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In dieser Studie wird der Einfluss überwiegend historischer atmosphärischer Flugaschedepositionen auf physikalische Eigenschaften von Waldböden und insbesondere deren Humusauflagen untersucht. Es werden sechs Leitprofile der Region Oberlausitz mit und ohne Flugascheanreicherungen vorgestellt. Die flugascheangereicherten Standorte sind geprägt durch 1,0 bis 1,5 dm mächtige Durchmischungshorizonte (Humusauflage mit Flugasche), die extrem stark durchwurzelt sind. Die reinen Humusauflagen sind geringmächtiger (< 0,6 dm) und auch weniger stark durchwurzelt. Im Vergleich mit reinen Humusauflagen zeigen die flugascheangereicherten zum Teil signifikant höhere Luftkapazitäten, gesättigte Wasserleitfähigkeiten und Festsubstanzdichten, wohingegen emittentennah die nutzbaren Feldkapazitäten geringer sind. Für die flugascheangereicherten Standorte wurden mineralische Flugascheanreicherungen von 150 bis 280 t/ha berechnet, wobei emittentennähere Standorte höhere Werte aufweisen. Zeitweise Vernässung und anstehendes Ausgangsgestein schränken die Durchwurzelbarkeit stark ein. Die nutzbare Feldkapazität des effektiven Wurzelraums nFKWe ist daher deutlich von den Eigenschaften der Auflagen und des Oberbodens geprägt. Die flugascheangereicherten Humusauflagen stellen 20 bis 42% der nFKWe, die reinen Humusauflagen nur 8 bis 16%.
Raum-Zeitmuster von Stoffflüssen im Boden: Verbindung von Sickerwasserchemie und Bodenfestphase
(2009)
Raum-Zeitmuster von Kationenkonzentrationen in der Bodenlösung wurden durch Verknüpfung von Zeitreihendaten der Bodenlösungschemie und regionalisierten Kationensättigungen der Bodenfestphase berechnet. Hierfür wurden statistische Verfahren (Regression, Zeitreihenanalyse) und prozessorientierte Methoden (Gapon-Funktionen) eingesetzt. Die auf der Skala eines Kleineinzugsgebietes getesteten Methoden ergaben stabile Funktionen der Selektivitätskoeffizienten und sollten sich auch für Auswertungen im Rahmen des ICP Forest (Level I/II) sinnvoll einsetzen lassen. Die verwendeten QI-Beziehungen beschränken deren Anwendung allerdings auf den Mineralboden, und dort auch nur auf Bereiche mehr oder weniger stark saurer Bodenreaktion. Dabei sollte die zeitliche Auflösung der Modelle bei maximal einem Jahr liegen.
Daten zum bodenchemischen Zustand bilden eine wesentlich Grundlage für eine ökologische Bewertung von Waldbewirtschaftungsmaßnahmen. Die Dübener Heide ist eine Region, in der in der jüngeren Vergangenheit besonders drastische Veränderungen von Umweltfaktoren stattfanden. Dies gilt in besonderem Maße für den bodenchemischen Zustand. Hier besteht ein großer Bedarf an Karten, die im Landschaftskontext Informationen zur ökologischen Drift widergeben. Um die bodenchemische Drift des Zeitraums 1995 bis 2006 zu analysieren und räumlich zu modellieren (regionalisieren), wurden Regressions- und Validierungstechniken eingesetzt. Beispielhaft für andere Parameter werden Ergebnisse für pH-H2O und Basensättigung vorgestellt. Die regionalisierten bodenchemischen Daten zeigten auf der untersuchten Zeitskala eine extreme Änderung des bodenchemischen Zustandes. 71–92 % der Messwertvarianz ließen sich mithilfe multipler Regressionsmodelle erklären.
Zukünftige Entwicklung bodenchemischer Parameter auf ehemals emissionsbeeinflussten Waldstandorten
(2009)
Die vorliegende Arbeit stellt Prognosen zur Entwicklung verschiedener bodenchemischer Parameter (pH-Wert, Nährelementvorräte und Schwermetallgehalte) für flugaschebeeinflusste Waldböden der Dübener Heide vor. Untersucht wurden dazu zwölf Waldstandorte mit unterschiedlicher Entfernung vom Hauptemittenten und damit entlang eines Depositionsgradienten basischer, schwermetallhaltiger Flugasche. Aus der Kombination von vorhandenen Altdaten, dem gemessenen Ist-Zustand und den Ergebnissen von Freisetzungsversuchen wurden Modelle für zukünftig zu erwartende pH-Werte und Elementgehalte der Auflagen abgeleitet. Entsprechend dieser Modelle wird der am stärksten beeinflusste Standort Burgkemnitz voraussichtlich noch mindestens 100 Jahre über aufgebaste Auflagen verfügen, die sich durch überdurchschnittlich hohe Calcium- und Magnesiumvorräte auszeichnen, was als positiv für die Pflanzenernährung zu bewerten ist. Die Schwermetallgesamtgehalte von Cadmium, Kupfer, Nickel und Zink in den Auflagen dieses Standortes überschreiten zwar heute schon die Vorsorgewerte der BBodSchV. Aufgrund des hohen pH-Wertes sind zur Zeit die mobilen Gehalte aber noch so gering, dass sich daraus keine Gefährdung für Pflanzen und Mikroorganismen ergibt. Die mobilen Schwermetallgehalte von Nickel und Zink werden zwar aufgrund stetiger Wiederversauerung in den nächsten Jahrzehnten die Prüfwerte von Prüess (1994) überschreiten. Mit einem hohen Schädigungspotenzial ist allerdings nicht zu rechnen. Das durch die Flugasche verbesserte Nährstoffangebot könnte hier also noch langfristig waldbaulich genutzt werden. Schlüsselwörter: Flugasche, Waldboden, Dübener Heide, Freisetzung, Schwermetalle, Calcium, Magnesium
Am 19. Mai 2008 verstarb Dr. habil. Dietrich Kopp nach kurzer Krankheit und bis zuletzt in Hoffnung auf Wiedergenesung. Ein Leben hat sich vollendet, im 88. Lebensjahr, ein Leben in ungewöhnlicher wissenschaftlicher Produktivität, mit großer menschlicher Wärme, Freundlichkeit, Hilfsbereitschaft, Geradlinigkeit, ein Leben, eingebettet in einen großen Wirkungskreis von ihm zugetanen Menschen. Sein Geist, sein Wissen, seine Ehrlichkeit, seine Verantwortung prägten Generationen forstlicher Standortserkunder im Osten Deutschlands, in der Landschaft forschender Wissenschaftler. Viele übernahmen seine Ideen, entwickelten sie fort, trugen sie weiter, setzten sie um.
