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Untersuchungen zur chirurgischen Saugferkelkastration unter Lokalanästhesie mit Lidocain in einem Feldversuch
Get PDFExploring cooperative verification
Get PDFNo silver bullet exists for software verification: Many successful tools and techniques have been developed over the past few decades, but none of them is sufficient to tackle the problem on its own. Each of these successful tools and techniques is strong in some specific areas but weak in others.
With this background, it is natural to try out combinations of verification techniques. These combinations could either be integrated or constructed using off-the-shelf components, where the components may exchange information.
This thesis explores the area of cooperative verification. A cooperative verification technique is a combination of verification techniques where different off-the-shelf components work together, as a team, sharing information with each other with the goal of solving a verification problem.
As a first step, we reviewed scientific literature to understand and systematize the knowledge about cooperative verification. We found that most of these combinations were developed ad hoc. To address this gap, we developed CoVeriTeam, a tool for systematic construction and execution of combinations of verification tools. We conducted an extensive evaluation of tool combinations constructed using CoVeriTeam to investigate their performance in comparison to the standalone tools when solving verification problems. Furthermore, to improve the accessibility of verification tools, we have developed a web service for CoVeriTeam that allows users to execute verification tools and their combinations remotely.
Our work is already having an impact: (1) CoVeriTeam was used in research work to construct an off-the-shelf component-based counterexample-guided abstractionrefinement tool, (2) two tools constructed using CoVeriTeam participated in the 11th Competition on Software Verification held in 2022, (3) CoVeriTeam Service was used in integration scripts for the 2023 competitions on software verification and testing to check if the submitted tools can be successfully executed, and (4) a user interface based on an instance of CoVeriTeam Service has been developed at Huawei Dresden Research Center to demonstrate the capabilities of verification tools and allow other teams at Huawei to use these tools without needing to install them.Es gibt kein Patentrezept für die Softwareverifikation: In den letzten Jahrzehnten wurden viele erfolgreiche Werkzeuge und Techniken entwickelt, jedoch kommen diese mit ihren eigenen Stärken und Schwächen. Für bestimmte Anwendungsbereiche sind einige Techniken und Werkzeuge daher besser geeignet als andere.
Deshalb liegt es nahe, verschiedene Kombinationen von bestehenden Verifikationstechniken auszuprobieren. Diese Kombinationen können in bestehende Werkzeuge integriert oder direkt aus bereits verfügbaren Komponenten zusammengesetzt werden. Hierbei tauschen die Komponenten unter Umständen Informationen aus, um schneller ein Ergebnis zu erzielen.
Diese Arbeit konzentriert sich auf kooperative Verifikation, also die Kombination von bestehenden Verifikationskomponenten. Dabei arbeiten die Komponenten als Team; sie tauschen Informationen untereinander aus, um gemeinsam das zugrundeliegende Verfikationsproblem zu lösen.
Zu Beginn der Arbeit werden bereits existierende kooperative Techniken in einer systematischen Literaturstudie eingeordnet, verstanden und kategorisiert. Das Ergebnis der Studie legt nahe, dass viele kooperative Techniken ad hoc implementiert werden. Basierend auf dieser Erkenntnis, wurde CoVeriTeam entwickelt. Es erlaubt, dass kooperative Ansätze innerhalb eines Frameworks systematisch konstruiert und ausgeführt werden können. Mithilfe von CoVeriTeam können verschiedene Kombinationen von Techniken auch evaluiert werden. Das Ergebnis: Tatsächlich übertrifft die Kombination der Techniken die Leistungen der einzelnen Komponenten. Zudem vereinfacht CoVeriTeam die Nutzung von bestehenden Komponenten durch einen Webservice, welcher es Nutzern erlaubt, eine Vielzahl von Verifikationswerkzeugen und - techniken auszuprobieren – ganz ohne diese installieren zu müssen.
