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Gait analysis as a clinical examination method has been increasingly used in recent years. In particular, the external knee adduction moment was often used as a surrogate measure for internal medial knee joint loading, e.g., in elderly individuals with medial knee osteoarthritis. Therefore, the knee adduction moment is also associated with the progression of knee osteoarthritis. Children and adolescents with valgus malalignment have been found to experience a reduced external knee adduction moment, but internal knee joint contact forces, particularly in the lateral compartment, were not previously studied.
First, medial and lateral knee joint contact forces were studied using muskulosceletal modeling in young individuals with and without valgus malalignment treated by guided growth. In addition, a systematic literature review was conducted to explore the relationship between external joint moments and internal joint contact forces. Finally, this relationship was investigated in children and adolescents with and without valgus malalignment. Furthermore, we examined whether statistical models could be determined to accurately predict internal knee joint contact forces by commonly used parameters from three-dimensional gait analysis, such as external knee joint moments.
It was found that guided growth normalized knee joint contact forces after treatment. In addition, the static radiographic mechanical axis angle correlated better after the treatment when the patients showed a typical limb alignment compared to the correlation before guided growth with the valgus malalignment due to compensating strategies during gait. Furthermore, the systematic review showed that the peak medial knee joint contact force was best predicted by the knee adduction moment and even better together with the knee flexion moment in the first half of stance. However, for the second half of stance of the medial knee joint contact force and the entire stance of the lateral knee joint contact force, only low correlations with knee adduction and/or flexion moment were found. Finally, statistical models could be determined with high accuracy for both medial and lateral knee joint contact force, for both peaks in the first and second half of stance, and for both study groups of children and adolescents with and without valgus malalignment by including knee adduction and flexion moment as predictors.
These results demonstrate the importance of examining not only the external knee adduction moment but also the knee flexion moment and, even better, the medial and lateral knee joint contact forces when evaluating knee joint loading. With these statistical models, clinicians can predict the medial and lateral knee joint contact forces without the need to perform musculoskeletal simulations and can therefore use standard three-dimensional gait analysis parameters such as knee adduction and flexion moment. This can improve guided growth treatment in children and adolescents with valgus malalignment with regard to implantation or explantation of the growth restricting plates or to rebound. Instrumented gait analysis could be particularly helpful in borderline cases, as kinematic compensation mechanisms during gait may play a role and the static radiograph alone does not provide information about dynamic joint loads.
Decoding brain states on the intrinsic manifold of human brain dynamics across wakefulness and sleep
(2021)
Current state-of-the-art functional magnetic resonance imaging (fMRI) offers remarkable imaging quality and resolution, yet, the intrinsic dimensionality of brain dynamics in different states (wakefulness, light and deep sleep) remains unknown. Here we present a method to reveal the low dimensional intrinsic manifold underlying human brain dynamics, which is invariant of the high dimensional spatio-temporal representation of the neuroimaging technology. By applying this intrinsic manifold framework to fMRI data acquired in wakefulness and sleep, we reveal the nonlinear differences between wakefulness and three different sleep stages, and successfully decode these different brain states with a mean accuracy across participants of 96%. Remarkably, a further group analysis shows that the intrinsic manifolds of all participants share a common topology. Overall, our results reveal the intrinsic manifold underlying the spatiotemporal dynamics of brain activity and demonstrate how this manifold enables the decoding of different brain states such as wakefulness and various sleep stages.
Hintergrund: In den vergangenen 10 Jahren wurden an verschiedenen Epilepsiezentren in Deutschland (Bochum, Erlangen, Greifswald, Berlin Brandenburg, Frankfurt Rhein-Main) Projekte entwickelt, die sich mit telemedizinischen Arzt-zu-Arzt-Anwendungen im Bereich der Epilepsieversorgung beschäftigen.
Ziel der Arbeit: Im Folgenden wird ein Überblick über die aktuell laufenden telemedizinischen Projekte in der Epilepsieversorgung in Deutschland gegeben.
Material und Methoden: Die Verantwortlichen der einzelnen Projekte stellen ihr Projekt anhand einer vorgegebenen Struktur dar.