Es werden Forschungsergebnisse zur Variabilität und kleinräumigen Heterogenität von Bestandes- und Bodeneigenschaften aus Natur- und Wirtschaftswäldern der Rot-Buche (Fagus sylvatica L.), Trauben-Eiche (Quercus petraea [Matt.] Liebl.) und Wald-Kiefer (Pinus sylvestris L.) (Reinbestände) vorgestellt. Es sollte die Hypothese geprüft werden, dass Naturnähe mit einer höheren alpha- und beta-Diversität von Parametern des Bodens sowie weiterer Ökosystemkompartimente verbunden ist. Verschiedene Bodenparameter wurden an insgesamt 9.282 Mineralbodenproben aus 7 Tiefenstufen (0 – 5, 5 – 10, …, 25 – 30, 30 – 40 cm) ermittelt und geostatistisch ausgewertet. Begleitend dazu wurde die Diversität bestandesstruktureller, floristischer und bodenfaunistischer Eigenschaften (Lumbriciden) untersucht. Es wurden verschiedene Bestandesstrukturindices, die Durchwurzelungsstruktur und die (Bio-) Diversität der Waldbodenvegetation, sowie der Regenwurmfauna ermittelt. Kennwerte des Baumbestandes und der Bodenvegetation erwiesen sich in den Naturwäldern diverser als in den entsprechenden Wirtschaftswäldern gleicher Bestockung. In den Naturwäldern waren generell höhere Variabilitäten der Bodenkennwerte pH-Wert, effektive Kationenaustauschkapazität und Basensättigung nachzuweisen. Beim Humus-, C- und N-Gehalt trifft das auf die Buche und Eiche, jedoch nicht auf die Kiefer zu. Die Variabilität und Autokorrelationslängen der Auflage- und Horizontmächtigkeiten zwischen Natur- und Wirtschaftswäldern ergaben ein uneinheitliches Bild. Es wird versucht, die Autokorrelationslängen verschiedener Bodenkennwerte als Ausdruck des kleinräumigen Bodenmusters mit ökosystem- (= baumarten-)spezifischen und hemerobieabhängigen ober- und unterirdischen Bestandeskennwerten in Zusammenhang zu bringen. Der Einfluss der mittleren Baumabstände auf die pH-Werte und die Basensättigung, sowie die Bedeutung der Wurzelstruktur und des räumlich differenzierten Streuaufkommens für die Humus-, C- und N-Akkumulation werden diskutiert. Diese ersten Ergebnisse zur naturnäheabhängigen Bodenvariabilität und kleinräumigen Bodenheterogenität sollten in Zukunft durch die geostatistische Untersuchung weiterer Bestandestypen und ein optimiertes Probenahmedesign validiert werden. Schlüsselwörter: Bestandesstruktur, Bodenvegetation, Wurzelstruktur, Regenwürmer, Bodeneigenschaften, α-, β-Diversität, Variabilität, Heterogenität, Autokorrelation, Naturwald, Wirtschaftswald, Fagus sylvatica, Quercus petraea, Pinus sylvestris
Die Literaturstudie befasst sich mit Bewertungsmöglichkeiten der Natürlichkeit von Ökosystemen anhand biotischer und abiotischer Merkmale verschiedener Kompartimente. Schwerpunktmäßig wird die Indikatoreignung des Bodens berücksichtigt. Es wird festgestellt, dass durch die meisten Untersuchungsansätze nur der aktuelle Zustand der Ökosystemkompartimente oder ihre Beziehungen untereinander und damit der Hemorobiegrad des Systems (des Bestandes) abgeschätzt werden können. Demgegenüber ist die Analyse von Bodeneigenschaften geeignet, die Natürlichkeit auch in historischer Perspektive, also die Naturnähe i. e. S., festzustellen. Vor dem Hintergrund des mehrstufigen biologischen Diversitätskonzeptes von Whittaker (1972) wird der Frage nachgegangen, ob sich im Hinblick auf die einzelnen Kompartimente (1) das Auftreten spezifischer Merkmale (Merkmalspräsenz), (2) die Intensität, Menge, Abundanz (Merkmalsausprägung), (3) die Variabilität des Merkmals (alpha-Ebene) und (4) die räumliche Heterogenität bzw. Verteilung des Merkmals (beta-Ebene) zur Bewertung von Natürlichkeit eignen. Die genetische Variabilität der bestandesbildenden Baumart kann ein Merkmal für Naturnähe und Autochthonie sein, wenn die jeweilige Populationsbiologie berücksichtigt wird. In der Literatur werden tierische und pilzliche Urwaldzeigerarten beschrieben, während sich einzelne Gefäßpflanzen sowie die Artenanzahl (alpha- von Pflanzen, Pilzen und Tieren nicht zur Indikation eignen. Eine geklumpte Verteilung biologischer Arten (beta-Diversität) innerhalb des Ökosystems stellt ein gutes Natürlichkeitskriterium dar. Bei den Kompartimenten Bestandesstruktur und Boden können sehr viele Merkmale verschiedener Hierarchieebenen herangezogen werden, um Natürlichkeit abzuschätzen. Da Bodendiversität und -heterogenität i. d. R. verschiedene Ursachen haben, werden diese in ihrem Bezug zu Naturnähe bzw. Hemerobie erläutert. Keywords: naturalness, genetics, flora, fauna, fungies, stand structure, soil properties, α-diversity, β-diversity, variability, heterogeneity, autocorrelation, archive function
