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Sphingolipids are characterized by a broad range of bioactive properties. Particularly, the development of insulin resistance, a major pathophysiological hallmark of Type 2 Diabetes mellitus (T2D), has been linked to ceramide signaling. Since vitamin D supplementation may slow down T2D progression by improving glucose concentrations and insulin sensitivity, we investigated whether vitamin D supplementation impacts on plasma sphingolipid levels in T2D patients. Thus, plasma samples of 59 patients with non-insulin-requiring T2D from a placebo-controlled, randomized, and double-blind study were retrospectively analyzed. Once per week, patients received either 20 drops of Vigantol oil, corresponding to a daily dose of 1904 IU/d vitamin D (verum: n = 31), or a placebo oil consisting of medium chain triglycerides (placebo: n = 28). Blood samples were taken from all of the participants at three different time points: 1) at the beginning of the study (baseline), 2) after 6 months supplementation, and 3) after an additional 6 months of follow-up. Plasma sphingolipids were measured by high-performance liquid chromatography tandem mass spectrometry. At baseline and 6 months follow-up, no significant differences in plasma sphingolipid species were detected between the placebo and verum groups. After 6 months, vitamin D supplementation significantly enhanced plasma C18dihydroceramide (dhCer; N-stearoyl-sphinganine (d18:0/18:0)) and C18ceramide (Cer; N-stearoyl-sphingosine (d18:1/18:0)) levels were observed in the verum group compared to the placebo group. This was accompanied by significantly higher 25-hydroxyvitamin D3 (25(OH)D3) blood levels in patients receiving vitamin D compared to the placebo group. Taken together, vitamin D supplementation induced changes of the C18 chain-length-specific dhCer and Cer plasma levels in patients with T2D. The regulation of sphingolipid signaling by vitamin D may thus unravel a novel mechanism by which vitamin D can influence glucose utilization and insulin action. Whether this acts favorably or unfavorably for the progression of T2D needs to be clarified.
Background: Signal transduction pathways are important cellular processes to maintain the cell’s integrity. Their imbalance can cause severe pathologies. As signal transduction pathways feature complex regulations, they form intertwined networks. Mathematical models aim to capture their regulatory logic and allow an unbiased analysis of robustness and vulnerability of the signaling network. Pathway detection is yet a challenge for the analysis of signaling networks in the field of systems biology. A rigorous mathematical formalism is lacking to identify all possible signal flows in a network model.
Results: In this paper, we introduce the concept of Manatee invariants for the analysis of signal transduction networks. We present an algorithm for the characterization of the combinatorial diversity of signal flows, e.g., from signal reception to cellular response. We demonstrate the concept for a small model of the TNFR1-mediated NF- κB signaling pathway. Manatee invariants reveal all possible signal flows in the network. Further, we show the application of Manatee invariants for in silico knockout experiments. Here, we illustrate the biological relevance of the concept.
Conclusions: The proposed mathematical framework reveals the entire variety of signal flows in models of signaling systems, including cyclic regulations. Thereby, Manatee invariants allow for the analysis of robustness and vulnerability of signaling networks. The application to further analyses such as for in silico knockout was shown. The new framework of Manatee invariants contributes to an advanced examination of signaling systems.
Anticoagulation with warfarin and rivaroxaban ameliorates experimental autoimmune encephalomyelitis
(2017)
Background: In multiple sclerosis, coagulation factors have been shown to modulate inflammation. In this translational study, we investigated whether long-term anticoagulation with warfarin or rivaroxaban has beneficial effects on the course of autoimmune experimental encephalomyelitis (EAE).
Methods: Female SJL/J mice treated with anticoagulants namely warfarin or rivaroxaban were immunized with PLP139–151. Stable anticoagulation was maintained throughout the entire experiment. Mice without anticoagulation treated with the vehicle only were used as controls. The neurological deficit was recorded during the course of EAE, and histopathological analyses of inflammatory lesions were performed.
