Windkanalstudien zum Graupelwachstum und Bestimmung von Retentionskoeffizienten verschiedener Spurengase während der Bereifung

Am vertikalen Windkanal der Johannes Gutenberg-Universität Mainz wurden physikalische und chemische Bereifungsexperimente durchgeführt. Dabei lagen die Umgebungstemperaturen bei allen Experimenten zwischen etwa -15 und -5°C und der Flüssigwassergehalt erstreckte sich von 0,9 bis etwa 1,6g/m³, typische Bedingungen für Mischphasenwolken in denen Bereifung stattfindet. Oberflächentemperaturmessungen an wachsenden hängenden Graupelpartikeln zeigten, dass während der Experimente trockene Wachstumsbedingungen herrschten.rnZunächst wurde das Graupelwachstum an in einer laminaren Strömung frei schwebenden Eispartikeln mit Anfangsradien zwischen 290 und 380µm, die mit flüssigen unterkühlten Wolkentröpfchen bereift wurden, studiert. Ziel war es, den Kollektionskern aus der Massenzunahme des bereiften Eispartikels und dem mittleren Flüssigwassergehalt während des Wachstumsexperimentes zu bestimmen. Die ermittelten Werte für die Kollektionskerne der bereiften Eispartikel erstreckten sich von 0,9 bis 2,3cm³/s in Abhängigkeit ihres Kollektorimpulses (Masse * Fallgeschwindigkeit des bereifenden Graupels), der zwischen 0,04 und 0,10gcm/s lag. Bei den Experimenten zeigte sich, dass die hier gemessenen Kollektionskerne höher waren im Vergleich mit Kollektionskernen flüssiger Tropfen untereinander. Aus den aktuellen Ergebnissen dieser Arbeit und der vorhandenen Literaturwerte wurde ein empirischer Faktor entwickelt, der von dem Wolkentröpfchenradius abhängig ist und diesen Unterschied beschreibt. Für die untersuchten Größenbereiche von Kollektorpartikel und flüssigen Tröpfchen können die korrigierten Kollektionskernwerte in Wolkenmodelle für die entsprechenden Größen eingebunden werden.rnBei den chemischen Experimenten zu dieser Arbeit wurde die Spurenstoffaufnahme verschiedener atmosphärischer Spurengase (HNO3, HCl, H2O2, NH3 und SO2) während der Bereifung untersucht. Diese Experimente mussten aus technischen Gründen mit hängenden Eispartikeln, dendritischen Eiskristallen und Schneeflocken, bereift mit flüssigen Wolkenlösungströpfchen, durchgeführt werden.rnDie Konzentrationen der Lösung, aus der die Wolkentröpfchen mit Hilfe von Zweistoffdüsen erzeugt wurden, lagen zwischen 1 und 120mg/l. Für die Experimente mit Ammoniak und Schwefeldioxid wurden Konzentrationen zwischen 1 und 22mg/l verwendet. Das Schmelzwasser der bereiften hängenden Graupel und Schneeflocken wurden ionenchromatographisch analysiert und zusammen mit der bekannten Konzentration der bereifenden Wolkentröpfchen konnte der Retentionskoeffizient für jeden Spurenstoff bestimmt werden. Er gibt die Menge an Spurenstoff an, die bei der Phasenumwandlung von flüssig zu fest in die Eisphase übergeht. Salpetersäure und Salzsäure waren nahezu vollständig retiniert (Mittelwerte der gesamten Experimente entsprechend 99±8% und 100±9%). Für Wasserstoffperoxid wurde ein mittlerer Retentionskoeffizient von 65±17% bestimmt. rnDer mittlere Retentionskoeffizient von Ammoniak ergab sich unabhängig vom Flüssigwassergehalt zu 92±21%, während sich für Schwefeldioxid 53±10% für niedrige und 29±7% für hohe Flüssigphasenkonzentrationen ergaben. Bei einigen der untersuchten Spurenstoffe wurde eine Temperaturabhängigkeit beobachtet und wenn möglich durch Parametrisierungen beschrieben.rn

Untersuchung zur endogenen Bildung von oxidativen DNA-Schäden in vivo und in vitro

