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Trust, Responsibility, and Digital Governance : Regulation of AI and Blockchain Technology from a Capacity-Based Perspective
No full textNumerous ethical guidelines and regulatory frameworks have been developed to assess and shape digital systems. However, these efforts often rest on the dubious assumption that individuals and organisations possess the necessary capacities to assess such systems in terms of justice, reliability, and other normative standards – especially given the growing complexity and corresponding opacity of many digital models. This issue is therefore of central importance to both legal and ethical debates surrounding AI and digital systems in general. The contributors to this volume propose a new approach to digital governance to enhance the capacity to evaluate and shape digital systems.Gefördert durch den Open-Access-Publikationsfonds der UB Marburg
Die Anfänge des Starsystems : Asta Nielsen in Deutschland und Österreich-Ungarn 1911-1914
No full textSchon vor dem Ersten Weltkrieg war Asta Nielsen der erste internationale Star des Langspielfilms. Mit erfolgreicher Markenwerbung für Asta Nielsen in drei exklusiven Spielfilmserien führten Filmverleiher und Kinobetreiber ab 1911 das Starsystem in Deutschland und Österreich-Ungarn ein. Erstmals untersucht Friederike Grimm auf einer breiten Datenbasis die Reichweiten des Blind- und Blockbuchens der Asta Nielsen-Serien und analysiert das Starimage von Asta Nielsen in Tausenden von Kinoanzeigen, die online zugänglich sind in der Importing Asta Nielsen Database: Die Monopolserien mit Asta Nielsen in den Hauptrollen trugen maßgeblich zum Medienumbruch der Kinounterhaltung von kurzweiligen Nummernprogrammen zum Langspielfilm bei. Das Starsystem wurde nicht in Hollywood erfunden. Die Forschungsergebnisse von Friederike Grimm sind ein Meilenstein für die Star Studies.Gefördert durch den Open-Access-Publikationsfonds der UB Marburg
Einfluss von PACAP (Pituitary Adenylate Cyclase- Activating Polypeptide) bzw. des PACAP Rezeptors PAC1 auf Metabolismus, Morphologie und Expression pro- inflammatorischer/ oxidativen Stress- relevanter Proteine/ Zytokine in der Leber bei ApoE-/- Mäusen unter Normalfutter
No full textAtherosklerose gilt als chronische Entzündungserkrankung der Arterienwände und zählt zu den führenden Todesursachen weltweit. Sie zeichnet sich durch Läsionen (~ Plaques) in der Arterienwand aus. Durch Erosion oder Ruptur der Plaques können z.B. thrombotische Ereignisse, Embolie, Schlaganfall, Herzinfarkt oder im ungünstigsten Fall der Tod resultieren. Trotz intensiver Forschungen hat die Atherosklerose eine komplexe Pathogenese, die noch immer nicht komplett aufgeklärt ist. Lipidakkumulation und chronische Entzündung der Arterienwand gelten jedoch als Hauptkomponenten. Üblicherweise wird sie mit einem veränderten Lipidstoffwechsel und Hypercholesterinämie in Verbindung gebracht.
PACAP (engl. „Pituitary Adenylate Cyclase-Activating Polypeptide“) und sein spezifischer Rezeptor PAC1 sind an der Pathogenese atherosklerotischer/ inflammatorischer Prozesse beteiligt. Frühere Studien wiesen bereits neuroprotektive Wirkungen von PACAP mittels anti- apoptotischen, entzündungshemmenden und anti- oxidativen Eigenschaften nach sowie die Reduzierung von Steatosis hepatis.
Da die Leber im Fettstoffwechsel eine zentrale Rolle einnimmt und maßgeblich an systemischen Entzündungsreaktionen beteiligt ist, war es naheliegend den Einfluss von PACAP und PAC1 auf den Leberstoffwechsel untersucht werden, insbesondere auf Metabolismus und Expression pro- inflammatorischer/ oxidativen Stress- relevanter Proteine/ Zytokine.
Für die Untersuchungen wurden folgende drei Mausgenotypen verwendet: ApoE-/- (~ Kontrolle), PACAP-/-/ ApoE-/- und PAC1-/-/ ApoE-/-. Die Mäuse wurden für 30 Wochen mit Standardfutter ernährt. Im Anschluss wurden die Körpergewichte ermittelt und die Cholesterin- und Triglyceridkonzentrationen im Blutplasma und in der Leber gemessen. Zur weiteren Differenzierung inflammatorischer und metabolischer Vorgänge in der Leber erfolgten immunhistochemische Untersuchungen sowie Messungen der Aminosäurenkonzentrationen in der Leber.
Es zeigte sich ein signifikant um 16,9% niedrigeres Gewicht bei PACAP-/-/ApoE-/-- gegenüber den ApoE-/-- Mäusen. Alle drei untersuchten Genotypen ApoE-/-, PACAP-/-/ApoE-/-- und PAC1-/-/ApoE-/- waren hypercholesterinämisch. Die hepatische Triglyceridkonzentration bei PACAP-/-/ApoE-/-- Mäusen war signifikant um 53,9% niedriger als bei ApoE-/-- Mäusen.
Bei den immunhistochemischen Analysen war der prozentuale Anteil IL-1β positiver- Zellen um die ZV bei PACAP-/-/ ApoE-/-- Mäusen 1,2fach niedriger als bei den ApoE-/-- Mäusen. Wir fanden bei Ki-67 in der Leber von PAC1-/-/ ApoE-/--, aber nicht von PACAP-/-/ ApoE-/-- Mäusen, eine um 32,4% höhere Dichte um die GT als bei ApoE-/-- Mäusen. Der prozentuale Anteil Ki-67 positiver- Zellen war um die GT um 12,6% höher als bei ApoE-/-- Mäusen. Bei den PACAP-/-/ ApoE-/-- Mäusen waren die Aminosäurekonzentrationen in der Leber im Vergleich zu den ApoE-/-- Mäusen wie folgt erhöht: Citrullin (1,4fach), α- Aminobuttersäure (58,1%), Methionin (24,1%) und Ornithin (23%). Bei den PAC1-/-/ ApoE-/-- Mäusen waren die Aminosäurekonzentrationen in der Leber im Vergleich zu den ApoE-/-- Mäusen wie folgt erhöht: Citrullin (1,5fach), α- Aminobuttersäure (2,5fach) und Methionin (16,3%).
Unsere Ergebnisse lassen vermuten, dass PACAP- Defizienz eine erniedrigte hepatische Triglyceridkonzentration wie auch Gewichtsreduktion bewirkt.
Unsere Daten zeigen ferner, dass PACAP- Defizienz in der Leber anscheinend für ein erhöhtes anti- inflammatorisches Potential (s. COX-2, IL-1β) sorgt, während PAC1- Defizienz tendenziell zu einer vermehrten Proliferation (s. Ki-67) und Nekroptose (s. RIPK3) führt. Die positiven Korrelationen des prozentualen Anteils COX-2-, IL-1β-, Ki-67- bzw. RIPK3- positiver- Zellen, sowie der Dichte (n/mm2) MOMA-2 positiver Makrophagen/ Monozyten zwischen den GT und ZV könnten auf eine zonale Koinzidenz der Ereignisse in diesen beiden Bereichen der Leber hindeuten.