Ergebnisse und Diskussion: In allen Projekten konnte gezeigt werden, dass eine technische Lösung für die telemedizinische Arzt-zu-Arzt Anwendung im Bereich Epileptologie geschaffen werden kann. Die dargestellten Projekte unterscheiden sich zum Teil hinsichtlich des Zieles und der Umsetzung, zum Teil zeigen sich Übereinstimmungen. Perspektivisches Ziel ist es, aus den Erfahrungen der einzelnen Projekte eine gemeinsame Strategie zur Förderung epileptologischer Telemedizin und ihrer Überführung in die Regelversorgung zu entwickeln.
Telemedizinische Arzt-zu-Arzt-Anwendungen in der Epilepsieversorgung können helfen, die spezielle Expertise von neurologischen oder pädiatrischen EpileptologInnen flächendeckend vorzuhalten, da sie es ermöglichen, medizinische Leistung über Distanzen hinweg zu erbringen. Sowohl national als auch international werden hierzu verschiedene Lösungsansätze entwickelt. Herausforderungen begegnet man auf organisatorischer, technischer, rechtlicher und ökonomischer Ebene, sodass die langfristige Perspektive der einzelnen aktuellen Lösungsansätze noch unklar ist. Letztendlich bedarf es der Entwicklung von Betriebsmodellen, bei denen alle Akteure (Konsilgeber, Konsilanforderer, Patient, Kostenträger, Betreiber der telemedizinischen Plattform und ggf. auch die jeweilige Fachgesellschaft) jeweils den spezifischen Nutzen und die Risiken abwägen.
In dieser Arbeit wurden zur Funktionsanalyse gelagerter ThZ zwei ex vivo Messverfahren verwendet, die unterschiedliche Qualitäten der ThZ-Funktion quantifizieren. Die in vitro Aggregationsfunktion der ThZ wurde mittels Multiplate® Analyzer untersucht, die Mitochondrienfunktion mittels Oxyraph-2k.
Der Multiplate® Analyzer ist eine wohl etablierte und gut zugängliche POC-Methode, die zeitnah verlässliche Daten zur ThZ-Aggregationsfähigkeit in Vollblutproben liefert. Von Interesse war zunächst die Frage nach der Durchführbarkeit valider Multiplate®-Messungen an POOL-TK. Das für Vollblutproben konzipierte Multiplate® kann unseren Ergebnissen zufolge zur in vitro Testung von POOL-TK herangezogen werden. Die Kombination der verwendeten Mischungsverhältnisse, Suspensionsmedien und Reagenzien eignen sich zur ThZ-Stimulation außerhalb der physiologischen Umgebung des Vollbluts. In zukünftigen Studien mit höheren Fallzahlen sollte jedoch die Messgenauigkeit des Multiplate® an TK durch Anpassungen der Suspensionsmedien, sowie der ThZ- und Reagenzienkonzentration überprüft und optimiert werden. Die Entwicklung der ThZ-Funktion im Verlauf der viertägigen TK-Haltbarkeit wurde hinsichtlich der thrombozytären Aggregations- und Mitochondrienfunktion beurteilt. Weiterhin wurde der Einfluss einer kontinuierlichen Agitation durch Vergleich mit der TK-Lagerung ohne Agitation untersucht. Während die Aggregationsfähigkeit der ThZ über den viertägigen Beobachtungszeitraum überwiegend erhalten blieb, verzeichnet die mitochondriale Funktion einen signifikanten Rückgang. Unter kontinuierlicher Agitation der TK verzeichnete sich keine signifikante Abnahme der thrombozytären Aggregationsfähigkeit im Laufe der TK-Haltbarkeit. Wurden die TK ohne Agitation gelagert zeigte das Aggregationsausmaß in den ersten Tagen gegenüber den richtlinienkonform gelagerten TK keine signifikante Verschlechterung. Am vierten Tag resultierte lediglich die ThZ-Stimulation mit TRAP in einer signifikant verminderten Plättchenaggregation in der Gruppe der nicht agitierten TK. Eine Toleranz der TK bezüglich temporären Agitationspausen von ein bis zwei Tagen ist demnach anzunehmen. Nach längeren Agitationspausen ist mit signifikanten Beeinträchtigungen der Aggregationsfunktion zu rechnen.
