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Minimal access approaches in cardiac surgery and for procedures on the aortic valve began to develop in the 1990s. Several variations were performed in search of the most appropriate technique before the median ministernotomy was established. Despite limited exposure, difficult deairing or cardioplegia application and longer surgical times were described in the literature, surgeons believed that this technique would reduce surgical trauma and bleeding, improve chest stability, reduce pain and respiratory failure and shorten hospitalization and costs, while keeping mortality and morbidity low. The aim of this retrospective study was to review the techniques of minimal invasive surgery on the thoracic aorta in use in Heart Center Leipzig from 1998 to 2011 as well as the preoperative circumstances, intraoperative setup and early and late postoperative outcome of these patients. The results were to be integrated in the current literature and commented on. All 199 patients who underwent a procedure on the proximal aorta through minimal access incision were selected and included in this study. The procedures were completed with a standard surgical setup. Perioperative and intraoperative data were collected from surgical and discharge reports. Elective surgery was performed in 95.5% of the patients. 8.5% were redo procedures. Indication for surgery was dilatation of the proximal aorta in 92.5%, accompanied by pathology of the aortic valve in 87.9%. Access to the surgical site was L-type partial sternotomy in 59.7%. Cannulation for cardiopulmonary bypass was performed mostly through the ascending aorta or aortic arch (arterial line) and right atrium (venous line). Intermittent antegrade cardioplegia was delivered in all patients. Brain protection strategies for patients undergoing aortic arch replacement included hypothermic circulatory arrest and selective cerebral perfusion. Following procedures were performed: isolated aortic arch replacement (n=1); supracoronary ascending aorta replacement (isolated n=15, combined to aortic arch replacement n=8, combined to aortic valve replacement n=37 or combined to both n=10), and aortic root surgery (isolated aortic root replacement or repair n=95, aortic root replacement or repair combined to aortic arch replacement n=33). Cardiopulmonary bypass time was 123 ± 44 minutes. Conversion to full sternotomy was performed in 5 patients due to low cardiac output syndrome or bleeding. Thirty-day mortality was 5.0% (n=10) and ischemic stroke rate was 2.5% (n=5). Reoperation due to bleeding was performed on 13.1% (n=26). The estimated 10-year survival was 76 ± 4%. Clinical research to this subject is limited, based in studies with small populations and heterogenous procedures. Our study confirms the feasibility of minimal access proximal aortic surgery because neither inadequate exposure nor problems with deairing or cardioplegia were reported. Surgical times were shorter than described in the literature. Mortality, stroke, cardiac and sternal complication rates were low and comparable to the results in the literature. We consider that our higher reexploration rate of because of bleeding was caused primarily due to pathological coagulation state. We present the first long term results for minimal access proximal aortic surgery at 10 years. We consider that our results reflect better the risk inherent to minimal access proximal aortic surgery than studies with smaller cohorts but recognize it is limited by its retrospective form and heterogeneity of the reported procedures. Randomized prospective studies should bring more information about the safety of this procedure, but we support ministernotomy as a promising access for selected patients.

Im ersten Teil der Arbeit wurden Strategien zur Analyse von Transkripten erarbeitet. Die ersten Versuche zielten darauf ab, in mit Glaskapillaren genommenen Einzelzellproben verschiedener Gewebeschichten RT-PCR durchzuführen, um spezifische Transkripte nachweisen zu können. Dies gelang für eine Reihe von Genen aus verschiedenen Pflanzenspezies. Dabei konnten sowohl Transkripte stark wie auch schwach exprimierter Gene nachgewiesen werden. <br /> Für die Erstellung von Gewebe-spezifischen Expressionsprofilen war es notwendig, die in vereinigten Zellproben enthaltene mRNA zunächst zu amplifizieren, um eine ausreichende Menge für Arrayhybridisierungen zu erhalten. Vor der Vermehrung wurde die mRNA revers transkribiert. Es wurden daran anschließend verschiedene Amplifikationsstrategien getestet: Die neben Tailing, Adapterligation und anderen PCR-basierenden Protokollen getestete Arbitrary-PCR hat sich in dieser Arbeit als einfache und einzige Methode herausgestellt, die mit so geringen cDNA-Mengen reproduzierbar arbeitet. Durch Gewebe-spezifische Array-hybridisierungen mit der so amplifizierten RNA konnten schon bekannte Expressionsmuster verschiedener Gene, vornehmlich solcher, die an der Photosynthese beteiligt sind, beobachtet werden. Es wurden aber auch eine ganze Reihe neuer offensichtlich Gewebe-spezifisch exprimierter Gene gefunden. Exemplarisch für die differentiell exprimierten Gene konnte das durch Arrayhybridisierungen gefundene Expressionsmuster der kleinen Untereinheit von Rubisco verifiziert werden. Hierzu wurden Methoden zum Gewebe-spezifischen Northernblot sowie semiquantitativer und Echtzeit-Einzelzell-RT-PCR entwickelt.<br /> Im zweiten Teil der Arbeit wurden Methoden zur Analyse von Metaboliten einschließlich anorganischer Ionen verwendet. Es stellte sich heraus, daß die multiparallele Methode der Gaschromatographie-Massenspektrometrie keine geeignete Methode für die Analyse selbst vieler vereinigter Zellinhalte ist. Daher wurde auf Kapillarelektrophorese zurückgegriffen. Eine Methode, die mit sehr kleinen Probenvolumina auskommt, eine hohe Trennung erzielt und zudem extrem geringe Detektionslimits besitzt. Die Analyse von Kohlenhydraten und Anionen erfordert eine weitere Optimierung. Über UV-Detektion konnte die K+-Konzentration in verschiedenen Geweben von A. thaliana bestimmt werden. Sie lag in Epidermis und Mesophyll mit ca. 25 mM unterhalb der für andere Pflanzenspezies (Solanum tuberosum und Hordeum vulgare) publizierten Konzentration. Weiter konnte gezeigt werden, daß zwölf freie Aminosäuren mittels einer auf Kapillarelektrophorese basierenden Methode in vereinigten Zellproben von Cucurbita maxima identifiziert werden konnten. Die Übertragung der Methode auf A. thaliana-Proben muß jedoch weiter optimiert werden, da die Sensitivität selbst bei Laser induzierter Fluoreszenz-Detektion nicht ausreichte.