Erhöhte Methioninkonzentrationen in der Leber bei PACAP- bzw. PAC1- Defizienz könnten allerdings auf ein pro- inflammatorisches und pro- oxidatives Milieu in der Leber hindeuten. In Zusammenschau mit den erhöhten Konzentrationen an Citrullin bei PACAP-/-/ ApoE-/-- und PAC1-/-/ ApoE-/-- Mäusen könnten Methionin und Citrullin kompensatorisch vermehrt produziert worden sein, um eine Protektion gegen Steatosis hepatis zu bewirken. Diese Hypothese wird durch die signifikant niedrigerer Triglyceridkonzentration der Leber bestärkt. Die erhöhten Konzentrationen von Citrullin und Ornithin bei PACAP- und PAC1- Defizienz könnten auf einen gestörten Harnstoffzyklus bei gestörtem Lebermetabolismus zurückzuführen sein.
In Zusammenschau der Befunde könnte die therapeutische Inhibition von PACAP zur Reduzierung von Steatosis hepatis führen. Eine denkbare Nebenwirkung wäre dabei allerdings eine Hypercholesterinämie. Für weitere therapeutische Konsequenzen werden aber noch Studien folgen müssen. Zudem bleibt auch zu klären, welche Rolle PACAP (oder VIP) über VPAC1 und VPAC2 beim Leberstoffwechsel spielt.Atherosclerosis is a chronic inflammatory disease of the arterial walls and is one of the leading causes of death worldwide. It is characterized by lesions (~ plaques) in the arterial wall. Erosion or rupture of the plaques can result in thrombotic events, embolism, stroke, heart attack or, in the worst case, death. Despite intensive research, atherosclerosis has a complex pathogenesis that is still not fully understood. However, lipid accumulation and chronic inflammation of the arterial wall are considered to be the main components. It is usually associated with altered lipid metabolism and hypercholesterolemia. PACAP (Pituitary Adenylate Cyclase-Activating Polypeptide) and its specific receptor PAC1 are involved in the pathogenesis of atherosclerotic/ inflammatory processes. Earlier studies have already demonstrated neuroprotective effects of PACAP by means of anti- apoptotic, anti- inflammatory and anti- oxidative properties as well as the reduction of steatosis hepatis. Since the liver plays a central role in lipid metabolism and is significantly involved in systemic inflammatory reactions, the influence of PACAP and PAC1 on liver metabolism, in particular on metabolism and expression of pro- inflammatory/ oxidative stress- relevant proteins/ cytokines, will be investigated.
The following three mouse genotypes were used for the studies: ApoE-/- (~ control), PACAP-/-/ ApoE-/- and PAC1-/-/ ApoE-/-. The mice received a standard diet for 30 weeks. Subsequently, body weights were determined and cholesterol and triglyceride concentrations in blood plasma and liver were measured. To further differentiate inflammatory and metabolic processes in the liver, immunohistochemical examinations and measurements of amino acid concentrations in the liver were carried out.
There was a significant 16.9% lower weight in PACAP-/-/ApoE-/-- compared to ApoE-/-- mice. All three investigated genotypes ApoE-/-, PACAP-/-/ApoE-/-- and PAC1-/-/ApoE-/- were hypercholesterolemic. The hepatic triglyceride concentration in PACAP-/-/ApoE-/-- mice was significantly lower by 53.9% than in ApoE-/-- mice.
In the immunohistochemical analyses, the percentage of IL-1β positive cells around the ZV was 1.2-fold lower in PACAP-/-/ ApoE-/-- mice than in ApoE-/-- mice. We found Ki-67 in the liver of PAC1-/-/ ApoE-/--, but not PACAP-/-/ ApoE-/-- mice, to be 32.4% higher in density around the GT than in ApoE-/-- mice. The percentage of Ki-67 positive cells around the GT was 12.6% higher than in ApoE-/- mice. In the PACAP-/-/ ApoE-/-- mice, the amino acid concentrations in the liver were increased compared to the ApoE-/-- mice as follows: citrulline (1.4-fold), α- aminobutyric acid (58.1%), methionine (24.1%) and ornithine (23%). In the PAC1-/-/ ApoE-/-- mice, amino acid concentrations in the liver were increased compared to the ApoE-/-- mice as follows: citrulline (1.5-fold), α- aminobutyric acid (2.5-fold) and methionine (16.3%). Our results suggest that PACAP deficiency causes decreased hepatic triglyceride concentrations as well as weight loss.
Our data also show that PACAP deficiency in the liver appears to result in increased anti-inflammatory potential (see COX-2, IL-1β), while PAC1 deficiency tends to lead to increased proliferation (see Ki-67) and necroptosis (see RIPK3). The positive correlations of the percentage of COX-2, IL-1β, Ki-67 and RIPK3 positive cells, as well as the density (n/mm2) of MOMA-2 positive macrophages/ monocytes between the GT and ZV may indicate a zonal coincidence of events in these two areas of the liver.
However, increased methionine concentrations in the liver in PACAP- or PAC1- deficiency could indicate a pro- inflammatory and pro- oxidative environment in the liver. In conjunction with the increased concentrations of citrulline in PACAP-/-/ ApoE-/-- and PAC1-/-/ ApoE-/-- mice, methionine and citrulline may have been produced in a compensatory manner to provide protection against steatosis hepatis. This hypothesis is supported by the significantly lower liver triglyceride concentration. The increased concentrations of citrulline and ornithine in PACAP and PAC1 deficiency could be due to a disturbed urea cycle with impaired liver metabolism.
In summary of the findings, therapeutic inhibition of PACAP could lead to a reduction in steatosis hepatis. However, one conceivable side effect would be hypercholesterolemia. However, further studies will have to follow to determine further therapeutic consequences. It also remains to be clarified what role PACAP (or VIP) plays in liver metabolism via VPAC1 and VPAC2
Ein Vergleich relevanter Versorgungsaspekte bei Patienten auf einer Palliativstation mit Patienten in der Spezialisierten Ambulanten Palliativversorgung (SAPV)
No full textDie Anzahl an Patienten in palliativmedizinischer Versorgung ist in den letzten Jahren angestiegen. Eine umfassende Versorgung, die physische, psychische, soziale und spirituelle Aspekte berücksichtigt, ist für Palliativpatienten von Bedeutung. Bisher ist nicht bekannt, ob sich Patienten, die auf einer Palliativstation behandelt werden oder versterben, in Versorgungsaspekten von Patienten in der spezialisierten ambulanten Palliativversorgung unterscheiden. Ziel der Studie war es, zu verstehen, welche Aspekte der Versorgung für Patienten, Angehörige und medizinisches Fachpersonal im Krankenhausalltag und im ambulanten Setting von Bedeutung sind und wie sich diese Aspekte in den beiden Settings unterscheiden. Hierzu wurde ein qualitatives Design verwendet, das auf semistrukturierten Interviews basiert, die mittels qualitativer Inhaltsanalyse ausgewertet wurden. Die Studie fand in Hessen statt. Die Datenerhebung erfolgte durch Interviews von Patienten, Angehörigen und Mitarbeitern auf der Palliativstation des Universitätsklinikums Marburg. Verglichen wurden diese Interviews mit Daten aus der ELSAH-Studie, die im Setting der spezialisierten ambulanten Palliativversorgung durchgeführt wurde.
Es ergaben sich mehrere Versorgungsaspekte, die in beiden Settings relevant waren: Symptomkontrolle, körperliche Autonomie, psychisches Wohlbefinden, Sicherheitsgefühl, Selbstbestimmung, Versorgungsplanung, patientenzentrierte Versorgung und spirituelle Rituale. Darüber hinaus erweisen sich im stationären Setting die sofortige Verfügbarkeit medizinischen Fachpersonals zur Symptomkontrolle, eine größere Entlastung der Angehörigen sowie eine schnellere Verfügbarkeit psychologischer und spiritueller Versorgung als besonders bedeutsam.
