Etablierung und Optimierung von Therapeutischem Drug Monitoring für die Psychopharmakotherapie von Patienten mit Substanzabhängigkeit

Therapeutisches Drug Monitoring (TDM) findet Anwendung in der Therapie mit Immunosuppressiva, Antibiotika, antiretroviraler Medikation, Antikonvulsiva, Antidepressiva und auch Antipsychotika, um die Effizienz zu steigern und das Risiko von Intoxikationen zu reduzieren. Jedoch ist die Anwendung von TDM für Substanzen, die Einsatz finden in der Rückfallprophylaxe, der Substitution oder dem Entzug von Abhängigkeitserkrankungen nicht etabliert. Für diese Arbeit wurde im ersten Schritt eine sensitive Rating-Skala mit 22 Items entwickelt, mit Hilfe derer der theoretische Nutzen von TDM in der Pharmakotherapie von substanzbezogenen Abhängigkeitserkrankungen auf der Basis von pharmakologischen Eigenschaften der Medikamente und von Patientencharakteristika evaluiert wurde. Die vorgenommene Einschätzung zeigte für Bupropion, Buprenorphin, Disulfiram (oder einen Metaboliten), Methadon (chirale Bestimmung wenn möglich) und Naltrexon einen potentiellen Nutzen von TDM.rnFür die meisten Medikamente, die zur Behandlung von Abhängigkeitserkrankungen zugelassen sind, fehlen valide Messverfahren für TDM. Im Alltag werden überwiegend Drogen Screening-Tests in Form immunologischer Schnelltests angewendet. Für die Anwendung von TDM wurden in dieser Arbeit chromatographische Verfahren für die Bestimmung von Naltrexon und 6β-Naltrexol, Bupropion und Hydroxybupropion sowie R,S-Methadon und R,S-2-Ethyliden-1,5-dimethyl-3,3-diphenylpyrrolidin entwickelt, optimiert und validiert. Es handelt sich dabei HPLC-UV-Methoden mit Säulenschaltung sowie zur Bestimmung von Naltrexon und 6β-Naltrexol zusätzlich eine LC-MS/MS-Methode. Voraussetzung für die Interpretation der Plasmaspiegel ist im Wesentlichen die Kenntnis eines therapeutischen Bereichs. Für Naltrexon und seinen aktiven Metaboliten 6β-Naltrexol konnte eine signifikante Korrelation zwischen dem auftretenden Craving und der Summenkonzentration gefunden werden. Mittels Receiver-Operation-Characteristics-Kurven-Analyse wurde ein Schwellenwert von 16,6 ng/ml ermittelt, oberhalb dessen mit einem erhöhten Ansprechen gerechnet werden kann. Für Levomethadon wurde bezüglich der Detoxifikationsbehandlung ein Zusammenhang in der prozentualen Reduktion des Plasmaspiegels und den objektiven und subjektiven Entzugssymptomen gefunden. rnDoch nicht nur die Wirkstoffe, sondern auch das Patientenmerkmal substanzbezogene Abhängigkeit wurde charakterisiert, zum einen bezüglich pharmakokinetischer Besonderheiten, zum anderen in Hinsicht auf die Therapietreue (Adhärenz). Für Patienten mit komorbider Substanzabhängigkeit konnte eine verminderte Adhärenz unabhängig von der Hauptdiagnose gezeigt werden. Die Betrachtung des Einflusses von veränderten Leberwerten zeigt für komorbide Patienten eine hohe Korrelation mit dem Metabolisiererstatus, nicht aber für Patienten ohne Substanzabhängigkeit.rnÜbergeordnetes Ziel von TDM ist die Erhöhung der Therapiesicherheit und die Steigerung der Therapieeffizienz. Dies ist jedoch nur möglich, wenn TDM im klinischen Alltag integriert ist und korrekt eingesetzt wird. Obwohl es klare Evidenz für TDM von psychiatrischer Medikation gibt, ist die Diskrepanz zwischen Laborempfehlung und der klinischen Umsetzung hoch. Durch Intensivierung der interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen Ärzten und Labor, der Entwicklung von interaktivem TDM (iTDM), konnte die Qualität der Anwendung von TDM verbessert und das Risiko von unerwünschten Arzneimittelwirkungen vermindert werden. rnInsgesamt konnte durch die eigenen Untersuchungen gezeigt werden, dass TDM für die medikamentöse Einstellung von Patienten mit Abhängigkeitserkrankung sinnvoll ist und dass optimales TDM eine interdisziplinäre Zusammenarbeit erfordert.rn