In dieser Arbeit sollte der Einfluss einer Überproduktion von humaner Superoxiddismutase 1 (hSOD1) auf die Spiegel der DNA-Schäden in verschiedenen Geweben von transgenen Mäusen untersucht werden. Tiere die eine Defizienz des Ogg1- und Csb- Proteins aufweisen und deshalb oxidative Purinmodifikationen nicht oder nur schwer reparieren können, akkumulieren 8-oxoG im Laufe ihres Lebens (Osterod, et al. 2001). Aus diesem Grund sind diese ein gutes Modell, um protektive Eigenschaften von Antioxidantien wie z.B. Substanzen oder Enzymen zu untersuchen. Fusser, et al. 2011 konnten beispielsweise zeigen, dass das pflanzliche Polyphenol Resveratrol die endogenen Spiegel an 8-oxoG sowie die spontanen Mutatiosraten im Lac I - Gen senken kann. Um den Einfluss von hSOD1 in vivo zu untersuchen, wurden in zwei Zuchtschritten 4 Mausgenotypen generiert, nämlich (Csb -/- Ogg1 -/- und Csb +/- Ogg1 +/- Mäuse jeweils mit ohne hSOD1 Überexpression). Diese wurden in verschiedenen Altersstufen auf die Basalspiegel an oxidativen Schäden (Einzelstrangbrüche und Fpg-sensitive Läsionen) in der Leber, der Niere und der Milz untersucht. Die Genotypen wurden zunächst charakterisiert und die hSOD1-Überexpression mittels qRT-PCR, Western Blot und Enzymaktivitätsbestimmung verifiziert. Es konnte an diesen Tieren erstmalig gezeigt werden, dass SOD die Generierung von DNA-Schäden in vivo mit zunehmendem Alter der Tiere senkt und dass deshalb Superoxid eine der reaktiven Sauerstoffspezies ist, die unter physiologischen Bedingungen für die DNA-Schäden verantwortlich ist. Außerdem kann ein möglicher toxischer Effekt der Überproduktion von SOD ausgeschlossen werden. Erhöhte Spiegel an oxidativen DNA-Schäden durch womöglich erhöhte Spiegel an H2O2 konnten in dieser Studie nicht beobachtet werden. Eine Messung der Genexpression anderer antioxidativer Enzyme wie Katalase, SOD2 und SOD3, GPX oder HO1 sind an diesem Effekt nicht beteiligt. Auch konnte kein Einfluss des redoxsensitiven Transkriptionsfaktors Nrf2 gezeigt werden. rnUm mögliche Quellen der für die oxidativ gebildeten DNA-Schäden verantwortlichen ROS zu identifizieren, wurde der Einfluss des Dopaminstoffwechsels untersucht. Während des Dopaminmetabolismus werden intrazellulär Reaktive Sauerstoffspezies (H2O2 und O2.-) gebildet und tragen sehr wahrscheinlich zur Entstehung von neurodegenerativen Erkrankungen wie Parkinson bei. In dem gängigen Parkinson-Zellkulturmodell SH-SY5Y konnte keine Erhöhung von oxidativen Schäden in nukleärer DNA nach Dopaminbehandlung nachgewiesen werden. Eine Überexpression der Dopaminmetabolisierenden Enzyme MAO-A und MAO-B zeigen bei niedrigen Dosen Dopamin eine leichte jedoch nicht signifikante Erhöhung der Fpg-sensitiven Modifikationen. Die Überproduktion des Dopamintransporters zeigte keinen Effekt nach Dopaminzugabe. Es kann geschlussfolgert werden, dass durch erhöhte MAO-A und MAO-B endogen ROS gebildet werden, die die Bildung Fpg-sensitiver Läsionen hervorrufen. Bei hohen Dosen und langer Inkubationszeit steht die Dopaminautoxidation, anschließende Neuromelaninbildung und als Konsequenz Apoptose im Vordergrund.rn

Untersuchung von Einflussfaktoren zur Ortsbruststabilität und Vortriebsgeschwindigkeit beim Tunnelbau im Rheinischen Schiefergebirge