Die Kenntnis dieser Aspekte kann zur Verbesserung einer umfassenden Versorgung beitragen, indem die identifizierten Themen in der Zusammenarbeit von stationärer und ambulanter Palliativversorgung berücksichtigt und entsprechend Netzwerke im ambulanten Setting ausgebaut werden.The number of patients receiving palliative care has risen in recent years. Comprehensive care that takes physical, psychological, social and spiritual aspects into account is important for palliative patients. It is not known whether patients who are treated or die in a palliative care unit differ in aspects of care from patients in specialised palliative home care. The aim of the study was to understand which aspects of care are important for patients, relatives and healthcare professionals in hospital and outpatient settings and how these aspects differ in the two settings. A qualitative design based on semi-structured interviews that were analysed using qualitative content analysis was used for this purpose. The study took place in Hesse. Data was collected through interviews with patients, relatives and staff on the palliative care ward at Marburg University Hospital. These interviews were compared with data from the ELSAH study, which was conducted in the setting of specialised outpatient palliative care. There were several aspects of care that were relevant in both settings: Symptom control, physical autonomy, psychological well-being, sense of security, self-determination, care planning, patient-centred care and spiritual rituals.
In addition, the immediate availability of medical professionals for symptom control, greater relief for relatives and faster availability of psychological and spiritual care proved to be particularly important in the inpatient setting.
Knowledge of these aspects can contribute to the improvement of comprehensive care by taking the identified issues into account in the cooperation between inpatient and outpatient palliative care and expanding networks in the outpatient setting accordingly
Beyond Cancer Cells: How the Tumor Microenvironment Drives Cancer Progression
No full textLiver cancer represents a substantial global health challenge, contributing significantly to worldwide morbidity and mortality. It has long been understood that tumors are not composed solely of cancerous cells, but also include a variety of normal cells within their structure. These tumor-associated normal cells encompass vascular endothelial cells, fibroblasts, and various inflammatory cells, including neutrophils, monocytes, macrophages, mast cells, eosinophils, and lymphocytes. Additionally, tumor cells engage in complex interactions with stromal cells and elements of the extracellular matrix (ECM). Initially, the components of what is now known as the tumor microenvironment (TME) were thought to be passive bystanders in the processes of tumor proliferation and local invasion. However, recent research has significantly advanced our understanding of the TME’s active role in tumor growth and metastasis. Tumor progression is now known to be driven by an intricate imbalance of positive and negative regulatory signals, primarily influenced by specific growth factors produced by both inflammatory and neoplastic cells. This review article explores the latest developments and future directions in understanding how the TME modulates liver cancer, with the aim of informing the design of novel therapies that target critical components of the TME.Gefördert durch den Open-Access-Publikationsfonds der UB Marburg
Mikrozirkulation und lokale statische Muskelausdauer - Analyse positionsbedingter Effekte auf die Rohmert´sche Kurve
No full textHintergrund: Die Rohmert’sche Kurve beschreibt die lokale statische Muskelausdauer als den Zusammenhang zwischen maximaler Haltezeit (HZmax) und dem prozentualen Anteil an Maximalkraft (MVC) und gilt weitgehend als unabhängig von äußeren Einflussfaktoren. Diese Arbeit hinterfragt diese Annahme und untersucht, ob ein reduzierter lokaler hydrostatischer Druck – bedingt durch eine Armposition 27,5 cm oberhalb des rechten Vorhofniveaus (3. ICR parasternal) – im Vergleich zu den Positionen auf oder unter Vorhofniveau die lokale statische Muskelausdauer verringert. Mögliche Mechanismen hierfür sind eine verringerte lokale arterio-venöse Druckdifferenz sowie eine erleichterte mikrovaskuläre Kompression der Vene in der oberen im Vergleich zur mittleren und unteren Position, die gemeinsam die Durchblutung während isometrischer Kontraktion einschränken könnten. Ein solcher nicht untersuchter Effekt wurde insbesondere im Belastungsbereich bis 40 % MVC erwartet, in dem trotz erhöhtem intramuskulärem Druck noch eine arbeitsbedingte Mehrdurchblutung möglich ist, vor allem aber in einem Bereich unterhalb von 20 % MVC, wo keine kompressionsbedingte relative Ischämie angenommen wird. Ab einer Belastung von über 20% - 40 % MVC wird laut Literatur eine kompressionsbedingte relative Ischämie vermutet. Zusätzlich wurde der Einfluss der Armposition auf die post-exercise Durchblutung untersucht.
Methode: Vierzehn gesunde Männer (20–31 Jahre, BMI 21–28,5) führten bilaterale isometrische Handgrip-Tests zur Bestimmung der HZmax bei 15 %, 20 %, 30 %, 40 % und 70 % MVC in drei Unterarmpositionen durch: +27,5 cm (über), 0,0 cm (auf) und −27,5 cm (unter) Vorhofniveau (3. ICR parasternal). Die HZmax wurde mithilfe eines Handgrip-Dynamometers in horizontaler, pronierter Unterarmposition bestimmt und die Durchblutung mittels Venenverschlussplethysmographie an der maximalen Unterarmzirkumferenz gemessen. Die fünf Belastungsniveaus und drei Arbeitspositionen wurden randomisiert. Die Abfolge der links- und rechts-seitigen Tests variierte zwischen den Probanden.
Ergebnisse: Gemittelt für beide Unterarme war die HZmax bei 15 % MVC in der oberen Position um 14,4 % bzw. 18,1 % signifikant geringer als in der mittleren und unteren Position. Gleichzeitig war die Durchblutung dort deutlich (um 21,8 % bzw. 28,6 %) vermindert. Bei 20 % MVC zeigte sich ein ähnlicher Trend, allerdings ohne Signifikanz. Neben dem hydrostatisch verminderten Perfusionsdruck dürfte auch ein erhöhter Widerstand für die Durchblutungslimitierung in der oberen Position verantwortlich sein. Er blieb in der oberen Position während der Belastung (im Vergleich zu vor der Belastung) auf erhöhtem Niveau (27,16 Pa s m⁻³), während er in mittlerer und unterer Position um 31% bzw. 48% sank. Ab Belastungen über 20 % MVC verschwanden die positionsabhängigen Unterschiede bei Haltezeit und Durchblutung. Dies deutet darauf hin, dass der zunehmende Gewebedruck die Durchblutung generell limitiert und hydrostatische Effekte überlagert.
Die Ergebnisse der Analyse der post-exercise Durchblutung zeigten in der ersten Minute nach Belastung in der oberen Position im Vergleich zu der mittleren Position eine bis zu 24 % geringere Durchblutung, in der unteren Position lag die Durchblutung bis zu 32 % unter der mittleren Position. Erst nach etwa zwei Minuten passte sich die Durchblutung in der unteren Position dem Niveau der mittleren Position an, während sie in der oberen Position dauerhaft vermindert blieb.