Results: In preventive settings, both treatment with warfarin and rivaroxaban reduced the maximum EAE score as compared to the control group and led to a reduction of inflammatory lesions in the spinal cord. In contrast, therapeutic treatment with warfarin had no beneficial effects on the clinical course of EAE. Signs of intraparenchymal hemorrhage at the site of the inflammatory lesions were not observed.
Conclusion: We developed long-term anticoagulation models that allowed exploring the course of EAE under warfarin and rivaroxaban treatment. We found a mild preventive effect of both warfarin and rivaroxaban on neurological deficits and local inflammation, indicating a modulation of the disease induction by anticoagulation.
In der vorliegenden dreiteiligen Studie werden Mongolische Wüstenrennmäuse untersucht, deren Hörspektren im tieffrequenten Bereich und deren Unterscheidungsfähigkeiten von Kommunikationsrufen denen des Menschen ähneln. Die extrazelluläre Aktivität im primären auditorischen Kortex (AI) der narkotisierten Versuchstiere, evoziert durch Reintöne und arteigene Kommunikationsrufe, wird in der linken (LH) und rechten Gehirnhemisphäre (RH) aufgenommen. Es werden Multikanalelektroden (16 Eingangskanäle) verwendet, welche eine simultane Aufnahme der neuronalen Aktivitäten aller kortikalen Schichten ermöglichen. Zur Analyse der neuronalen Mechanismen werden Wellenformen einzelner Elektrodenkanäle und Aktivitätsprofile, bestehend aus den Wellenformen aller Elektrodenkanäle in einem Zeitfenster von 600 ms, auf Ebene von Aktionspotentialen (MUA), lokalen Feldpotentialen (LFP) und Current-source-density (CSD) Analysen, untersucht. Während MUAs die neuronalen Aktionspotentiale im Nahfeld der Elektrode reflektieren, umfassen die LFPs die summierten Potentiale (inhibitorisch und exzitatorisch) von Neuronen eines größeren Areals. Die CSDs hingegen werden durch die Integration von LFP-Wellenformen benachbarter, linear angeordneter Elektrodenkanäle berechnet und ermöglichen so eine Lokalisation der Ursprünge geräuschspezifischer Aktivitätsflüsse.
Im ersten Teilprojekt werden CSD-Profile in Antwort auf unterschiedliche Reintöne untersucht, um die Aktivitätskomponenten, die so genannten Sinks, für weiterführende Analysen zu quantifizieren. Es können zwei primäre (s1 und s2), drei mittlere (s3-s5) und vier späte (s6-s9) Sinks in einem Zeitfenster von 600 ms definiert werden. Eine Veränderung der Stimulusfrequenz eine Oktave über und unter der charakteristischen Frequenz (CF), beziehungsweise des Lautstärkepegels = 24 dB über der minimalen Schwelle, führt zu qualitativen Veränderungen in der CSD-Profilstruktur. Die Sink s7 wird durch Stimuli mit niedrigem Lautstärkepegel weniger verlässlich evoziert, wohingegen die Sink s9 bei Stimuli eine Oktave über der CF verlässlicher evoziert wird. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass im AI die spektralen Informationen eine Oktave über und unter der CF asymmetrisch integriert werden.
Auf Einzelschichtebene konnte bereits gezeigt werden, dass spektrotemporale Eigenschaften von Stimuli durch MUAs schlechter reflektiert wurden als durch LFPs, was vermutlich eine direkte Konsequenz der unterschiedlichen Ursprünge der Signaltypen ist. Daher werden im zweiten Teilprojekt die spezifischen Unterschiede der MUA-, LFP- und CSD-Antworten auf Ebene kortikaler Schichten und kompletter laminarer Profile untersucht, um die Unterschiede und den Informationsgehalt der drei Signaltypen zu charakterisieren. Signifikante Unterschiede, welche durch zwei Reintöne und sieben Kommunikationssignale evoziert werden, können verstärkt im mittleren und späten Latenzbereich und in granulären und infragranulären Schichten vorgefunden werden. Der Grad der Rufspezifizität ist in LFP und CSD-Antworten im Vergleich zu demjenigen in MUA-Antworten größer. Die Segregationsleistung ist im Vergleich zu einzelnen kortikalen Schichten in den von kortikalen Kolumnen abgeleiteten laminaren Profilen um den Faktor 1,8-2,6 erhöht. Die Neuronenpopulationen einzelner kortikaler Kolumnen sind vermutlich wichtig für die Kodierung von Geräuschen, welche sich in ihren spektrotemporalen Eigenschaften unterscheiden.