Charakterisierung antiker Keramik und ihrer Herstellungstechniken mit mineralogischen Methoden am Beispiel Mayener Gebrauchskeramik

Mehr als hundert Jahre archäologischer Forschung haben gezeigt, dass in Mayen in römischer und mittelalterlicher Zeit eines der wichtigsten europäischen Produktionszentren für die Herstellung qualitätsvoller Gebrauchskeramik bestand. Im Rahmen dieser Studie wurden vier Befundkomplexe aus Töpfereisiedlungen vom 4. bis in das 14. Jahrhundert untersucht. Genauer handelt es sich um Keramik aus zwei spätantiken Brennanlagen des 4. Jahrhunderts im Bereich der Flur „Auf der Eich“ an den Straßen „Am Sonnenhang“ und „Frankenstraße“. Weiterhin konnte Material aus zwei Töpferofenfüllungen des 5. bis 9. Jahrhunderts analysiert werden, das 1975 auf dem Grundstück 55 an der „Siegfriedstraße“ in Brennanlagen entdeckt wurde. Hinzu kam Brenngut aus elf Töpferöfen des späten 8. bis 14. Jahrhunderts, welches in den so genannten „Burggärten“ der Genovevaburg von Mayen in den Jahren 1986/87 durch die archäologische Denkmalpflege in Koblenz geborgen wurde. Die mineralogischen Untersuchungen zur Charakterisierung der „Mayener Keramik“ wurden systematisch an den Keramikmaterialien aus diesen Fundstellen durchgeführt. Mittelalterliche Keramik aus Bornheim-Walberberg, Brühl-Eckdorf, Höhr-Grenzhausen, Langerwehe, Frechen, Brühl-Pingsdorf, Paffrath, Raeren, Ratingen-Breitscheid, Siegburg-Seehofstraße, Siegburg-Scherbenhügel, Fredelsloh und Brühl-Badorf konnte für diese Arbeit als Referenzmaterialien ebenfalls untersucht werden. Provenienzanalysen wurden an Keramikproben aus 27 Fundorten, die makroskopisch nach Mayener Ware aussehen, mit mineralogischen Methoden durchgeführt, um sie der Fundregion Mayen eindeutig zuordnen zu können.rnPhasenanalyse, chemische Analyse und thermische Analyse wurden an Keramik sowie Ton durchgeführt. Die Phasenanalyse wurde zur Bestimmung der mineralischen Zusammensetzung von Grundmasse und Magerungsmittel (Röntgendiffraktometrie (XRD), Polarisationsmikroskop, Mikro-Raman-Spektroskopie) verwendet. Die chemische Zusammensetzung wurde durch Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) ermittelt. Elektronenstrahlmikroanalyse (ESMA) und Laser-Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (LA-ICP-MS) wurden bei den Proben, bei denen weniger als 2g Material zur Verfügung standen, eingesetzt. Brennexperimente wurden am originalen Rohstoff der Keramik aus den „Burggärten“ der Genovevaburg durchgeführt. Gebrannter Ton wurde durch Röntgendiffraktometrie (XRD), Infrarotspektroskopie (IR) und Differential-Thermoanalyse (DTA) analysiert. rnAnhand der Messergebnisse lässt sich die Mayener Keramik aus den vier Fundplätzen in zwei Typen zusammenzufassen: der mit Feldspat-reichem Sand gemagerte römische Typ und der mit Quarz-reichem Sand gemagerte mittelalterliche Typ. Die Änderung des Magerungsmittels von Feldspat- zu Quarzsand weist eine technische Entwicklung zu höheren Brenntemperaturen von der Römerzeit bis in das Mittelalter nach. Nach der Untersuchung und dem Vergleich mit den Referenzkeramikgruppen ist festzustellen, dass durch multivariate Statistikanalysen der chemischen Komponenten die Charakterisierung der Keramik und eine Differenzierung zwischen den Keramikgruppen gelingt. Diese Erkenntnisse bildeten die Basis für Provenienzanalysen. 16 Fundorte können durch Provenienzanalyse sicher als Exportregionen der Mayener Ware festgestellt werden. Gemäß den Brennexperimenten lassen sich die chemischen Reaktionen während des Brandprozesses nachvollziehen. Zwei Methoden wurden mittels Röntgendiffraktometrie (XRD) und Differential-Thermoanalyse (DTA) zur Bestimmung der Brenntemperaturen der Keramik modelliert. Die Töpferöfen der „Burggärten“ können nach der Brenntemperatur in zwei Typen zusammengefasst werden: solche mit einer Brenntemperatur unter 1050°C und solche mit einer Brenntemperatur über 1050°C.rn

