Significance of non‐sinking particulate organic carbon and dark CO2 fixation to heterotrophic carbon demand in the mesopelagic northeast Atlantic

[EN] It is generally assumed that sinking particulate organic carbon (POC) constitutes the main source of organic carbon supply to the deep ocean's food webs. However, a major discrepancy between the rates of sinking POC supply (collected with sediment traps) and the prokaryotic organic carbon demand (the total amount of carbon required to sustain the heterotrophic metabolism of the prokaryotes; i.e., production plus respiration, PCD) of deep-water communities has been consistently reported for the dark realm of the global ocean. While the amount of sinking POC flux declines exponentially with depth, the concentration of suspended, buoyant non-sinking POC (nsPOC; obtained with oceanographic bottles) exhibits only small variations with depth in the (sub)tropical Northeast Atlantic. Based on available data for the North Atlantic we show here that the sinking POC flux would contribute only 4–12% of the PCD in the mesopelagic realm (depending on the primary production rate in surface waters). The amount of nsPOC potentially available to heterotrophic prokaryotes in the mesopelagic realm can be partly replenished by dark dissolved inorganic carbon fixation contributing between 12% to 72% to the PCD daily. Taken together, there is evidence that the mesopelagic microheterotrophic biota is more dependent on the nsPOC pool than on the sinking POC supply. Hence, the enigmatic major mismatch between the organic carbon demand of the deep-water heterotrophic microbiota and the POC supply rates might be substantially smaller by including the potentially available nsPOC and its autochthonous production in oceanic carbon cycling models.

Untersuchungen zur Pathogenese der "Bypass graft disease"

Untersuchung zur Pathogenese der 'Bypass graft disease' Histomorphologische Untersuchungen und in vitro Zellkulturanalysen bilden die Grundlage für Fortschritte im Verständnis der pathologischen Mechanismen der aortokoronaren 'Bypass graft disease'. In der vorliegenden Arbeit wurde die pathomorphologische Veränderung der Gefäßanatomie im Verlauf der 'Bypass graft disease' an Hand histologischer Präparate explantierter humaner venöser Bypass-Läsionen analysiert. Erstmalig wurde ein histomorphologisches Klassifizierungsschema (Typ I - Typ III) beschrieben. Morphometrische Analysen zeigten, dass die Fläche der Neointima und Media im Verlauf der pathologischen Umgestaltung der Bypass-Architektur (Typ I zu Typ III) deutlich zunimmt. Bestimmungen der Zelldichte dokumentierten eine deutlich größere Zellzahl in allen Gefäßwandschichten der Bypass-Läsionen bei der Gegenüberstellung mit einer Kontrollgruppe nativer Venen, wobei im Verlauf der 'Bypass graft disease' (Typ I zu Typ III) eine Abnahme der Zelldichte zu beobachten war. Erstmalig durchgeführte Untersuchungen zur Proliferationsaktivität in aortokoronaren Bypass-Läsionen im Vergleich zu nativen Gefäßen präsentierten eine deutlich höhere zelluläre Proliferation in den Bypass-Präparaten. Diese war am stärksten in Typ III Läsionen ausgeprägt. Expressionsstudien im in vitro Zellkulturmodellsystem identifiziereten die homodimeren Isotypen (AA / BB) des Wachstumsfaktors PDGF als Stimulatoren der Transkriptionsfaktoren c-fos und c-myc in primärkultivierten humanen Muskelzellen der Aorta.