Der Oxygraph-2k ist ein anerkanntes Messgerät zur Analyse der mitochondrialen Leistungsfähigkeit mittels hochauflösender Respirometrie. Die Daten dieser Arbeit demonstrieren eine signifikante Abnahme der mitochondrialen Leistungsfähigkeit mit - 116 -zunehmendem Alter der TK. Es zeigten sich keine Unterschiede zwischen kontinuierlich agitierten und ruhenden TK am Ende der Lagerungsperiode. Auch an den restlichen Lagerungstagen waren ruhende TK nicht verstärkt in ihrer mitochondrialen Leistung eingeschränkt, als stetig agitierte TK. Dies impliziert, dass sich die mitochondriale Leistungsfähigkeit im Laufe der TK-Alterung reduziert, ungeachtet dessen, ob die Lagerung unter der empfohlenen kontinuierlichen oder unterlassenen Agitation erfolgt. Aus den Multiplate®- und Oxygraph-Ergebnissen lässt sich schlussfolgern, dass ein TK den für die Transfusion erforderlichen Qualitätsanspruch nicht durch kurzzeitige Agitationspausen verliert. Im Klinikalltag kann es, irrtümlich sowie durch Organisationsversagen bedingt, zu unterbrochener oder gar unterlassener Agitation vor TK-Transfusion kommen. Gemäß den Ergebnissen dieser Arbeit zufolge, wird darunter jedoch die TKQualität nicht nennenswert negativ beeinflusst.
Ein weiterer Teil dieser Arbeit befasste sich mit der Untersuchung des Einflusses von Extrembedingungen, wie Kälte von 4°C oder Be- und Entschleunigungen sowie Turbulenzen beim Transport durch Rohrpostsysteme. Die Mehrzahl der Testergebnisse verzeichnete keine signifikante Beeinträchtigung der ThZ-Aggregationsfunktion. Die vorübergehende, fehlerhafte Deposition eines TK im Kühlschrank und der Rohrpostversand können somit als unbedenklich für die mittels Multiplate® und Oxygraph gemessenen TK-Qualitätsparameter angesehen werden.
Die Gesamtheit der Ergebnisse zeigt, dass kurzfristige Abweichungen von der richtlinienkonformen TK-Lagerung keine negativen Auswirkungen auf die thrombozytäre Aggregationsfähigkeit und Mitochondrienfunktion ausüben. Die Berücksichtigung dieser Erkenntnisse könnte verhindern, dass kurzzeitig fehlgelagerte TK verworfen werden, was sich positiv auf die Nutzung dieser begrenzten Ressource auswirken würde. Als Einschränkung ist zu erwähnen, dass die dargebotenen Veränderungen lediglich ex vivo ermittelt wurden. Aufgrund der Nutzung etablierter Verfahren kann angenommen werden, dass sich unsere Ergebnisse gleichsinnig auf die tatsächliche in vivo ThZ-Funktion auswirken. Der Effekt auf die in vivo ThZ-Funktion muss in zukünftigen Studien verifiziert werden. Insbesondere bleibt die Frage offen, inwiefern ein Zusammenhang zwischen einer eingeschränkten mitochondrialen Respirationsleistung und der Aggregationsfunktion besteht.
Das Capillary-Leak-Syndrom (CLS) präsentiert sich als plötzlicher Verlust von intravasaler Flüssigkeit ins Interstitium und kann als Komplikation nach einer Stammzelltransplantation (SZT) auftreten. Das Ziel der vorliegenden Studie war es, die CLS-Inzidenz, Risikofaktoren für das Auftreten und den Einfluss auf das Überleben nach SZT in einer pädiatrischen Kohorte allogener SZT-Empfänger zu bestimmen. Wir untersuchten die klinischen Berichte aller Patienten unter 18 Jahren, die in der Abteilung für Stammzelltransplantation der Klinik für Kinder- und Jugendmedizin des Universitätsklinikums Frankfurt am Main zwischen Januar 2002 und Mai 2012 allogen stammzelltransplantiert wurden. 234 Patienten erhielten 275 SZT im oben genannten Zeitraum. In 15 Fällen (5,5 %) entwickelten Patienten ein CLS.
Bedingung für die Vergabe der CLS-Diagnose war das Vorhandensein dieser drei Kriterien: Gewichtszunahme von über 3 % des Körpergewichts in 24 Stunden, positive Ein-/Ausfuhrbilanz trotz Diuretikagabe und Ödeme.