Zusammenfassung Der ca. 1.555 m lange Tunnel Fernthal wurde von 1998 bis 2000 im Zuge der Bundesbahn-Neubaustrecke Köln – Rhein/Main erstellt. Der Tunnel durchquert devonische Schichten des Rechtsrheinischen Schiefergebirges. Die Ton- und Sandsteine sind tiefgründig verwittert, intensiv verfaltet mit wechselnden Vergenzen der Faltenschenkel und zudem stark durch Trennflächen zerlegt. Beim Auffahren des Tunnel Fernthal sind Phänomene in Bezug auf die Wechselwirkung zwischen dem Grundwasser und dem Tunnel sowie dem Fels und dem Tunnel beobachtet worden, die vom Verfasser der vorliegenden Arbeit im Nachgang der Baumaßnahme vertieft ausgewertet und interpretiert werden.Innerhalb von zwanzig strukturgeologischen Homogenbereichen wurden die geotechnisch und strukturgeologisch bestimmenden Einflussfaktoren (z.B. ungünstig zum Hohlraum einfallende Schichtung oder Querklüftung mit hohem Durchtrennungsgrad) im Hinblick auf Ihre Auswirkung auf die Sicherung der Ortsbrust und damit die Vortriebsgeschwindigkeit quantifiziert. Über das Produkt der den Vortrieb bestimmenden Einzelfaktoren wurde für den jeweiligen Homogenbereich ein Gesamteinflussfaktor errechnet.Aus dem neu eingeführten Gesamteinflussfaktors fn gesamt lassen sich dabei Empfehlungen über die notwendigen Sicherungsmaßnahmen im Bereich der Ortsbrust ableiten und Einteilungen in Ausbruchsklassen vornehmen. Über die Bewertungsmatrix und den sich daraus ergebenen Gesamteinflussfaktor können reduzierte Vortriebsgeschwindigkeiten ausgehend von einer 'idealen' Vortriebsgeschwindigkeit näherungsweise errechnet werden. Mithilfe der Bewertungsmatrix lässt sich die bautechnischen Eigenschaften des Gebirges besser bewerten. So zeigt sich im Rahmen dieser Arbeit deutlich, dass es bei einem vergenten Faltengebirge günstiger ist, den Tunnel gegen die Vergenz von Faltenschenkeln aufzufahren. Somit können schon im Vorfeld einer Tunnelbaumaßnahme verschiedene Vortriebsschemata durchrechnet werden. Neben der besseren Prognose von notwendigen Sicherungsmaßnahmen kann durch den Zeitgewinn auch ein finanzieller Vorteil für die Beteiligten entstehen.

Effects of TLR agonists on the hypoxia-regulated transcription factor HIF-1alpha and dendritic cell maturation under normoxic conditions

Dendritic cells (DC) are professional antigen presenting cells that represent an important link between innate and adaptive immunity. Danger signals such as toll-like receptor (TLR) agonists induce maturation of DC leading to a T-cell mediated adaptive immune response. In this study, we show that exogenous as well as endogenous inflammatory stimuli for TLR4 and TLR2 induce the expression of HIF-1alpha in human monocyte-derived DC under normoxic conditions. On the functional level, inhibition of HIF-1alpha using chetomin (CTM), YC-1 and digoxin lead to no consistent effect on MoDC maturation, or cytokine secretion despite having the common effect of blocking HIF-1alpha stabilization or activity through different mechanisms. Stabilization of HIF-1alpha protein by hypoxia or CoCl(2) did not result in maturation of human DC. In addition, we could show that TLR stimulation resulted in an increase of HIF-1alpha controlled VEGF secretion. These results show that stimulation of human MoDC with exogenous as well as endogenous TLR agonists induces the expression of HIF-1alpha in a time-dependent manner. Hypoxia alone does not induce maturation of DC, but is able to augment maturation after TLR ligation. Current evidence suggests that different target genes may be affected by HIF-1alpha under normoxic conditions with physiological roles that differ from those induced by hypoxia.

VHL-gene deletion in single renal tubular epithelial cells and renal tubular cysts: further evidence for a cyst-dependent progression pathway of clear cell renal carcinoma in von Hippel-Lindau disease

Inheritance of a mutant allele of the von Hippel-Lindau tumor suppressor gene predisposes affected individuals to develop renal cysts and clear cell renal cell carcinoma. Von Hippel-Lindau gene inactivation in single renal tubular cells has indirectly been showed by immunohistochemical staining for the hypoxia-inducible factor alpha target gene product carbonic anhydrase IX. In this study we were able to show von Hippel-Lindau gene deletion in carbonic anhydrase IX positive nonneoplastic renal tubular cells, in epithelial cells lining renal cysts and in a clear cell renal cell carcinoma of a von Hippel-Lindau patient. This was carried out by means of laser confocal microscopy and immunohistochemistry in combination with fluorescence in situ hybridization. Carbonic anhydrase IX negative normal renal tubular cells carried no von Hippel-Lindau gene deletion. Furthermore, recent studies have indicated that the von Hippel-Lindau gene product is necessary for the maintenance of primary cilia stability in renal epithelial cells and that disruption of the cilia structure by von Hippel-Lindau gene inactivation induces renal cyst formation. In our study, we show a significant shortening of primary cilia in epithelial cells lining renal cysts, whereas, single tubular cells with a von Hippel-Lindau gene deletion display to a far lesser extent signs of cilia shortening. Our in vivo results support a model in which renal cysts represent precursor lesions for clear cell renal cell carcinoma and arise from single renal tubular epithelial cells owing to von Hippel-Lindau gene deletion.