Mechanismen zur Suppression der experimentellen akuten Graft-versus-Host-Disease

Die Transplantation von allogenen hämatopoetischen Stammzellen stellt für viele Patienten mit hämatologischen Erkrankungen, wie beispielsweise akuter Leukämie, oftmals die einzige kurative Therapieoption dar. Die Erkennung von Empfängerantigenen durch immunkompetente Zellen des Spenders bietet dabei die Basis für erwünschte Graft-versus-Tumor-Effekte, verursacht jedoch häufig außerdem die unerwünschte Graft-versus-Host Disease (GvHD), eine mitunter schwerwiegende Komplikation. In der vorliegenden Arbeit wurden potentielle Mechanismen zur Hemmung alloreaktiver CD4+ und CD8+ T-Zellen (TZ) und folglich zur Hemmung der akuten GvHD in einem experimentellen GvHD-Modell untersucht, welches auf dem Transfer von allogenen Zellen zwischen MHC-inkompatiblen Mausstämmen basiert. Die vorliegende Arbeit weist zum Einen darauf hin, dass das Fehlen MyD88- und TRIF-vermittelter Toll-like-Rezeptor-Signale zumindest im Rahmen des hier verwendeten Transplantationsmodells nicht zwingend zu einer Hemmung der akuten GvHD führt. Zum Anderen konnte belegt werden, dass CD4+ CD25+ regulatorische T-Zellen (Tregs) kompetente Suppressoren der durch alloreaktive CD4+ und CD8+ TZ ausgelösten akuten GvHD darstellen. In weiterführenden Experimenten ist gezeigt worden, dass die Tregs sich verschiedener Mechanismen bedienen, um ihre Zielzellen zu inhibieren. Das suppressive Zytokin Interleukin-10 kann als löslicher Mediator zumindest in vitro offenbar eine Rolle bei der Treg-vermittelten Suppression alloreaktiver TZ spielen. Da jedoch auch Tregs aus Interleukin-10-defizienten Spendern die GvHD-Entstehung in den Empfängern abschwächen konnten, müssen noch weitere Mechanismen involviert sein. Es konnte in einer gemischten Leukozyten Reaktion in vitro eine zellkontaktabhängige Kommunikation mittels gap junctions hauptsächlich zwischen den Tregs und den allogenen Dendritischen Zellen (DCs) nachgewiesen werden, welche prinzipiell den Transfer von cAMP möglich macht. Die Kommunikation zwischen Tregs und DCs resultierte in einem supprimierten Phänotyp der DCs, gekennzeichnet durch eine verminderte Expression kostimulatorischer Moleküle auf ihrer Oberfläche. Solche supprimierten DCs können als Folge die alloreaktiven Spender-TZ vermutlich nicht aktivieren. Das cAMP-erhöhende Rolipram konnte in einer gemischten Leukozyten Reaktion in vitro die Proliferation alloreaktiver CD4+ und CD8+ TZ hemmen. Daneben konnte die Treg-vermittelte Suppression alloreaktiver TZ und der GvHD in vivo durch die zusätzliche Verabreichung von Rolipram noch gesteigert werden. Im letzten Kapitel dieser Arbeit wurde beschrieben, dass die alleinige Aktivierung alloreaktiver CD8+ TZ ausreichend ist, um eine akute GvHD auszulösen. In diesem Zusammenhang konnte nachgewiesen werden, dass CD4+ CD25+ Tregs die akute GvHD auch in einer scheinbar MHC-II-unabhängigen Weise hemmen können. Zusammenfassend belegt die vorliegende Arbeit, dass Tregs in einem MHC-inkompatiblen Transplantationsmodell alloreaktive CD4+ und CD8+ TZ und folglich die Entstehung einer GvHD effizient hemmen können. Bei der Hemmung der GvHD kommen wahrscheinlich verschiedene Mechanismen zum Tragen. Zumindest in vivo scheint von Tregs produziertes Interleukin-10 eine untergeordnete Rolle bei der Suppression alloreaktiver TZ und der GvHD zu spielen, hierbei steht vermutlich vielmehr der cAMP-abhängige Suppressionsmechanismus im Vordergrund.

Immunregulatorische Mechanismen bei einer experimentellen akuten Graft-versus-Host-Disease