Complementary mass spectrometric techniques for the characterization of the organic fraction in atmospheric aerosols

Aerosol particles are strongly related to climate, air quality, visibility and human health issues. They contribute the largest uncertainty in the assessment of the Earth´s radiative budget, directly by scattering or absorbing solar radiation or indirectly by nucleating cloud droplets. The influence of aerosol particles on cloud related climatic effects essentially depends upon their number concentration, size and chemical composition. A major part of submicron aerosol consists of secondary organic aerosol (SOA) that is formed in the atmosphere by the oxidation of volatile organic compounds. SOA can comprise a highly diverse spectrum of compounds that undergo continuous chemical transformations in the atmosphere.rnThe aim of this work was to obtain insights into the complexity of ambient SOA by the application of advanced mass spectrometric techniques. Therefore, an atmospheric pressure chemical ionization ion trap mass spectrometer (APCI-IT-MS) was applied in the field, facilitating the measurement of ions of the intact molecular organic species. Furthermore, the high measurement frequency provided insights into SOA composition and chemical transformation processes on a high temporal resolution. Within different comprehensive field campaigns, online measurements of particular biogenic organic acids were achieved by combining an online aerosol concentrator with the APCI-IT-MS. A holistic picture of the ambient organic aerosol was obtained through the co-located application of other complementary MS techniques, such as aerosol mass spectrometry (AMS) or filter sampling for the analysis by liquid chromatography / ultrahigh resolution mass spectrometry (LC/UHRMS).rnIn particular, during a summertime field study at the pristine boreal forest station in Hyytiälä, Finland, the partitioning of organic acids between gas and particle phase was quantified, based on the online APCI-IT-MS and AMS measurements. It was found that low volatile compounds reside to a large extent in the gas phase. This observation can be interpreted as a consequence of large aerosol equilibration timescales, which build up due to the continuous production of low volatile compounds in the gas phase and/or a semi-solid phase state of the ambient aerosol. Furthermore, in-situ structural informations of particular compounds were achieved by using the MS/MS mode of the ion trap. The comparison to MS/MS spectra from laboratory generated SOA of specific monoterpene precursors indicated that laboratory SOA barely depicts the complexity of ambient SOA. Moreover, it was shown that the mass spectra of the laboratory SOA more closely resemble the ambient gas phase composition, indicating that the oxidation state of the ambient organic compounds in the particle phase is underestimated by the comparison to laboratory ozonolysis. These observations suggest that the micro-scale processes, such as the chemistry of aerosol aging or the gas-to-particle partitioning, need to be better understood in order to predict SOA concentrations more reliably.rnDuring a field study at the Mt. Kleiner Feldberg, Germany, a slightly different aerosol concentrator / APCI-IT-MS setup made the online analysis of new particle formation possible. During a particular nucleation event, the online mass spectra indicated that organic compounds of approximately 300 Da are main constituents of the bulk aerosol during ambient new particle formation. Co-located filter analysis by LC/UHRMS analysis supported these findings and furthermore allowed to determine the molecular formulas of the involved organic compounds. The unambiguous identification of several oxidized C 15 compounds indicated that oxidation products of sesquiterpenes can be important compounds for the initial formation and subsequent growth of atmospheric nanoparticles.rnThe LC/UHRMS analysis furthermore revealed that considerable amounts of organosulfates and nitrooxy organosulfates were detected on the filter samples. Indeed, it was found that several nitrooxy organosulfate related APCI-IT-MS mass traces were simultaneously enhanced. Concurrent particle phase ion chromatography and AMS measurements indicated a strong bias between inorganic sulfate and total sulfate concentrations, supporting the assumption that substantial amounts of sulfate was bonded to organic molecules.rnFinally, the comprehensive chemical analysis of the aerosol composition was compared to the hygroscopicity parameter kappa, which was derived from cloud condensation nuclei (CCN) measurements. Simultaneously, organic aerosol aging was observed by the evolution of a ratio between a second and a first generation biogenic oxidation product. It was found that this aging proxy positively correlates with increasing hygroscopicity. Moreover, it was observed that the bonding of sulfate to organic molecules leads to a significant reduction of kappa, compared to an internal mixture of the same mass fractions of purely inorganic sulfate and organic molecules. Concluding, it has been shown within this thesis that the application of modern mass spectrometric techniques allows for detailed insights into chemical and physico-chemical processes of atmospheric aerosols.rn

