Nasser M. Malyar

Particle-Induced Osteolysis in Three-Dimensional Micro-Computed Tomography

Small-animal models are useful for the in vivo study of particle-induced osteolysis, the most frequent cause of aseptic loosening after total joint replacement. Microstructural changes associated with particle-induced osteolysis have been extensively explored using two-dimensional (2D) techniques. However, relatively little is known regarding the 3D dynamic microstructure of particle-induced osteolysis. Therefore, we tested micro-computed tomography (micro-CT) as a novel tool for 3D analysis of wear debris-mediated osteolysis in a small-animal model of particle-induced osteolysis. The murine calvarial model based on polyethylene particles was utilized in 14 C57BL/J6 mice randomly divided into two groups. Group 1 received sham surgery, and group 2 was treated with polyethylene particles. We performed 3D micro-CT analysis and histological assessment. Various bone morphometric parameters were assessed. Regression was used to examine the relation between the results achieved by the two methods. Micro-CT analysis provides a fully automated means to quantify bone destruction in a mouse model of particle-induced osteolysis. This method revealed that the osteolytic lesions in calvaria in the experimental group were affected irregularly compared to the rather even distribution of osteolysis in the control group. This is an observation which would have been missed if histomorphometric analysis only had been performed, leading to false assessment of the actual situation. These irregularities seen by micro-CT analysis provide new insight into individual bone changes which might otherwise be overlooked by histological analysis and can be used as baseline information on which future studies can be designed.