<br /> Im dritten und letzten Teil der Arbeit wurde eine Methode entwickelt, die die Analyse bekannter wie unbekannter Proteine in Gewebe-spezifischen Proben ermöglicht. Hierzu wurde zur Probennahme mittels mechanischer Mikrodissektion eine alternative Methode zur Laser Capture Microdissection verwendet, um aus eingebetteten Gewebeschnitten distinkte Bereiche herauszuschneiden und somit homogenes Gewebe anzureichern. Aus diesem konnten die Proteine extrahiert und über Polyacrylamidgelelektrophorese separariert werden. Banden konnten ausgeschnitten, tryptisch verdaut und massenspektrometrisch die Primärsequenz der Peptidfragmente bestimmt werden. So konnten als Hauptproteine im Mesophyll die große Untereinheit von Rubisco sowie ein Chlorophyll bindendes Protein gefunden werden.<br /> Die in dieser Arbeit entwickelten und auf die Modellpflanze Arabidopsis thaliana angewandten Einzelzellanalysetechniken erlauben es in Zukunft, physiologische Prozesse besser sowohl räumlich als auch zeitlich aufzulösen. Dies wird zu einem detaillierteren Verständnis mannigfaltiger Vorgänge wie Zell-Zell-Kommunikation, Signalweiterleitung oder Pflanzen-Pathogen-Interaktionen führen. / The subject of this thesis was the analysis of single plant cells in respect to their contents of i) transcripts, ii) inorganic cations and anions, iii) metabolites like amino acids and carbohydrates as well as iv) proteins. One task was the transfer of existing methods to single cell analysis on leaf tissues of the model plant Arabisopsis thaliana L., the second one was the refinement and the development, respectively, of new protocols for the analysis of such picoliter samples. For cell type specific sampling two different complimentary methods were applied: Using micro glass capillaries specific single cell contents could be harvested from intact plants, whereas typical sample volumes were in the picoliter range. Even the sampling of inner cell types such as companion cells could be demonstrated. Using mechanical micro dissection of embedded tissue a larger amount of homogenous tissue could be collected.<br /> Because single cell samples contain only femtogram amounts of mRNA, direct detection of transcripts is impossible. Therefore, two amplification protocols were applied to the cell samples: The first procedure makes use of specifically primed RT-PCR for amplification. Several genes derived from different plants and tissues could be detected after successful RT-PCR, including high as well as low expressed genes. The second method was developed to monitor the activity of many genes in parallel using array hybridisation with filters containing the cDNA of as many as 16.000 ESTs. For this purpose, unspecific RT-PCR as it is applied in the differential display was used to amplify different transcripts in just one reaction. However, in these tissue specific array hybridisations the expression patterns of several hundreds genes could be monitored. These included known tissue specific expression patterns (of mainly photosynthesis related genes) as well as a couple of unknown expression patterns. To verify the tissue specificity of gene activity some results were reconsidered using tissue specific northern blot hybridisations and real time RT-PCR, respectively. <br /> Secondly, metabolites (including inorganic ions) were investigated: Because gas chromatography-mass spectrometry does not reveal the sensitivity which in necessary for the analysis of even multiple pooled single cell samples capillary electrophoresis was applied for these studies. This method has a high potential as it needs only small amounts of starting material, has uncomparable low detection limits and exhibits a high number of theoretical plates.<br /> The analysis of inorganic anions and carbohydrates needs further optimisations. Using UV absorption-detection potassium could be detected in different cell types whereas the concentrations in mesophyll and epidermis were found around 25 mM each. These concentrations are lower than in other species as Solanum tuberosum or Hordeum vulgare. For investigations of amino acids the cell samples were derivatized to make the use of laser induced fluorescence-detection capable. In samples derived from pumpkin (Cucurbita maxima) mesophyll twelve amino acids could be detected and identified. The transfer of this method to A. thaliana derived samples exhibited no results which may be due to the low concentration of free amino acids in these plants.<br /> Finally, a method was developed with which the existence of known and unknown proteins in tissue specific samples could be monitored. For this, mechanical micro dissection was used to: After embedding and sectioning the tissue of interest was cut out by an vibrating steel chisel to get homogenous samples. The proteins contained in these tissue pieces were extracted and separated by one dimensional SDS polyacrylamid gel electrophoresis. Several protein bands could be detected after staining with either silver or coomassie blue stain. These bands were cut out and sequenced by mass spectrometry. The large subunit of rubisco as well as one chlorophyll binding protein could be identified as the major proteins within the mesophyll.<br /> The single cell analysis methods which were developed and applied to the model plant A. thaliana in this thesis allow a better spatial as well as temporal resolution of analysis. This will lead to a more detailed understanding of physiological processes like cell to cell communication, signalling or plant-pathogen interactions.