Diskussion: Bei statischer Arbeit reduziert eine hydrostatisch nachteilige Arbeitsposition über Herzhöhe die (maximale) Arbeitsdurchblutung und die HZmax in einem Bereich unter 20 % MVC signifikant, sodass die Rohmert’sche Kurve in diesem Bereich keinen allgemeingültigen Graphen darstellt. Zwei Faktoren limitieren wahrscheinlich die Durchblutung
1. Verminderter Perfusionsdruck: Durch die Elevation fällt der lokale hydrostatische Gefäßdruck ab und zwar bei 27,5 cm über Herzhöhe stärker im arteriellen als im venösen Schenkel, da er im letzteren nicht wesentlich unter 0 mmHg sinken kann. Die perfusionswirksame Druckdifferenz nimmt also ab.
2. Zunahme des lokalen Gefäßwiderstands: Der durch die obere Position bedingte verringerte Venendruck (der bereits in Ruhe zu einem Kollaps der Venen führt), erleichtert eine Kompression der Venen/ postkapillären Mikrozirkulation durch die muskuläre Druckzunahme in der oberen Position im Vergleich zur unteren und mittleren Position.
Ab einem Belastungsniveau von etwa 20–40 % Maximalkraft wird die Durchblutung in jeder Armposition zunehmend durch den intramuskulären Druck limitiert, was zu einer Nivellierung der positionsabhängigen Unterschiede führt.
Auch die Erholungsphase scheint durch die Position beeinflusst: Die mittlere Position ermöglichte die effizienteste Durchblutungssteigerung nach Belastung. Da jedoch Belastung und Erholungsposition nicht identisch waren, lassen sich kausale Rückschlüsse nur eingeschränkt ziehen.Background: The Rohmert curve describes local static muscular endurance as the relationship between maximum holding time (HZmax) and the percentage of maximal voluntary contraction (MVC). It is largely considered to be independent of external influencing factors. This study questions that assumption and investigates whether a reduced local hydrostatic pressure—caused by an arm position 27.5 cm above heart level—reduces local static muscular endurance compared to positions at or below heart level. Possible mechanisms include a reduced local arteriovenous pressure difference and facilitated microvascular compression of the vein in the upper compared to the middle and lower positions, both of which could restrict blood flow during isometric contraction. Such an effect, not previously studied, was expected especially in the load range up to 40% MVC, where increased muscular blood flow is still possible despite elevated intramuscular pressure, and particularly in the range below 20% MVC, where no compression-induced relative ischemia is assumed. From 20–40% MVC and above, compression-induced relative ischemia is suspected according to the literature. Additionally, the influence of arm position on post-exercise blood flow was examined.
Method: Fourteen healthy men (aged 20–31, BMI 21–28.5) performed bilateral isometric handgrip tests to determine HZmax at 15%, 20%, 30%, 40%, and 70% MVC in three forearm positions: +27.5 cm (above), 0.0 cm (at), and −27.5 cm (below) atrial level (3rd intercostal space, parasternal). HZmax was determined using a handgrip dynamometer in a horizontal, pronated forearm position. Blood flow was measured at the point of maximal forearm circumference using venous occlusion plethysmography. The five load levels and three working positions were randomized. The sequence of left and right side tests varied among participants.
Results: Averaged across both forearms, HZmax at 15% MVC was significantly lower in the upper position by 14.4% and 18.1% compared to the middle and lower positions, respectively. At the same time, blood flow was significantly reduced in the upper position (by 21.8% and 28.6%, respectively). At 20% MVC, a similar trend was observed, though without statistical significance. In addition to the hydrostatically reduced perfusion pressure, increased vascular resistance likely contributed to the restricted blood flow in the upper position. During exertion, resistance remained elevated in the upper position (27.16 Pa·s·m⁻³) compared to pre-exercise levels, whereas it decreased by 31% and 48% in the middle and lower positions, respectively. At loads above 20% MVC, position-dependent differences in holding time and blood flow disappeared. This suggests that increasing tissue pressure generally limits blood flow, overriding hydrostatic effects.
Post-exercise blood flow analysis showed that during the first minute after exertion, blood flow in the upper position was up to 24% lower than in the middle position. In the lower position, blood flow was up to 32% lower than in the middle position. It took about two minutes for blood flow in the lower position to reach the level of the middle position, whereas it remained persistently reduced in the upper position.
Discussion: During static exertion, a hydrostatically disadvantageous working position above heart level significantly reduces maximal blood flow and HZmax at load levels below 20% MVC. Thus, the Rohmert curve does not represent a universally valid graph in this range. Two factors likely limit blood flow:
1. Reduced perfusion pressure: Due to elevation, local hydrostatic vascular pressure drops—more so on the arterial than on the venous side, as venous pressure cannot fall much below 0 mmHg. Consequently, the effective perfusion pressure difference is reduced.
2. Increased local vascular resistance: The decreased venous pressure in the elevated arm position (which already leads to venous collapse at rest) facilitates compression of the veins and postcapillary microcirculation due to increased muscular pressure in the upper position compared to the lower and middle positions.
From a load level of around 20–40% MVC onward, blood flow is increasingly limited by intramuscular pressure in all arm positions, which levels out any position-dependent differences.
Recovery phase also appears to be affected by arm position: The middle position allowed the most efficient post-exercise blood flow increase. However, since the load and recovery positions did not match, causal conclusions must be drawn with caution
Transport of electrons and molecules through the solid electrolyte interphase in lithium-ion batteries: From experimental design to model-based interpretation
No full textIn den im Rahmen dieser Arbeit angefertigten Artikeln wurde über die passivierenden Eigenschaften der Festelektrolyt-Interphase (SEI) und die zugrundeliegenden Transportmechanismen von Elektronen, Molekülen und Ionen berichtet. Durch den kombinierten experimentellen und modellbasierten Ansatz sollte ein Beitrag zum Verständnis der ambivalenten passivierenden Eigenschaften von SEIs gegenüber den Molekülen des Batterieelektrolyten sowie Redox-Shuttle-Molekülen, welche als Additive für den Überladeschutz in Lithium-Ionen-Batterien Verwendung finden, geleistet werden.
In der ersten Publikation wurde der Stand der Forschung hinsichtlich des Transports von Molekülen, Elektronen und Ionen durch die SEIs dargelegt. Aus den experimentellen Befunden verschiedener Studien von SEIs auf Glaskohlenstoff, hochorientiertem pyrolytischem Graphit und carbon black- sowie Graphit-Kompositelektroden wurden mittels Modellgleichungen die Transportkoeffizienten von Lithium-Ionen, Organocarbonatmolekülen (als Bestandteil des Elektrolyten) und Redoxmolekülen abgeschätzt und miteinander verglichen. Dabei wurde angenommen, dass der Transport von erstens Redoxmolekülen und zweitens Organocarbonatmolekülen bzw. Elektronen durch die SEI die Reduktion dieser Moleküle bestimmt und es konnten so effektive Diffusionskoeffizienten der Redoxmoleküle sowie eine Obergrenze der effektiven Diffusionskoeffizienten der Organocarbonatemoleküle abgeschätzt werden. Für alle Elektrodenmaterialien war die Obergrenze des effektiven Diffusionskoeffizienten der Organocarbonatmoleküle mindestens drei Größenordnungen niedriger als der effektive Diffusionskoeffizient der Redoxmoleküle. Die untersuchten Studien bezüglich der Reduktion von Redoxmolekülen an SEI-bedeckten Elektroden erfolgten bei Elektrodenpotentialen in der Nähe des Halbstufenpotentials des jeweiligen Redoxmoleküls und es wurde somit eine mögliche Potentialabhängigkeit der SEI-Morphologie und somit auch der passivierenden Eigenschaften diskutiert. Es wurden jedoch auch experimentelle Befunde über die beobachtete Ambivalenz der SEI-Passivierung gegenüber Redox- und Organocarbonatmolekülen aufgeführt, welche bei Batteriebetriebspotentialen nahe 0 V vs. Li+/Li erhalten wurden. Die Ergebnisse dieser ersten Publikation wurden als Grundlage verwendet, um einen experimentellen Aufbau zu entwickeln und damit experimentell sowohl die möglichen potentialabhängige SEI-Passivierung als auch die beschriebene Ambivalenz bezüglich der SEI-Passivierung gegenüber verschiedenen Molekülsorten bei Batteriebetriebspotentialen zu untersuchen.