Untersuchungen von Aerosolpartikeln und Wolkenresidualpartikeln mittels Einzelpartikel-Massenspektrometrie und optischen Methoden

Atmosphärische Partikel beeinflussen das Klima durch Prozesse wie Streuung, Reflexion und Absorption. Zusätzlich fungiert ein Teil der Aerosolpartikel als Wolkenkondensationskeime (CCN), die sich auf die optischen Eigenschaften sowie die Rückstreukraft der Wolken und folglich den Strahlungshaushalt auswirken. Ob ein Aerosolpartikel Eigenschaften eines Wolkenkondensationskeims aufweist, ist vor allem von der Partikelgröße sowie der chemischen Zusammensetzung abhängig. Daher wurde die Methode der Einzelpartikel-Laserablations-Massenspektrometrie angewandt, die eine größenaufgelöste chemische Analyse von Einzelpartikeln erlaubt und zum Verständnis der ablaufenden multiphasenchemischen Prozesse innerhalb der Wolke beitragen soll.rnIm Rahmen dieser Arbeit wurde zur Charakterisierung von atmosphärischem Aerosol sowie von Wolkenresidualpartikel das Einzelpartikel-Massenspektrometer ALABAMA (Aircraft-based Laser Ablation Aerosol Mass Spectrometer) verwendet. Zusätzlich wurde zur Analyse der Partikelgröße sowie der Anzahlkonzentration ein optischer Partikelzähler betrieben. rnZur Bestimmung einer geeigneten Auswertemethode, die die Einzelpartikelmassenspektren automatisch in Gruppen ähnlich aussehender Spektren sortieren soll, wurden die beiden Algorithmen k-means und fuzzy c-means auf ihrer Richtigkeit überprüft. Es stellte sich heraus, dass beide Algorithmen keine fehlerfreien Ergebnisse lieferten, was u.a. von den Startbedingungen abhängig ist. Der fuzzy c-means lieferte jedoch zuverlässigere Ergebnisse. Darüber hinaus wurden die Massenspektren anhand auftretender charakteristischer chemischer Merkmale (Nitrat, Sulfat, Metalle) analysiert.rnIm Herbst 2010 fand die Feldkampagne HCCT (Hill Cap Cloud Thuringia) im Thüringer Wald statt, bei der die Veränderung von Aerosolpartikeln beim Passieren einer orographischen Wolke sowie ablaufende Prozesse innerhalb der Wolke untersucht wurden. Ein Vergleich der chemischen Zusammensetzung von Hintergrundaerosol und Wolkenresidualpartikeln zeigte, dass die relativen Anteile von Massenspektren der Partikeltypen Ruß und Amine für Wolkenresidualpartikel erhöht waren. Dies lässt sich durch eine gute CCN-Aktivität der intern gemischten Rußpartikel mit Nitrat und Sulfat bzw. auf einen begünstigten Übergang der Aminverbindungen aus der Gas- in die Partikelphase bei hohen relativen Luftfeuchten und tiefen Temperaturen erklären. Darüber hinaus stellte sich heraus, dass bereits mehr als 99% der Partikel des Hintergrundaerosols intern mit Nitrat und/oder Sulfat gemischt waren. Eine detaillierte Analyse des Mischungszustands der Aerosolpartikel zeigte, dass sich sowohl der Nitratgehalt als auch der Sulfatgehalt der Partikel beim Passieren der Wolke erhöhte. rn