Die Wahrscheinlichkeit, ein CLS zu entwickeln war signifikant höher bei Patienten, die auch unter einer Sepsis litten (p < 0,001). Patienten mit CLS hatten zudem ein höheres Risiko innerhalb der ersten 30 Tage nach SZT an einer GvHD zu erkranken (p = 0,005).
10 der 15 CLS-Patienten mussten intensivmedizinisch behandelt werden.
CLS hängt signifikant mit dem Gesamtüberleben an Tag + 100 und Tag + 365 nach SZT zusammen (p < 0,001), indem es einen starken prädiktiven Faktor für die TRM an Tag + 100 und Tag + 365 nach SZT darstellt (p < 0,001).
CLS ist eine schwere Komplikation bei pädiatrischen SZT-Empfängern. Der biologische Zusammenhang zwischen Sepsis, GvHD und CLS-Entwicklung im Hinblick auf Zytokinfreisetzung und Endothelschaden sollte in weiteren Studien untersucht werden, um neue zielgerichtete Therapien zu unterstützen.
Background: The most common technique used worldwide to quantify blood loss during an operation is the visual assessment by the attending intervention team. In every operating room you will find scaled suction canisters that collect fluids from the surgical field. This scaling is commonly used by clinicians for visual assessment of intraoperative blood loss. While many studies have been conducted to quantify and improve the inaccuracy of the visual estimation method, research has focused on the estimation of blood volume in surgical drapes. The question whether and how scaling of canisters correlates with actual blood loss and how accurately clinicians estimate blood loss in scaled canisters has not been the focus of research to date.
Methods: A simulation study with four “bleeding” scenarios was conducted using expired whole blood donations. After diluting the blood donations with full electrolyte solution, the sample blood loss volume (SBL) was transferred into suction canisters. The study participants then had to estimate the blood loss in all four scenarios. The difference to the reference blood loss (RBL) per scenario was analyzed.
Results: Fifty-three anesthetists participated in the study. The median estimated blood loss was 500 ml (IQR 300/1150) compared to the RBL median of 281.5 ml (IQR 210.0/1022.0). Overestimations up to 1233 ml were detected. Underestimations were also observed in the range of 138 ml. The visual estimate for canisters correlated moderately with RBL (Spearman’s rho: 0.818; p < 0.001). Results from univariate nonparametric confirmation statistics regarding visual estimation of canisters show that the deviation of the visual estimate of blood loss is significant (z = − 10.95, p < 0.001, n = 220). Participants’ experience level had no significant influence on VEBL (p = 0.402).
Conclusion: The discrepancies between the visual estimate of canisters and the actual blood loss are enormous despite the given scales. Therefore, we do not recommend estimating the blood loss visually in scaled suction canisters. Colorimetric blood loss estimation could be a more accurate option.
Patient care in a neurointensive care unit (neuro-ICU) is challenging. Multidrug-resistant organisms (MDROs) are increasingly common in the routine clinical practice. We evaluated the impact of infection with MDROs on outcomes in patients with subarachnoid hemorrhage (SAH). A single-center retrospective analysis of SAH cases involving patients treated in the neuro-ICU was performed. The outcome was assessed 6 months after SAH using the modified Rankin Scale [mRS, favorable (0–2) and unfavorable (3–6)]. Data were compared by matched-pair analysis. Patient characteristics were well matched in the MDRO (n = 61) and control (n = 61) groups. In this center, one nurse was assigned to a two-bed room. If a MDRO was detected, the patient was isolated, and the nurse was assigned to the patient infected with the MDRO. In the MDRO group, 29 patients (48%) had a favorable outcome, while 25 patients (41%) in the control group had a favorable outcome; the difference was not significant (p > 0.05). Independent prognostic factors for unfavorable outcomes were worse status at admission (OR = 3.1), concomitant intracerebral hematoma (ICH) (OR = 3.7), and delayed cerebral ischemia (DCI) (OR = 6.8). Infection with MRDOs did not have a negative impact on the outcome in SAH patients. Slightly better outcomes were observed in SAH patients infected with MDROs, suggesting the benefit of individual care.
Hintergrund: Aphasien gehören nicht zu den typischen klinischen Manifestationen lakunärer Hirninfarkte, sind jedoch im Rahmen seltener atypischer lakunärer Syndrome beschrieben.
