Frühe entzündliche Vorgänge scheinen eine große Rolle in der Entstehung der globalen Hirnschädigung in der Frühphase nach einer Subarachnoidalblutung (SAB) zu spielen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es den Effekt der anti-inflammatorischen Medikamente Methylprednisolon und Minozyklin auf die Gehirndurchblutung und frühe Hirnschädigung nach SAB zu untersuchen. Hierzu wurde ein randomisiertes und kontrolliertes Tierexperiment durchgeführt. Mit Hilfe des endovaskulären Perforationsmodells wurde bei männlichen Sprague-Dawley-Ratten eine SAB ausgelöst. Den Tieren wurde 30 Minuten nach Auftreten der SAB Methylprednisolon, Minozyklin oder Kochsalzlösung intraperitoneal verabreicht. Sowohl Methylprednisolon als auch Minozyklin verminderten den Anteil Caspase 3 positiver Zellen in immunhistochemischen Färbungen der Hippocampie der Versuchstiere signifikant. In Bezug auf die klinische Untersuchung, den intrakraniellen Druck und die Hirndurchblutung der Ratten ergaben sich keine signifikanten Unterschiede zwischen den Versuchsgruppen. Die Ergebnisse suggerieren, dass Methylprednisolon und Minozyklin den akuten Zellschaden nach SAB reduzieren. Daher könnten sich beide Mittel als geeignet für die Therapie der „Early Brain Injury“ nach SAB erweisen. Weitere Studien zum besseren Verständnis der zugrunde liegenden Wirkmechanismen von Methylprednisolon und Minozyklin auf die Frühphase der SAB sind nötig. / Early inflammatory processes may play an important role in the development of early brain injury (EBI) after subarachnoid hemorrhage (SAH). The aim of this study was to investigate the effect of early treatment with methylprednisolone and minocycline on cerebral perfusion and global braindamage after SAH. We performed a randomized and controlled experiment using male Sprague-Dawley rats. The animals were subjected to SAH using the endovascular filament model. 30 minutes after SAH, they were randomly assigned to receive an intraperitoneal injection of methylprednisolone, minocycline or saline. Treatment with methylprednisolone or minocycline did not result in a significant improvement of cerebral perfusion, intracranial pressure or neurological recovery. Hippocampal damage significantly attenuated in both methylprednisolone and minocycline treated animals. Therefore, early treatment with the anti-inflammatory drugs methylprednisolone or minocycline in the acute phase after SAH has the potential to reduce brain damage and exert a neuroprotective effect.

Viele Studien haben sich bereits mit Nutzen und Risiken einer intensivierten Insulintherapie (IIT) intensivmedizinischer Patienten auseinandergesetzt. Die unterschiedlichen Ergebnisse gaben Anlass, die Auswirkungen einer Hyperglykämie auf Patienten mit einer Subarachnoidalblutung (SAB) weiter zu analysieren. In diesem Zusammenhang war der Stellenwert einer IIT von besonderem Interesse. Um den Einfluss des erhöhten Blutzuckers möglichst genau zu erfassen, wurde mittels Integralfunktion die Blutzuckerhöhe in Abhängigkeit der Zeit bestimmt. Es konnte ein negativer Einfluss einer hyperglykämen Stoffwechsellage auf den Krankheitsverlauf der Patienten dargestellt werden. Hervorzuheben sind hier vor allem Patienten, die sich initial in einem besseren Zustand befanden. Anschließend erfolgte die Einführung einer intensivierten Insulintherapie. In der IIT war es nicht immer möglich, den gewünschten Zielbereich des Blutzuckers zu erreichen, um einen signifikanten Unterschied beider Therapiegruppen bezüglich der Blutzuckereinstellung zu erhalten. Dennoch zeigte sich ein deutlicher Trend zugunsten der intensiviert therapierten Gruppe und dessen Krankheitsverlauf. Die Behandlung der Hyperglykämie durch eine IIT bleibt ein wichtiger Aspekt in der Intensivmedizin. Anzustreben ist eine moderate Insulintherapie, damit sowohl Hypo- als auch Hyperglykämien weitestgehend verhindert und so das Genesungspotential der Patienten unterstützt werden kann.