Viele vorangegangene Studien konnten zeigen, dass die Gehirnhemisphären akustische Signale asymmetrisch verarbeiten. Daher werden im dritten Hauptteil die laminaren Profile der LH und RH quantitativ und statistisch verglichen. Die MUA-, CSD-Profile und im geringeren Maße auch die LFP-Profile zeigen systematische Unterschiede auf signifikantem Niveau in der Dauer, Onset Latenz und vertikalen Ausdehnung bestimmter Aktivitäten. Kommunikationsrufe evozieren in der LH, welche beim Menschen auf Sprachstimuli spezialisiert ist, im Vergleich zur RH komplexere CSD-Profile. Die neuronale MUA-, LFP- und CSD-Aktivitätsstärke ist in der RH für weniger komplexe Stimuli teilweise signifikant erhöht. Die Asymmetrie in der Auftrittsverlässlichkeit der Sink s6 lässt vermuten, dass sich die intrakolumnäre Vernetzung in Schicht VIa zwischen der LH und RH unterscheidet. Die wenigen, signifikanten und nicht systematischen Unterschiede zwischen den Sink-Parametern der LH und RH nach kortikaler Ausschaltung mit dem GABAA-Rezeptor Agonist Muscimol weisen darauf hin, dass die Hemisphärenasymmetrie durch Prozesse des ipsilateralen Kortex maßgeblich beeinflusst wird.
Ziel: Ziel dieser Arbeit ist es, mittels einer sozioökonomischen und demografischen Analyse der Praxis-Umfelder der Vertragsärzte und -psychotherapeuten festzustellen, ob innerhalb des Stadtgebietes Stuttgarts soziale Ungleichheiten beim Zugang zu ambulanter medizinischer Versorgung bestehen. Den Schwerpunkt bildet die Analyse der verschiedenen Fachgebiete. Des Weiteren werden die Geschlechterverteilung und die Fremdsprachen¬kenntnisse der Vertragsärzte und –psychotherapeuten sowie die Barrierefreiheit der Praxen in Bezug auf verschiedene Sozialindikatoren untersucht.
Methodik: Nach Bereinigung der Zweigpraxen und Nebenbetriebsstätten wurden die Daten von 1662 Vertragsärzten und –psychotherapeuten und 142 Apotheken in Stuttgart in die Analysen miteinbezogen. Jedem Eintrag wurden über die Adresse die dem jeweiligen Stadtteil zugehörigen Werte ausgewählter sozioökonomischer und demografischer Indikatoren zugeordnet. Sortiert nach den der Bedarfsplanung entsprechenden Fachgebietskategorien wurden die Sozialindikatorenwerte deskriptiv und mit dem Kruskal-Wallis-Test mit Dunn-Post-Test statistisch analysiert. Für die Analyse der Fremdsprachenkenntnisse wurde derselbe Test ausgewählt. Die statistische Analyse der Geschlechter-verteilung unter den Vertragsärzten und –psychotherapeuten sowie der Barrierefreiheit der Praxen erfolgte bei vorliegender Varianzhomogenität der Wertepaare eines Sozialindikators mittels unpaired t-test, ansonsten mittels Mann-Whitney-Test. In der abschließend durchgeführten linearen Regressions¬analyse wurden die Distanz zum Stadtzentrum sowie die Einwohnerzahl der Stadtteile als mögliche Störfaktoren untersucht.