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

Assessment of total uncertainty in cocaine and benzoylecgonine wastewater load measurements

To check the effectiveness of campaigns preventing drug abuse or indicating local effects of efforts against drug trafficking, it is beneficial to know consumed amounts of substances in a high spatial and temporal resolution. The analysis of drugs of abuse in wastewater (WW) has the potential to provide this information. In this study, the reliability of WW drug consumption estimates is assessed and a novel method presented to calculate the total uncertainty in observed WW cocaine (COC) and benzoylecgonine (BE) loads. Specifically, uncertainties resulting from discharge measurements, chemical analysis and the applied sampling scheme were addressed and three approaches presented. These consist of (i) a generic model-based procedure to investigate the influence of the sampling scheme on the uncertainty of observed or expected drug loads, (ii) a comparative analysis of two analytical methods (high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry and gas chromatography-mass spectrometry), including an extended cross-validation by influent profiling over several days, and (iii) monitoring COC and BE concentrations in WW of the largest Swiss sewage treatment plants. In addition, the COC and BE loads observed in the sewage treatment plant of the city of Berne were used to back-calculate the COC consumption. The estimated mean daily consumed amount was 107 ± 21 g of pure COC, corresponding to 321 g of street-grade COC.

Spatial Assessment of Erosion and its Impact on Soil Fertility in the Tajik Foothills

Efficient planning of soil conservation measures requires, first, to understand the impact of soil erosion on soil fertility with regard to local land cover classes; and second, to identify hot spots of soil erosion and bright spots of soil conservation in a spatially explicit manner. Soil organic carbon (SOC) is an important indicator of soil fertility. The aim of this study was to conduct a spatial assessment of erosion and its impact on SOC for specific land cover classes. Input data consisted of extensive ground truth, a digital elevation model and Landsat 7 imagery from two different seasons. Soil spectral reflectance readings were taken from soil samples in the laboratory and calibrated with results of SOC chemical analysis using regression tree modelling. The resulting model statistics for soil degradation assessments are promising (R2=0.71, RMSEV=0.32). Since the area includes rugged terrain and small agricultural plots, the decision tree models allowed mapping of land cover classes, soil erosion incidence and SOC content classes at an acceptable level of accuracy for preliminary studies. The various datasets were linked in the hot-bright spot matrix, which was developed to combine soil erosion incidence information and SOC content levels (for uniform land cover classes) in a scatter plot. The quarters of the plot show different stages of degradation, from well conserved land to hot spots of soil degradation. The approach helps to gain a better understanding of the impact of soil erosion on soil fertility and to identify hot and bright spots in a spatially explicit manner. The results show distinctly lower SOC content levels on large parts of the test areas, where annual crop cultivation was dominant in the 1990s and where cultivation has now been abandoned. On the other hand, there are strong indications that afforestations and fruit orchards established in the 1980s have been successful in conserving soil resources.