Absorbable coronary stents. New promising technology

ZusammenfassungVor 20 Jahren begann das Zeitalter der koronaren Stentimplantation. Zunächst verlief die Entwicklung sehr zögerlich, nach 10 Jahren aber stürmisch. Heute ist die Stentimplantation Standard in der interventionellen Kardiologie. Von Beginn an war aber die permanente Implantation von Metallstents Gegenstand der Forschung, da eine temporäre Lösung sinnvoller erschien. Die Verwendung temporärer kathetergestützter Systeme war nicht von Erfolg gekrönt. Die Versuche einer temporären Stentimplantation blieben ebenfalls ohne Erfolg. Zur Lösung des Problems wurden kunststoff- und metallbasierte resorbierbare bzw. absorbierbare Stents entwickelt. Die experimentellen Untersuchungen zu Polymerstents blieben zunächst ebenfalls erfolglos, da eine überschießende Gewebsreaktion bis hin zum kompletten Gefäßverschluss beobachtet wurde.Für die absorbierbaren Polymerstents wurde aber eine neue Entwicklung angestoßen, da eine gleichzeitige Beschichtung mit proliferationshemmenden Substanzen gelang. Die ersten Anwendungen erscheinen vielversprechend. Die Bildgebung mit intravaskulärem Ultraschall (IVUS) und optischer Kohärenztomographie (OCT) ist faszinierend.Temporäre Metallstents wurden auf der Basis von Eisen und Magnesiumlegierungen vorgestellt. Der Magnesiumstent ist der erste beim Menschen eingesetzte absorbierbare Stent, der in einer ersten multizentrischen Studie (PROGRESS-AMS) erprobt wurde. Die Erstimplantation erfolgte am 30.07.2004 in Essen. Nach ausgedehnten experimentellen Untersuchungen und Implantationen in periphere Gefäße konnte dieser Schritt gewagt werden. Das Verhalten des Magnesiumstents unterschied sich in Bezug auf die Aufdehnung der Gefäße und das beobachtete Recoil nicht von normalen Metallstents. Die Stentstreben waren aber fluoroskopisch und mittels Computertomographie (CT), jedoch auch mittels Magnetresonanztomographie (MRT) nicht sichtbar. Nur mit Hilfe des Mikro-CT – Auflösung in der Höhe des OCT von 10–20 μm – war eine Visualisierung der Stentstreben möglich. Dieser zunächst als Nachteil erscheinende Aspekt bietet aber in Wirklichkeit die Möglichkeit, die Koronararterien auch nach Stentimplantation nichtinvasiv mittels MRT oder CT zu prüfen. Die IVUS-Untersuchungen waren dagegen in der Lage, die Stentimplantation in Bezug auf den Erfolg zu kontrollieren, und zeigten nach 4 Monaten die vollständige Auflösung der Stentstreben. Bei einer Patientin war bereits nach 18 Tagen eine Kontrolle bei atypischen pektanginösen Beschwerden notwendig. Die IVUS-Untersuchung ergab bereits eine Degradation des Stents bei weiterhin offenem Gefäßlumen.Im Verlauf wurde bei keinem Studienpatienten ein Herzinfarkt oder eine Gefäßthrombosierung festgestellt. Die ischämiegetriggerte Reinterventionsrate lag bei 23,8% und damit unter der kritischen Größe von 30%, die als primärer Endpunkt der Studie angegeben worden war.Im weiteren Verlauf wurden bei Patienten, die mit Magnesiumstents behandelt worden waren, Vasomotionstestungen durchgeführt, die ergaben, dass die Gefäßreagibilität wiedererlangt worden war.Zwischenzeitlich sind Magnesiumstents auch bei Kindern implantiert worden, die bisher aufgrund des Größenwachstums und der damit verbundenen Gefahr einer Restenosierung nicht mit Stents behandelt werden konnten.Die von B. Heublein, Hannover, vorangetriebene Entwicklung des Magnesiumstents ist Realität geworden und eröffnet enorme Möglichkeiten, evtl. sogar zur prophylaktischen Stentimplantation bei vulnerablen Plaques, wenn das Degradationsverhalten und die Proliferationsneigung des Gefäßes beherrscht werden können. AbstractCoronary stent implantation started in Germany 20 years ago. In the beginning, the progress was very slow and accelerated 10 years later. Meanwhile, coronary stent implantation is a standard procedure in interventional cardiology. From the beginning of permanent stent implantation, research started to provide temporary stenting of coronary arteries, first with catheter-based systems, later with stent-alone technology. Stents were produced from polymers or metal.The first polymer stent implantation failed except the Igaki-Tamai stent in Japan. Newly developed absorbable polymer stents seem to be very promising, as intravascular ultrasound (IVUS) and optical coherence tomography have demonstrated.Temporary metal stents were developed based on iron and magnesium. Currently, the iron stent is tested in peripheral arteries. The absorbable magnesium stent (Biotronik, Berlin, Germany) was tested in peripheral arteries below the knee and meanwhile in the multicenter international PROGRESS-AMS (Clinical Performance and Angiographic Results of Coronary Stenting with Absorbable Metal Stents) study. The first magnesium stent implantation was performed on July 30, 2004 after extended experimental testing in Essen. The magnesium stent behaved like a bare-metal stent with low recoil of 5–7%. The stent struts were absorbed when tested with IVUS. Stent struts were not visible by fluoroscopy or computed tomography (CT) as well as magnetic resonance imaging (MRI). That means, that the magnesium stent is invisible and therefore CT and MRI can be used for imaging of interventions. Only using micro-CT the stent struts were visible. The absorption process could be demonstrated in a patient 18 days after implantation due to suspected acute coronary syndrome, which was excluded. IVUS showed a nice open lumen. Stent struts were no longer visible, but replaced by tissue indicating the previous stent location. Coronary angiography after 4 months showed an ischemia-driven target lesion revascularization rate of 23.8% which was below the 30% cut point of the study protocol. No myocardial Q wave infarction or death were reported. The primary endpoint was reached.During the follow-up period, vasomotion was tested in some of the patients. The proof of principle was confirmed: restoration of vasomotion during acetylcholine testing.The development of the absorbable magnesium stent, which was pushed forward by B. Heublein, Hanover, Germany, has been successful and opens new possibilities for treatment of coronary arteries. Permanent foreign-body implantation is avoided allowing further revascularization procedures in the future, bypass grafting, and restoration of vasomotion. Even prophylactic stenting in nonsignificant stenosis, like vulnerable lesions, may become a regular procedure. Noninvasive coronary imaging by CT and MRI is now possible. Stenting of children and in peripheral arteries may become a standard procedure. Currently, the degradation process of the magnesium stent has to be prolonged, and the neointima proliferation rate has to be reduced so that the DREAM (Drug-Eluting Absorbable Magnesium Stent) concept of Ron Waksman, Washington, DC, USA, can be realized.