Thesis (MScEng)--Stellenbosch University, 2009. / ENGLISH ABSTRACT: Minimal invasive surgery (MIS) enables surgeons to operate through a few small incisions made in the patient’s body. Through these incisions, long rigid instruments are inserted into the body and manipulated to perform the necessary surgical tasks. Conventional instruments, however, are constrained by having only five degrees of freedom (DOF), as well as having scaled and mirrored movements, thereby limiting the surgeon’s dexterity. Surgeons are also deprived of depth perception and hand-eye coordination due to only having two-dimensional visual feedback. Surgical robotics attempt to alleviate these drawbacks by increasing dexterity, eliminating the fulcrum effect and providing the surgeon with three-dimensional visualisation. This reduces the risks to the patient as well as to the surgeon. However, existing MIS systems are extremely expensive and bulky in operating rooms, preventing their more widespread adoption. In this thesis, a new, inexpensive seven-DOF primary slave manipulator (PSM) is presented. The four-DOF wrist is actuated through a tendon mechanism driven by five 12 VDC motors. A repeatability study on the wrist’s joint position was done and showed a standard deviation of 0.38 degrees. A strength test was also done and demonstrated that the manipulator is able to resist a 10 N opposing tip force and is capable of a theoretical gripping force of 15 N. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Minimale indringende chirurgie (MIC) maak dit vir chirurge moontlik om operasies uit te voer deur ’n paar klein insnydings wat op die pasiënt se liggaam gemaak word. Deur hierdie insnydings word lang onbuigsame instrumente in die liggaam ingesit en gemanipuleer om die nodige chirurgiese take uit te voer. Konvensionele instrumente is egter beperk vanweë die feit dat hulle net vyf vryheidsgrade het, asook afgeskaalde bewegings en spieëlbewegings, en gevolglik die chirurg se handvaardigheid beperk. Chirurge word ook ontneem van dieptewaarneming en hand-oog-koördinasie, want hulle is beperk tot tweedimensionele visuele terugvoer. Chirurgiese robotika poog om hierdie nadele aan te spreek deur handvaardigheid te vermeerder, die hefboomeffek uit te skakel en die chirurg driedimensionele visualisering te bied. Dit verminder die risiko’s vir die pasiënt én vir die chirurg. Bestaande MIC-stelsels is egter uiters duur en neem baie plek op in teaters, wat verhoed dat hulle op ’n groter skaal gebruik word. In hierdie tesis word ’n nuwe, goedkoop sewevryheidsgrade- primêre slaafmanipuleerder (PSM) voorgelê. Die viervryheidsgrade-pols word beweeg deur ’n tendonmeganisme wat aangedryf word deur vyf 12 VDC-motors. ’n Herhaalbaarheidstudie is op die pols se gewrigsposisie gedoen, wat ’n standaardafwyking van 0.38 grade aangetoon het. ’n Sterktetoets is ook gedoen en het gewys dat die manipuleerder in staat is om ’n 10 N-teenkantelkrag te weerstaan en dat dit oor ’n teoretiese greepsterkte van 15 N beskik.