Ergebnisse: Der Kinderanteil in den Praxis-Umfeldern der Kinder- und Jugendpsychotherapeuten ist zwar signifikant höher als in den Praxis-Umfeldern der anderen Ärzte und Psychotherapeuten, er bleibt aber ebenso wie der Kinderanteil in den Praxis-Umfeldern der Kinder- und Jugendmediziner unter dem Mittelwert aller Stadtteile. Der Anteil an Senioren liegt dagegen in allen Praxis-Umfeldern über dem stadtweiten Mittelwert. Zusätzlich weisen die Praxis-Umfelder der Fachgebiete mit einem hohen Demografie-Faktor mit Ausnahme der Internisten auch einen hohen Seniorenanteil auf. In Bezug auf die Arbeitslosenquote weichen die Praxis-Umfelder der Kinder- und Jugendpsychotherapeuten signifikant von der Gesamt-Gruppe ab. Sie liegen ebenso wie die Kinder- und Jugendmediziner unter dem stadtweiten Mittelwert. Aufgrund geografischer Überschneidungen zeigt sich bei der Analyse des Anteils an Einwohnern mit Migrationshintergrund in den Praxis-Umfeldern ein ähnliches Bild. Neben den Kinder- und Jugendpsychotherapeuten weisen hier auch die Praxis-Umfelder der medizinischen und psychologischen Psychotherapeuten einen signifikant geringeren Migrationsanteil auf. In den Praxis-Umfeldern der Ärzte und Psychotherapeuten mit Türkisch- bzw. Russischkenntnissen zeigt sich kein signifikant höherer Anteil an Einwohnern mit Migrationshintergrund. Während die Hausärzte und Apotheken sich breiter über das Stadtgebiet verteilen, praktizieren die Fachärzte gehäuft in urbaneren innenstadtnahen Stadtteilen. Ein Großteil der barrierefreien Praxen befindet sich im Stadtzentrum oder nördlich davon, in ländlicheren Stadtteilen mit höheren Seniorenanteilen gibt es signifikant weniger barrierefreie Praxen.
Schlussfolgerungen: Während sich die Ärzte der meisten Fachgebiets-kategorien dem Mehrbedarf an medizinischen Versorgungsleistungen in Stadtteilen mit hohem Seniorenanteil entsprechend verteilen, könnten vor allem die Kinder in Stadtteilen mit einem hohen Kinderanteil bei der ambulanten medizinischen Versorgung benachteiligt sein. Auffällig ist die innerhalb des Stadtgebietes bestehende Segregation bezüglich der Arbeitslosenquote und dem Migrationsanteil. Eine Benachteiligung beim Zugang zu den Psychotherapeuten der verschiedenen Fachgebietskategorien fällt in diesen Stadtteilen besonders ins Gewicht. Zudem gibt es Hinweise darauf, dass die Einwohner ländlicherer Stadtteile beim Zugang zu verschiedenen Fachärzten sowie zu barrierefreien Praxen benachteiligt sind. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Kriterien der aktuellen Bedarfsplanung nicht ausreichen, um soziale Ungleichheiten in der ambulanten medizinischen Versorgung zu verhindern. Mögliche Ansatzpunkte zur Verbesserung der Versorgungslage könnten eine weitere Untergliederung großer Planungsbereiche oder die einheitliche Aufnahme regionaler bzw. sozioökonomischer Merkmale in die Bedarfsplanung sein.
The adult mammalian heart is unable to regenerate lost myocardial tissue after injury. In contrast, some lower vertebrates including zebrafish are able to undergo complete epimorphic regeneration following multiple types of cardiac injury. During the process of regeneration, spared zebrafish cardiomyocytes in the vicinity of the injured area undergo dedifferentiation and proliferation, thereby giving rise to new cardiomyocytes which replace the injured muscle. Insights into the molecular networks controlling these regenerative processes might help to develop novel therapeutic strategies to restore cardiac performance in humans.