Ein Ziel des modernen Waldbaus in Mitteleuropa ist die Förderung von Mischbeständen anstelle von Reinbeständen. Auf basenreichen Standorten sollen daher an Stelle von Buchen-Reinbeständen Mischbestände aus Buche (Fagus sylvatica) und Edellaubhölzern entwickelt werden. Diese Wälder zeichnen sich durch eine artenreiche und produktive Krautschicht aus, die an vielen Ökosystemfunktionen entscheidend beteiligt ist. Ob mit einer Zunahme der Baumarten-Diversität eine Veränderung der Krautschicht-Diversität verbunden ist und welche kausalen Mechanismen möglicherweise dafür verantwortlich sind, wurde daher an den naturnah bewirtschafteten Buchen-Edellaubholz-Mischbeständen im Göttinger Wald (Süd-Niedersachsen) untersucht. Auf 63 Untersuchungsflächen (je 400 m²) mit einem Gradienten von nur einer Baumart (nur Buche) mit bis zu fünf Baumarten in der Baumschicht wurde die Artenzusammensetzung, Diversität und Produktivität der Krautschicht bestimmt. Als Umweltfaktoren wurden der pH-Wert und die PAR-Transmissivität direkt gemessen, die Wasser- und Stickstoffversorgung über die Zeigerwerte nach Ellenberg indirekt eingeschätzt. In den Kalk-Buchenwäldern (H o r d e l y m o - F a g e t u m l a t h y r e t o s um) konnten keine signifikanten Zusammenhänge zwischen der Diversität der Baumschicht und der Diversität und Produktivität der Krautschicht festgestellt werden. Mit zunehmendem Lichtangebot erhöhte sich die Diversität der Krautschicht. Gleichzeitig korrelierte die oberirdische Biomasse der Krautschicht positiv mit dem Shannon-Index der Krautschicht. Mit zunehmendem Buchen-Anteil sank der pH-Wert im oberen Mineralboden, ohne dass dies Auswirkungen auf die Diversität und Produktivität der Krautschicht hatte. Auch die kleinräumigen Unterschiede im Lichtangebot und der Basenversorgung hatten keinen Einfluss auf die Krautschicht-Diversität. Einzelne Krautschichtarten zeigten Beziehungen zur Baumarten-Diversität und zu den Umweltfaktoren, allerdings waren diese meist nur schwach ausgeprägt. Die Untersuchungsergebnisse unterscheiden sich deutlich von Ergebnissen aus dem Nationalpark Hainich, wo in Laubwäldern ein enger Zusammenhang zwischen der Baumarten- und Krautschicht-Diversität nachgewiesen wurde. Mögliche Ursachen für diese gegensätzlichen Resultate können in der Methodik (Probeflächenauswahl), der Standorthomogenität (insbesondere die breitere Spanne in der Lössbedeckung und dem Tonanteil in den Böden des Hainichs), der Waldgeschichte und Bewirtschaftung sowie den beteiligten Mischbaumarten (insbesondere in der Rolle der Linde) liegen. Zusätzliche vergleichende und experimentelle Untersuchungen sind daher notwendig, um unser Wissen über die Zusammenhänge zwischen Diversität und Ökosystemfunktionen in Wäldern zu verbessern.
In den Neurowissenschaften führt die Erforschung des vegetativen Nervensystem (VNS) immer noch ein Schattendasein. Einer der wichtigsten Teile des VNS, der Hirnstamm, ist dabei besonders schlecht erforscht, obwohl er die Steuerzentren für Herzschlag, Blutdruckregulation, Atmung, Verdauung, und viele weitere lebenswichtige Funktionen beherbergt. Ein wichtiger Grund für diesen Umstand ist, dass die funktionelle Kernspintomographie (fMRT) sich in ihrer bisherigen Form nur bedingt für Messungen im Hirnstamm eignet. Ziel dieser Arbeit war es daher, neue Ansätze zur fMRT-Messung vegetativer Zentren im menschlichen Hirnstamm zu entwickeln. Nach einer Einführung in die Neuroanatomie sowie die physikalischen und physiologischen Grundlagen der strukturellen und funktionellen MRT werden im mittleren Teil der Arbeit die Entwicklung sowie der Test neuer Ansätze zur Hirnstamm-fMRT beschrieben. Dabei untersucht der Autor zunächst, welche grundlegenden Probleme einer konventionellen fMRT-Messung im Hirnstamm entgegenstehen. Es stellt sich heraus, dass alle hirnstamm-spezifischen Störquellen direkt oder indirekt auf den Herzschlag zurückzuführen sind. Aus den vorhandenen Ansätzen zur Korrektur solcher Störungen wird die Herzschlag-Taktung ausgewählt. Bei diesem Verfahren erfolgt die Aufnahme der fMRT-Bilder zeitlich gekoppelt an dem Herzschlag des Probanden, um sämtliche kardiogenen Rauschquellen zu unterdrücken. Anstelle des häufig verwendeten, aber statistisch problematischen Guimaraes-Verfahrens zur Korrektur der durch die Herzfrequenzvariabilität bedingten Schwankungen des MR-Signals wird in der vorliegenden Arbeit der die sog. Dual-Echo-Bildgebung verwendet. Dabei wird die konventionelle EPI-Sequenz (echo-planar imaging) dahingehend erweitert, dass pro Bild anstelle eines Echos zwei aufgenommen werden. Durch Quotientenbildung der beiden Bilder kann so der fluktuierende Teil des Signals entfernt werden. Beim Vergleich verschiedener Varianten der Quotientenbildung stellt sich ein neu entwickelter, exponentieller Ansatz als überlegen heraus. Danach werden die Auswirkungen verschiedener Methoden der Bewegungskorrektur und Schichtorientierung verglichen, um das Optimum für Messungen im Hirnstamm zu ermitteln. Nach Tests des neuen Verfahrens an verschiedenen fMRT-Datensätzen werden Empfehlungen für die Kombination der verschiedenen Parameter gegeben. Es zeigt sich, dass die Standardabweichung der fMRT-Bilder mit der neuen Methode im unteren Hirnstamm um 13% - 33% reduziert werden kann. Ein Sensitivitätstest an motorischen Hirnstammkernen, welche durch