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Molekularbiologische Untersuchungen der Blut-Hirn-Schranke nach Subarachnoidalblutung wurden bisher nur an In-vivo-Modellen durchgeführt. In dieser Arbeit konnte erfolgreich ein In-vitro-Modell der Subarachnoidalblutung etabliert werden. Soweit bekannt, handelt es sich um das erste zellkulturbasierte In-vitro-Modell dieser Erkrankung. Nach einer Subarachnoidalblutung besteht ein erhöhtes Risiko ein sekundäres Takotsubo zu entwickeln. Es konnte gezeigt werden, dass Serum von Takotsubo-Patienten eine schädlichere Wirkung auf die zerebellären Endothelzellen, und damit auf die Barrierefunktion der Blut-Hirn-Schranke, hat, als Serum von gesunden Patienten oder von Patienten mit akutem Koronarsyndrom. Gleichzeitig konnten erhöhte Entzündungsmediatoren sowie leicht erhöhte Katecholaminkonzentrationen im Serum der Takotsubo-Patienten gemessen werden. Die bei der Takotsubo-Kardiomyopathie gemessenen Katecholaminkonzentrationen hatten weder einen schädlichen Effekt auf Endothelzellen murinen Ursprungs noch auf Endothelzellen humanen Ursprungs. Somit scheint eher die Kombination von Katecholaminen und proinflammatorischen Zytokinen für die Schädigung der Blut-Hirn-Schranke verantwortlich zu sein. Ob auch andere Blutbestandteile eine Rolle spielen, müssen weitere Untersuchungen noch zeigen. Insbesondere freie Sauerstoffradikale könnten hier eine entscheidende Rolle bei der Schädigung spielen. Unklar ist auch, ob diese Schädigung der Blut-Hirn-Schranke eine Rolle für das neurologische Outcome nach Subarachnoidalblutung mit sekundärem Takotsubo spielt. Hier sind weitere Studien mit größerer Fallzahl erforderlich. Daneben ist Takotsubo eher eine Erkrankung des älteren Patienten. Inwiefern Altersprozesse bei der Pathophysiologie dieser Erkrankung eine Rolle spielen, ist noch unklar. Eine weitere Limitation ist, dass nur ein vereinfachtes Modell der Blut-Hirn-Schranke mit nur einem Zelltyp, den Endothelzellen, verwendet wurde. Andere Zelltypen (wie Perizyten, Astrozyten, Neuronen, Mikroglia) spielen jedoch ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Stabilisierung und Aufrechterhaltung der Blut-Hirn-Schranke. / Molecular biological investigations of the blood-brain-barrier after subarachnoid haemorrhage have so far only been carried out using in-vivo-models. In this work, an in-vitro-model of subarachnoid haemorrhage was successfully established. As far as is known, this is the first cell culture-based in-vitro-model of this disease. After a subarachnoid haemorrhage there is an increased risk of developing a secondary Takotsubo. It has been shown that serum from Takotsubo patients has a more damaging effect on cerebellar endothelial cells, (and thus on the barrier function of the blood-brain-barrier), than serum from healthy patients or patients with acute coronary syndrome. At the same time, increased inflammatory mediators and slightly increased catecholamine concentrations were measured in the serum of Takotsubo patients. The catecholamine concentrations measured in Takotsubo cardiomyopathy had neither a harmful effect on endothelial cells of murine origin nor on endothelial cells of human origin. Therefore the combination of catecholamines and proinflammatory cytokines seems to be responsible for the damage to the blood-brain-barrier. Whether other blood components also play a role remains to be seen in further studies. Free oxygen radicals in particular could play a decisive role in the damage. It is also unclear whether this damage to the blood-brain-barrier plays a role in the neurological outcome after subarachnoid haemorrhage with secondary Takotsubo. Further studies with a larger number of cases are required here. In addition, Takotsubo is more commonly a disease of older patients. The extent to which ageing processes play a role in the pathophysiology of this disease is still unclear. A further limitation is that only a simplified model of the blood-brain-barrier with only one cell type, the endothelial cells, was used. However, other cell types (such as pericytes, astrocytes, neurons, microglia) also play an important role in the stabilisation and maintenance of the blood-brain-barrier.