Die pyogene Spondylodiszitis als bakterielle Osteomyelitis der Wirbelsäule ist eine seltene Entität der bakteriell-entzündlichen Pathologien des Stütz- und Bewegungsapparates. Trotz adäquater Behandlungsstrategien, wird auch heute noch eine Mortalitätsrate von 5% bis 20% beschrieben. Vor allem die in dem vorwiegend älteren Patientenkollektiv deutlich erhöhte Prävalenz an metabolischen oder kardiopulmonalen Komorbiditäten fordert moderne Therapiekonzepte, die eine risikoarme, jedoch effektive Eradifizierung des bakteriell-entzündlichen Fokus mit schneller Wiederherstellung der prämorbiden Mobilität ermöglichen. Ausgehend von zwei grundlagenwissenschaftlichen Studien, wurden in der vorliegenden Habilitationsschrift zunächst die komplexen Zusammenhänge von lokaler Gewebsveränderungen und systemischer Entzündung erörtert. Hierbei zeigten die Analysen humaner degenerativer und traumatischer Bandscheibenzellen, dass die Apoptose, insbesondere die Herabregulation anti-apoptotischer Schlüsselkomponenten wie das Bcl-2, als mögliche Schnittstelle im katabolen Stoffwechsel der extrazellulären Bandscheibenmatrix diskutiert werden kann. In der generalisierten bakteriellen Entzündung (Sepsis), ließ sich durch die gentherapeutisch gewebsständige Überexpression von antiapoptotischen und antiinflammatorischen Interleukin-10 (IL-10), auch im IL-10-defzienten Organismus, eine deutliche Reduktion der systemischen proinflammatorischen Immunantwort mit verbesserter Überlebensrate septischer Tiere erzielen. Jedoch birgt der substantielle Gewebeschaden bei pyogener Spondylodiszitis nicht selten die Gefahr der konsekutiven Instabilität mit neurologischen Komplikationen und stellt damit eine besondere chirurgische Herausforderung dar. Daher wurden in drei weiteren klinischen Studien unsere, in den letzten 10 Jahren etablierten, lösungsorientierten Strategien erläutert. Zur Überbrückung größerer knöcherner Defekte gelang mit der Implantation expandierbarer Titancages eine sichere knöcherne Durchbauung mit vollständiger Ausheilung des Infektes. Im Beobachtungszeitraum von mehr als 3 Jahren war bei keinem der Patienten ein Infektrezidiv zu verzeichnen. In komplexen Fällen von monosegmentaler Spondylodiszitis der LWS mit multisegmentaler epiduraler Abszedierung, führte die epidurale Katheterspülung über den dorsalen Zugang für die Spondylodese zu einer folgenlosen Ausheilung. Damit konnte ein zusätzliches, iatrogenes Trauma mit multisegmentalen Lamintomien über die Distanz des epiduralen Abszesses vermieden werden. In einer weiteren Studie mit einem Beobachtungszeitraum von bis zu 5 Jahren, erzielte die Implantation von Poly-Ether-Ether-Keton (PEEK) Cages zur dorsalen intersomatischen Fusion bei pyogener Spondylodiszitis eine sehr gute, stabile knöcherne Durchbauung des infizierten Segmentes, ebenfalls ohne Infektrezidiv. Diese Abweichung vom herkömmlichen Standard mit Titanimplantaten erwies sich somit als sichere Alternative mit den für PEEK charakteristischen, verbesserten Eigenschaften. Im Vergleich zu herkömmlichen Operationsverfahren, verspricht die Integration dieser Ergebnisse in die Weiterentwicklung minimal-invasiver Techniken, insbesondere im multimorbiden Patientenklientel, mindestens gleichwertig gute Ergebnisse bei deutlich reduziertem Operationstrauma.

Hintergrund: Der Einsatz minimal invasiver Techniken in der onkologischen Chirurgie wird wegen der Berichte über Trokarmetastasen kontrovers diskutiert. Die Pathogenese von Inzisionsmetastasen und intraperitonealem Tumorwachstum ist bisher nicht bekannt. Als mögliche Ursachen kommen bei Einsatz der laparoskopischen Chirurgie auch Einflüsse von Gas und Druck auf das Peritoneum in Betracht. Dabei könnte eine peritoneale Inflammation die Adhäsion und das Wachstum von Tumorzellen begünstigen. Wir untersuchten den Einfluss eines CO2- und Helium- Pneumoperitoneums auf die Morphologie des Rattenperitoneums. Methoden: Bei insgesamt 50 Ratten (BD IX) erfolgte die intraabdominelle Injektion von Tumorzellen (DHB/TRb) und im Anschluß für 30 min der Aufbau eines CO2-oder Helium-Pneumoperitoneums mit einem Druck von 15 mm Hg. Nach definierten Zeitpunkten (2, 12, 24, 48 und 96h) wurden die Tiere geopfert und Proben des Peritoneums rasterelektronenmikroskopisch auf inflammatorische Veränderungen untersucht. Bei den Kontrolltieren wurde keine Pneumoperitoneum aufgebaut. Ergebnisse: Bei allen Kontrolltieren war das Peritoneum frei von entzündlichen Veränderungen. Sowohl in der CO2 als auch in der Helium-Gruppe lagen bei 21 von 25 Tieren ebenfalls keine entzündlichen Veränderungen vor. Lediglich bei vier Tieren jeder Gruppe fanden sich Alterationen des Mesothel, die auf eine Inflammation hindeuteten. Tumorzellen wurden in insgesamt sechs Tieren nachgewiesen. In keinem Fall kam es zu einem nodulären oder diffusen intraperitonealen Tumorwachstum. Schlussfolgerung: Morphologisch zeigt das Rattenperitoneum nach Tumorzellinjektion und CO2- bzw. Helium- Pneumoperitoneum keine Veränderungen, die ein intraperitoneales Tumorwachstum begünstigen