Extracapsular extension but not the tumour burden of lymph node metastases is an independent adverse risk factor in lymph node-positive bladder cancer

To evaluate risk factors in lymph node-positive bladder cancer.

The double-stranded RNA-activated protein kinase mediates radiation resistance in mouse embryo fibroblasts through nuclear factor kappaB and Akt activation

PURPOSE: Activation of the double-stranded RNA-activated protein kinase (PKR) leads to the induction of various pathways including the down-regulation of translation through phosphorylation of the eukaryotic translation initiation factor 2alpha (eIF-2alpha). There have been no reports to date about the role of PKR in radiation sensitivity. EXPERIMENTAL DESIGN: A clonogenic survival assay was used to investigate the sensitivity of PKR mouse embryo fibroblasts (MEF) to radiation therapy. 2-Aminopurine (2-AP), a chemical inhibitor of PKR, was used to inhibit PKR activation. Nuclear factor-kappaB (NF-kappaB) activation was assessed by electrophoretic mobility shift assay (EMSA). Expression of PKR and downstream targets was examined by Western blot analysis and immunofluorescence. RESULTS: Ionizing radiation leads to dose- and time-dependent increases in PKR expression and function that contributes to increased cellular radiation resistance as shown by clonogenic survival and terminal nucleotidyl transferase-mediated nick end labeling (TUNEL) apoptosis assays. Specific inhibition of PKR with the chemical inhibitor 2-AP restores radiation sensitivity. Plasmid transfection of the PKR wild-type (wt) gene into PKR(-/-) MEFs leads to increased radiation resistance. The protective effect of PKR to radiation may be mediated in part through NF-kappaB and Akt because both NF-kappaB and Akt are activated after ionizing radiation in PKR+/+ but not PKR-/- cells. CONCLUSIONS: We suggest a novel role for PKR as a mediator of radiation resistance modulated in part through the protective effects of NF-kappaB and Akt activation. The modification of PKR activity may be a novel strategy in the future to overcome radiation resistance.

Preclinical disability as a risk factor for falls in community-dwelling older adults

BACKGROUND: Falls are common and serious problems in older adults. The goal of this study was to examine whether preclinical disability predicts incident falls in a European population of community-dwelling older adults. METHODS: Secondary data analysis was performed on a population-based longitudinal study of 1644 community-dwelling older adults living in London, U.K.; Hamburg, Germany; Solothurn, Switzerland. Data were collected at baseline and 1-year follow-up using a self-administered multidimensional health risk appraisal questionnaire, including validated questions on falls, mobility disability status (high function, preclinical disability, task difficulty), and demographic and health-related characteristics. Associations were evaluated using bivariate and multivariate logistic regression analyses. RESULTS: Overall incidence of falls was 24%, and increased by worsening mobility disability status: high function (17%), preclinical disability (32%), task difficulty (40%), test-of-trend p <.003. In multivariate analysis adjusting for other fall risk factors, preclinical disability (odds ratio [OR] = 1.7, 95% confidence interval [CI], 1.1-2.5), task difficulty (OR = 1.7, 95% CI, 1.1-2.6) and history of falls (OR = 4.7, 95% CI, 3.5-6.3) were the strongest significant predictors of falls. In stratified multivariate analyses, preclinical disability equally predicted falls in participants with (OR = 1.7, 95% CI, 1.0-3.0) and without history of falls (OR = 1.8, 95% CI, 1.1-3.0). CONCLUSIONS: This study provides longitudinal evidence that self-reported preclinical disability predicts incident falls at 1-year follow-up independent of other self-reported fall risk factors. Multidimensional geriatric assessment that includes preclinical disability may provide a unique early warning system as well as potential targets for intervention.