ein motorisches Paradigma aktiviert werden, zeigt, dass die jeweiligen Kerne in 85% - 95% der Fälle eindeutig identifiziert werden können. Im dritten Teil der Arbeit erfolgt die Anwendung der neuen Methode auf die Messung von Aktivierungen vegetativer Zentren. Hier wird als unkonventionellen Stimulus des vegetativen Nervensystems die Akupunktur verwendet. Dies geschieht u.a. mit der Zielsetzung, zur Aufdeckung des noch immer unbekannten Wirkmechanismus dieser Therapieform beizutragen. Als Akupunkturpunkt wird Pc6 am Handgelenk gewählt, da die Studienlage eindeutig dessen Effektivität bei der Behandlung von Übelkeit und Erbrechen sowie eine Beeinflussung der Magen-Peristaltik zeigt und die neuralen Zentren hierfür größtenteils im Hirnstamm lokalisiert sind. Der Autor stellt daher die Hypothese auf, dass die Akupunkturwirkung in diesem Fall über den Vagusnerv und dessen Hirnstammkern, den Nucleus dorsalis nervi vagi, vermittelt wird. Vor der Überprüfung dieser Hypothese erfolgt zunächst eine Methodenkritik der bisherigen Akupunktur-fMRT-Forschung. Anhand einer Gruppe von Studien, welche über Aktivierungen der Sehrinde bei Akupunktur visuell relevanter Punkte berichten, weist der Autor eine Reihe methodischer Probleme nach. Anhand einer eigenen Studie kann er mittels Independent Component Analysis (ICA) zeigen, dass die von den bisherigen Studien berichteten, visuellen Aktivierungen höchstwahrscheinlich nicht auf die Wirkung der Akupunktur zurückzuführen sind. Um einige der Probleme dieser Studien zu umgehen, entwickelt der Autor ein neues psychophysikalisches Verfahren, bei dem die Probanden während der Akupunktur kontinuierlich die Stärke der Nadelempfindung („DeQi“) auf einer visuellen Analogskala bewerten. Mit Hilfe dieses Verfahrens gelingt schließlich der Nachweis einer Hirnstamm-Aktivierung unter Akupunktur-Stimulation, deren Lokalisation mit der des Nucleus dorsalis nervi vagi vereinbar ist. Dies bestätigt die ursprüngliche Hypothese und zeigt gleichzeitig die Eignung des neuen Verfahrens für die Bildgebung vegetativer Hirnstammzentren.
Ein bekanntes Beispiel für regulatorische RNA-Protein-Wechselwirkung stellt der Komplex der TAR-RNA von HIV-1 und dem viralen Protein Tat dar. Dieser Komplex ist wichtig für die effiziente Transkription des viralen Genoms. Essentiell für die Erkennung der Stem-Loop Struktur ist die Wechselwirkung des Tat-Proteins mit dem aus drei Nukleotiden bestehenden Bulge der TAR-RNA. Das Wissen über die Prinzipien der Erkennung von Tat zu TAR-RNA sollte es möglich machen, spezifische Liganden zu designen, die als antivirale Tat Antagonisten angreifen können. Das Ziel dieser Arbeit war die Synthese von RNA Liganden für die Festphasenpeptidsynthese (FPPS) basierend auf heteroaromatischen Bausteinen. Als Strategie wurde gewählt, die heteroaromatischen Reste über Amid-Bindungen an ein Fmoc geschütztes (2-Aminoethyl)glycin-Rückgrat einzufügen. Die peptidomimetischen Bausteine X konnten in der FPPS zur Synthese von Tripeptiden mit der allgemeinen Struktur Arg-X-Arg und Modifikationen mit Lysin eingesetzt werden. Die Bindungsaffinitäten der Tripeptide und kleinen Moleküle zur TAR-RNA von HIV-1 wurden über einen fluoreszenzbasierten Assay bestimmt. Der Assay verwendet ein doppelt endmarkiertes Tat-Peptid mit Fluorescein und Rhodamin als Farbstoff. Durch Verdrängung des Tat-Peptides durch einen konkurrierenden Liganden kommt es zur Konformationsänderung des Peptides, die zur Löschung der Lichtemmission führt. Dabei zeigen die Tripeptide H2N-(D)Arg-Lactam-(D)Arg-CONH2 (154) und H2N-(D)Arg-Amidin-(D)Arg-CONH2 (158) IC50-Werte von 2-3 mikroM, die auch durch Fluoreszenz Korrelations Spektroskopie (FCS) bestätigt wurden. In massenspektrometrischen Untersuchungen von 158 bzw. Tat-Protein mit TAR-RNA konnten bei beiden Peptiden 1:1 und 1:2-Komplexe beobachtet werden. 158 zeigt antivirale Eigenschaften (IC50 = 10-50 mikroM) in HeLa P4-Zellassays. Durch NMR-Untersuchungen und molekulardynamische Berechnungen war es möglich, eine Konformationsänderung der TAR-RNA durch eine Wechselwirkung mit Guanidinium-Gruppen festzustellen. Ein weiteres Ziel der Arbeit war daher ausgehend von den gewonnenen Daten die Untersuchung des Bindungskonzeptes von Diaminopyrazolen und Indazolen. Diaminopyrazole mit kleinen Resten und Triaminopyrazol übertreffen im protonierten Zustand den dikationischen Liganden Argininamid. In Übereinstimmung mit dem Bindungsmodell verhalten sich protonierte Aminopyrazole wie „Super-Guanidine“ hinsichtlich der TAR-RNA. Das Einfügen des Triaminopyrazols in ein Phenazin-Grundgerüst führt zu Verbindungen, die im protonierten und reduzierten Zustand zusätzliche Wasserstoffbrückenbindungen eingehen können und nicht planar, aber lipophil sind. Der Austausch von Stickstoff zu Sauerstoff im Phenazinring sollte den reduzierten Zustand stabilisieren. Die resultierende Struktur ist jedoch zersetzlich, so dass auf weitere Untersuchungen verzichtet wurde.
