Clinical Characterization of Symptomatic Microangiopathic Brain Lesions

Background: Microangiopathic brain lesions can be separated in diffuse lesions – leukoaraiosis – and focal lesions – lacunes. Leukoaraiosis and lacunes are caused by common cerebrovascular risk factors, but whether they represent a common entity is not sufficiently investigated. The present study aimed to determine the clinical profiles associated with the extent of leukoaraiosis and lacunes. Methods: Sixty-four consecutive patients with acute microangiopathic stroke were studied. Leukoaraiosis and lacunes were stratified according to their MRI-based extent. Standardized clinical assessment included clinical syndromes, cerebrovascular risk factors, cognitive performance, retinal imaging, ultrasonography, blood, and urine parameters. Results: Different clinical profiles for leukoaraiosis and lacunes were found. Regarding leukoaraiosis, the cognitive scores (SISCO, mini mental score examination, mental examination) and the presence of hyperlipidemia decreased as the severity of leukoaraiosis increased. Univariate and multivariate analysis revealed that these cognitive score values as well as the presence of hyperlipidemia correlated significantly with no or only mild leukoaraiosis. Regarding lacunes, the percentage of migraine, previous stroke events, hydrocephalus, left ventricular hypertrophy, and a higher National Institutes of Health Stroke Scale increased as the number of lacunar lesions increased. Statistical analysis revealed that these parameters correlated not significantly with the number of lacunes. Conclusions: The findings suggests that leukoaraiosis and lacunes are different microangiopathic entities potentially requiering different treatment concepts

Validity of Magnetic Resonance Imaging with Superparamagnetic Iron Oxide in Atherosclerotic Wall Lesions in Rabbits