Ziel der Arbeit: Beschreibung von Aphasiemustern und betroffener Fasertrakte bei lakunären Infarkten.
Material und Methoden: Fallserie von drei Patienten mit in der Magnetresonanztomographie nachgewiesenen lakunären Hirninfarkten und Aphasie. Identifikation betroffener Faserbahnen mittels Fasertraktographie der koregistrierten Schädigungsorte in Gehirnen zweier gesunder Probanden.
Ergebnisse: Radiologisch waren die Lakunen, die Aphasien hervorriefen, weit lateral im Marklager der linken Hemisphäre gelegen und befanden sich im Vergleich zu der Lakune eines nichtaphasischen Kontrollpatienten weiter rostrodorsal. Klinisch fand sich trotz Aussparung des Kortex, Thalamus und weiter Teile der Basalganglien eine leichte bis moderate nichtflüssige Aphasie mit syntaktischen Defiziten. In der Fasertraktographie zeigten die aphasischen im Vergleich zum nichtaphasischen Patienten eine stärkere Affektion der Fasern des linken Fasciculus arcuatus sowie eine Beteiligung des frontostriatalen und frontalen Aslant-Trakts.
Diskussion: Links lateral gelegene lakunäre Infarkte können durch Beteiligung sprachrelevanter Fasertrakte eine klinisch relevante Aphasie hervorrufen.
Ein durch einen chronischen Ethanolabusus vorgeschädigter Organismus erfährt nach Hämorrhagie/Reperfusions (H/R) Trauma eine vermehrte inflammatorische Antwort und höheres Ausmaß an hepatischer Schädigung. Dies ist mit häufigerem Auftreten von Komplikationen und verlängertem Intensivaufenthalt vergesellschaftet.
Andere sowie eigene Studien haben gezeigt, dass durch D-JNK-1, ein spezifisches zellgängiges, proteaseresistentes Peptid, welches die c-Jun-N-terminale Kinase hemmt, die Inflammationsreaktion und das Ausmaß der hepatischen Schädigung nach H/R vermindert werden kann.
Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung, ob auch bei einem durch chronischen Ethanolabusus vorgeschädigten Organismus, die D-JNK-1 Gabe zu einer Abschwächung der Inflammation im Tiermodell führt. Des Weiteren sollte auch die Rolle des Transkriptionsfaktors NF-κB in der Inflammationskaskade unter D-JNK-1 Gabe bei der chronisch ethanolvorgeschädigter Leber genauer betrachtet werden.
Wir arbeiteten mit einem H/R Modell, sowie einem etablierten chronischen Ethanol Fütterungsregime mittels Lieber-DeCarli Diät. Die Versuchstiere erhielten nach der Durchführung von Hämorrhagie vor der Reperfusion eine D-JNK-1- oder NaCl-Gabe. Zwei Stunden nach Beendigung des Versuches wurden Leberenzyme, Lactatdehydrogenase und pro-inflammatorische Zytokine im Serum sowie die Konzentrationen der pro-inflammatorischen Mediatoren im Lebergewebe untersucht. Die Aktivität von NF-κB und c-Jun wurde durch Nachweis der relativen Proteinexpression mittels Westernblot quantifiziert. Zusätzlich wurde die NF-κB Aktivierung immunhistologisch durch die GFP Färbung untersucht. Der Leberschaden wurde histologisch mittels HE-Färbung nachgewiesen.
Durch eine 4-wöchige chronische ethanolhaltige Fütterung wird bei den Versuchstieren eine Steatosis hepatis, mit den entsprechenden strukturellen und funktionellen Veränderungen ausgelöst. Durch zusätzliche Durchführung der H/R-Prozedur wird eine relevante hepatische Schädigung sowie Inflammationsreaktion ausgelöst. NF-κB und c-Jun spielen in der Regulation der Inflammationsraktion nach H/R-Trauma eine wesentliche Rolle. Durch die chronische Ethanol-Fütterung kommt es ebenso wie durch die H/R-Prozedur zu einer Aktivierung von NF-κB und wenn auch in geringerem Ausmaß von c-Jun.