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Circa 3% der Menschen in einer Bevölkerung ohne Komorbiditäten sind Träger eines unrupturierten intrakraniellen Aneurysmas. Intrakranielle Aneurysmen können dabei inzidentell, also asymptomatisch und damit ein Zufallsbefund sein oder zu Symptomen wie Kopfschmerzen oder Tinnitus führen. Die schwerwiegendste Komplikation ist die Ruptur durch einen Einriss in der Gefäßwand. Die Ruptur eines intrakraniellen Aneurysmas ist die häufigste Ursache für eine nicht-traumatische Subarachnoidalblutung, einem Ereignis, das mit einer hohen Morbidität und Mortalität einhergeht. Jedoch ist das Auftreten einer Subarachnoidalblutung mit einem Risiko von circa 1,5% in 5 Jahren gegenüber der relativen Häufigkeit von intrakraniellen Aneurysmen selten. Die nahezu ubiquitäre Verfügbarkeit von MRT-Bildgebungen des Kopfes ermöglicht zudem eine frühzeitige Detektion inzidenteller Aneurysmen und so die Versorgung vor einer potentiellen Ruptur. Der präventive Verschluss des Aneurysmas geht wiederum mit einem therapie-assoziierten Risiko von circa 4% einher. Es gilt also, zwischen Patienten zu differenzieren, die vom Verschluss profitieren und Patienten, deren Blutungsrisiko kleiner ist als das Verschlussrisiko. Im Umkehrschluss bedeutet das, zwischen rupturgefährdeten und stabilen Aneurysmen zu unterscheiden. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, ein Risikoprofil der lokalen Leipziger Population zu erstellen, um Patienten am Universitätsklinikum Leipzig optimal in ihrer Rupturgefährdung einschätzen und dann beraten zu können. Die folgenden 7 Faktoren wurden dabei als besonders relevant für das Beratungsgespräch herausgearbeitet: 1. Aneurysmagröße zwischen 2-9 mm, oder zunehmend 2. Anterior-Stromgebiet und A. communicans posterior als Aneurysma-Lokalisation 3. fetaler Versorgungstyp der A. cerebri posterior und Gefäßduplikaturen als ko-existente Variationen des Circulus Willisii 4. irreguläre Form des Aneurysmas 5. Alter des Patienten zwischen 40 und 60 Jahren 6. Nikotinabusus 7. arterieller Hypertonus

Background: Cerebral vasospasm (CVS) continues to account for high morbidity and mortality in patients surviving the initial aneurysmal subarachnoid hemorrhage (SAH). Nimodipine is the only drug known to reduce delayed cerebral ischemia (DCI), but it is believed not to affect large vessel CVS. Milrinone has emerged as a promising option. Our retrospective study focused on the effectiveness of the intra-arterial application of both drugs in monotherapy and combined therapy. Methods: We searched for patients with aneurysmal SAH, angiographically confirmed CVS, and at least one intra-arterial pharmacological angioplasty. Ten defined vessel sections on angiograms were assessed before and after vasodilator infusion. The improvement in vessel diameters was compared to the frequency of DCI-related cerebral infarction before hospital discharge and functional outcome reported as the modified Rankin Scale (mRS) score after 6 months. Results: Between 2014 and 2021, 132 intra-arterial interventions (144 vascular territories, 12 bilaterally) in 30 patients were analyzed for this study. The vasodilating effect of nimodipine was superior to milrinone in all intradural segments. There was no significant intergroup difference concerning outcome in mRS (p = 0.217). Only nimodipine or the combined approach could prevent DCI-related infarction (both 57.1%), not milrinone alone (87.5%). Both drugs induced a doubled vasopressor demand due to blood pressure decrease, but milrinone alone induced tachycardia. Conclusions: The monotherapy with intra-arterial nimodipine was superior to milrinone. Nimodipine and milrinone may be used complementary in an escalation scheme with the administration of nimodipine first, complemented by milrinone in cases of severe CVS. Milrinone monotherapy is not recommended.