Inhaltsverzeichnis Einleitung Material und Methoden Ergebnisse Diskussion Zusammenfassung Abbildungen Abkürzungsverzeichnis Literaturverzeichnis DanksagungDie Experimente demonstrieren die SPIO-Anhäufung in den atherosklerotischen Plaques der Aorta der WHHL-Kaninchen. Auf der Basis des Vergleiches von MRT und Histologie zeigt der MRT-Befund des lokalen Signalverlustes die Anwesenheit von Eisenteilchen in der Aortenwand. Das Kontrastmittel ist sowohl in den Endothelialzellen als auch in den Makrophagen inkorporiert und häuft sich in der Intima der atherosklerotischen Läsion an. Die Beobachtung, dass sich die endotheliale Permeabilität für SPIO an einigen Stellen stärker erhöht hat, sowie die Beobachtung, dass SPIO von den Makrophagen aufgenommen wird lässt vermuten, dass SPIO eine Affinität zur aktiven atherosklerotischen Läsion hat. Die Art WHHL-Kaninchen hat eine spontane Mutation, die zum Mangel an Rezeptoren für Lipoproteine mit niedriger Dichte an der Zellmembran führt, und das Ergebnis ist eine Hypercholesterolämie und eine Hyperglyzeridämie. Dieses Tiermodell für Atherosklerose wurde für den Versuch ausgewählt, weil es sowohl den frühen, als auch den fortgeschrittenen Stadien der menschlichen Krankheit entspricht und weil es die Durchführung immunhistologischer Untersuchungen erlaubt. Obwohl die Pathogenese der Atherosklerose nicht komplett geklärt ist, ist die gestörte endotheliale Funktion ein Schlüsselfaktor, der die Atherosklerose induziert und entwickelt. Die histologischen Befunde in der Intima lassen auch vermuten, dass SPIO- Anhäufungen wirklich die entsprechenden pathogenetischen Mechanismen der Atherosklerose ausdrücken. Diese beruhen auf der Zellzusammensetzung der anhäufenden Stellen und ihrer histologischen Art. Der histologische Befund, der in diesem Versuch beobachtet wurde, ist gekennzeichnet durch eine homogene sub-endotheliale Matrix mit zahlreichen Eisen-geladenen Zellen und eine Verdickung von mehr als fünf Zellen. Dieser Befund wurde früher in der Literatur als eine fortgeschrittene Läsion bezeichnet und als eine subendotheliale Plasmainsudation interpretiert. Deshalb kann eine Zunahme des subendothelialen SPIO Merkmal für eine erhöhte Permeabilität sein. Aufgrund der positiven Korrelation von MRT-Darstellung und histologischen Schnitten auf einem identischen Niveau der Aorta scheint es, dass der MRT-Befund in einem Gebiet mit einem Signalverlust in der Aortenbahn klar abgegrenzt ist und ein Marker für die Eisenanhäufung ist. Die MRT bewies sich als effektiv für die Entdeckung von kleinen fokalen Eisenanhäufungen in der Kaninchenaorta ohne eine intravaskuläre Spirale. Die Auswertung der MRT-Untersuchungen von ex vivo Aortenpräparaten erlaubt den direkten Vergleich einer großen Anzahl von 0,5 mm dünnen MRT-Schichten mit anatomisch korrespondierenden histologischen Schnitten und Radiographien. Ein solcher Vergleich war zwischen der in vivo- MRT und ex vivo Histologie nicht möglich, da die anatomische Zuordnung mit in vivo Bildern nicht zuverlässig ist. Diese Auswertung der ex vivo-MRT-Bilder gestattete, die Richtigkeit der eisenoxidverstärkten Plaque-MRT und die Reproduzierbarkeit der Aussagen zweier Auswerter gegen den Goldstandard Histologie zu überprüfen. Post mortem findet sich eine hohe Robustheit gegenüber falsch-negativen Ergebnissen und eine Empfindichkeit der Methode gegenüber falsch-positiven Ergebnissen. Die gegenwärtige Untersuchung zeigt, dass Verkalkungen nur zu einem sehr geringen Anteil zu falsch-positiven MRT- Befunden führen und dass in der Mehrzahl der falsch-positiven Ergebnisse keine eindeutige Ursache nachgewiesen werden kann. Bei weiterer Optimierung der eisenoxidverstärkten Plaque-MRT sollte versucht werden, die Zahl falsch- positiver Resultate zu reduzieren. Unter Berücksichtigung der Begrenzungen des Tiermodells und des Experimentes werden die hier vorgestellen Ergebnisse von der Autorin jedoch grundsätzlich positiv beurteilt und rechtfertigen eine weitere Entwicklung der eisenoxid-verstärkten Plaque-MRT zur Anwendung am Menschen.Summary The experiments show an accumulation of superparamagnetic iron oxide (SPIO) in aortic atherosclerotic plaques in Watanabe hereditary hyperlipidemia (WHHL) rabbits. Iron particles in aortic walls caused local signal loss, which was confirmed by histology. SPIO was incorporated by endothelial cells and macrophages and accumulated in active atherosclerotic lesions. WHHL-rabbits show a spontaneous gene mutation leading to a low density lipoproteine receptor deficiency and high cholesterol als well as high glycerides. Because of its similarity to atherosclerotic lesions in humans, we chose this model. Although the pathogenesis of atherosclerosis is not totally revealed, misfunction of endothelium seems to be a main factor inducing and developing atherosclerosis. Accumulation of SPIO demonstrates corresponding pathogenetic mechanisms of atherosclerosis as was confirmed by histologic findings in intimal layers. Histologic findings show a homogeneous subendothelial matrix with multiple iron-loaded cells and a thickening of subendothelial layers. This finding was formerly characterized as advanced lesion and interpreted as subendothelial plasmatic insudation. The increase of subendothelial SPIO can be an indicator of elevated permeability. Magnetic resonance imaging (MRI) showed a high sensitivity for small focal iron oxide accumulations in aortic walls of rabbits without use of an intravascular coil. Evaluation of ex vivo aortic specimens in MRI permit a direct comparison of a large amount of 0.5 mm thin MR slices with corresponding histologic specimens and radiographs. A comparison of in vivo-MRI and ex vivo histology was not possible because of unreliable anatomic correlation with in vivo images. The evaluation of ex vivo MRI images allowed to verify the accuracy of iron oxide enhanced MRI of plaques and reproducibility of the results of two readers in comparison with histology as gold-standard. Calcifications lead to a small amount of false- positive MRI findings but the majority of false-positive findings remains unclear. Further optimization of SPIO-MRI should lead to a reduction of false- positive findings. Our results legitimate further research and development of iron-oxide enhanced MRI of atherosclerotic plaques in humans