Einführung: Den Hauptgrund für das mittel- und langfristige Versagen von Kunststoff-Prothesenshunts stellt die zunehmende Stenosierung im Bereich der venösen Anastomose dar. Das Problem besteht in der Anpassung der Vene an die unphysiologische Dauerbelastung durch die Arterialisierung mit der Folge einer erhöhten transmuralen Spannung, einem erhöhten endothelialen "shear stress" und daraus resultierender Intimahyperplasie. Zielsetzung: Vergleich der kumulativen Offenheitsraten von carbonisierten ePTFE (expended polytetrafluoroethylene) Gefäßprothesen MIT versus OHNE Cuff-Anastomose als Hämodialyseshunt bei terminal niereninsuffizienten Dialysepatienten. Die Modelle unterscheiden sich lediglich durch den, ursprünglich von Scholz H handgefertigten, Patch an der Venaflo™-Prothese am Übergang vom Shunt zur venösen Anastomose. (Hersteller: Fa. BARD PERIPHERAL VASCULAR). Die Cuff-Anastomose soll die Hämodynamik im Bereich des venösen Abflusses günstig beeinflussen, so dass es zu einer Reduktion der Stenoserate kommt. Material und Methodik: Die DIVA-Studie war prospektiv, randomisiert und multizentrisch nicht doppelblind angelegt; hierfür wurden 418 Patienten (m:139, w:228) im Alter von 64,5 + 13,26 Jahre, über einen 24 monatigen Zeitraum hinsichtlich der Primären und Sekundären Offenheitsrate beobachtet. Die Studie wurde regelrecht durchgeführt, d.h. nur studiengerechte Prothesen wurden verwandt, die Ein- und Ausschlusskriterien wurden strikt eingehalten, die „lost to follow-up-Rate“ war nicht höher als zuvor erwartet (25% pro Jahr). Die von den Prüfzentren übermittelten Daten wurden durch den Monitor auf deren Plausibilität geprüft. Nach ITT (intention-to-treat) – Analyse verblieben von 359 Patienten (Standard:173, Venaflo™: 186) validen Ergebnisse, verteilt auf 19 Studienzentren. Die Rekrutierung erfolgte randomisiert. Um ein möglichst homogenes Kollektiv zu erhalten, müssen verschiedene Ein- und Ausschlusskriterien, wie eine terminale dialysepflichtige Niereninsuffizienz, der Durchmesser der drainierenden Vene und zuführenden Arterie, eine dauerhafte Hyper- bzw. Hypotonie, Antikoagulantientherapie und weitere, beachtet werden. Zwischen den Behandlungsgruppen besteht kein wesentlicher Unterschied in Hinsicht auf die demographischen Daten, die vorausgegangenen Nierenerkrankung oder die nachfolgenden Dialysebehandlungen. Als Endpunkte unterscheidet man Primäre und Sekundäre Offenheitsraten, die sich im jeweiligen Wiederherstellungseingriff wie Thrombektomie, Korrektur der venösen Anastomose oder gar vollständiger Shuntneuanlage unterscheiden. Zulässige Formen der Shuntanlage sind der Unterarm-Loopshunt, Oberarm(OA)-Loopshunt, OA-Straight und OA-Curvedshunt. Es stehen 6- und 7mm-Modelle zur Verfügung. Ergebnisse: Ungeachtet der Shuntform, des Implantationsorts und des Durchmessers, zeigt die Venaflo™-Gefäßprothese stets bessere Offenheitsraten. Primäre Offenheit (ITT) nach zwei Jahren - Venaflo™: 54,1% , Standard: 48,9% (p=0,348), Sekundäre Offenheit - Venaflo™: 70,7%, Standard: 63,1% (p=0,112). Zudem haben der Durchmesser von 7mm, sowie die Straightshunts einen positiven Effekt gezeigt. Die intra- und perioperative Komplikationsrate ist nahezu gleichverteilt. So gab es beispielsweise 4 Sofortverschlüsse in der Standard-Gruppe und 5 in der Venaflo™-Gruppe. Beträchtlich hingegen ist der Unterschied bei Studienende. Die Venaflo™-Gruppe hat deutlich mehr reguläre Studienabschlüsse (Standard:58, Venaflo™:75), weniger Shuntneuanlagen (Standard:16, Venaflo™: 14) und weniger Prothesenverlängerungen (Standard: 27, Venaflo: 13) zu verzeichnen. Schlussfolgerung: Die Venaflo™-Cuff-Prothese belegt im klinischen Einsatz den positiven Einfluss der bulbusförmig konfigurierten venösen Anastomose. Die durchschnittliche Funktionsdauer kann durch den Einsatz einer ePTFE-Prothese MIT Patch deutlich verlängert werden. Für den betroffenen Patienten bedeutet dies ein Zugewinn an Lebensqualität durch eine Verlängerung des interventionsfreien Zeitraums um mehrere Monate.
