durch Injektion von Mikrosphären (Durchmesser 100µm) in den linken Hauptstamm erzeugt. Nach 7 Wochen Krankheitsentwicklung der Mirkoangiopahtie wurde eine hochgradige Stenose des Ramus interventricularis anterior (RIVA) hervorgerufen, welches die Makroangiopathie simulieren sollte. Anschließend wurden die Tiere der Therapiegruppe mit einem Bypass von der Arteria mammaria auf die Begleitvene des RIVA versorgt. Dabei wurde die Begleitvene proximal der Anastomose ligiert. Die Kontrollgruppe blieb ohne Therapie. Die Stenose und der Bypass wurden angiographisch dargestellt. Nach 17 Wochen wurde bei allen Tieren eine Herzkatheteruntersuchung durchgeführt, um die Stenose und den Bypass zu beurteilen. Als Maß für die Herzleistung wurde zu allen 3 Versuchsteilen die Ejektionsfraktion bestimmt. Anhand der Ejektionsfraktion konnte die Überlegenheit der venösen Revaskularisation als Therapie gezeigt werden. 7 Wochen nach Injektion der Mikrosphären fielen die Werte der Ejektionsfraktion beider Gruppen ab. Nach 17 Wochen nahm die Ejektionfraktion der Therapiegruppe, die in der Zwischenzeit mit einem Bypass versorgt wurden, wieder deutlich zu und die der Kontrollgrupppe sank weiter ab. Zusätzlich wurden die entnommenen Herzen histologisch untersucht. Dabei zeigte sich ein Umbau des Gefäßsystems im Bereich der angeschlossenen Vene. / Objective: Many patients with significant arterioclerosis of the heart cannot benefit from a coronary artery bypass and other methods because they have macroangiopathy combined with microangiopathy. We evaluated the efficiency of venous revascularization in minipigs with macroangiopathy combined with microangiopathy in a chronic model of 3 months. Histological analysis of arterial and venous vessels of the heart was conducted. Methods: In left anterior descending artery (LAD) microspheres (diameter 100µm) were injected in 24 minipigs (12 control group, 12 therapy group). 7 weeks later a stenosis of the LAD was performed in both groups with an average of 84,6 ± 4,3%. In therapy group left internal thoracic artery was anastomosed to the concomitant vein of the LAD in beating heart surgery. The flow of bypass was proved in angiography and the flow rate was measured by ultrasound. 10 weeks later bypass of therapy group and stenosis of both groups were verified in angiography. At the beginning of every part of the experiment the ejection fraction in both groups was evaluated with echocardiography. Hemodynamic monitoring was performed throughout the experiment. In histological analysis arterial and venous vessels in left atrium, right atrium, septum and area of anastomosis were evaluated in the thickness of wall and area of lumen. Results: In ejection fraction a significant difference between control and therapy group was seen. After performing the bypass, the ejection fraction in therapy group increased, while it decreased in control group in the same period of time of 10 weeks. In the histological analysis a non-classifiable type of vessel was found only in the area of the anastomosis. The vessel had a a large area of lumen and a thick wall due to media hyperplasia. Conclusion: Venous revascularization of the concomitant vein of the LAD via bypass of the left thoracic artery in a chronic model improves cardiac funcion and is therefore an effective method when having microangiopathy and macroangiopathy combined. The non-classifiable type of vessel are most likely arterialized veins which underwent a structural change of the wall due to the arterial blood pressure.