Biochemische Marker bei ischämischen und nicht ischämischen Myokardschädigungen

ZusammenfassungHintergrund: Biochemische Marker sind seit fast 50 Jahren integrativer Bestandteil der nicht invasiven kardialen Diagnostik und haben mit den kardialen Troponinen angesichts ihres prognostischen Potentials bei akutem Koronarsyndrom eine Renaissance erfahren. Diagnostik: Nach den Empfehlungen der National Acadamy of Clinical Biochemistry und der International Federatuion of Clinical Chemistry stellen das kardiale Troponin T und das kardiale Troponin I den neuen Goldstandard in der biochemischen kardialen Ischämiediagnostik dar. Charakteristikum dieser neuen Marker ist zum einen das verbesserte diagnostische Potential, das sich in der Wahl zweier Grenzwerte zur Differenzierung einer minimalen Myokardschädigung vom definitiven akuten Myokardinfarkt widerspiegelt. Zum anderen erlauben die neuen kardiospezifischen Marker eine Risikostratifizierung in dem klinisch bedeutsamen Szenario des akuten Koronarsyndroms (zwei- bis dreifach erhöhte Mortalitätsrate für Patienten mit ST-Strecken-Hebung oder Ruhe-Angina pectoris und kardialer Troponinerhöhung zum Zeitpunkt der Aufnahme). Eine weitere Indikation für die Bestimmung karidaler Marker liegt in der Beurteilung des Therapieerfolgs invasiver und nicht invasiver Reperfusionsstrategien und in der nicht invasiven Diagnostik von nicht ischämischen Myokardschädigungen (Myokarditis, Herzkontusion und Chemotherapie). Schlussfolgerung: Biochemische kardiale Marker sind zur Diagnostik ischämischer und nicht ischämischer Myokardschädigungen einsetzbar. Die kardialen Troponine scheinen sich dabei als Goldstandard für das neue Millennium zu etablieren.AbstractBackground: Biochemical markers have been an integrative part of non-invasive diagnostic strategies in cardiology for nearly 50 years, experiencing a renascence by the recently acknowledged prognostic potential of cardiac troponins in acute coronary syndromes. Diagnosis: According to the guidelines of the National Academy of Clinical Biochemistry and the International Federation of Clinical Chemistry cardiac troponin T and cardiac troponin I should be considered as the new “gold markers” of ischemic myocardial injury. One characteristic feature of these new markers is the improved diagnostic potential, reflected by the choice of two cut-off values to distinguish minor myocardial injury from acute myocardial infarction. In addition, cardiac troponins allow risk stratification in the clinical setting of acute coronary syndromes: approximately threefold higher mortaligy rate for patients with rest angina or ST segment elevation and cardiac troponin elevation on admission. Other indications for cardiac marker analysis are monitoring of therapeutic success in case of invasive and non-invasive reperfusion strategies and non-invasive diagnosis of non-ischemic myocardial injury (myocarditis, cardiac contusion and chemotherapy). Conclusion: Biochemical cardiac markers are a useful tool in the diagnosis of both ischemic and non-ischemic myocardial injury. Among these, cardiac troponins seem to become the gold markers for the new millennium.

Large mobile thrombus in non-atherosclerotic thoracic aorta as the source of peripheral arterial embolism

The presence of thrombi in the atherosclerotic and/or aneurysmatic aorta with peripheral arterial embolism is a common scenario. Thrombus formation in a morphologically normal aorta, however, is a rare event. A 50 years old woman was admitted to the mergency department for pain, coldness, and anesthesia in the the left foot. She had a 25 years history of cigarette smoking, a history of postmenopausal hormone replacement therapy (HRT), hypercholesterolemia and hyperfibrinogenemia. An extensive serologic survey for hypercoagulability, including antiphospholipid antibodies, and vasculitis disorders was negative. Transesophageal echocardiography revealed a large, pedunculated and hypermobile thrombus attached to the aortic wall 5 cm distal of the left subclavian artery. The patient was admitted to the surgery department, where a 15 cm long fresh, parietal thrombus could be removed from the aorta showing no macroscopic wall lesions or any other morphologic abnormalities.This case report demonstrates the possibility of evolving a large, pedunculated thrombus in a morphologically intact aorta in a postmenopausal woman with thrombogenic conditions such as hyperfibrinogenemia, hypercholesterolemia, smoking and HRT. For these patients, profiling the individual risk and weighing the benefits against the potential risks is warranted before prescribing HRT.