Die gezielte Modifikation von Proteinen für die Erforschung des Proteoms stellt eine entscheidende Herausforderung dar. Sie wird meistens dann zwingend notwendig, wenn das intrinsische Signal zum Auslesen ungeeignet ist. So ist es z.B. für die größte Anzahl von fluoreszenzbasierenden Methoden unerlässlich, das zu untersuchende Protein spezifisch und einheitlich mit einem Fluorophor zu markieren. Eine weitere Schwierigkeit ist die gerichtete Immobilisierung von Proteinen für deren Charakterisierung an Oberflächen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die spezifische Markierung, Manipulation und strukturierte Immobilisierung von rekombinanten Proteinen analysiert. Dafür wurde mit dem hauptsächlich aus der Proteinreinigung bekannten NTA/Oligohistidin-System gearbeitet. Verwendet wurden multivalte NTA-Chelatorköpfen mit zwei (bisNTA), drei (trisNTA) oder vier (tetrakisNTA) NTA-Gruppen pro Molekül. Durch die Multivalenz können hervoragende Bindungsaffinitäten im nanomolaren Bereich erzielt werden, die die stabile, stöchiometrische, nicht kovalente und damit reversible Modifikation His-getaggter Proteine in Lösung und an Grenzflächen erlaubt. Fluoreszente trisNTAs wurden vielfach erfolgreich für die Markierung His-getaggter Proteine eingesetzt. Dabei wurde die Beobachtung gemacht, dass die Ni2+-Ionen im trisNTA die Emission des benachbarten Fluorophors stark quenchen und dadurch die Einsatzmöglichkeiten der Verbindung reduzieren. Durch die räumliche Trennung der beiden Gruppen mit starren, biokompatiblen Polyprolin-Helices konnte erstmals systematisch demonstriert werden, dass das Ausmaß der Fluoreszenzlöschung abstandsabhängig ist. Bei der Verwendung von 12 Prolinen (3.6 nm lange Helix) wurde mit einem ATTO565-Derivat eine Intensitätserhöhung um etwa 70%, und bei einem OregonGreen488-Derivat um etwa 40% erreicht. Bei den Verbindungen können der Abstand der beiden Gruppen voneinander und der Fluorophor nahezu frei gewählt werden, so dass eine Optimierung in Hinblick auf die jeweilige Fragestellung ohne Probleme möglich ist. In Kooperationen untersucht wurden z.B. die ATP-Hydrolyse von MDL1 und die ATP-Bindung von TAP. Die deutlich verbesserte Quantenausbeute, die stabile Bindung an einen His-Tag und die geringe Größe machen die Verbindungen zu idealen Reportersonden für die Einzelmolekül-Fluoreszenz-Analyse. Die gezielte Manipulation eines makromolekularen Proteinkomplexes mit einem kleinen Molekül wurde in einem weiteren Projekt untersucht. Das tetrakisNTA wurde verwendet, um die His-getaggten Eingänge des alphaN-His6 Proteasoms von Thermoplasma acidophilum gezielt zu blockieren. Durch den Abbau von Fluoreszein-markiertem Casein konnte die Aktivität der Proteasomkomplexe in Echtzeit verfolgt werden. Unter Zugabe von tetrakisNTA fand kein Abbau statt, während dieser ohne oder nach Entfernen der tetrakisNTAs von den Eingängen im gleichen Maße detektierbar war. Die Aktivität der Peptidase-Schnittstellen im blockierten Zustand konnte durch die Überschichtung eines nativen Gels mit einem Peptidsubstrat demonstriert werden. Die Ergebnisse belegen, dass die His-Tags an den Eingängen des Proteasomkomplexes so umstrukturiert werden, dass der Eintritt von Proteinen reversibel blockiert wird. Neben der gezielten Manipulation des Proteasoms wurde außerdem erstmals die spezifische Fluoreszenzmarkierung His-getaggter Proteine in kompletten E. coli Zelllysaten mittels nativer PAGE nachgewiesen. Um neue Anwendungsgebiete für das trisNTA zu erschließen, sollte dieses mit einem 1.4 nm großen Goldcluster modifiziert werden. Damit könnte die Position von His-Tags in Proteinkomplexen mittels Elektronenmikroskopie visualisiert werden. Mittels Gelfiltration mit MBP-H6 wurde nachgewiesen, dass die entwickelten Goldcluster teilweise mehr als eine trisNTA-Gruppe auf der Oberfläche hatten, wobei eine Trennung der Partikel nach der Anzahl der NTA-Gruppen nicht möglich war. Die Partikel wurden erfolgreich für die spezifische Markierung des alphaN-His6 Proteasoms verwendet. In der Einzelpartikelanalyse deutlich erkennbar waren der markierte Proteasomkomplex und die Lage des trisNTA-Goldclusters. Die Verwendung solcher Goldpartikel in der EM bringt entscheidende Vorteile im Hinblick auf die Strukturaufklärung von Proteinen mit sich. Orthogonale NTA/His-Tag Bindungspaare, bei denen ein bestimmtes, multivalentes NTA-Molekül einen definierten His-Tag bindet, würden einen großen Nutzen für die spezifische Markierung oder Immobilisierung verschiedener His-getaggter Proteine bringen. Durch die Verwendung teilweise rigider His-Tags und möglichst starrer bisNTAs sollten solche Bindungspaare realisiert werden. Die Synthese rigider bisNTAs mit unterschiedlichen Abständen zwischen den NTA-Gruppen konnte erfolgreich etabliert werden. Allerdings zeigten Fluoreszenztitrationen mit verschieden Fluoreszeinmarkierten His-Peptiden nicht die erhofften Unterschiede in den Affinitäten. Im letzten Teil der Arbeit wurden durch intramolekulare His-Tags inaktive trisNTAs synthetisiert. Diese können durch Licht gespalten und damit aktiviert werden (photoaktivierbare trisNTAs, PAtrisNTAs). Die Verbindungen mit unterschiedlicher Anzahl an Histidinen im intramolekularen Tag wurden systematisch in Lösung und an Oberflächen charakterisiert. Dazu wurden HPLC-Studien, Gelfiltrationen und SPR-Experimente durchgeführt. Die strukturierte Organisation von Proteinen auf solchen lichtaktivierbaren Oberflächen wurde mittels Fluoreszenzmikroskopie demonstriert. Außerdem konnten durch die Laserlithographie gezielt verschiedene His-getaggte Proteine in situ in definierten Bereichen immobilisiert werden. Die Biokompatibilität der Oberflächen wurde erfolgreich durch die strukturierte Organisation aktiver, Virusbindender Rezeptor-Partikel gezeigt. Im Prinzip sollte das Konzept die lichtinduzierte Aufkonzentrierung von His-getaggten Rezeptoren in lebenden Zellen ermöglichen. Durch das Clustern ausgelöste Vorgänge könnten so gezielt herbeigeführt und analysiert werden.