Die Dissertation umfasst eine Einleitung zum Thema Definition, Pathophysiologie, Symptomatik, Diagnostik, Therapie, Komplikationen, Outcome und Prävention der Subarachnoidalblutung sowie Trimethylamin-N-Oxid als möglichen Biomarker in der Diagnostik der Subarachnoidalblutung mit den Themen Eigenschaften, Metabolismus, Analyseverfahren, Wirkweise und assoziierte Erkrankungen. Zudem wird der bereits bekannte Zusammenhang zwischen Subarachnoidalblutung und Trimethylamin-N-Oxid dargelegt. Die Zusammenfassung führt zu den Publikationen 'Influence of Trimethylamine N-Oxide on Platelet Activation, Nutrients 2022, 14, 3261, Emonds et al., DOI: 10.3390/nu14163261' und 'Trimethylamine N-oxide (TMAO) in patients with subarachnoid hemorrhage: a prospective observational study, Acta Neurochirurgica 2023, 1-11, Emonds et al., DOI: 10.1007/s00701-022-05485-3'. Die Veröffentlichungen werden abschließend nochmal zusammengefasst.:I Einführung 1. Subarachnoidalblutung 1.1. Definition und Pathophysiologie 1.2. Symptomatik, Diagnostik und Therapie 1.3. Komplikationen 1.4. Outcome und Prävention 2. Trimethylamin-N-Oxid 2.1. Eigenschaften und Metabolismus 2.2. Analyseverfahren 2.3. Wirkweise und Erkrankungen 3. Assoziation von TMAO zu Schlaganfällen 4. Ziele der Arbeit II Publikationen 1. Influence of Trimethylamine N-Oxide on Platelet Activation 2. Trimethylamine N-oxide (TMAO) in patients with subarachnoid hemorrhage: a prospective observational study III Zusammenfassung IV Literaturverzeichnis V Anlagen 1. Darstellung des eigenen Beitrags 2. Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit 3. Lebenslauf 4. Verzeichnis der wissenschaftlichen Vorträge und Publikationen 5. Danksagung

Einleitung Die aneurysmale Subarachnoidalblutung und ihre Komplikationen stellen eine akut lebensbedrohliche Erkrankung dar. Aufgrund einer hohen Letalität und Morbidität sowie zahlreichen, nicht modifizierbaren Risikofaktoren und fehlenden eindeutigen Präventionsmaßnahmen bleibt diese Krankheit eines der aktuellen Themen der Neurochirurgie. Ziel Ziel dieser Studie ist der Vergleich der Behandlungsergebnisse von Patienten mit aneurysmaler SAB im Klinikum Chemnitz mit aktuellen Literaturdaten. Material und Methode In dieser Arbeit wurden die Daten von insgesamt 200 Patienten mit aneurysmaler Subarachnoidalblutung retrospektiv zusammengefasst. Es wurde eine Populationsanalyse zusammen mit einer Analyse der Korrelationen zwischen verschiedenen Ausgangs- und Verlaufsparametern mit dem allgemeinen Outcome und der Mortalität durchgeführt. Zusätzlich erfolgte eine Follow-up-Analyse der Mortalität und Morbidität bei 108 Patienten. Im statistischen Modell wurden eine Uni- und Bivariatanalyse sowie binäre und multinomiale logistische Regression angewendet. Kaplan-Meier-Kurven in Verbindung mit Cox-Regressionsanalysen wurden zur Beurteilung der Mortalität eingesetzt. Die Ergebnisse wurden mit Literaturdaten verglichen. Das Votum der Ethikkommission der TU Dresden liegt vor (EK 181052014 vom 15.09.2014). Ergebnisse Von 200 Patienten mit einem Durchschnittsalter von 52 J (20-82 J, Medianalter 51 ± 13,6 J) waren 69 Patienten männlich (34,5 %), 131 – weiblich (65,2 %). Das männlich : weiblich Verhältnis betrug 1:1,9. Der klinische Schweregrad der Patienten bei Aufnahme wurde durch die WFNS- und die HH-Skalen evaluiert. Zusätzlich wurden die BNI- und Fisher-Skalen zwecks Evaluation des radiologischen Schweregrades der aSAB eingesetzt. Die Patientendistribution anhand der WFNS-Skala war: WFNS °I – 42,0 %, WFNS °II – 10,0 %, WFNS °II – 16,5 %, WFNS °IV – 22,5%, WFNS °V – 9,0 %. Die Verteilung der Patienten durch die HH-Skala war vergleichbar. 