könnten. Alterationen des Peritoneums infolge eines Pneumoperitoneums scheinen daher nicht die Ursache für das Auftreten von Metastasen nach minimal-invasiven Operationen zu sein. / Objective: Laparoscopic surgery in patients with cancer has been discussed controversially because of the susceptibility of laparoscopic incisions for metastatic tumour growth. The mechanisms of port-site metastases and intraperitoneal tumour growth are still unknown. One reason might be the influence of insufflation gas and pressure on the peritoneum. A structural damage of the mesothelial layer due to the pneumoperitoneum might facilitate tumour cell adhesion and growth. We have examined the influence of CO2- and helium- pneumoperitoneum on the morphology of the peritoneum. Methods: A total of 50 rats (BD IX) received colon carcinoma (DHB/TRb) cells intraperitoneally and CO2 or Helium were used for insufflation at a pressure of 15 mm Hg for 30 minutes. After different time periods (2, 12, 24, 48 and 96h) rats were killed and the peritoneum was examined by scanning electron microscopy. Controls were without pneumoperitoneum. The peritoneum was examined by scanning electron microscopy. Results: Controls and most of the rats with pneumoperitoneum showed no peritoneal alterations. In 4 animals of each group inflammatory alterations of the peritoneum such as bulging and retraction of mesothelial cells were observed at different time points. Tumour cells adherent to the peritoneum were found in a total of 6 animals. Peritoneal carcinomatosis, tumour nodules or infiltration of the peritoneum by tumour cells were not observed. Conclusions: Our study demonstrates that the morphologic integrity of the rat peritoneum is not disturbed when CO2 or helium are used for insufflation combined with the intraperitoneal injection of carcinoma cells. Pneumoperitoneum therefore is probably not the condition causing peritoneal changes that favour intraperitoneal tumour growth.

Die vorliegende Arbeit dient der Entwicklung und Evaluierung eines neuen operativen Zugangsweges zur Durchführung einer kompletten Thymektomie (Thx). Die erste klinische Umsetzung erfolgte 1994. Der thorakoskopische Zugang für die Thx wurde an der Chirurgischen Klinik der Charité nach den Prinzipien der "Good clinical practice" zur Einführung eines neuen operativen Verfahrens entwickelt. Eine retrospektive Kohortenstudie bestimmte den internen Standard der erreichbaren Ergebnisse einer Thx in konventioneller Operationstechnik bei MG. Die Daten des eigenen Krankengutes an der Charité waren mit den Literaturangaben übereinstimmend und somit repräsentativ für die Zielstellung eines neuen Operationsverfahrens. Die komplexe Evaluation des neuen operativen Zuganges der thorakoskopischen Thx (tThx) umfaßte neben dem Nachweis der Durchführbarkeit der tThx eine experimentelle anatomische Demonstration der adäquaten Radikalität. Es konnte gezeigt werden, daß eine unilaterale linksseitige thorakoskopische Operationstechnik mit 3 Trokaren im Vergleich zu einer rechtsseitigen 3-Trokar-Technik besser eine komplette Thx realisieren kann. Es folgte die Ausarbeitung einer detaillierten operativen Technik der tThx für den klinischen Einsatz, die den individuell verschiedenen anatomischen Gegebenheiten Rechnung trägt und beschrieben wird. Nach ermutigenden ersten klinischen Ergebnissen wurden dann die Resultate der prospektiven klinischen Untersuchung des Verfahrens an 60 konsekutiven Patienten erstmals nach den Empfehlungen für klinische Forschung der Task Force of the Medical Scientific Advisory Board of the Myasthenia Gravis Foundation of America standardisiert dargestellt. Die Hypothese der geringeren Beeinträchtigung und schnelleren Erholung der Atemfunktion nach tThx wurde in einem prospektiven Vergleich der tThx mit der am meisten akzeptierten und weitesten verbreiteten Operationstechnik der Thx untersucht und bewiesen. Schließlich wurden die Ergebnisse der funktionellen Besserung der MG nach tThx, Thx durch mediane Sternotomie oder Thx durch anterolaterale Thorakotomie in einer Matched-pair-Studie verglichen. Obwohl technisch anspruchsvoll, ließen sich vergleichsweise adäquate Resultate bei objektiven und subjektiven patientenbezogenen Vorteilen für die tThx nachweisen. Ein Studiendesign mit höherem Evidenzgrad erscheint unizentrisch aus ethischen und epidemiologischen Gründen sowie bezogen auf die Pathogenese der MG gegenwärtig für diese Fragestellung schwer erreichbar. In der Zusammenfassung kann die tThx das in der Einleitung beschriebene Dilemma der Suche nach dem optimalen operativen Verfahren zur Thx lösen, indem eine minimale Invasivität, die nicht weiter reduziert werden kann, durch einen optimalen Zugang über 3 Trokare erreicht wird. Dies führt zur Möglichkeit einer radikalen Thx durch die weite Exposition des vorderen Mediastinums. Die tThx sollte bevorzugt werden, da sie adäquate Raten der Verbesserung der MG mit einer minimal-invasiven Operationstechnik erreicht. Die umfassende Untersuchung dieser Technik sollte