Regulation des matrizellulären Proteins SMOC-1 durch Zytokine und Stickoxid in Rattenmesangiumzellen
(2009)
Zytokine stimulieren in Mesangiumzellen die Produktion und die Freisetzung großer Mengen entzündlicher Mediatoren. In dieser Arbeit wurden mit Hilfe der RAP-PCR („RNA arbitrarily primed polymerase chain reaction“), einer auf mRNA basierenden „Differential display“-Methode, die Effekte von Interleukin-1β (IL-1β) auf das Genexpressionsmuster in glomerulären Rattenmesangiumzellen untersucht. Dabei wurde das matrizelluläre Glykoprotein „Secreted modular calcium-binding protein-1“ (SMOC-1) identifiziert, welches in Mesangiumzellen durch IL-1β herunterreguliert wird. SMOC-1 wird von verschiedenen Zelltypen exprimiert und sezerniert, doch seine biologische Funktion konnte bisher nicht aufgedeckt werden. Weitere Experimente bestätigten, dass die mRNA- und Proteinexpression von SMOC-1 durch proinflammatorische Zytokine, wie IL-1β und Tumornekrosefaktor-α (TNF-α) herunterreguliert wird. Dieser Effekt wird zu einem großen Teil durch die endogene Freisetzung von Stickoxid (NO) aufgrund der Aktivität der induzierbaren NO-Synthase (iNOS) und der nachfolgenden Aktivierung der löslichen Guanylatzyklase (sGC) vermittelt. Außerdem tragen auch reaktive Sauerstoffver-bindungen (ROS), deren Bildung durch die Zytokine verstärkt wird, zur Herunter-regulierung der SMOC-1-Expression bei. Durch In-situ-Hybridisierungsexperimente konnte ferner gezeigt werden, dass die Hemmung der NO-Synthese durch den spezifischen iNOS-Inhibitor L-NIL in einem Rattenmodell der anti-Thy1.1-Glomerulonephritis die SMOC-1-Expression deutlich erhöhte. Dies belegt somit auch in vivo die biologische Relevanz von NO in der Modulierung der SMOC-1-Expression. Die funktionelle Rolle von SMOC-1 in Mesangiumzellen wurde durch die Hemmung der SMOC-1-Expression mit Hilfe einer spezifischen siRNA untersucht. Dabei zeigte sich, dass die Hemmung von SMOC-1 eine deutliche Inhibierung der mRNA-Expression von „Transforming growth factor β1“ (TGF-β1) sowie dessen Gesamtproteinspiegel zur Folge hat. Auch die Aktivität von TGF-β1 wurde reduziert, wie anhand der verringerten Spiegel an aktivem TGF-β1-Protein und der verringerten mRNA-Expression bekannter TGF-β-regulierter Gene, wie „Connective tissue growth factor“ (CTGF), „Plasminogen activator inhibitor-1“ (PAI-1) und Biglykan gezeigt wurde. Diese Ergebnisse deuten auf eine Rolle von SMOC-1 bei der Modulierung des TGF-β1-Signalwegs hin. Zusammenfassend betrachtet scheint NO die SMOC-1-Expression in der akuten glomerulären Entzündung zu vermindern und dadurch die TGF-β-getriebenen profibrotischen Signalprozesse zu limitieren. Der zweite Aspekt dieser Arbeit befasst sich mit der Rolle von Peroxisomen-Proliferator-aktivierten Rezeptoren (PPAR) in der IL-1β-vermittelten Expression der induzierbaren NO-Synthase. PPARα-Aktivatoren steigern in Mesangiumzellen die IL-1β-induzierte Aktivität der iNOS, während die Hemmung von PPARα durch spezifische Inhibitoren oder siRNA die iNOS-Expression/-Aktivität deutlich reduziert. Die Ergebnisse von Promotor-studien zeigten die essentielle Rolle einer möglichen PPAR-Bindestelle im iNOS-Promotor. IL-1β scheint die Bildung eines endogenen PPAR-Liganden zu induzieren, wodurch die Bindung von PPAR-Proteinkomplexen an das regulatorische DNA-Element im iNOS-Promotor verstärkt und dessen Aktivität gesteigert wird. Daneben scheinen jedoch auch Nebeneffekte der PPAR-Aktivatoren, wie die Freisetzung von ROS, zur synergistischen Wirkung auf die IL-1β-induzierte iNOS-Expression beizutragen. Die Wirkung von dualen PPARα/γ-Aktivatoren auf entzündliche Prozesse wird seit längerem diskutiert, daher wurden die biologischen Effekte von neu synthetisierten möglichen dualen PPARα/γ-Aktivatoren auf Entzündungsparameter, wie z. B. die iNOS-Expression, in Mesangiumzellen untersucht. Alle untersuchten Aktivatoren steigerten in der Form von Esterverbindungen die IL-1β-induzierte Expression der iNOS sowie der sekretorischen Phospholipase A2 (sPLA2), während die entsprechenden freien Säuren wenig Effekte zeigten. Diese proinflammatorische Wirkung scheint jedoch weniger auf einer Aktivierung des PPAR-Rezeptors zu beruhen als auf der Freisetzung von ROS, die durch die Aktivatoren teilweise deutlich erhöht wurde. Weitere Experimente zur Charakterisierung der PPAR-spezifischen Wirkung der Aktivatoren sowie zur optimalen Wirkkonzentration sind nötig, bevor der Effekt dieser Aktivatoren auf die inflammatorische Genexpression genau bewertet werden kann.