Die allogene hämatopoetische Stammzelltransplantation ist bereits seit mehreren Jahrzehnten zur Therapie von Leukämien und anderen malignen Erkrankungen etabliert, aber ihre Effektivität wird durch Graft-versus-Host Reaktionen weiterhin deutlich eingeschränkt. Um die zu Grunde liegenden Mechanismen besser zu verstehen und Möglichkeiten zur Modulation zu untersuchen, wurden in dieser Arbeit verschiedene Ansätze verfolgt.rnRegulatorische T-Zellen sind in der Lage allogene T-Zell-Antworten, wie sie auch bei einer GvH-Erkrankung auftreten zu supprimieren. Es konnte gezeigt werden, dass dies unabhängig von Interleukin-10 geschieht, dafür jedoch ein kontaktabhängiger Mechanismus eine wichtige Rolle spielt. Dabei wird cAMP von Treg über Gap-Junctions in allogene Dendritische Zellen übertragen und deren Aktivierung dadurch verhindert. Versuche zur Modulation dieses Mechanismus mithilfe von Phosphodiesterase-Inhibitoren haben gezeigt, dass diese nicht nur die suppressiven Fähigkeiten von Treg verbessern, sondern ebenfalls direkt auf die T-Zellen einwirken, die schließlich die GvH-Erkrankung auslösen. Diese Ergebnisse konnten in vivo bestätigt werden und zeigen somit einen möglichen Ansatz hin zu einer kombinierten zellulären und pharmakologischen Therapie von GvH-Erkrankungen. Ein großer Vorteil dabei wäre, dass bereits eine Palette an PDE-Inhibitoren in der Klinik zur Verfügung steht.rnInterleukin-10 ist ein immunsuppressives und anti-inflammatorisches Zytokin, dem bei der Regulation des Immunsystems eine wichtige Rolle zukommt. Wie in dieser und anderen Arbeiten gezeigt, ist diese Funktion von IL-10 auch bei GvH-Erkrankungen essentiell. Ein Ziel war es daher, die Zellpopulationen, die für die Produktion des Zytokins verantwortlich sind, zu identifizieren. Mittels einer IL-10 Reporter-Maus konnten B-Zellen vom Spender, wie auch vom Empfänger als IL-10 Produzenten ausgemacht werden. Darüberhinaus zeigen die so gefundenen Zellen auch einen typischen Phänotyp für sog. immunregulatorische B-Zellen. Transplantationsexperimente mit Mäusen, die einen B-Zell-spezifischen Knock-out für IL-10 tragen, konnten die Relevanz der B Zellen als IL-10 Produzenten in vivo belegen.rnDendritische Zellen sind sehr potente Antigenpräsentierende Zellen und somit in der Lage GvH-Reaktionen zu induzieren. Überraschenderweise ist das Überleben von Versuchsmäusen, denen alle DC oder auch nur die BATF3-abhängige Subpopulation der CD8α+ DC fehlt, nicht besser als das des WT, sondern sogar deutlich schlechter. Dies geht einher mit entsprechenden Veränderungen im Zytokinmilieu der peripheren lymphatischen Organe. Bei Abwesenheit der CD8α+ DC sind die Zellen der mesenterialen Lymphknoten nach dem Konditionierungsprotokoll stärkere Stimulatoren für allogene T-Zell-Proliferation, was eine Erklärung für die stärkere GvH-Erkrankung ist. Eine Erklärung für diese Befunde liefert die verringerte Anzahl an Treg, die nach einer Transplantation in Abwesenheit der CD8α+ DC zu beobachten ist.rnDie aufgezeigten immunsupressiven Mechanismen stellen gute Ansatzpunkte dar, um GvH-Erkrankungen besser zu verstehen und damit die Effektivität der allogenen hämatopoetischen Stammzelltransplantation zu verbessern.rn

Vascularised fibula grafts for early tibia reconstruction in infants with congenital pseudarthrosis

Congenital pseudarthrosis of the tibia (CPT) is caused by an ill-defined, segmental disturbance of periosteal bone formation leading to spontaneous bowing, followed by fracture and subsequent pseudarthrosis in the first 2 years of life. The results of conventional treatment modalities (e.g., bracing, internal and external fixation and bone grafting) are associated with high failure rates in terms of persisting pseudarthrosis, malunion and impaired growth. As a more promising alternative, a more aggressive approach, including wide resection of the affected bone, reconstruction with free vascularised fibula grafts from the healthy contralateral leg and stable external fixation at a very early stage has been suggested. Between 1995 and 2007, 10 children (age 12-31 months, median 20 months) suffering from CPT were treated at our institutions according to this principle. Two patients were treated before a fracture had occurred. The length of the fibula graft was 7-9cm. End-to-end anastomoses were performed at the level of the distal tibia stump. The follow-up was 80 months (median, range 12 months to 12 years). Radiologic examination at 6 weeks postoperatively showed normal bone density and structure of the transplanted fibula in all cases and osseous consolidation at 19 of the 20 graft/tibia junctions. One nonunion was sucessfully treated with bone grafting and plate osteosynthesis. Pin-tract infection occurred in three patients. Five children sustained graft fractures that were successfully treated with internal or external fixation. Two patients developed diminished growth of the affected limb or foot; all others had equal limb length and shoe size. At long-term follow-up, tibialisation of the transplant had occurred, and normal gait and physical activities were possible in all children. We conclude that in spite of a relatively high complication rate and the reluctance to perform free flap surgery in infants at this young age, the present concept may successfully prevent the imminent severe sequelae associated with CPT.

Surgical treatment of upper, middle and lower cervical injuries and non-unions by anterior procedures

The goals of any treatment of cervical spine injuries are: return to maximum functional ability, minimum of residual pain, decrease of any neurological deficit, minimum of residual deformity and prevention of further disability. The advantages of surgical treatment are the ability to reach optimal reduction, immediate stability, direct decompression of the cord and the exiting roots, the need for only minimum external fixation, the possibility for early mobilisation and clearly decreased nursing problems. There are some reasons why those goals can be reached better by anterior surgery. Usually the bony compression of the cord and roots comes from the front therefore anterior decompression is usually the procedure of choice. Also, the anterior stabilisation with a plate is usually simpler than a posterior instrumentation. It needs to be stressed that closed reduction by traction can align the fractured spine and indirectly decompress the neural structures in about 70%. The necessary weight is 2.5 kg per level of injury. In the upper cervical spine, the odontoid fracture type 2 is an indication for anterior surgery by direct screw fixation. Joint C1/C2 dislocations or fractures or certain odontoid fractures can be treated with a fusion of the C1/C2 joint by anterior transarticular screw fixation. In the lower and middle cervical spine, anterior plating combined with iliac crest or fibular strut graft is the procedure of choice, however, a solid graft can also be replaced by filled solid or expandable vertebral cages. The complication of this surgery is low, when properly executed and anterior surgery may only be contra-indicated in case of a significant lesion or locked joints.