fortgesetzt werden. / The aim of the present work was to develop and evaluate a novel operation technique to perform a complete thymectomy (Thx). This new approach was first used in a clinical setting in 1994. The thoracoscopic approach for Thx was developed at the Humboldt University Medical School (Charité), Clinic of Surgery, Campus Mitte according to the principles of "good clinical practice" for the introduction of a new operation technique. The success of conventional Thx for MG was determined by a retrospective cohort study as an internal standard. The results of our own clinical series at the Charité corresponded with the data of large published series worldwide and, were thus representative for the aim of developing a new operation technique. Apart from the approval of feasibility, the complex evaluation of the new surgical approach comprised an experimental anatomical study to demonstrate adequate radicality. It could be shown that a unilateral left-sided thoracoscopic operation technique with only 3 trocars can better accomplish a complete Thx as compared to a right-sided 3-trocar-technique. The next step was the development of the detailed and standardized operation technique for the clinical application of thoracoscopic Thx (tThx) which considers the individually different anatomical circumstances and is described. After encouraging first results, the findings of the prospective clinical investigation of the procedure in the first 60 patients were presented, standardized according to the suggestions for clinical research of the Task Force of the Medical Scientific Advisory Board of the Myasthenia Gravis Foundation of America. The hypothesis of smaller impairment and faster recovery of pulmonary function after tThx was investigated and could be proved in a prospective comparison of tThx versus the most accepted and most common approach for Thx.Consequently, the results of functional improvement of MG after tThx, median sternotomy for Thx, and anterolateral thoracotomy for Thx were compared in a matched-pair study. Though technically demanding, tThx showed adequate results combined with objective and subjective patient-related advantages. For ethical and epidemiological reasons and due to the pathogenesis of MG a single-center study design with higher level of evidence seems difficult to achieve. In conclusion, tThx may solve the dilemma of the search for an optimal operation technique for Thx because minimal invasion is obtained by an optimal approach with only 3 trocars. This creates the possibility of radical Thx by wide exposure of the anterior mediastinum. The technique of tThx should be prefered because an adequate rate of improvement of MG is achieved by a minimally-invasive operation technique. The comprehensive investigation of this technique should be continued.

Frameless neuronavigational systems are a recent novelty for a precise approach to intracerebral tumours in open surgery. In this study 66 patients with a variety of intracranial tumours in various locations underwent surgical resection with neuronavigational guidance. Two different neuronavigational systems – the arm- and pointer-based ISG viewing wand and the miroscope-based MKM system – were compared for four different indications. Neuronavigation was used (a) in multiple tumours, e. g. brain metastases, (b) in solitary cortical or subcortical tumours located in eloquent brain areas, e. g. motor cortex or speech region, (c) in deep-situated brain tumours, including brain stem neoplasms, and (d) in infiltratively growing tumours to define the borders of the lesion. Using taped skin markers (MKM system) and a surface-fit algorithm (viewing wand) for registration, an accuracy of 1 to 2 mm deviation was achieved, which was sufficient for removal of all of the intracranial neoplasms investigated. Both systems proved to be safe and useful surgical tools regardless of the patient`s age, positioning of the patient during surgery or the location of the lesion. When these two systems were compared, the viewing wand was found to be preferable for resection of multiple brain tumours located in distant operative sides and solitary tumours in eloquent brain areas; this was because of the wide range of movement of the pointing device and the possibility of 3D reconstruction of the brain surface. As the MKM system provided the option of stereotactical guidance during the operative procedure, it was found to be superior in approaching small and deep-situated lesions. In certain cases brain shifting due to early drainage of the CSF led to minor underestimation of the real depth. For the precise definement of tumour borders of intraparenchymal neoplasms both system were equally suitable. However, intrusion of brain parenchyma into the resection cavity led to minor overestimation of the real tumour size in certain large intraparenchymal tumours. / Rahmenfreie Neuronavigationssysteme stellen eine Neuerung in der offenen operativen Behandlung intrazerebraler Tumoren dar. In dieser Studie