In der vorliegenden Arbeit wurden zehn Substanzen, die im Rahmen des Projekts INTAFERE analytisch in verschiedenen Gewässersystemen des Hessischen Rieds nachgewiesen werden konnten, ökotoxikologisch charakterisiert. Neben der Bestimmung der Akut- und der chronischen Toxizität wurde auch das endokrine Potential mit Hilfe eines rekombinanten Hefe-Assays ermittelt.Die akute Toxizität zeigt zwischen den verschiedenen Substanzen große Differenzen. Die drei Organophosphate TCPP, TBEP und TCEP zeigen selbst bei hohen Konzentrationen keine oder nur sehr geringe Effekte, während 4-NP, 4-t-OP, BPA, TDCPP, AHTN und Terbutryn mit LC50-Werten bis zu 5 mg/l eine höhere Toxizität besitzen.Im Hefe-Assay kann in mehreren Versuchswiederholungen das östrogene Potential von 4-NP (MW: 6,71x10-6 M), 4-t-OP (MW: 7,16x10-6 M) und BPA (MW: 4,88x10-6 M), sowie die antiandrogene Wirkung des Bisphenols (5,29x10-5 M) bestätigt werden. Im Gegensatz dazu können im Yeast Antiestrogen Screen zum ersten Mal Hinweise auf die antiöstrogene Wirkung von TCPP (MW: 6,86x10-5 M), Terbutryn (MW: 3,99x10-5 M), TDCPP (MW: 2,65x10-6 M) und TBP (MW: 2,28x10-5 M) aufgezeigt werden.TBP und TDCPP führen auch in der chronischen Exposition bei Potamopyrgus antipodarum zu einer Reduktion in der Embryonenzahl (mehrfach beobachtete NOEC beider Substanzen: 6,25 mg/kg), ein Effekt, der zunächst nicht von einer toxischen Wirkung unterschieden werden kann. Allerdings scheint sich ein antiöstrogener Wirkmechanismus auf die Schnecken bei den Versuchen zur Mischtoxizität zu bestätigen, da die gleichzeitige Exposition gegenüber BPA und 4-tOP zu einer geringfügigen Aufhebung des Effekts führt. Potamopyrgus reagiert ebenfalls mit einer Reduktion der Embryonenzahl bei der Exposition gegenüber AHTN (mehrfach beobachtete NOEC: 2 mg/kg), zeigt sich aber insensitiv gegenüber der Belastung mit Terbutryn.Die Exposition von Chironomus riparius gegenüber den verschiedenen Substanzen führt bis auf eine Ausnahme zu keinen signifikanten substanzbedingten Beeinträchtigungen. Einzig das s-Triazin Terbutryn verursacht eine hohe Mortalität mit einer NOEC (28 d) von 250 μg/kg. Eine Toxizität auf den Anneliden Lumbriculus variegatus zeigt sich lediglich bei derExposition gegenüber BPA (NOEC: 10 mg/kg; Biomasse, 28 d) und 4-NP (EC10: 6,88 mg/kg; 95% KI: 3,97-11,9; Reproduktion, 28 d). Die durchgeführten Versuche zur Toxizität von Mischungen zeigen eine größere Gefährdung auf als bei Vorliegen der Einzelsubstanzen in Konzentrationen unterhalb ihres Schwellenwertes zu vermuten wäre. Allerdings lassen sich die mit dem Hefe-Assay erzielten Ergebnisse aufgrund großer Variabilitäten zwischen den einzelnen Versuchswiederholungen nicht immer eindeutig mit Hilfe des additiven oder des unabhängigen Modells beschreiben, zeigen dabei jedoch trotzdem ein gegenüber den Einzelsubstanzergebnissen verändertes Risiko auf. Um diesem in der Risikobewertung Rechnung zu tragen, wird ein Verfahrensvorschlag entwickelt, in dem durch zusätzliche Sicherheitsfaktoren für PNECs ein Überschreiten des risikoanzeigenden Werts von 1 des PEC/PNEC-Quotienten einer Mischung verhindert werden kann.
Rezensionen zu: Jörg Lesczenski: 100 Prozent Messer. Die Rückkehr des Familienunternehmens 1898 bis heute ; München 2007, Piper Verlag, ISBN 978-3-492-05085-2, 271 Seiten, gebunden, 24,90 Euro. Clemens Reichel : Vom Verbund zum Konzern. Die Metallgesellschaft AG 1945 – 1975 ; Schriften zur hessischen Wirtschafts- und Unternehmensgeschichte 8, Darmstadt 2008, Hessisches Wirtschaftsarchiv, ISBN 978-3-9804506-9-0, 332 Seiten, gebunden, 32 Euro.
Rezension zu: Ines Stickler : »mainhattanmanhattan – lebensgeschichten aus zwei metropolen« Grußworte: Petra Roth, Oberbürgermeisterin von Frankfurt am Main, und Dr. Hans-Jürgen Heimsoeth, Generalkonsul der Bundesrepublik Deutschland; Frankfurt, B3 Verlag 2008; ISBN 978-3-938783-53-5, 226 Seiten und zahlreiche Abbildungen, 19,90 Euro.
Dass die Stadt seit der Krise des Fordismus nicht mehr als ein eher ausführendes Organ des Wohlfahrtsstaates fungiert, sondern selbst unter Wettbewerbsbedingungen für die Aktivierung endogener Wachstumspotenziale und die Schaffung von Wohlstand und Arbeitsplätzen verantwortlich ist, hat seit längerem unter dem Begriff der „unternehmerischen Stadt“ Einzug in die kritische Stadtforschung erhalten. Gefordert werden aber immer wieder konkrete empirische Untersuchungen im Spannungsfeld zwischen zunehmendem interkommunalem Standortwettbewerb und den lokalen Regulationsformen vor Ort. Stadtpolitik verfügt auch weiterhin über eine relative Autonomie und kann somit durchaus einen Unterschied – beispielsweise in der Ausgestaltung der Sozialpolitik – machen. Als empirisches Ergebnis einer Untersuchung der Transformationsprozesse am Beispiel der Stadt Münster im Bundesland Nordrhein-Westfalen lässt sich festhalten, dass der Wandel zu einem „Unternehmen Münster“ samt den Folgen für benachteiligte Bevölkerungsgruppen nicht etwa kriseninduziert gewesen ist, sondern erstens politisch gewollt und strategisch durchgesetzt wurde. An Hand einer Analyse der diskursiven Deutungsmuster innerhalb der städtischen Verwaltung wird zweitens deutlich, dass das Ideal der unternehmerischen Stadt als hegemoniales Deutungsmuster von den leitenden Akteuren so verabsolutiert und verinnerlicht worden ist, dass sie ihr Handeln auch ohne direkten Zwang primär an dem Ideal der Verbesserung der lokalen Wettbewerbsfähigkeit ausrichten. Die unternehmerischen Stadtumstrukturierungsprozesse haben lokalpolitische Konflikte provoziert. Die daraus resultierenden sozialen Kämpfe konnten zwar die grundsätzliche Transformation zu einer unternehmerischen Stadt und die drastischen Kürzungen im Sozialbereich nicht verhindern, aber auf Grund plebiszitärer Elemente in der nordrheinwestfälischen Kommunalverfassung durchaus Teilerfolge erzielen.