In der vorliegenden Arbeit wurde die venöse Revaskularisation bei Vorliegen einer Mikro- und Makroangiopathie untersucht. Die Zielgruppe dieser Methodik sind Patienten, die aus kardiologischer und herzchirurgischer Sicht austherapiert sind, für die weder ein Stent noch eine konventionelle Bypassoperation in Frage kommt. Das betrifft Patienten mit disseziierten Gefäßen, mit schwerer diffuser koronarer Herzerkrankung oder small vessel disease. Für diese Patienten ist derzeit keine optimale Therapie vorhanden. Es handelt sich somit um eine ultima ratio-Therapie. Zur Prüfung der Effektivität der Methode bei beschriebenem Krankheitsbild wurde in Minipigs eine Mikroangiopathie durch Injektion von Mikrosphären (Durchmesser 100µm) in den linken Hauptstamm erzeugt. Nach 7 Wochen Krankheitsentwicklung der Mirkoangiopahtie wurde eine hochgradige Stenose des Ramus interventricularis anterior (RIVA) hervorgerufen, welches die Makroangiopathie simulieren sollte. Anschließend wurden die Tiere der Therapiegruppe mit einem Bypass von der Arteria mammaria auf die Begleitvene des RIVA versorgt. Dabei wurde die Begleitvene proximal der Anastomose ligiert. Die Kontrollgruppe blieb ohne Therapie. Die Stenose und der Bypass wurden angiographisch dargestellt. Nach 17 Wochen wurde bei allen Tieren eine Herzkatheteruntersuchung durchgeführt, um die Stenose und den Bypass zu beurteilen. Als Maß für die Herzleistung wurde zu allen 3 Versuchsteilen die Ejektionsfraktion bestimmt. Anhand der Ejektionsfraktion konnte die Überlegenheit der venösen Revaskularisation als Therapie gezeigt werden. 7 Wochen nach Injektion der Mikrosphären fielen die Werte der Ejektionsfraktion beider Gruppen ab. Nach 17 Wochen nahm die Ejektionfraktion der Therapiegruppe, die in der Zwischenzeit mit einem Bypass versorgt wurden, wieder deutlich zu und die der Kontrollgrupppe sank weiter ab. Zusätzlich wurden die entnommenen Herzen histologisch untersucht. Dabei zeigte sich ein Umbau des Gefäßsystems im Bereich der angeschlossenen Vene.:1. Einleitung 7 1.1. Patienten ohne therapeutische Option 7 1.2. Das therapeutische Dilemma bei gleichzeitigem Vorliegen einer Mikro- und Makroangiopathie 8 1.3. Therapieoption - venöse Revaskularisation 10 1.4. Vorversuch 12 1.5. Fragestellung 14 2. Methodik 15 2.1. Versuchskonzept 15 2.2. Versuchsbeschreibung 16 2.2.1. Vorgehensweise vor der Operation 16 2.2.1.1. Vorbereitung 16 2.2.1.2. Narkose 17 2.2.2. Medikation 17 2.2.3. Versuchsprotokoll 19 2.2.3.1. Versuchsteil 1: Induktion der Mikroangiopathie durch Mikropsphären 19 2.2.3.2. Versuchsteil 2: Herzinfarkt, venöse Revaskularisation (Therapiegruppe) 20 2.2.3.3. Versuchsteil 3: Herzkatheteruntersuchung, Herzexplantation 24 2.3. Erhobene Parameter und Untersuchungen 26 2.3.1. Echokardiographie 26 2.3.2. Herzkatheteruntersuchung 27 2.3.3. Ultraschallflussmessung 28 2.3.4. Bestimmung der Enzyme 29 2.3.5. Elektrokardiographie 29 2.3.6. Messung des mittleren arteriellen Blutdrucks 29 2.3.7. Blutgasanalyse 30 2.3.8. Entnahme Herz 30 2.4. Histologische Methodik und Auswertung 30 2.4.1. Herstellung der histologischen Schnitte 30 2.4.2. Protokoll der Hämatotoxilin Eosin- Färbung für Paraffinschnitte 31 2.4.3. Auswertung Histologie 31 2.5. Lyse 32 2.6. Statistik 33 3. Materialien 34 3.1. Versuche 