wurden 66 Patienten mit verschiedenen intrakraniellen Tumoren in unterschiedlichen Lokalisationen mit Hilfe der Neuronavigation operiert. Hierbei wurden zwei verschiedene Navigationssysteme – ein Arm- und Pointer-basierendes System (ISG Viewing Wand) und ein Mikroskop-basierendes System (MKM) – für vier verschiedene Indikationen miteinander verglichen. Die Neuronavigation wurde verwendet (a) bei multiplen Tumoren, wie z.B. Hirnmetastasen, (b) bei solitären kortikalen oder subkortikalen Prozessen in eloquenten Hirnarealen, wie z.B. Motorkortex oder Sprachregion, (c) bei tiefgelegenen Hirntumoren einschließlich Hirnstammtumoren und (d) bei infiltrativ wachsenden Tumoren zur Bestimmung der Tumorgrenzen. Die Verwendung von Hautklebemarkern (MKM-System) und eines Oberflächen-Anpassungsalgorithmus (Viewing Wand) zur Registrierung war mit einer Genauigkeit von 1 bis 2 mm Abweichung für die operative Entfernung aller intrakraniellen Tumoren ausreichend. Beide Systeme bestätigten sich als sichere und geeignete chirurgische Hilfsmittel unabhängig vom Alter der Patienten, der Lagerung des Patienten unter dem chirurgischen Eingriff und der Lokalisation der Raumforderung. Im Systemvergleich zeigte die Viewing Wand durch einen weiten Bewegungsraum des Pointers und der Möglichkeit einer dreidimensionalen Rekonstruktion der Hirnoberfläche Vorteile in der Entfernung von multiplen, in entfernten Hirnregionen gelegenen Tumoren sowie von solitären Prozessen in eloquenter Lokalisation. Das MKM-System war durch die Bereitstellung einer stereotaktischen Führung während des operativen Eingriffes in der Ansteuerung kleiner tiefgelegener Prozesse zu bevorzugen. Eine frühzeitige Liquordrainage führte zu einem brain shifting mit einer diskreten Unterschätzung der wirklichen Tiefe. Für eine genaue Festlegung der Tumorgrenzen von intraparenchymalen Tumoren waren beide Systeme vergleichbar geeignet. Das Relabieren von Hirngewebe in die Resektionshöhle führte jedoch in einigen Fällen von großen intraparenchymalen Tumoren bei beiden Systemen zu einer geringen Überschätzung der wirklichen Tumorgrenzen. / Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG-geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.

Background. Barlow’s mitral valve (MV) disease re- mains a surgical challenge. We compared short- and medium-term outcomes of neochordal (“loop”) versus edge-to-edge (“Alfieri”) minimally invasive MV repair in patients with Barlow’s disease. Methods. From January 2009 to April 2014, 123 consecutive patients with Barlow’s disease (defined as bileaflet billowing or prolapse [or both], excessive leaflet tissue, and annular dilatation with or without calcifica- tion) underwent minimally invasive MV operations for severe mitral regurgitation (MR) at our institution. Three patients (2.4%) underwent MV replacement during the study period and were excluded from subsequent anal- ysis. The loop MV repair technique was used in 68 pa- tients (55.3%) and an edge-to-edge repair was performed in 44 patients (35.8%). Patients who underwent a combi- nation of these 2 techniques (n [ 8 [6.5%]) were excluded. The median age was 48 years, and 62.5% of patients were men. Concomitant procedures included closure of a patent foramen ovale or atrial septal defect (n [ 19), tricuspid valve repair (n [ 5), and atrial fibril- lation ablation (n [ 15). Follow-up was performed 24.7 ± 17 months postoperatively and was 98% complete. Results. No deaths occurred perioperatively or during follow-up. Aortic cross-clamp time (64.1 ± 17.6 minutes versus 95.9 ± 29.5 minutes) and cardiopulmonary bypass (CPB) time (110.0 ± 24.2 minutes versus 146.4 ± 39.1 mi- nutes) were significantly shorter (p < 0.001) in patients who received edge-to-edge repair. Although patients who underwent edge-to-edge repair received a larger annulo- plasty ring (38.6 ± 1.5 mm versus 35.8 ± 2.7 mm; p < 0.001), the early postoperative resting mean gradients were higher(3.3±1.2mmHgversus2.6±1.2mmHg;p[ 0.007) and the mitral orifice area tended to be smaller in this group (2.8 ± 0.7 cm2 versus 3.0 ± 0.7 cm2; p [ 0.06). The amount of residual MR was similar between groups (0.3 ± 0.6 versus 0.6 ± 1.0 for edge-to-edge versus loop procedures, respectively; p [ 0.08). More than mild MR requiring early MV reoperation was present in 3 patients who underwent loop procedures (4.4%) and in no patients who had edge-to-edge procedures (p [ 0.51). During follow-up, 2 patients (1 in each group) required MV replacement for severe MR. The 4-year freedom from MV reoperation was 92.8% ± 5.0% in the Alfieri group compared with 90.9% ± 4.6% in the loop group (p [ 0.94). Conclusions. Minimally invasive MV repair can be accomplished with excellent early and medium-term outcomes in patients with Barlow’s disease. The edge- to-edge (Alfieri) repair can be performed with reduced operative times when compared with the loop technique, but it results in mildly increased transvalvular gradients and mildly decreased valve opening areas without any difference in residual MR.