In der zweiten Veröffentlichung wurde ein neu konzipierter und entwickelter Vier-Elektroden-Messaufbau vorgestellt, welcher die offenen Fragen bezüglich der ambivalenten, passivierenden Eigenschaften von SEIs gegenüber Redox- und Organocarbonatmolekülen adressieren sollte. Mithilfe dieses Generator-Kollektor-Aufbaus wurden chronoamperometrische Messungen der Organocarbonat- und der Redoxmolekülreduktion (hier Fc+-Ionen) mit elektrochemischer Impedanzspektroskopie kombiniert. Aus den Reduktionsströmen der jeweiligen Spezies und der aus Elastanzspektren ermittelten SEI-Dicke wurden Passivierungsfaktoren für Organocarbonat- und Redoxmoleküle in Abhängigkeit von der SEI-Bildungszeit bestimmt. Die Ergebnisse legen nahe, dass die Reduktion der Organocarbonatmoleküle durch den Transport von Elektronen bestimmt wird, während bei kurzen SEI-Bildungszeiten der quasi-simultan gemessene Redoxmolekülreduktionsstrom sehr viel größer als der der Organocarbonatreduktion ist. Für kurze SEI-Bildungszeiten wird geschlussfolgert, dass die Reduktion beider Spezies durch verschiedene Transportmechanismen bestimmt wird und die Redoxmoleküle an der Grenzfläche Elektrode | SEI reduziert werden. Dieser Reduktionsstrom der Redoxmolekül-Elektronen-Reaktion wird somit durch den Transport von Molekülen durch elektrolytgefüllte Poren der SEI bestimmt wird. Es wird vermutet, dass aufgrund einer sehr niedrigen Ratenkonstante der Organocarbonatreduktion diese trotz der Existenz elektrolytgefüllter Poren aufgrund der hohen Organocarbonatkonzentration im Elektrolyten (relativ zur Konzentration über das gesamte SEI-Volumen) an der Grenzfläche SEI | Elektrolyt erfolgt und der Organocarbonatreduktionsstrom durch den Transport von Elektronen durch die SEI bestimmt wird. Aus den Passivierungsfaktoren der Organocarbonatmoleküle und Ferrocenium-Ionen konnten sehr gute Abschätzungen der Transportkoeffizienten von Molekülen und Elektronen durch die SEI erhalten werden. Desweiteren wurden die Experimente auch für SEIs bei einem Elektrodenpotential von 3 V vs. Li+/Li durchgeführt und die These der potentialabhängigen Passivierungseigenschaften der SEI bestätigt.
Um die experimentellen Befunde des zweiten Artikels hinsichtlich der Eigenschaften der molekularen Spezies sowie der morphologischen Eigenschaften der SEI näher zu diskutieren wurde im dritten Artikel dieser Arbeit ein Transport- und Reaktionsmodell vorgestellt. Mit diesem Modell war es möglich, verschiedene Transport- und Reaktionsregime in Abhängigkeit von der Ratenkonstante der Molekül-Elektronen-Reaktion und in Abhängigkeit von der Porosität der SEI zu differenzieren. Es wurde gezeigt, dass dieses Transport- und Reaktionsmodell äquivalent zu einem Transmission-Line-Modell (TLM) ist. Zudem wurden kombinierte Generator-Kollektor-Experimente mit elektrochemischer Impedanzspektroskopie durchgeführt, wobei Modell-SEIs auf Glaskohlenstoff bei verschiedenen Elektrodenpotentialen gebildet wurde. Das experimentell beobachtete sehr hohe Stromdichtenverhältnis von der Ferroceniumionen- zur Organocarbonatmolekülreduktion bei kurzen SEI-Bildungszeiten, als auch die starke Abnahme dieses Stromdichtenverhältnisses mit zunehmenden SEI-Bildungszeiten konnte qualitativ durch Simulationen modelliert werden. Der qualitative Vergleich von modellbasierten mit experimentellen Ergebnissen ermöglichte sehr gute Abschätzungen der elektronischen Leitfähigkeit der SEI sowie des Transportkoeffizienten des Molekültransports durch die SEI. Die elektronische Leitfähigkeit der SEI weist dabei nur eine sehr geringe Abhängigkeit vom Elektrodenpotential auf. Dieser Befund spricht gegen die Vorhersage der lokalen Nernst-Gleichung, dass die Elektronenkonzentration mit abnehmendem Elektrodenpotential exponentiell ansteigt.The articles prepared as part of this work report on the passivating properties of the solid electrolyte interphase (SEI) and the underlying transport mechanisms of electrons, molecules, and ions. The combined experimental and model-based approach should contribute to the understanding of the ambivalent passivating properties of SEIs towards the molecules of the battery electrolyte and redox shuttle molecules, which are used as additives for overcharge protection in lithium-ion batteries.
In the first publication, the state of research regarding the transport of molecules, electrons and ions through SEIs was presented. The transport coefficients of lithium ions, organocarbonate molecules (as part of the electrolyte) and redox molecules were estimated with modelequations from the experimental findings of various studies of SEIs on glassy carbon, highly oriented pyrolytic graphite and composite electrodes with carbon black or graphite. The values obtained were then compared with each other. It was assumed that the transport through the SEI of redox molecules, on the one hand, and organocarbonate molecules or electrons, on the other hand, determines the reduction of these molecules. Based on this, an effective diffusion coefficient of the redox molecules and an upper limit of the effective diffusion coefficient of organocarbonate molecules could be estimated. For all electrode materials, the upper limit of the effective diffusion coefficient of the organocarbonate molecules was at least three orders of magnitude lower than the effective diffusion coefficient of the redox molecules. The studies on the reduction of redox molecules at SEI-covered electrodes were carried out at electrode potentials close to the half-step potential of the respective redox molecule and a possible potential dependence of the SEI morphology and thus also of the passivating properties was discussed. However, experimental findings on the observed ambivalence of SEI passivation towards redox and organocarbonate molecules obtained at battery operating potentials close to 0 V vs. Li+/Li were also presented. The results of this first publication were used as a basis for developing an experimental setup to experimentally investigate both the possible potential-dependent SEI passivation and the described ambivalence of passivation with regard to different types of molecules.