14,5 % der Patienten hatten eine BNI 1, 41,5 % - BNI 2, 32,0 % – BNI 3, 10,5 % - BNI 4, 1,5 % - BNI 5 Blutung. Bei 5,5 % der Patienten lag eine Fisher 1, 10,5 %– Fisher 2, 28,0% - Fisher 3 und 56,0 % - Fisher 4 SAB vor. 77,5 % der Aneurysmata waren klein (<11mm), 18,5 % - groß (11-25mm), 4 % - Giant (>25mm). Die Aneurysmen war meist im Bereich der Acom (41,5 %) und MCA (36,5 %) lokalisiert. Insgesamt 94,5 % der Aneurysmen gehörten zur vorderen Zirkulation. Die primäre Mortalitätsrate betrug 14,5 %. 21,5% der Patienten hatten einen mRS von 0-1 bei Entlassung, 26,0 % - einen mRS 2-3, 38,0 % - einen mRS 4-5. Die mittlere Follow-up-Dauer betrug 71,3 ± 43,2 Monate (Spannweite 2-168 Monate). Von den initial Überlebenden und im Follow-up eingeschlossenen Patienten sind 10,2 % im Verlauf verstorben. 48,1 % hatten einen mRS 0-1, 30,6% mRS 2-3, 11,1 % - mRS 4-5. Diskussion Das Outcome der Patienten mit einer aSAB trägt einen multifaktoriellen Charakter. Die wesentlichen Prädiktoren des Outcomes sind das Alter, der klinische und radiologische Schweregrad der Blutung, die Notwendigkeit der Versorgung eines posthämorrhagischen Hydrozephalus (temporäre und dauerhafte CSF-Ableitung), ein Vasospasmus, DIND und Entgleisun-gen im Serum-Natrium-Spiegel. Die Mortalitätsrate bei der primären Versorgung der Patienten mit einer aSAB in unserer Ko-horte ist um etwa 5 % niedriger als in der Literatur angegeben. Die Mortalitätsrate steigert sich allmählich während der ersten 3 Wochen. Sie wird im Wesentlichen vom Patientengeschlecht, dem klinischen und radiologischen Schweregrad der Blutung, der Notwendigkeit einer Akutversorgung eines aufgetretenen Hydrozephalus, einem Vasospasmus, Entgleisungen im Serum-Natrium-Spiegel sowie der Notwendigkeit einer CSF-Dauerableitung beeinflusst. Die Notwendigkeit einer CSF-Außenableitung bei Aufnahme korreliert mit einem schlechten Zustand der Patienten bei Entlassung und im Follow-up. Der Vasospasmus ist ein unabhängiger Prädiktor eines primär schlechten Outcomes und einer hohen Mortalität, zeigt sich aber als nicht signifikanter Faktor im Langzeit-Follow-up. Die Shuntpflicht ist bei Patienten mit Elektrolytentgleisungen, beidseitigen EVDs und DIND 3-4fach erhöht, beeinflusst jedoch nur die primäre Morbidität/Mortalität. Entgleisungen im Serum-Natrium-Spiegel zeigten sich als unabhängiger Prädiktor eines schlechten Outcomes und erhöhter Mortalität sowohl während des stationären Aufenthaltes, als auch im Langzeit-Follow-up. Die Notwendigkeit einer dekompressiven Kraniektomie wiederspiegelt sich in einem niedrigen BI der Patienten im primären Outcome und ist Prädiktor eines schlechten Outcomes und erhöhter Mortalität im Langzeit-Follow-up.

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