Die pyogene Spondylodiszitis als bakterielle Osteomyelitis der Wirbelsäule ist eine seltene Entität der bakteriell-entzündlichen Pathologien des Stütz- und Bewegungsapparates. Trotz adäquater Behandlungsstrategien, wird auch heute noch eine Mortalitätsrate von 5% bis 20% beschrieben. Vor allem die in dem vorwiegend älteren Patientenkollektiv deutlich erhöhte Prävalenz an metabolischen oder kardiopulmonalen Komorbiditäten fordert moderne Therapiekonzepte, die eine risikoarme, jedoch effektive Eradifizierung des bakteriell-entzündlichen Fokus mit schneller Wiederherstellung der prämorbiden Mobilität ermöglichen. Ausgehend von zwei grundlagenwissenschaftlichen Studien, wurden in der vorliegenden Habilitationsschrift zunächst die komplexen Zusammenhänge von lokaler Gewebsveränderungen und systemischer Entzündung erörtert. Hierbei zeigten die Analysen humaner degenerativer und traumatischer Bandscheibenzellen, dass die Apoptose, insbesondere die Herabregulation anti-apoptotischer Schlüsselkomponenten wie das Bcl-2, als mögliche Schnittstelle im katabolen Stoffwechsel der extrazellulären Bandscheibenmatrix diskutiert werden kann. In der generalisierten bakteriellen Entzündung (Sepsis), ließ sich durch die gentherapeutisch gewebsständige Überexpression von antiapoptotischen und antiinflammatorischen Interleukin-10 (IL-10), auch im IL-10-defzienten Organismus, eine deutliche Reduktion der systemischen proinflammatorischen Immunantwort mit verbesserter Überlebensrate septischer Tiere erzielen. Jedoch birgt der substantielle Gewebeschaden bei pyogener Spondylodiszitis nicht selten die Gefahr der konsekutiven Instabilität mit neurologischen Komplikationen und stellt damit eine besondere chirurgische Herausforderung dar. Daher wurden in drei weiteren klinischen Studien unsere, in den letzten 10 Jahren etablierten, lösungsorientierten Strategien erläutert. Zur Überbrückung größerer knöcherner Defekte gelang mit der Implantation expandierbarer Titancages eine sichere knöcherne Durchbauung mit vollständiger Ausheilung des Infektes. Im Beobachtungszeitraum von mehr als 3 Jahren war bei keinem der Patienten ein Infektrezidiv zu verzeichnen. In komplexen Fällen von monosegmentaler Spondylodiszitis der LWS mit multisegmentaler epiduraler Abszedierung, führte die epidurale Katheterspülung über den dorsalen Zugang für die Spondylodese zu einer folgenlosen Ausheilung. Damit konnte ein zusätzliches, iatrogenes Trauma mit multisegmentalen Lamintomien über die Distanz des epiduralen Abszesses vermieden werden. In einer weiteren Studie mit einem Beobachtungszeitraum von bis zu 5 Jahren, erzielte die Implantation von Poly-Ether-Ether-Keton (PEEK) Cages zur dorsalen intersomatischen Fusion bei pyogener Spondylodiszitis eine sehr gute, stabile knöcherne Durchbauung des infizierten Segmentes, ebenfalls ohne Infektrezidiv. Diese Abweichung vom herkömmlichen Standard mit Titanimplantaten erwies sich somit als sichere Alternative mit den für PEEK charakteristischen, verbesserten Eigenschaften. Im Vergleich zu herkömmlichen Operationsverfahren, verspricht die Integration dieser Ergebnisse in die Weiterentwicklung minimal-invasiver Techniken, insbesondere im multimorbiden Patientenklientel, mindestens gleichwertig gute Ergebnisse bei deutlich reduziertem Operationstrauma.:1. EINFÜHRUNG IN DIE THEMATIK 1 1.1 Die pyogene Spondylodiszitis 1 1.1.1 Epidemiologie, Ätiologie und Pathophysiologie 2 1.1.2 Diagnostik und Therapie 6 1.1.2.1 Konservative Therapie 11 1.1.2.2 Operative Therapie 12 1.2 Biomechanische Aspekte 14 1.3 Wissenschaftliche Fragestellung 15 2. ORIGINALARBEITEN 20 2.1 Apoptosis of human intervertebral discs after trauma compares to degenerated discs involving both receptor-mediated and mitochondrial-dependent pathways 20 2.2 Endogenous IL-10 regulates sepsis-induced thymic apoptosis and improves survival in septic IL-10 null mice 30 2.3 Reconstruction of large defects in vertebral osteomyelitis with expandable titanium cages 39 2.4 Single-stage epidural catheter lavage with posterior spondylodesis in lumbar pyogenic spondylodiscitis with multilevel abscess formation 45 2.5 Single-stage debridement and spinal fusion using PEEK-cages through a posterior approach for eradication of lumbar pyogenic spondylodiscitis: A safe treatment strategy for a detrimental condition 52 3. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 62 4. LITERATURVERZEICHNIS 78 5. APPENDIX 98 5.1 Tabellen und Abbildungen 98 Tabelle 1 & 2 98 Tabelle 3 & 4 99 Abbildung 1 100 Abbildung 2 101 Abbildung 3 102 Abbildung 4 103 Abbildung 5 104 5.2 Selbständigkeitserklärung 105 5.3 Danksagung 106 5.4 Curriculum Vitae 108