Effects of aspirin and propranolol on the acute psychological stress response in factor VIII coagulant activity: a randomized, double-blind, placebo-controlled experimental study

Activity of clotting factor VIII has been shown to acutely increase with sympathetic nervous system stimulation. We investigated whether aspirin and propranolol affect the responsiveness of plasma clotting factor VIII activity levels to acute psychosocial stress. We randomized 54 healthy subjects double-blind to 5-day treatment with a single daily oral dosage of either 100 mg aspirin plus 80 mg propranolol combined, 100 mg of aspirin, 80 mg of propranolol, or placebo medication. Thereafter, subjects underwent a 13-min standardized psychosocial stressor. Plasma levels of clotting factor VIII activity were determined immediately before, immediately after, 45 min and 105 min after stress. Controlling for demographic, metabolic, and life style factors repeated measures analysis of covariance showed that the change in clotting factor VIII activity from prestress to 105 min poststress differed between medication groups (P = 0.023; partial eta = 0.132). The clotting factor VIII activity level decreased from prestress to immediately poststress in the aspirin/propranolol group relative to the placebo group (P = 0.048) and the aspirin group (P < 0.06). Between 45 min and 105 min poststress, clotting factor VIII levels increased in the aspirin/propranolol group relative to the placebo group (P = 0.007) and the aspirin group (P = 0.039). The stress response in clotting factor VIII activity levels was not significantly different between the aspirin/propranolol group and the propranolol group. Propranolol in combination with aspirin diminished the acute response in clotting factor VIII activity to psychosocial stress compared with placebo medication and aspirin alone. The effect of single aspirin on the acute clotting factor VIII stress response was indistinguishable from a placebo effect.

Relationship between heart rate variability, interleukin-6, and soluble tissue factor in healthy subjects

Decreased heart rate variability (HRV) has been associated with an increased risk of atherosclerosis. We hypothesized that a decrease in frequency domains of resting HRV would be associated with elevated plasma levels of interleukin (IL)-6 and soluble tissue factor (sTF) both previously shown to prospectively predict atherothrombotic events in healthy subjects. Subjects were 102 healthy and unmedicated black and white middle-aged men and women. We determined IL-6 and sTF antigen in plasma and HRV measures from surface electrocardiogram data using spectral analysis. All statistical analyses controlled for age, gender, ethnicity, smoking status, blood pressure, and body mass index. Low amounts of low frequency (LF) power (beta=-0.31, p=0.007) and high frequency (HF) power (beta=-0.36, p=0.002) were associated with increased amounts of IL-6, explaining 7% and 9% of the variance, respectively. Interactions between LF power and IL-6 (p=0.002) and between HF power and IL-6 (p=0.012) explained 8% and 5%, respectively, of the variance in sTF. Post hoc analyses showed associations between IL-6 and sTF when LF power (beta=0.51, p<0.001) and HF power (beta=0.48, p<0.001) were low but not when LF power and high HF power were high. The findings suggest that systemic low-grade inflammatory activity is associated with a decrease in HRV. Furthermore, there was a positive relationship between plasma levels of IL-6 and sTF antigen when HRV was low. Inflammation and related hypercoagulability might particularly contribute to atherothrombotic events in a setting of decreased HRV.

Is a change in patient-reported dysphagia after induction chemotherapy in locally advanced esophageal cancer a predictive factor for pathological response to neoadjuvant chemoradiation?

GOALS OF WORK: In patients with locally advanced esophageal cancer, only those responding to the treatment ultimately benefit from preoperative chemoradiation. We investigated whether changes in subjective dysphagia or eating restrictions after two cycles of induction chemotherapy can predict histopathological tumor response observed after chemoradiation. In addition, we examined general long-term quality of life (QoL) and, in particular, eating restrictions after esophagectomy. MATERIALS AND METHODS: Patients with resectable, locally advanced squamous cell- or adenocarcinoma of the esophagus were treated with two cycles of chemotherapy followed by chemoradiation and surgery. They were asked to complete the EORTC oesophageal-specific QoL module (EORTC QLQ-OES24), and linear analogue self-assessment QoL indicators, before and during neoadjuvant therapy and quarterly until 1 year postoperatively. A median change of at least eight points was considered as clinically meaningful. MAIN RESULTS: Clinically meaningful improvements in the median scores for dysphagia and eating restrictions were found during induction chemotherapy. These improvements were not associated with a histopathological response observed after chemoradiation, but enhanced treatment compliance. Postoperatively, dysphagia scores remained low at 1 year, while eating restrictions persisted more frequently in patients with extended transthoracic resection compared to those with limited transhiatal resection. CONCLUSIONS: The improvement of dysphagia and eating restrictions after induction chemotherapy did not predict tumor response observed after chemoradiation. One year after esophagectomy, dysphagia was a minor problem, and global QoL was rather good. Eating restrictions persisted depending on the surgical technique used.