Provenance discrimination of Lower Cretaceous synrift sandstones (eastern Iberian Chain Spain) Constraints from detrital modes heavy minerals and geochemistry

Petrography, geochemical whole-rock composition, and chemical analyses of tourmaline were performed in order to determine the source areas of Lower Cretaceous Mora, El Castellar, and uppermost Camarillas Formation sandstones from the Iberian Chain, Spain. Sandstones were deposited in intraplate subbasins, which are bound by plutonic and volcanic rocks of Permian, Triassic, and Jurassic age, Paleozoic metamorphic rocks, and Triassic sedimentary rocks. Modal analyses together with petrographic and cathodoluminescence observations allowed us to define three quartz-feldspathic petrofacies and recognize diagenetic processes that modified the original framework composition. Results from average restored petrofacies are: Mora petrofacies = P/F >1 and Q(r)70 F(r)22 R(r)9; El Castellar petrofacies = P/F >1 and Q(r)57 F(r)25 R(r)18; and Camarillas petrofacies = P/F ∼ zero and Q(r)64 F(r)28 R(r)7 (P—plagioclase; F—feldspar; Q—quartz; R—rock fragments; r—restored composition). Trace-element and rare earth element abundances of whole-rock analyses discriminate well between the three petrofacies based on: (1) the Rb concentration, which is indicative of the K content and reflects the amount of K-feldspar modal abundance, and (2) the relative modal abundance of heavy minerals (tourmaline, zircon, titanite, and apatite), which is reproduced by the elements hosted in the observed heavy mineral assemblage (i.e., B and Li for tourmaline; Zr, Hf, and Ta for zircon; Ti, Ta, Nb, and their rare earth elements for titanite; and P, Y, and their rare earth elements for apatite). Tourmaline chemical composition for the three petrofacies ranges from Fe-tourmaline of granitic to Mg-tourmaline of metamorphic origin. The three defined petrofacies suggest a mixed provenance from plutonic and metamorphic source rocks. However, a progressively major influence of granitic source rocks was detected from the lowermost Mora petrofacies toward the uppermost Camarillas petrofacies. This provenance trend is consistent with the uplift and erosion of the Iberian Massif, which coincided with the development of the latest Berriasian synrift regional unconformity and affected all of the Iberian intraplate basins. The uplifting stage of Iberian Massif pluton caused a significant dilution of Paleozoic metamorphic source areas, which were dominant during the sedimentation of the lowermost Mora and El Castellar petrofacies. The association of petrographic data with whole-rock geochemical compositions and tourmaline chemical analysis has proved to be useful for determining source area characteristics, their predominance, and the evolution of source rock types during the deposition of quartz-feldspathic sandstones in intraplate basins. This approach ensures that provenance interpretation is consistent with the geological context.

Will Whole-Tree Harvest of Jack Pine (Pinus banksiana) deplete soil nutrients in low-productivity sand soils?

In 2009 and 2010 a study was conducted on the Hiawatha National Forest (HNF) to determine if whole-tree harvest (WTH) of jack pine would deplete the soil nutrients in the very coarse-textured Rubicon soil. WTH is restricted on Rubicon sand in order to preserve the soil fertility, but the increasing construction of biomass-fueled power plants is expected to increase the demand for forest biomass. The specific objectives of this study were to estimate biomass and nutrient content of above- and below-ground tree components in mature jack pine (Pinus banksiana) stands growing on a coarse-textured, low-productivity soil, determine pools of total C and N and exchangeable soil cations in Rubicon sand, and to compare the possible impacts of conventional stem-only harvest (CH) and WTH on soil nutrient pools and the implications for productivity of subsequent rotations. Four even-aged jack pine stands on Rubicon soil were studied. Allometric equations were used to estimate above-ground biomass and nutrients, and soil samples from each stand were taken for physical and chemical analysis. Results indicate that WTH will result in cation deficits in all stands, with exceptionally large Ca deficits occurring in two stands. Where a deficit does not occur, the cation surplus is small and, chemical weathering and atmospheric deposition is not anticipated to replace the removed cations. CH will result in a surplus of cations, and will likely not result in productivity declines during the first rotation. However even under CH, the surplus is small, and chemical weathering and atmospheric deposition will not supply enough cations for the second rotation.