While TGF-β signaling has been implicated in zebrafish cardiac regeneration, the role of individual TGF-β ligands remains to be determined. Here, I report the opposing expression response of two TGF-β ligand genes, mstnb and inhbaa, during zebrafish heart regeneration. Using gain- and loss-of-function approaches, I show that these ligands exert opposite effects on cardiac regeneration and specifically on cardiomyocyte proliferation. Notably, I show that overexpression of mstnb and loss of inhbaa negatively regulate cardiomyocyte proliferation and therefore disturb cardiac regeneration. In contrast, loss of mstnb and activation of inhbaa not only promote physiological cardiomyocyte proliferation but also enhance cardiac regeneration. I also identify Inhbaa as a mitogen which promotes cardiomyocyte proliferation independent of the well-established Nrg-ErbB signaling. Mechanistically, I unraveled that Mstnb and Inhbaa function through alternate Activin type 2 receptor complexes to control the activities of the signal transducers, Smad2 and Smad3, thereby regulating cardiomyocyte proliferation.
Altogether, I reveal novel and unidentified opposite functions of two TGF-β ligands during cardiac development and regeneration, resulting in a pro-mitogenic as well as an anti-mitogenic effect on cardiomyocytes. This study should therefore stimulate further research on targeting specific TGF-β family members to generate novel regenerative therapeutic strategies.
Hintergrund: ei der Behandlung des lokal-begrenzten PCa stellen die radikale Prostatektomie sowie die definitive Radiotherapie den aktuellen Therapiestandard dar. Die Effektivität der High-Dose-Rate(HDR)-Brachytherapie (BRT) als Monotherapie in der kurativen Behandlung des lokalisierten PCa wird im Zusammenhang mit aktuellen Literaturdaten bekräftigt. Die vorliegende Arbeit berichtet die onkologischen Ergebnisse sowie der Langzeittoxizität eines 3-Implantat-Protokolls mittels alleiniger HDR-BRT in der Behandlung von Patienten mit lokal-begrenztem Prostatakarzinom.
Patienten und Methoden: Von Februar 2008 bis Dezember 2012 wurden 450 konsekutive Patienten mit klinisch lokalisiertem Prostatakarzinom mit einer HDR-Monotherapie behandelt. Alle Patienten erhielten drei transperineale Einzel-Fraktion-Implantate von 11, 5 Gy, die an ein intraoperatives echtzeit-transrektales ultraschall-definiertes Planungsbehandlungsvolumen bis zu einer physikalischen Gesamtdosis von 34,5 Gy mit interfraktionärem Intervall von 21 Tagen appliziert wurden. Das biochemische Versagen wurde gemäß der Phoenix Consensus Criteria und die urogenitale/gastrointestinale Toxizität unter Verwendung der Common Toxicity Criteria for Adverse Events Version 3.0 definiert.
Ergebnisse: Die mediane Nachbeobachtungszeit betrug 56,3 Monaten (4,4-91,7 Monate). Die 60- und 90-monatigen Gesamtüberlebensraten, die biochemische Kontrolle und die metastasenfreien Überlebensraten betrugen 96 %, 95 %, 99 % bzw. 94 %, 92 % und 97 %. Die Toxizität wurde pro Ereignis erfasst. Späte Grad-2- und 3-urogenitalen Komplikationen traten bei 14,2 % bzw. 0,8 % der Patienten auf. Ein Patient zeigte Inkontinenz Grad 4, welche mittels permanenter Urostomie behandelt werden musste. Späte Grad-2-gastrointestinale Toxizität betrug 0,4 % und keine Instanzen von Grad-3 oder höherer Spätfolgen wurden gemeldet.
Schlussfolgerung: Unsere Ergebnisse bestätigen die HDR-Brachytherapie als eine sichere und effektive monotherapeutische Behandlungsmethode für klinisch lokalisierten Prostatakrebs.
Die humane 5-LO ist das Schlüsselenzym in der LT-Biosynthese. LTs sind wichtige Entzündungsmediatoren und sind in einer Vielzahl von Krankheiten involviert, u. a. Asthma, Atherosklerose, rheumatische Arthritis, Sepsis, allergischen Reaktionen und in vielen Krebsarten. Die Struktur der 5-LO besteht aus 673 Aminosäuren und besitzt ein Molekulargewicht von 78 kDa. Sie ist in zwei Domänen unterteilt: die kleinere C2-ähnliche regulatorische Domäne (C2ld) und der größeren katalytischen Domäne. Die 5-LO besitzt NIS und NES, die für die zelluläre Lokalisation der 5-LO verantwortlich sind. Außerdem wird die Lokalisation noch von Phosphorylierungsstellen reguliert, die auf der katalytischen Domäne identifiziert werden konnten. 2011 konnten Häfner et al. zeigen, dass die 5-LO in der Lage ist Homodimere zu bilden.