In the second publication, a specifically designed and developed four-electrode measurement setup was presented to address the open questions regarding the ambivalent passivating properties of SEIs towards redox and organocarbonate molecules. Using this generator-collector setup, chronoamperometric measurements of organocarbonate and redox molecule reduction (here Fc+-ions) were combined with electrochemical impedance spectroscopy. Passivation factors for organocarbonate and redox molecules were determined from the reduction currents of the respective species and from the SEI thickness determined from elastance spectra. The results suggest that the organocarbonate molecule reduction is determined by the transport of electrons, while at short SEI formation times the quasi-simultaneously measured redox molecule reduction current is much larger than that of the organocarbonate reduction. For short SEI formation times, it is concluded that the reduction of both species is determined by different transport mechanisms, the redox molecules are reduced at the electrode | SEI interface and this reduction current is determined by the transport of molecules through electrolyte-filled pores within the SEI. It is assumed that, due to a very low rate constant of organocarbonate reduction and the low organocarbonate concentration in the SEI pores, this reaction takes place at the SEI | bulk electrolyte interface and is determined by the transport of electrons through the SEI. Good estimates of the transport coefficients of molecules and electrons through the SEI were obtained from the passivation factors of the organocarbonate molecules and ferrocenium ions. Furthermore, the experiments were also carried out for SEIs at an electrode potential of 3 V vs. Li+/Li and the postulate of the potential-dependent passivation properties of the SEIs was confirmed.
In order to discuss the experimental findings of the second article with regard to the properties of the molecular species and the morphological properties of the SEI in more detail, a transport and reaction model was presented in the third article of this thesis. By means of this model, it was possible to differentiate different transport and reaction regimes as a function of the rate constant of the molecule-electron reaction and as a function of the porosity of the SEI. It was shown that this transport and reaction model is equivalent to a transmission line model. In addition, combined generator-collector experiments with electrochemical impedance spectroscopy were carried out, whereby model SEIs were formed on glassy carbon at different electrode potentials. The experimentally observed very high current density ratio of ferrocenium ion to organocarbonate molecule reduction at short SEI formation times, as well as the strong decrease of this current density ratio with increasing SEI formation times could be modelled qualitatively by simulations. The comparison of model-based and experimental results enabled good estimates of the electronic conductivity of the SEI and the transport coefficient of the molecular transport in the SEI. The electronic conductivity of the SEI shows only a very small dependence on the electrode potential. This finding gives strong indication that there is no exponential increase of the electron concentration at the electrode | SEI interface as predicted by the local Nernst equation
Heteronomie, Autonomie und Self-Empowerment in Beratungskontexten der „Eingliederungshilfe“ in Thüringen Ermöglichung einer selbstbestimmten und unabhängigen Lebensführung von Menschen mit kognitiven Beeinträchtigungen durch bedarfsorientierten Informationstransfer
No full textWohn- und Lebensräume haben für Menschen eine hohe Bedeutsamkeit. Sie bilden den Mittelpunkt, welcher direkte Auswirkung auf die Gestaltungsmöglichkeiten hat und Handlungsspielräume eröffnen oder auch verschließen kann. Vom Wohnraum ausgehend, gestaltet der Mensch das ganze Leben: Wohin er gehen kann, welche Sozialkontakte geknüpft und gepflegt werden, welche Angebote zur Freizeitgestaltung genutzt werden können und auch, welche beruflichen Tätigkeiten möglich sind.
Auffällig dabei ist, dass vor allem Menschen mit kognitiven Beeinträchtigung keinen flächendeckenden personen- und bedarfsorientierten Zugang zu Informationen und Wissen zum Themenbereich des selbstbestimmten Wohnens im Rahmen der „Eingliederungshilfe“ erhalten, was unmittelbare Auswirkungen auf die Möglichkeit eines autonomen Entscheidungs-findungsprozess hat. Dies bestätigt auch die von Trescher veröffentlichte Pilotstudie aus dem Jahr 2018. Diese Tatsachen verstoßen maßgeblich gegen die aktuellen gesetzlichen Bestimmungen in Bezug auf das Gesetz zur Stärkung der Teilhabe und Selbstbestimmung von Menschen mit Behinderungen (BTHG) in Verbindung mit dem Übereinkommen über die Rechte von Menschen mit Behinderungen (UN-Behindertenrechtskonvention). Denn nur, wer einen bedarfsorientierten Zugang zu Informationen und Wissen erhält hat die Möglichkeit, sich selbst zu ermächtigen (Self-Empowerment), über die eigene Teilhabemöglichkeiten aktiv selbst zu entscheiden (Autonomie) und sich aus Abhängigkeitsbeziehungen und Fremdbestimmung (Heteronomie) herauszulösen.
Ein barrierefreier Zugang zu Informationen sowie die Möglichkeit einer störungsfreien Kommunikation stellt die Basis einer gesellschaftlichen Partizipation. Die aktuell vorliegenden Barrieren in der Beschaffung von Informationen für Menschen mit kognitiven Beeinträchtigung führen unmittelbar zu starken Einschränkungen in der Selbstbestimmung.
Im Rahmen der vorliegenden Dissertationsschrift wird die Qualität der Informationsaufbereitung, die Informationstransferierung sowie die Qualität des Theorie-Praxis-Transfers in den Beratungsstrukturen der „Eingliederungshilfe“ in Thüringen in Bezug auf eine selbstbestimmte und unabhängige Lebensführung differenziert untersucht und Korrelationslinien zur Beratungsqualität hergestellt. Leitend ist hierfür die Hauptforschungsfrage „Welche Möglichkeiten und Grenzen bieten aktuelle Beratungsprozesse in der ‚Eingliederungshilfe‘ in Thüringen hinsichtlich der Informationsaufbereitung, des Informationstransfers und der allgemeinen Informationsqualität für Menschen mit kognitiven Beeinträchtigungen bezüglich einer autonomen und selbstbestimmten Wohn- und Lebenssituation?“.
Es wurde eine methodenplurale Forschung im explanativen Design (nach Kuckartz, 2014) durchgeführt. Ziel war es, einen weitestgehenden „Stärke-Schwächen-Ausgleich“ der eingesetzten Methoden zu ermöglichen und dadurch ein beispielhaftes Abbild des gegenwärtigen Zustandes darzustellen sowie ein dynamisches Konstrukt eines etwaigen Soll-Prozesses abzuleiten. Hierfür wurden sowohl die Perspektiven beratender Fachkräfte als auch ratsuchender Personen quantitativ und qualitativ untersucht und auf die Prozessualität von assistierender Wohnberatung adaptiert. Diese kann als Teil pädagogischer (Beratungs-)Praxis und dabei mehrdimensional verstanden werden. Die hier zugrunde liegenden pädagogischen Aufgaben verlaufen demzufolge auf mehreren Ebenen, mit dem übergeordneten Ziel der Überprüfung adäquater Maßnahmen in Bezug auf die Umsetzung tatsächlicher Gleichstellung und Partizipation entsprechend des Disability Mainstreamings und in Bezug auf Umsetzungsprozesse, die sich inklusiv, partizipativ und partizipativ-deinstitutionalisierend vollziehen. In Bezug auf eine umfassende Versorgung mit Wohnberatungsstrukturen bedarf es effizienter und wirksamer Kooperationen zwischen Behörden, Organisationen der „Eingliederungshilfe“ und der Zivilgesellschaft (vor allem mit Selbstvertretungsorganisationen). Durch eine adäquate Vernetzungsarbeit können Synergien geschaffen sowie Ressourcen organisations- und anbieterübergreifend so geteilt werden, dass die Sicherstellung einer effizienten und umfassenden Versorgung gewährleistet wird.Housing and living spaces are highly significant for people. They form the center of life, which has a direct impact on the possibilities for shaping one’s environment and can open up or close off room for manoeuvre. Starting from their living space, people shape their entire lives: where they can go, which social contacts can be made and maintained, what leisure activities can be utilized, and also which professional activities are possible., It is striking that individuals with cognitive disabilities in particular do not receive comprehensive, person- and need-oriented access to information and knowledge on the topic of self-determined living within the framework of "integration assistance" ("Eingliederungshilfe") which has a direct impact on the possibility of an autonomous decision-making-process. This is also confirmed by the pilot study published by Trescher in 2018. These facts fundamentally the violate current legal provisions in relation to the Act to Strengthen Participation and Self-Determination of Persons with Disabilities (Bundesteilhabegesetz) in conjunction with the UN Convention on the Rights of Persons with Disabilities (UN-CRPD). Only those who have needs-orientated access to information and knowledge have the opportunity to empower themselves (self-empowerment), actively make decisions about their own opportunities for participation (autonomy), and free themselves from dependency and external control (heteronomy).