34 3.1.1. Minipigs 34 3.1.2. Medikamente 34 3.1.3. Materialien 35 3.1.4. Geräte 35 3.2. Histologische Aufarbeitung 36 3.2.1. Materialien 36 3.2.2. Geräte 36 3.3. Lyse 37 3.3.1. Materialien 37 3.3.2. Geräte 37 3.4. Statistische Datenanalyse 37 4. Ergebnisse 38 4.1. Allgemeine Charakteristika der Versuchstiere 38 4.1.1. Vergleich Therapiegruppe und Kontrollgruppe 38 4.1.2. Komplikationen/Ausfälle 39 4.2. Funktionelle Ergebnisse 40 4.2.1. Auswertung Mikroangiopathie 40 4.2.1.1. Herzkatheteruntersuchung 40 4.2.1.2. Funktionelle Befunde 43 4.2.1.3. Ergebnisse Lyse 43 4.2.2. Echokardiographie - Ejektionsfraktion 44 4.2.3. Herzkatheteruntersuchung - Auswertung Makroangiopathie 45 4.2.4. Ultraschallflussmessung 45 4.2.5. Enzymbestimmung 45 4.2.6. Elektrokardiographie und hämodynamische Parameter 47 4.2.6.1. Elektrokardiographie – ST-Veränderungen 47 4.2.6.2. Herzfrequenz 48 4.2.6.3. Mittlerer arterieller Blutdruck 49 4.2.6.4. Systolischer und diastolischer Blutdruck 49 4.3. Histologische Ergebnisse 51 4.3.1. Vergleich Gefäße in verschiedenen Bereichen des Herzens 51 4.3.2. Nicht klassifizierter Gefäßtyp 53 5. Diskussion 58 5.1. Versuchsmodell 58 5.1.1. Auswahl der Versuchstiere 58 5.1.2. Mikroangipathie 58 5.1.3. Makroangiopathie 59 5.1.4. Operationskonzept 60 5.1.4.1. Auswahl des Bypassgrafts 60 5.1.4.2. Beating heart Chirurgie 61 5.1.5. Auswertung der Ergebnisse 62 5.2. Umbau des Gefäßsystems 67 5.3. Limitationen des Modells 71 5.3.1. Anzahl Versuchstiere 71 5.3.2. Methodik und funktionelle Parameter 72 5.4. Mögliche klinische Anwendungen der Operationstechnik 74 6. Zusammenfassung der Arbeit 77 7. Literaturverzeichnis 79 8. Anhang 87 9. Danksagung 92 / Objective: Many patients with significant arterioclerosis of the heart cannot benefit from a coronary artery bypass and other methods because they have macroangiopathy combined with microangiopathy. We evaluated the efficiency of venous revascularization in minipigs with macroangiopathy combined with microangiopathy in a chronic model of 3 months. Histological analysis of arterial and venous vessels of the heart was conducted. Methods: In left anterior descending artery (LAD) microspheres (diameter 100µm) were injected in 24 minipigs (12 control group, 12 therapy group). 7 weeks later a stenosis of the LAD was performed in both groups with an average of 84,6 ± 4,3%. In therapy group left internal thoracic artery was anastomosed to the concomitant vein of the LAD in beating heart surgery. The flow of bypass was proved in angiography and the flow rate was measured by ultrasound. 10 weeks later bypass of therapy group and stenosis of both groups were verified in angiography. At the beginning of every part of the experiment the ejection fraction in both groups was evaluated with echocardiography. Hemodynamic monitoring was performed throughout the experiment. In histological analysis arterial and venous vessels in left atrium, right atrium, septum and area of anastomosis were evaluated in the thickness of wall and area of lumen. Results: In ejection fraction a significant difference between control and therapy group was seen. After performing the bypass, the ejection fraction in therapy group increased, while it decreased in control group in the same period of time of 10 weeks. In the histological analysis a non-classifiable type of vessel was found only in the area of the anastomosis. The vessel had