Wie für die meisten anderen humanen Gene konnten auch bei der 5-LO alternative Spleißvarianten identifiziert werden. Schon 1992 konnten die ersten unterschiedlich gesüleißten Transkripte in Hirntumoren und differenzierten HL-60-Zellen gefunden werden. Später konnten weitere Isoformen in verschiedenen Zelllinien entdeckt werden.
In der vorliegenden Arbeit wurden die alternativen Spleißvarianten 5-LO∆13, 5-LO∆4 und 5-LOp12 untersucht und charakterisiert. Auf mRNA-Ebene wurde die Expression des 5-LO-WT und deren Isoformen sowohl in B- und T-Zelllinien als auch primären B- und T-Zellen, monozytären Zelllinien und primäre Monozyten aus Patientenproben (RA und Sepsis) untersucht. Es wurde festgestellt, dass das Expressionsprofil der 5-LO-Varianten zellspezifisch ist. Im Vergleich zu den T-Zellen konnte in B-Zelllinien ein höheres Expressionslevel detektiert werden. Des Weiteren zeigte sich interessanterweise ein stark erhöhtes Expressionslevel in primären Monozyten von RA- und Sepsis-Patienten.
Untersuchungen der 5-LO-Aktivität ergaben unterschiedliche Ergebnisse, abhängig von der Transfektionsmethode. Als transiente Transfektion diente die Calciumphosphat-Methode. Für die stabile Integration der HEK293T-Zellen wurde die Sleeping Beauty-Methode gewählt. Hierfür wurden Proteine mit einem GFP bzw. mCherry-Tag (GFP-5-LO-WT, mCherry∆13, mCherry∆4, mCherryp12) verwendet, um diese mittels Konfokalmikroskop visualisieren zu können. Nach transienter Transfektion konnte eine Inhibition der 5-LO-Aktivität nach Kotransfektion mit jeweils einer Isoform gemessen werden. Nach stabiler Integration jedoch zeigte sich eine Steigerung der 5-LO-Produktbildung. Mit Hilfe von Western Blots wurden Expressionskontrollen angefertigt und die Menge des 5-LO-WT quantifiziert. In transient transfizierten Zellen wurde eine Erniedrigung der Expression des 5-LO-WT bestimmt, wohingegen in stabil integrierten Zellen ein Anstieg des 5-LO-WT als auch der Isoformen beobachtet werden konnte. Einerseits könnte dies einem Artefakt der Transfektionmethode zugrunde liegen, andererseits könnte es ein Hinweis darauf sein, dass sich die Proteine gegenseitig in ihrer Expression beeinflussen.
Ebenso wurde die Lokalisation der 5-LO und deren Isoformen untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die 5-LO überwiegend im Zellkern lokalisiert ist, während alle alternativen Protein-Isoformen im Zytosol zu finden waren. Durch Ionophor-Behandlung wurde eine Translokation des 5-LO-WT an die Kernmembran detektiert, die Isoformen verblieben im Zytosol. Überraschenderweise konnte beobachtet werden, dass die Spleißvariante 5-LO∆13 mit höherer Ionophor-Konzentration ebenso in der Lage ist an die Kernmembran zu translozieren. Um eine mögliche Interaktion der 5-LO mit den Isoformen zu untersuchen, sollten alle Proteine im selben Zellkompartiment lokalisiert sein. Dafür wurden verschiedene Stimuli und Mutationen getestet. Mit der Mutante GFP-5-LO-S271A und dem Stressstimulus Sorbitol und den CaMKII/p38-Inhibotoren KN-93/SB203580 konnte eine Translokation in das Zytosol erreicht werden. Die Ergebnisse der anschließenden Aktivitätsassays zeigten, dass die Isoformen keinen Einfluss auf die Aktivität der 5-LO ausüben.