Accessible information and the possibility to communicate without interference form the basis of societal participation. The current barriers to obtaining information for people with cognitive disabilities lead directly to significant restrictions in self-determination.
This dissertation examines the quality of information preparation, information transfer, and the quality of theory-practice transfer in the counselling structures of "integration assistance" in Thuringia regarding independent and self-determined lifestyle and establishes correlations with the quality of counselling are identified. The main research question is: "What opportunities and limitations do current counselling processes in 'integration assistance' in Thuringia offer regarding information preparation, information transfer, and general quality of information for individuals with cognitive disabilities with to an autonomous and self-determined living and housing situation?"
A multi-method explanatory research design (following Kuckartz, 2014) was carried out. The aim was to enable a balance of strengths and weaknesses of the methods used as far as possible. Thereby presenting an exemplary image of the current situation and deriving a dynamic construct of a potential target process. Both the perspectives of counselling professionals and people seeking advice were quantitatively and qualitatively examined and adapted to the processes of assisted living counselling.
This can be understood as part of pedagogical (counselling) practice and is viewed in a multidimensional way. The underlying pedagogical tasks operate on multiple levels, with the overarching goal of evaluating appropriate measures in relation to the implementation of actual equality and participation in accordance with disability mainstreaming and in relation to implementation processes that take place in an inclusive, participatory, and participatory-de-institutionalizing process.
Comprehensive provision of housing counselling structures requires efficient and effective cooperation between authorities, "integration assistance” organisations and civil society (especially self-advocacy organizations). Adequate networking can create synergies and resources can be shared across organizations and providers to ensure efficient and comprehensive provision
Ansätze zur zuverlässigen Mixed-Reality-Navigation in der Neurochirurgie
No full textKommerzielle Navigationssysteme ermöglichen die Verknüpfung von medizinischen Bilddaten mit dem Operationssitus. Dabei werden in Echtzeit die Positionen der anatomischen Strukturen und operativen Instrumente bestimmt und somit die neurologischen Funktionen durch die Kontrolle des operativen Bereichs bei gleichzeitiger Maximierung des Resektionsausmaßes erhalten, was als positiver prädiktiver Faktor für das Überleben angesehen wird. Durch die Einführung der Technik der gemischten Realität (Mixed Reality, MR) in herkömmliche Navigationssysteme können Operateure überlagerte virtuelle Bilder direkt am Operationssitus visuell erfassen, sodass die Intuitivität erheblich verbessert wird und so zum Operationserfolg beiträgt.
Dennoch ist es aufgrund der hohen finanziellen und zeitlichen Aufwände kommerzieller Navigationssysteme besonders wichtig, nach Alternativen für Regionen mit begrenzten Budgets und Ressourcen zu suchen. MR-Geräte, wie Projektoren, Smartphones und Tablets, sind zwar miniaturisiert, kostengünstig und in der Lage, eine In-situ-Visualisierung virtueller Inhalte zu ermöglichen, weisen jedoch Instabilität auf und bieten keine zuverlässige Raumkartierung für eine eigenständige Navigation. Im Gegensatz dazu zeigten Head-Mounted-Displays (HMDs) dafür großes Potenzial, da sie räumliche Karten erstellen und physische Daten in Echtzeit erfassen können, wodurch sie eigenständig als Navigationssystem (Mixed-Reality-Navigation, MRN) fungieren können.
Zahlreiche Studien haben nachgewiesen, dass MRN-Systeme bei verschiedenen neurochirurgischen Eingriffen erhebliche Vorteile bieten. Allerdings liegt die Herausforderung für ihre weitreichende Anwendung, auch in Regionen mit begrenzten Budgets und Ressourcen, in den vergleichsweise hohen Ungenauigkeiten, die vor allem auf die Abhängigkeit vom Benutzer beim Registrierprozess zurückzuführen sind.
In der vorliegenden Arbeit wurde zunächst ein neues Werkzeug, der „Laserkreuzsimulator“ (LKS), zur Registrierung entwickelt. Dabei handelt es sich um ein Lasermodul, das den Rahmen eines Scanners relativ zur Position des Patienten reproduziert. Das darauf basierende MRN-System kann automatisch die Abbildung zwischen den Räumen des Trackings und der Bildgebung berechnen. Im Vergleich zu bestehenden Registrierverfahren kann dieses neuartige Verfahren die Komplexität der Interaktion des Benutzers mit virtuellen Objekten während des Registrierprozesses reduzieren, was den Arbeitsablauf vereinfacht und die Benutzerfreundlichkeit verbessert (Manuskript Nr. 1).
Anschließend wurde die Gesamtleistung des LKS-MRN-Systems sowie die Einflussfaktoren in einem kontrollierten, klinisch relevanten Umfeld bewertet, insbesondere hinsichtlich der Robustheit und Genauigkeit. Hierfür wurde ein strukturiertes Bewertungsverfahren erstellt, das die Messfehler kontrolliert und zudem Analysen basierend auf Landmarken und Läsionen einsetzt. Im erweiterten Versuch mit 19 neurochirurgisch relevanten Phantomen zeigte das LKS-MRN-System eine gute Robustheit bei verschiedenen operativen Lagerungen und eine vielversprechende Genauigkeit (Manuskript Nr. 2).
Abschließend wurde ein standardisierter und validierter Datensatz veröffentlicht, der für MRN-Forschungen maßgeschneidert ist, um die Einsetzbarkeit und die Weiterentwickelbarkeit von technischen Alternativen für Regionen mit begrenzten Budgets und Ressourcen zu unterstützen. Dieser Datensatz wurde unter mehreren technischen Aspekten validiert und soll Forschende dabei unterstützen, die Herausforderungen bei der Patientenrekrutierung und der Beschaffung medizinischer Modelle zu überwinden, sodass ihre Forschung beschleunigt und die Kosten gesenkt werden können (Manuskript Nr. 3).
Das auf dem LKS basierende Registrierverfahren hat vielversprechende Ergebnisse bei der Steigerung der Effizienz, Robustheit und Genauigkeit des MRN-Systems gezeigt und könnte zu einer zuverlässigen Alternative für die Navigation in der Neurochirurgie werden. Zudem können die Entwicklung und das Testen von mehreren Alternativen durch den frei zugänglichen Datensatz in Regionen mit begrenzten Budgets und Ressourcen gefördert und somit deren potenzielle Anwendungsbreite weiter erhöht werden.Commercial navigation systems are essential tools in neurosurgery, linking medical image data with the surgical field. The real-time localization of anatomical structures and surgical instruments enables a controllable surgical scope. While maximizing the extent of resection, they protect the neurological function, which is regarded as a positive prognostic factor for survival. By integrating mixed reality (MR) technology into conventional navigation systems, neurosurgeons are allowed to visualize virtual images superimposed on the surgical field. It significantly enhancing intuitiveness and improving surgical outcomes.