NANOSCALE ELECTROCHEMISTRY BY IN-SITU TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPY

Nanoscale research in energy storage has recently focused on investigating the properties of nanostructures in order to increase energy density, power rate, and capacity. To better understand the intrinsic properties of nanomaterials, a new and advanced in situ system was designed that allows atomic scale observation of materials under external fields. A special holder equipped with a scanning tunneling microscopy (STM) probe inside a transmission electron microscopy (TEM) system was used to perform the in situ studies on mechanical, electrical, and electrochemical properties of nanomaterials. The nanostructures of titanium dioxide (TiO2) nanotubes are characterized by electron imaging, diffraction, and chemical analysis techniques inside TEM. TiO2 nanotube is one of the candidates as anode materials for lithium ion batteries. It is necessary to study their morphological, mechanical, electrical, and electrochemical properties at atomic level. The synthesis of TiO2 nanotubes showed that the aspect ratio of TiO2 could be controlled by processing parameters, such as anodization time and voltage. Ammonium hydroxide (NH4OH) treated TiO2 nanotubes showed unexpected instability. Observation revealed the nanotubes were disintegrated into nanoparticles and the tubular morphology was vanished after annealing. The nitrogen compounds incorporated in surface defects weaken the nanotube and result in the collapse of nanotube into nanoparticles during phase transformation. Next, the electrical and mechanical properties of TiO2 nanotubes were studied by in situ TEM system. Phase transformation of anatase TiO2 nanotubes into rutile nanoparticles was studied by in situ Joule heating. The results showed that single anatase TiO2 nanotubes broke into ultrafine small anatase nanoparticles. On further increasing the bias, the nanoclusters of anatase particles became prone to a solid state reaction and were grown into stable large rutile nanoparticles. The relationship between mechanical and electrical properties of TiO2 nanotubes was also investigated. Initially, both anatase and amorphous TiO2 nanotubes were characterized by using I-V test to demonstrate the semiconductor properties. The observation of mechanical bending on TiO2 nanotubes revealed that the conductivity would increase when bending deformation happened. The defects on the nanotubes created by deformation helped electron transportation to increase the conductivity. Lastly, the electrochemical properties of amorphous TiO2 nanotubes were characterized by in situ TEM system. The direct chemical and imaging evidence of lithium-induced atomic ordering in amorphous TiO2 nanotubes was studied. The results indicated that the lithiation started with the valance reduction of Ti4+ to Ti3+ leading to a LixTiO2 intercalation compound. The continued intercalation of Li ions in TiO2 nanotubes triggered an amorphous to crystalline phase transformation. The crystals were formed as nano islands and identified to be Li2Ti2O4 with cubic structure (a = 8.375 Å). This phase transformation is associated with local inhomogeneities in Li distribution. Based on these observations, a new reaction mechanism is proposed to explain the first cycle lithiation behavior in amorphous TiO2 nanotubes.

[Cryptosporidiose (C. parvum) in a foal with diarrhea]

The protozoon parasite Cryptosporidium parvum is an important cause of diarrhea in farm animals, but it can also infect other animals and humans. In this case report, oocysts of Cryptosporidium spp. were microscopically detected by modified Ziehl-Neelsen staining in the feces of a 9 day old Arabian colt presented with yellowish, foul smelling, diarrhea and fever of 40 degrees C. PCR and sequencing of the isolate revealed C. parvum (bovine genotype). Hemato-chemical analysis of the foals blood revealed a marked hypogammaglobulinaemia (IgG 108mg/dl). The colt responded well to a supportive therapy and administration of plasma (until a gammaglobulin-concentration of 620 mg/dl was reached) and was released in good health from the clinic after 10 days. Follow-up testing for Cryptosporidium oocycsts remained negative. Cryptosporidiosis with life-threatening diarrhea is a rare diagnosis in foals in Switzerland. Immunodeficiency increases the risk for cryptosporidiosis. We hypothesize that the low concentration of gammaglobulins together with the weak INF-gamma response normally observed in young foals may have favored the clinical manifestation with diarrhea. Foals with diarrhea should be screened for cryptosporidia with specific tests.