Des Weiteren wurden die Phosphorylierungen an S523 und S271 von 5-LO-WT, 5-LO∆13, 5-LO∆4 und 5-LOp12 untersucht. Es wurde herausgefunden, dass die 5-LO-Proteine unterschiedliche Phosphorylierungsmuster aufweisen. Während 5-LO-WT und 5-LO∆4 eine schwache Phosphorylierung an S271 aufzeigen, konnte eine starke Phosphorylierung der 5-LO∆13 und 5-LOp12 detektiert werden. Im Vergleich dazu zeigte lediglich die Isoform 5-LOp12 eine sehr starke Bande an der Phosphorylierungsstelle S523. Bei beiden Phosphorylierungen konnten deutlich stärkere Signale nach Kotransfektion gemessen werden. Durch Klonierung eines P2A-Linkers zwischen 5-LO und des GFP-Tags, konnten die Isoformen vom 5-LO-WT in Western Blots voneinander getrennt werden. Dies zeigte, dass es zu einer Hochregulation der Expression der alternativen 5-LO-Varianten nach Kotransfektion mit dem WT führte, aber auch, dass die stärkere Phosphorylierung nach Kotransfektion unabhängig von der Proteinmenge ist.
Der brain-derived neurotrophic factor (BDNF) ist ein in jüngerer Vergangenheit vielfach untersuchter Wachstumsfaktor. Dies liegt zum einen daran, dass der BDNF mit unterschiedlichen neurologischen Erkrankungen – wie dem Morbus Parkinson – in Verbindung gebracht wird (SCALZO et al., 2010; ZUCCATO & CATTANEO, 2009), zum anderen an der Tatsache, dass für den BDNF ein entgegenwirkender Effekt der diesen neurologischen Erkrankungen zugrundeliegenden neurodegenerativen Prozesse nachgewiesen wurde (DECHANT & NEUMANN, 2002). Erkenntnisse der sportmedizinischen und sportwissenschaftlichen Forschung zeigen dabei, dass eine sportliche Betätigung zu einer vermehrten Expression des BDNF führen kann, wobei allgemein dynamische und über einen längeren Zeitraum ausgeführte Aktivitäten (bspw. Ausdauertraining) die größten positiven Effekte auf die Expression des BDNF zu haben scheinen (KNAEPEN, GOEKINT, HEYMAN & MEEUSEN, 2010). In Anbetracht der den Morbus Parkinson begleitenden Kardinalsymptome, welche Einschränkungen der motorischen Leistungsfähigkeit als Folge haben, ist jedoch gerade eine solche andauernde Aktivität eine oftmals mit diesem Patientenkollektiv nicht umzusetzende Trainingsmaßnahme. Die Stochastische Resonanztherapie (SRT), als zunächst nur passive Trainingsmaßnahme, welche über applizierte Vibrationen zu Muskelkontraktionen führt (HAGBARTH & EKLUND, 1966) wurde bereits mit einer vermehrten Expression neurotropher Faktoren bzw. des BDNF in Verbindung gebracht (HAAS, TURBANSKI, KESSLER & SCHMIDTBLEICHER, 2006). Diese Annahme beruhte dabei auf lediglich theoretischen Überlegungen, welche wissenschaftlichen jedoch noch nicht untersucht wurden. Neben der Betrachtung der SRT als potentielle Therapiemaßnahme für Parkinson-Patienten konnten interessante Forschungsarbeiten vergangener Jahre zeigen, dass ein Training unter Blutflussrestriktion (engl.: blood-flow-restriction; BFR) zu einer positiven Beeinflussung bspw. der motorischen Kraft führt, hierfür im Vergleich zu einem Hypertrophietraining jedoch deutlich geringere Intensitäten (1RM) notwendig sind (ELLEFSEN et al., 2015; FAHS et al., 2015; LAURENTINO et al., 2012). Diese Entdeckung ist dabei für Parkinson-Patienten interessant, so dass dieses Patientenklientel trotz einer geringer notwendigen Belastung adäquate Krafttrainingsreize appliziert bekommen kann.