a a large area of lumen and a thick wall due to media hyperplasia. Conclusion: Venous revascularization of the concomitant vein of the LAD via bypass of the left thoracic artery in a chronic model improves cardiac funcion and is therefore an effective method when having microangiopathy and macroangiopathy combined. The non-classifiable type of vessel are most likely arterialized veins which underwent a structural change of the wall due to the arterial blood pressure.:1. Einleitung 7 1.1. Patienten ohne therapeutische Option 7 1.2. Das therapeutische Dilemma bei gleichzeitigem Vorliegen einer Mikro- und Makroangiopathie 8 1.3. Therapieoption - venöse Revaskularisation 10 1.4. Vorversuch 12 1.5. Fragestellung 14 2. Methodik 15 2.1. Versuchskonzept 15 2.2. Versuchsbeschreibung 16 2.2.1. Vorgehensweise vor der Operation 16 2.2.1.1. Vorbereitung 16 2.2.1.2. Narkose 17 2.2.2. Medikation 17 2.2.3. Versuchsprotokoll 19 2.2.3.1. Versuchsteil 1: Induktion der Mikroangiopathie durch Mikropsphären 19 2.2.3.2. Versuchsteil 2: Herzinfarkt, venöse Revaskularisation (Therapiegruppe) 20 2.2.3.3. Versuchsteil 3: Herzkatheteruntersuchung, Herzexplantation 24 2.3. Erhobene Parameter und Untersuchungen 26 2.3.1. Echokardiographie 26 2.3.2. Herzkatheteruntersuchung 27 2.3.3. Ultraschallflussmessung 28 2.3.4. Bestimmung der Enzyme 29 2.3.5. Elektrokardiographie 29 2.3.6. Messung des mittleren arteriellen Blutdrucks 29 2.3.7. Blutgasanalyse 30 2.3.8. Entnahme Herz 30 2.4. Histologische Methodik und Auswertung 30 2.4.1. Herstellung der histologischen Schnitte 30 2.4.2. Protokoll der Hämatotoxilin Eosin- Färbung für Paraffinschnitte 31 2.4.3. Auswertung Histologie 31 2.5. Lyse 32 2.6. Statistik 33 3. Materialien 34 3.1. Versuche 34 3.1.1. Minipigs 34 3.1.2. Medikamente 34 3.1.3. Materialien 35 3.1.4. Geräte 35 3.2. Histologische Aufarbeitung 36 3.2.1. Materialien 36 3.2.2. Geräte 36 3.3. Lyse 37 3.3.1. Materialien 37 3.3.2. Geräte 37 3.4. Statistische Datenanalyse 37 4. Ergebnisse 38 4.1. Allgemeine Charakteristika der Versuchstiere 38 4.1.1. Vergleich Therapiegruppe und Kontrollgruppe 38 4.1.2. Komplikationen/Ausfälle 39 4.2. Funktionelle Ergebnisse 40 4.2.1. Auswertung Mikroangiopathie 40 4.2.1.1. Herzkatheteruntersuchung 40 4.2.1.2. Funktionelle Befunde 43 4.2.1.3. Ergebnisse Lyse 43 4.2.2. Echokardiographie - Ejektionsfraktion 44 4.2.3. Herzkatheteruntersuchung - Auswertung Makroangiopathie 45 4.2.4. Ultraschallflussmessung 45 4.2.5. Enzymbestimmung 45 4.2.6. Elektrokardiographie und hämodynamische Parameter 47 4.2.6.1. Elektrokardiographie – ST-Veränderungen 47 4.2.6.2. Herzfrequenz 48 4.2.6.3. Mittlerer arterieller Blutdruck 49 4.2.6.4. Systolischer und diastolischer Blutdruck 49 4.3. Histologische Ergebnisse 51 4.3.1. Vergleich Gefäße in verschiedenen Bereichen des Herzens 51 4.3.2. Nicht klassifizierter Gefäßtyp 53 5. Diskussion 58 5.1. Versuchsmodell 58 5.1.1. Auswahl der Versuchstiere 58 5.1.2. Mikroangipathie 58 5.1.3. Makroangiopathie 59 5.1.4. Operationskonzept 60 5.1.4.1. Auswahl des Bypassgrafts 60 5.1.4.2. Beating heart Chirurgie 61 5.1.5. Auswertung der Ergebnisse 62 5.2. Umbau des Gefäßsystems 67 5.3. Limitationen des Modells 71 5.3.1. Anzahl Versuchstiere 71 5.3.2. Methodik und funktionelle Parameter 72 5.4. Mögliche klinische Anwendungen der Operationstechnik 74 6. Zusammenfassung der Arbeit 77 7. Literaturverzeichnis 79 8. Anhang 87 9. Danksagung 92