Percutaneous heart valve implantation in the aortic position

Die kalzifizierte Aortenklappenstenose findet sich bei älteren Patienten, bei denen aufgrund von Begleiterkrankungen wie Diabetes mellitus, chronisch-obstruktiver Lungenerkrankung (COPD), eingeschränkter Nierenfunktion und kardialer Dysfunktion das operative Risiko erhöht ist [1, 2]. 1986 führten Cribier et al. erstmals eine perkutane transluminale Valvuloplastie der Aortenklappe bei einem älteren Patienten im kardiogenen Schock durch [3]. Das gute Sofortergebnis mit einer deutlichen Senkung des transvalvulären Gradienten und Erweiterung der Klappenöffnungsfläche von 0,3–0,5 cm2 auf > 1 cm2 sowie die klinische Verbesserung der Patienten führten zur Anwendung dieser Methode auch in unserer Arbeitsgruppe [4, 5]. Die theoretisch befürchtete Embolisierung von kalzifizierten Fragmenten der Aortenklappe in die Zerebralarterien trat nur selten auf. Die Methode fand ihre Limitation dadurch, dass die Restenoserate sehr hoch war; nach längstens 6 Monaten war der Ausgangszustand wieder erreicht [6, 7]. In Analogie zur Restenose nach Koronarangioplastie, die neben neoproliferativen Ursachen auch auf die elastischen Rückstellkräfte zurückzuführen ist und zur Implantation von Gefäßstützen, den Stents, führte, lag es nahe, eine klappentragende Prothese zu entwickeln, die die Eigenschaften einer Bioprothese und eines ballonexpandierenden Stents verbindet. Zur Implantation wird die perkutane Herzklappe (PHV [„percutaneous heart valve“]) auf einem Ballon montiert. Aufgrund der Größe der montierten Herzklappe von 24 F bietet sich der venöse Zugang und damit die antegrade Einführung nach transseptaler Punktion an. Cribier et al. publizierten die erste Implantation beim Menschen über einen antegraden, transseptalen Zugang im Jahr 2002 [8]. Auch die Entwicklung zur Implantation der PHV über einen retrograden Zugang wurde vorangetrieben. Besondere Anforderungen werden hierbei an das Einführsystem und dessen Stabilisierung in Aortenposition gestellt. Hanzel et al. aus Kanada konnten kürzlich die erste retrograde PHV-Implantation mitteilen [9]. Zur Evaluation der Sicherheit und Effektivität der perkutanen Implantation der Cribier-Edwards-Aorten-Bioprothese wurde nun die REVIVE-Studie aufgelegt (Registry of EndoVascular Implantation of Valves in Europe), die die PHV-Implantation bei Patienten mit schwerer valvulärer Aortenstenose und sehr hohem Operationsrisiko untersucht. Das Operationsrisiko wird anhand des EuroSCORE ermittelt, das > 20% betragen muss [10]. Am 18. Juni 2005 konnte in unserer Klinik die erste PHV im Rahmen der REVIVE-Studie erfolgreich implantiert werden, die zweite Implantation erfolgte am 1. Juli 2005. In beiden Fällen wurde der antegrade Zugang gewählt. Zur Vorbereitung wurde zunächst über einen retrograden Zugang eine Valvuloplastie der Aortenklappe mit einem 23-mm-Ballon (Z-Med II Ballon, NuMED, Hopkinton, New York, USA) durchgeführt. Der Eingriff erfolgte in Lokalänästhesie und leichter Sedierung mit Midazolam 2 mg i.v. (Roche, Basel, Schweiz) während der Balloninsufflation. Zur Stabilisierung des Ballons in Aortenposition wurde eine hochfrequente Stimulation im rechten Ventrikel (220 bpm) durchgeführt (5-F-Stimulationselektrode, St. Jude Medical, Eschborn), um das Schlagvolumen zu reduzieren und den Ballon transvalvulär zu stabilisieren. Der antegrade Zugang erforderte eine komplexe Herzkatheterisierung mit Aufbau einer Führungsdrahtschleife, ausgehend von der Vena femoralis über den rechten Vorhof (RA), mit transseptaler Punktion in den linken Vorhof (LA), transmitral in den linken Ventrikel (LV) und über die Aortenklappe in die Aorta ascendens bzw. descendens. Dort wurde der Führungsdraht eingefangen und über die Arteria femoralis ausgeführt. Für die transseptale Passage der ballonmontierten Prothese wurde das interatriale Septum 1 Klinik für Kardiologie, Westdeutsches Herzzentrum Essen, Universitätsklinikum Essen, 2 Klinik für Thoraxund Kardiovaskuläre Chirurgie, Westdeutsches Herz zentrum Essen, Universitäts klinikum Essen.

