Mikrostrukturelle Analyse des anterioren Cingulum-Bündels mittels Polarized Light Imaging (PLI)

Das Cingulum ist eine Assoziationsfaserbahn der weißen Substanz des menschlichen Gehirns, die den Gyrus cinguli mit dem Hippocampus verbindet. Wegen der Zwischenstellung zwischen Neokortex und limbischem System wird diese Hirnregion als Brücke zwischen Emotionen, Verhalten und Denken diskutiert. Aus diesem Grund ist das Cingulum Gegenstand zahlreicher neuroanatomischer Studien. Neuere Untersuchungen konnten Zusammenhänge zwischen Veränderungen des Gyrus cinguli und der Pathogenese neuropsychiatrischer Erkrankungen wie der Schizophrenie und bipolaren Störungen aufzeigen (Wang et al. 2007, Wang et al. 2008). Auch dem anterioren Cingulum wurde diesbezüglich in verschiedenen Arbeiten eine wesentliche Rolle zugeschrieben, sodass wissenschaftliche Erkenntnisse zum Faserverlauf in dieser Hirnregion von hohem klinischem Interesse sind. Auch im Hinblick auf Forschungsprojekte wie dem menschlichen Konnektom, welches neuroarchitektonische Aspekte und neuronale Funktionen integriert, ist die Erhebung neuroanatomischer Daten wissenschaftlich bedeutsam. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Analyse und der detaillierten Darstellung der Faserorientierung im anterioren Cingulum des menschlichen Gehirns mittels Polarized Light Imaging (PLI). Mit dieser Methode kann die Faserorientierung in jedem Voxel eines Dünnschnittpräparates berechnet werden und damit der Verlauf von Fasersystemen und Nervenbahnen hochauflösend dargestellt werden. Die physikalische Grundlage für dieses Verfahren bilden die doppelbrechenden Eigenschaften der myelinisierten Nervenfasern. Das Polarized Light Imaging ermöglicht somit eine detaillierte Abbildung der Faserorientierung der weißen Substanz im menschlichen Gehirn mit einer Auflösung im Mikrometerbereich. In der vorliegenden Arbeit wurden sechs in formalinhaltiger Lösung konservierte menschliche Gehirne in ihre Hemisphären geteilt, die Region des anterioren Gyrus cinguli präpariert und anschließend seriell geschnitten. Diese 100 Mikrometer starken Schnitte wurden mithilfe einer eigens entwickelten Polarisationsoptik, einer Digitalkamera und eines PCs digitalisiert und archiviert. Durch standardisierte Anordnungen des Polarisationsfilters in der Polarisationsoptik mit und ohne Viertelwellenplatte entstanden 18 Einzelbilder je Hirnschnitt. Aus über 85.000 Einzeldatensätzen wurden mittels MATLAB-Algorithmus Intensitäts-, Neigungs- und Richtungskarten erstellt und schließlich farbkodierte Faserorientierungskarten (FOM) des anterioren Cingulum berechnet. Für die genaue anatomische Beschreibung und zum Vergleich der Ergebnisse wurde die topografische Einteilung des anterioren Cingulum in einen supracallosalen, prägenualen und subgenualen Abschnitt gewählt. In der vorliegenden Arbeit stellt sich der supracallosale Abschnitt des Cingulums im anterioren Bereich als kompaktes Faserbündel dar, welches entlang des Corpus callosum zieht. Im posterioren Anteil sind Faservermischungen mit Strukturen der angrenzenden kortikalen Areale sichtbar. Der prägenuale Abschnitt präsentiert sich als gleichmäßiges Faserbündel ohne Faserein- oder Faserausstrahlungen, das von supracallosal um das Genu des Corpus callosum verläuft. In der subgenualen Region sind diffuse Vermischungen der Faserzüge mit Ausstrahlungen vor allem in die orbitofrontale Region und in Richtung des Limen insulae sichtbar. Die Darstellung der neuronalen Strukturen gelingt mit einer Auflösung von 64μm x 64μm x 100μm. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit komplettieren die Erkenntnisse zur Faseranatomie des anterioren Cingulum aus anderen Studien (Devinsky et al. 1995, Palomero-Gallagher et al. 2009, Vogt 2005). Ein wesentlicher Vorteil des PLI liegt in der hohen Auflösung der Faserdarstellung und der Möglichkeit, sowohl sehr kleine neuronale Abschnitte als auch lange Faserzüge abbilden zu können. Die Datenerhebung ist nicht in vivo möglich und bedarf gegenüber magnetresonanzbasierten Methoden eines hohen Arbeits- und Zeitaufwandes. Dennoch vermögen die mesodimensionalen Daten, die mittels PLI gewonnen werden, die Lücke zwischen Makro- und Mikroebene zu schließen. PLI stellt eine unabhängige Methode zur Validierung der Ergebnisse magnetresonanzbasierter Verfahren dar und leistet, auch in Anbetracht der Möglichkeit zur dreidimensionalen Rekonstruktion, einen unverzichtbaren Beitrag zur Erstellung des menschlichen Konnektoms

Impact of a VA–ECMO in Combination with an Extracorporeal Cytokine Hemadsorption System in Critically Ill Patients with Cardiogenic Shock–Design and Rationale of the ECMOsorb Trial

Background: Cardiogenic shock and arrest present as critical, life-threatening emergencies characterized by severely compromised tissue perfusion and inadequate oxygen supply. Veno–arterial extracorporeal membrane oxygenation (VA–ECMO) serves as a mechanical support system for patients suffering shock refractory to conventional resuscitation. Despite the utilization of VA–ECMO, clinical deterioration due to systemic inflammatory response syndrome (SIRS) resulting from the underlying shock and exposure of blood cells to the artificial surfaces of the ECMO circuit may occur. To address this issue, cytokine adsorbers offer a valuable solution by eliminating blood proteins, thereby controlling SIRS and potentially improving hemodynamics. Consequently, a prospective, randomized, blinded clinical trial will be carried out with ECMOsorb. Methods and Study Design: ECMOsorb is a single-center, controlled, randomized, triple-blinded trial that will compare the hemodynamic effects of treatment with a VA–ECMO in combination with a cytokine adsorber (CytoSorb ® , intervention) to treatment with VA–ECMO only (control) in patients with cardiogenic shock (with or without prior cardiopulmonary resuscitation (CPR)) requiring extracorporeal, hemodynamic support. Fifty-four patients will be randomized in a 1:1 fashion to the intervention or control group over a 36-month period. The primary endpoint of ECMOsorb is the improvement of the Inotropic Score (IS) 72 h after the intervention. Prognostic indicators, including mortality rates, hemodynamic parameters, laboratory findings, echocardiographic assessments, quality of life measurements, and clinical parameters, will serve as secondary outcome measures. The safety evaluation encompasses endpoints such as air embolisms, allergic reactions, peripheral ischemic complications, vascular complications, bleeding incidents, and stroke occurrences. Conclusions: The ECMOsorb trial seeks to assess the efficacy of a cytokine adsorber (CytoSorb ® ; CytoSorbents Europe GmbH, Berlin, Germany) in reducing SIRS and improving hemodynamics in patients with cardiogenic shock who are receiving VA–ECMO. We hypothesize that a reduction in cytokine levels can lead to faster weaning from inotropic and mechanical circulatory support, and ultimately to improved recovery