Radiometrical, hormonal and biological correlates of skeletal growth in the female rat from birth to senescence

OBJECTIVE We investigated the skeletal growth profile of female rats from birth to senescence (100weeks) on the basis of sequential radiometrical, hormonal and biochemical parameters. DESIGN Weaning rats entered the study which was divided into two sections: a) sequential measurements of vertebral and tibial growths and bone mineral density (BMD), estimation of mineral content of the entire skeleton (BMC) and chemical analysis of vertebral Ca; and b) determination of basal and pulsatile growth hormone (rGH), insulin-like growth hormone (IGF-I), estradiol (E2), parathyroid hormone (PTH), osteocalcin (OC) and urinary d-pyridinoline (dp) throughout the experimental period. RESULTS Vertebral and tibial growths ceased at week 25 whereas BMD and BMC as well as total vertebral Ca exhibited a peak bone mass at week 40. rGH pulsatile profiles were significantly higher in younger animals coinciding with the period of active growth and IGF-I peaked at 7weeks, slowly declining thereafter and stabilizing after week 60. OC and dp closely paralleled IGF-I coinciding with the period of enhanced skeletal growth, remaining thereafter in the low range indicative of reduced bone turnover. E2 increased during reproductive life but the lower values subsequently recorded were still in the physiological range, strongly suggesting a protective role of this steroid on bone remodeling. PTH followed a similar profile to E2, but the significance of this after completion of growth remains unclear. CONCLUSIONS Mechanisms governing skeletal growth in the female rat appear similar to those in humans. Bone progression and attainment of peak bone mass are under simultaneous control of rGH, IGF-I and calciotropic hormones and are modulated by E2. This steroid seems to protect the skeleton from resorption before senescence whereas the role of PTH in this context remains uncertain.

Linking Ah receptor mediated effects of sediments and impacts on fish to key pollutants in the Yangtze Three Gorges Reservoir, China – A comprehensive perspective

The Three Gorges Reservoir (TGR), created in consequence of the Yangtze River's impoundment by the Three Gorges Dam, faces numerous anthropogenic impacts that challenge its unique ecosystem. Organic pollutants, particularly aryl hydrocarbon receptor (AhR) agonists, have been widely detected in the Yangtze River, but only little research was yet done on AhR-mediated activities. Hence, in order to assess effects of organic pollution, with particular focus on AhR-mediated activities, several sites in the TGR area were examined applying the "triad approach". It combines chemical analysis, in vitro, in vivo and in situ investigations to a holistic assessment. Sediments and the benthic fish species Pelteobagrus vachellii were sampled in 2011/2012, respectively, to identify relevant endpoints. Sediment was tested in vitro with the ethoxyresorufin-O-deethylase (EROD) induction assay, and in vivo with the Fish Embryo Toxicity Test and Sediment Contact Assay with Danio rerio. Activities of phase I (EROD) and phase II (glutathione-S-transferase) biotransformation enzymes, pollutant metabolites and histopathological alterations were studied in situ in P. vachellii. EROD induction was tested in vitro and in situ to evaluate possible relationships. Two sites, near Chongqing and Kaixian city, were identified as regional hot-spots and further investigated in 2013. The sediments induced in the in vitro/in vivo bioassays AhR-mediated activities and embryotoxic/teratogenic effects - particularly on the cardiovascular system. These endpoints could be significantly correlated to each other and respective chemical data. However, particle-bound pollutants showed only low bioavailability. The in situ investigations suggested a rather poor condition of P. vachellii, with histopathological alterations in liver and excretory kidney. Fish from Chongqing city exhibited significant hepatic EROD induction and obvious parasitic infestations. The polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) metabolite 1-hydroxypyrene was detected in bile of fish from all sites. All endpoints in combination with the chemical data suggest a pivotal role of PAHs in the observed ecotoxicological impacts.