Die Intensität der durch H/R-Trauma ausgelösten Inflammationsreaktion und des Gewebeschadens in der durch chronischen ethanolgeschädigten Leber kann durch eine eimalige D-JNK-1 Gabe im Tiermodel nicht wesentlich beeinflusst werden. In der Kontrollgruppe kann durch die D-JNK-1 Applikation jedoch eine Abschwächung der posttraumatischen Inflammationsreaktion beobachtet werden.
Dies führt zu dem Schluss, dass nachdem im ersten Schritt die Grundlagen und Ursachen eines pathologischen Sachverhaltes untersucht wurden, im Anschluss an den zweiten Schritt, der weiterführenden Erforschung und Erarbeitung von therapeutischen Ansätzen, die erarbeiteten Ansätze in Hinsicht auf ihre Wirksamkeit bei Vorliegen weiterer Pathologien nochmals gesondert betrachtet werden müssen. Da das Zusammenspiel verschiedener pathologischer Zustände oftmals zur Zunahme der Komplexität führt und neue Sachverhalte aufzeigt. Jedoch bleibt es in weiterführenden Studien zu untersuchen, ob eine wiederholte Applikation des spezifischen c-Jun Inhibitors oder eine Erhöhung seiner Dosis sowie eine Modulation des Therapiezeitfensters die in vorherigen Studien beobachteten benefiziellen Effekte auch in diesem Modell herbeiführen können.
Diese retrospektive Arbeit aus 7 Jahren Schockraumdiagnostik hatte zum Ziel das diagnostische Potential des Glascow Coma Scales (GCS), des Unfallmechanismus, der Unfallschwere und der klinischen Untersuchung in Bezug auf die Indikationsstellung der Ganzkörper-Computertomographie (GKCT) bei polytraumatisierten Kindern zu untersuchen.
Dazu wurden 100 Kinder, die in dem Zeitraum zwischen Juli 2007 und November 2016 einer GKCT unterzogen wurden, strukturell in Bezug auf Alter, Geschlecht, Unfallmechanismus, Unfallschwere, initiale GCS-Werte und bei Aufnahme, Ergebnisse der klinischen Untersuchung und FAST-Sonografie, ISS und Dosimetrie analysiert. Korrelationen zwischen allen klinischen Variablen und detektierter Pathologien in der GKCT wurden berechnet.
Das mittlere Alter betrug 9,13 ± 4,4 Jahre (72% männliche und 28% weibliche Patienten). Bei 71% aller Patienten konnten relevante Verletzungen in der GKCT nachgewiesen werden. Mit 43% war der Kopf/Hals-Bereich am häufigsten betroffen. Es zeigte sich keine signifikante Korrelation zwischen dem Unfallmechanismus und der Verletzungsschwere, gemessen anhand des ISS (p>0,1), auch nicht zwischen der Unfallschwere und der Verletzungsschwere. Jedoch erschienen schwere Traumata nach mildem Unfallhergang und ohne Auffälligkeiten in der klinischen Untersuchung unwahrscheinlich. In diesen Fällen sollten selektive CT-Untersuchungen einzelner Körperregionen der GKCT vorgezogen werden, um die Strahlenexposition zu reduzieren. In diesem Zusammenhang zeigte der GCS-Wert bei Aufnahme ein gutes diagnostisches Potential in Bezug auf kraniozerebrale Pathologien. Daher empfehlen wir die Durchführung einer kranialen CT ab einem GCS-Wert von ≤ 13. Bezogen auf andere Körperregionen war der GCS nicht als zuverlässiger Index dienlich. Die Kombination aus Unfallschwere, äußeren Verletzungserscheinungen und dem thorakalen Auskultationsbefund eignete sich am besten zur Identifikation von thorakalen Pathologien. Im Bereich des Abdomens zeigten die Ergebnisse der FAST-Sonografie in Kombination mit muskulärer Abwehrspannung die besten Vorhersagewerte. Keine der getesteten Variablen ergab alleinstehend einen signifikanten Vorhersagewert für die diagnostizierten Pathologien in der GKCT. Auf Grund dessen sollte die Indikation zur GKCT bei polytraumatisierten Kindern stets individuell und anhand der Ergebnisse aller klinischer Variablen und Untersuchungen gestellt werden. Weitere Studien erscheinen sinnvoll, um die Auswirkung der diagnostizierten Pathologien in der GKCT auf das Notfallmanagement, die Interventionsbedürftigkeit und das finale Outcome der Kinder zu untersuchen.