Die Primärfragestellung der vorliegenden Studie war zum einen die Wirkung der SRT auf den BDNF (ad-hoc-Messung), zum anderen wurde der Sekundärfragestellung nachgegangen, ob durch ein 8-wöchiges SRT-Training eine Verbesserung auch funktioneller Parameter erzielt werden kann (Langzeiteffekt/-messung). Bezüglich der Sekundärfragestellung wurde im pre-post-Testdesign die Wirkung der SRT auf die isometrische Maximalkraft, die posturale Stabilität und den Timed-up-and-go-Test (TUG-Test) untersucht. Sowohl die Primär- als auch die Sekundärfragestellung beinhalteten neben der reinen SRT-Anwendung (SRT*) auch eine Integration der BFR (SRT*+BFR). Um Placebo-Effekte möglichst auszuschließen, wurde beiden Gruppen jeweils eine Kontrollgruppe gegenübergestellt.
An der Studie nahmen insgesamt 30 Personen mit Morbus Parkinson teil (Hoehn & Yahr 2-4). Im Ergebnis zeigte sich, dass – zunächst auf die Primärfragestellung (BDNF) bezogen – sowohl die SRT*-Intervention, als auch die SRT*+BFR-Intervention zu einer hochsignifikanten Erhöhung des BDNF führte. Im Intergruppenvergleich wiesen beide Interventionsgruppen im Vergleich zur KG eine sich signifikant unterscheidende Anpassung der BDNF-Expression auf. Im Vergleich beider Interventionsgruppen konnte dagegen keine unterschiedliche Beeinflussung des BDNF identifiziert werden. Bezüglich der Sekundärfragestellung konnte für die isometrische Maximalkraft lediglich für SRT*+BFR eine signifikante Kraftsteigerung nachgewiesen werden. Im Intergruppenvergleich zeigte sich diese als signifikant unterschiedlich zur Beeinflussung der isometrischen Maximalkraft in der KG, wohingegen kein Unterschied zwischen der SRT*+BFR und SRT* als auch der SRT* und der KG identifiziert werden konnte. Während für die posturale Stabilität in Parallelstellung sowohl im Intragruppen- als auch im Intergruppenvergleich keine signifikante Beeinflussung der SRT* und SRT*+BFR gemessen werden konnte, zeigte sich in Schrittstellung eine signifikante Veränderung der SRT*, wobei diese eine Verschlechterung der posturalen Stabilität darstellte. Im Intergruppenvergleich zeigte sich ein signifikanter Unterschied zwischen SRT* und SRT*+BFR, wobei SRT*+BFR zu einer Verbesserung der posturalen Stabilität geführt hat, diese jedoch keine statistische Signifikanz aufwies. SRT* und SRT*+BFR unterschieden sich im Vergleich zur KG dagegen nicht signifikant. Die Messung der Gangleistung (TUG-Test) zeigte überraschenderweise lediglich für die KG eine signifikante Verbesserung auf, wobei SRT* und SRT*+BFR ebenfalls zu einer Verbesserung im TUG-Test geführt haben, welche jedoch den Nachweis einer statistischen Signifikanz verpassten. Durch die gleichgerichtete Anpassung zeigte sich abschließend im Intergruppenvergleich keine statistisch signifikante Unterscheidung der Gruppen.
Zusammengefasst zeigte die SRT tendenziell die Möglichkeit einer positiven Beeinflussung des BDNF auf, welche durch die additive BFR leicht erhöht werden konnte. Bezüglich der motorischen Parameter ergaben sich heterogene Ergebnisse, so dass nicht von einer generellen positiven Wirkung der SRT ausgegangen werden kann. Zu beobachten war jedoch, dass die zusätzliche BFR in allen Einzeltests – wenn auch nicht immer statistisch signifikant – zu ausschließlich positiven Anpassungen geführt hat.