Using cardiac magnetic resonance tomography for assessment of aortic valve area in aortic valve stenosis

Calcified aortic valve stenosis (AS) is the most common valvular disease in the elderly population and constitutes a significant health and socioeconomic problem. Doppler echocardiography is the recommended diagnostic tool for the initial evaluation of AS. Transvalvular pressure gradients and aortic valve area have been used as quantitative parameters for grading the severity of AS, but the latter one is less susceptible to changes in flow dynamics and therefore considered the more independent and reliable parameter. The aortic valve area can be assessed directly by transesophageal echocardiography (TEE), which reflects the anatomic or geometric orifice area, or it can be calculated noninvasively by transthoracic echocardiography (TTE) using the continuity equation, or, invasively, by cardiac catheterization (CC) using the Gorlin formula, both reflecting the effective orifice area.Assessment of aortic valve area by TTE can be limited in some patients due to inadequate acoustic window. Similarly, TEE as a semi-invasive technique is not well tolerated by some patients and the planimetry is limited in patients with heavily calcified aortic valve leaflets. CC is an invasive procedure associated with a substantial risk of cerebral embolism and the Gorlin formula has been shown to be susceptible to changes in flow dynamics.Cardiac magnetic resonance tomography (CMR) is a new imaging technique capable of imaging the aortic valve with high resolution and has recently been used for assessment of the aortic valve area in AS. This review focuses on the feasibility of CMR for the assessment of aortic valve area in AS compared to current standard techniques and discusses some of the typical pitfalls and the sources for the discrepant results observed between the different techniques for assessment of the aortic valve area.ZusammenfassungDie kalzifizierte Aortenklappenstenose ist die häufigste Herzklappenerkrankung des Erwachsenenalters und stellt ein großes medizinisches und sozioökonomisches Problem dar. Die transthorakale Doppler-Echokardiographie ist die diagnostische Methode der Wahl zur primären Beurteilung einer Aortenklappenstenose. Der transvalvuläre Druckgradient und die Klappenöffnungsfläche dienen als quantitative Parameter zur Beurteilung des Schweregrades einer Aortenklappenstenose, wobei die Klappenöffnungsfläche weniger von Veränderungen der flussdynamischen Verhältnisse beeinflusst wird als der Druckgradient und daher als der unabhängigere und zuverlässigere Parameter gilt. Die Bestimmung der Aortenklappenöffnungsfläche kann durch die direkte Planimetrie in der transösophagealen Echokardiographie erfolgen, wobei es sich hier um die geometrische, also um die anatomische Öffnungsfläche handelt. Alternative Techniken zur Ermittlung der Öffnungsfläche sind die transthorakale Echokardiographie mittels der Kontinuitätsgleichung und als invasive Technik die Herzkatheteruntersuchung und Berechnung der Öffnungsfläche mittels der Gorlin-Formel. Beide Parameter stellen die berechnete, d. h. die effektive Klappenöffnungsfläche dar.Die Bestimmung der Klappenöffnungsfläche in der transthorakalen Echokardiographie ist in manchen Fällen durch die individuelle, konstitutionell bedingte Einschränkung der Schallbarkeit begrenzt. In ähnlicher Weise kann eine erhebliche Verkalkung der Klappentaschen die Quantifizierung der Klappenöffnungsfläche in der transösophagealen Echokardiographie unmöglich machen. Zudem ist die transösophageale Echokardiographie eine semiinvasive Methode und erfordert häufig den Einsatz von Sedativa. Die Bestimmung der Klappenöffnungsfläche während der Herzkatheteruntersuchung ist mit erheblichen Risiken einer zerebrovaskulären/peripheren Embolisierung verbunden. Darüber hinaus kann die Gorlin-Formel durch Änderungen der Hämodynamik stark beeinflusst werden, so dass die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit dieser invasiven Methode fraglich sind.Die kardiale Magnetresonanztomographie ist eine neue, nichtinvasive, strahlungsfreie Methode, die mit einer hohen Auflösung die strukturelle und funktionelle Beurteilung der Herzklappen zulässt und seit kurzem zunehmend zur Ermittlung der Aortenklappenöffnungsfläche zwecks Quantifizierung einer Aortenklappenstenose eingesetzt wird. In der vorliegenden Übersicht werden die Einsatzmöglichkeiten sowie die Einschränkungen der kardialen Magnetresonanztomographie zur Bestimmung der Aortenklappenöffnungsfläche erläutert. Zudem werden die Ursachen für die diskrepanten Befunde der verschiedenen angewandten Techniken zur Bestimmung der Klappenöffnungsfläche bei einer Aortenklappenstenose diskutiert.

Angina during upper limb exercise: pathognomonic clinical feature of coronary–subclavian steal syndrome?

A 62-year-old patient, with a history of myocardial revascularisation consisting of a left internal mammary artery (LIMA) to the left anterior descending coronary artery (LAD) for significant coronary artery disease 16 years ago, was admitted with intermittent chest pain occurring only during physical activity of the left arm. The stress ECG …