However, these systems comprise bulky hardware associated with high cost, leading to increasing interest in more compact, cost-effective, and easy-to-use alternatives. This is regarded as meaningful for regions with limited budgets and resources. MR devices such as projectors, smartphones, and tablets can provide on-site visualization of virtual content but lack the stability and reliable spatial mapping required for standalone navigation. In contrast, head-mounted displays (HMDs) exhibit the capacity to generate real-time spatial maps by capturing data from the physical environment, functioning independently as navigation systems (mixed reality navigation, MRN).
Multiple studies have proven the practical value of MRN systems in a wide range of neurosurgical procedures and their widespread adoption in resource-limited settings. Nonetheless, a significant challenge is the overall accuracy, primarily due to the high user-dependence in the registration process.
A novel registration tool, a laser crosshair simulator (LKS), was developed in this study. It is a trackable laser module capable of replicating the scanner's frame relative to the patient in space. The LKS-based MRN system can automatically compute the transformation between the tracking and imaging spaces. Compared to existing registration methods, this approach significantly reduces the complexity of user interaction with virtual objects during registration, simplifying the workflow and improving user experience (Manuscript No. 1).
Subsequently, the LKS-MRN system's comprehensive quality and its potential influencing factors were evaluated in a controlled yet clinically relevant setting. A structured quality assessment protocol was designed to control observer bias and incorporate landmark-based and lesion-based analyses. A cohort involving 19 neurosurgically relevant phantoms was built to investigate the robustness and accuracy. The LKS-MRN system demonstrated consistent robustness and commendable accuracy across various surgical positions (Manuscript No. 2).
Finally, a standardized and validated dataset specifically tailored for neurosurgical MRN research was generated and published to support the development of alternative solutions for resource-limited settings. This dataset aims to help researchers overcome challenges during patient recruitment and phantom procurement, thereby accelerating their research and reducing costs (Manuscript No. 3).
The LKS-based registration method has shown promising results in enhancing the efficiency, robustness, and accuracy of MRN systems. This success positions MRN as a valuable advancement for neurosurgical planning and navigation, improving surgical results even without standard commercial navigation systems. Additionally, this study has promoted MRN development and testing in resource-limited settings by providing an open-access dataset, further expanding the potential for broad application
Untersuchungen zur Cimicifugasäure- und Fukinolsäurebiosynthese in Actaea racemosa und Petasites japonicus
No full textBezüglich der Cimicifugasäure- und Fukinolsäurebiosynthese gibt es nach
aktuellem Forschungsstand erste Einblicke. Es wurde kürzlich ein Enzym aus
Actaea racemosa isoliert und charakterisiert, welches die Fähigkeit besitzt
verschiedene Cimicifugasäuren aus Piscidinsäure und verschiedenen
Hydroxyzimtsäure-CoA-Thioestern als Substraten zu katalysieren
(Cimicifugasäure-Synthase). Im Hinblick auf die Fukinsäure- bzw.
Fukinolsäurebiosynthese verbleiben jedoch offene Fragen bezüglich der
Ursprünge der Hydroxygruppe in Kombination mit einer Kohlenstoff-Einheit in
Piscidin- bzw. Fukinsäure.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden Untersuchungen zur Cimicifugasäure- und
Fukinolsäurebiosynthese in Actaea racemosa und Petasites japonicus
durchgeführt. Es gelang die Isolierung und Charakterisierung einer
Hydroxy(phenyl)pyruvat Reduktase (H(P)PR) aus A. racemosa (ArH(P)PR). Die
Bestimmung der kinetischen Parameter ergab, dass NADPH das bevorzugte
Co-Substrat und β-Hydroxypyruvat das präferierte Substrat darstellen. Dem
Enzym kann somit sowohl eine HPPR, als auch eine Hydroxypyruvat Reduktase-
Aktivität zugeschrieben werden. Expressionsanalysen der ArH(P)PR ergaben,
dass dieses Enzym in den oberirdischen Pflanzenorganen zu finden ist.
Die ArH(P)PR könnte, zusammen mit der Tyrosin Aminotransferase (TAT), eine
wichtige Rolle bei der Biogenese der Fukinolsäure und der Cimcifugasäuren
spielen. Für nähere Analysen zu dieser Hypothese wurde in dieser Arbeit
zusätzlich die TAT aus A. racemosa (ArTAT) charakterisiert. Für die Substrate
2-Oxoglutarat und L-Tyrosin konnten die kinetischen Parameter bestimmt
werden. Weiterhin konnte bestätigt werden, dass die ArTAT Prephenat, Pyruvat
und Oxalacetat umsetzt.
Daneben wurden weitere Untersuchungen bezüglich der gebildeten
Fukinolsäuremengen in in vitro-Kulturen in unterschiedlichen Nährmedien, durch
Elicitierung und im zeitlichen Verlauf durchgeführt. Hierbei zeichnete sich deutlich
ab, dass die Fukinolsäuremenge aus frischem Blattmaterial (A. racemosa,
P. japonicus) im Vergleich zu den Zellkulturen stets größer war. Weiterhin
erbrachte die Elicitierung mit Suberoylhydroxamsäure (in DMSO), einem Histon
Deacetylase-Hemmstoff, selbst keinen Einfluss auf die Fukinolsäuremenge in
A. racemosa, jedoch ließ die Behandlung nur mit dem Lösungsmittel die
Fukinolsäurebildung zunehmen.Current research has provided initial insights into the biosynthesis of cimicifugic
acid and fukinolic acid. An enzyme from Actaea racemosa (cimicifugic acid
synthase) has been isolated and characterized recently. This enzyme has the
ability to catalyze the formation of various cimicifugic acids using piscidic acid
and various hydroxycinnamic acid CoA-esters as substrates. On the other hand,
with regard to fukiic and fukinolic acid biosynthesis, the origins of the hydroxyl
group connected to a carbon moiety in piscidic and fukiic acid remains unclear.
In this work, studies on cimicifugic acid and fukinolic acid biosynthesis in
A. racemosa and Petasites japonicus have been performed. The isolation and
characterization of a hydroxy(phenyl)pyruvate reductase (H(P)PR) from
A. racemosa (ArH(P)PR) was successful. The determination of the kinetic
parameters revealed that NADPH is the preferred co-substrate and
β-hydroxypyruvate is the preferred substrate. Thus, both, HPPR and
hydroxypyruvate reductase activities can be attributed to the enzyme. Expression
analyses of ArH(P)PR showed the presence of this enzyme in flower, flower stalk,
leaf and stem plant material, while it could not be detected in roots.
ArH(P)PR, together with tyrosine aminotransferase (TAT), could play an
important role in the biogenesis of fukinolic acid and cimicifugic acids. For further
analysis of this hypothesis, TAT from A. racemosa (ArTAT) was additionally
characterized in this work. The kinetic parameters for the substrates
2-oxoglutarate and L-tyrosine could be determined. Furthermore, it was
confirmed that ArTAT converts prephenate, pyruvate and oxaloacetate.
In addition, further studies were carried out on the amounts of fukinolic acid
formed in in vitro cultures in different culture media, by elicitation and over time.
This clearly showed that the amount of fukinolic acid from fresh leaf material
(A. racemosa, P. japonicus) was always higher compared to the amount in cell
cultures. Furthermore, elicitation with suberoylhydroxamic acid (in DMSO), an
inhibitor of histone deacetylase, had no effect on the amount of fukinolic acid in
A. racemosa, but treatment with the solvent increased the formation of fukinolic
acid