Surgical dislocation of the hip for the fixation of acetabular fractures

Surgical dislocation of the hip in the treatment of acetabular fractures allows the femoral head to be safely displaced from the acetabulum. This permits full intra-articular acetabular and femoral inspection for the evaluation and potential treatment of cartilage lesions of the labrum and femoral head, reduction of the fracture under direct vision and avoidance of intra-articular penetration with hardware. We report 60 patients with selected types of acetabular fracture who were treated using this approach. Six were lost to follow-up and the remaining 54 were available for clinical and radiological review at a mean follow-up of 4.4 years (2 to 9). Substantial damage to the intra-articular cartilage was found in the anteromedial portion of the femoral head and the posterosuperior aspect of the acetabulum. Labral lesions were predominantly seen in the posterior acetabular area. Anatomical reduction was achieved in 50 hips (93%) which was considerably higher than that seen in previous reports. There were no cases of avascular necrosis. Four patients subsequently required total hip replacement. Good or excellent results were achieved in 44 hips (81.5%). The cumulative eight-year survivorship was 89.0% (95% confidence interval 84.5 to 94.1). Significant predictors of poor outcome were involvement of the acetabular dome and lesions of the femoral cartilage greater than grade 2. The functional mid-term results were better than those of previous reports. Surgical dislocation of the hip allows accurate reduction and a predictable mid-term outcome in the management of these difficult injuries without the risk of the development of avascular necrosis.

Obesity, age, sex, diagnosis, and fixation mode differently affect early cup failure in total hip arthroplasty: a matched case-control study of 4420 patients

Studies about the influence of patient characteristics on mechanical failure of cups in total hip replacement have applied different methodologies and revealed inconclusive results. The fixation mode has rarely been investigated. Therefore, we conducted a detailed analysis of the influence of patient characteristics and fixation mode on cup failure risks.

DensiProbe Spine: a novel instrument for intraoperative measurement of bone density in transpedicular screw fixation

STUDY DESIGN.: Cadaver study. OBJECTIVE.: To determine bone strength in vertebrae by measuring peak breakaway torque or indentation force using custom-made pedicle probes. SUMMARY OF BACKGROUND DATA.: Screw performance in dorsal spinal instrumentation is dependent on bone quality of the vertebral body. To date no intraoperative measuring device to validate bone strength is available. Destructive testing may predict bone strength in transpedicular instrumentations in osteoporotic vertebrae. Insertional torque measurements showed varying results. METHODS.: Ten human cadaveric vertebrae were evaluated for bone mineral density (BMD) measurements by quantitative computed tomography. Peak torque and indentation force of custom-made probes as a measure for mechanical bone strength were assessed via a transpedicular approach. The results were correlated to regional BMD and to biomechanical load testing after pedicle screw implementation. RESULTS.: Both methods generated a positive correlation to failure load of the respective vertebrae. The correlation of peak breakaway torque to failure load was r = 0.959 (P = 0.003), therewith distinctly higher than the correlation of indentation force to failure load, which was r = 0.690 (P = 0.040). In predicting regional BMD, measurement of peak torque also performed better than that of indentation force (r = 0.897 [P = 0.002] vs. r = 0.777 [P = 0.017]). CONCLUSION.: Transpedicular measurement of peak breakaway torque is technically feasible and predicts reliable local bone strength and implant failure for dorsal spinal instrumentations in this experimental setting.

Internal fixation of symphyseal disruption resulting from childbirth

To investigate the clinical and radiographic results after operative treatment of complete symphyseal disruption resulting from childbirth and to evaluate residual pain and implant failure in relation to the timing of surgery.

Mesh shrinkage and pain in laparoscopic ventral hernia repair: a randomized clinical trial comparing suture versus tack mesh fixation

Mesh fixation during laparoscopic ventral hernia repair can be performed using transfascial sutures or metal tacks. The aim of the present study is to compare mesh shrinkage and pain between two different techniques of mesh fixation in a prospective randomized trial.

Psychogenic aphonia: no fixation even after a lengthy period of aphonia

Although psychogenic aphonia is considered to be a conversion disorder, aphonic patients are primarily treated symptomatically. This is because it is considered of overriding importance to elicit a voice quickly to avoid fixation of the aphonia. The aim of this study was to show that, for patients exhibiting the symptom of voicelessness, not eliciting the voice immediately will not lead to a permanent aphonia.