Die Ergebnisse dieser Forschungsarbeit werden bereits erfolgreich in wichtigen Bereichen der formalen Verifikation eingesetzt: (1) CoVeriTeam wurde in einer Forschungsarbeit für einen komponentenbasierten Ansatz für das sogenannte Counter-example Guided Abstraction Refinement (CEGAR) eingesetzt, (2) Zwei Werkzeuge, die mit CoVeriTeam erstellt wurden, haben im elften internationalen Wettbewerb für Softwareverifikation 2022 (SV-COMP 2022) teilgenommen, (3) Unser CoVeriTeam Service wurde vor der Ausführung der SV-COMP 2023 benutzt, um teilnehmenden Teams vorab unkompliziert mitzuteilen, ob die eingereichte Software auf der vorhanden Infrastruktur ausgeführt werden kann, (4) Das Huawei Dresden Research Center auf CoVeriTeam aufbauen eine Schnittstelle für Abgestellte bereitgestellt, welche es erlaubt Verifikationswerkzeuge ohne vorherige Installation benutzen können
Immunhistochemische Analyse der Expression von Galektin-8, Galektin-9, H3K9ac, H3K4me3 und dem Glukokortikoidrezeptor im Zervix- und Endometriumkarzinom
Get PDFTargeting endolysosomal ion channels and their interaction partners as potential treatment for rare diseases and cancer
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Leveraging invariant information towards incremental Software Model Checking
Get PDFAutomatic Software Model Checking has become more and more powerful over the recent years. While the tools have improved, the means of exchange of information as well as the kind of information that is exchanged, are lacking behind. This is a limiting factor for progress in the field, as a lot of potential lies in the exchange and careful dissemination of computed information.
Currently, information about the proof or counterexample can be extracted in the form of witness automata that refer to the program’s control-flow automaton (CFA). These witnesses can then be checked by a validator, which is an important step that increases the trust in the verification result. However, this format suffers from imprecision in its semantics, since the CFA of a program is usually not defined by the language standard. Furthermore, in its current form, the format is syntactically limited to invariants that can be written as expressions in the program’s language. This is in strong contrast to the deductive verification community, where proofs usually require more elaborate syntactical features. Lastly, the way how this information is (re-)used is very limited. Until recently, the only use case was the validation of verification results. In case the validation fails, it is often unclear how to gain insights from that.
We improve upon the state of the art in the following ways: Regarding the exchange format, we identify the areas in which the established format is imprecise and evaluate whether we can improve upon this. As solution, we propose an alternative format whose semantics is well-defined. Using this format, we showcase how extensions can be gradually incorporated by automatic software verifiers.
With respect to exchanging information between tools, we first show a way how information from the witnesses can be encoded back into a verification problem. As an extension of this, we demonstrate how this approach can be used to construct a deductive verifier from existing, automatic verifiers, using the witnesses as an established interface. This way, verification results can be reused in an incremental fashion more easily or even complemented via user interaction.Automatisches Software-Model-Checking ist in den letzten Jahren immer leistungsfähiger geworden. Während sich die Tools verbessert haben, haben sich die Austauschformate für Informationen sowie die Art der ausgetauschten Informationen nicht in selbem Maße weiterentwickelt. Dies ist ein limitierender Faktor für Fortschritte in diesem Bereich, da gerade jüngste Ansätze zeigen, dass viel Potenzial im Austausch und der Wiederverwendung der berechneten Informationen liegt.
Derzeit können Informationen über den Beweise oder Gegenbeispiele in Form von Automaten extrahiert werden, die sich auf den Kontrollflussautomaten (CFA) des Programms beziehen. Diese Zeugen können dann von einem sogenannten Validator überprüft werden, was ein wichtiger Schritt ist, um das Vertrauen in das Verifizierungsergebnis zu erhöhen. Dieses Format leidet jedoch unter einer unvollständigen Spezifikation seiner Semantik, da der CFA eines Programms in der Regel nicht durch den Sprachstandard definiert ist. Des Weiteren ist das Format in seiner derzeitigen Form syntaktisch auf Invarianten beschränkt, die als Ausdrücke in der Sprache des Programms geschrieben werden können. Das steht im starken Kontrast zur Gemeinschaft rund um die deduktiven Verifikation, wo Beweise normalerweise ausführlichere syntaktische Merkmale erfordern. Schließlich ist die Art und Weise, wie diese Informationen wiederverwendet werden, sehr eingeschränkt. Bis vor kurzem war der einzige Anwendungsfall die Validierung von Verifizierungsergebnissen. Falls die Validierung fehlschlägt, ist es oft unklar, wie man daraus Erkenntnisse gewinnen kann.
Wir verbessern den Stand der Technik in folgender Weise: Bezüglich des Austauschformats identifizieren wir die Bereiche, in denen das etablierte Format ungenau ist und untersuchen, in welcher Weise diese Ungenauigkeit behoben werden kann. Als Lösung schlagen wir ein alternatives Format vor, dessen Semantik klar definiert ist. Mit diesem Format zeigen wir, wie Erweiterungen schrittweise von automatischen Programmverifizierern integriert werden können.
In Bezug auf den Informationsaustausch zwischen den Verifikations-Tools zeigen wir zuerst, wie Informationen aus den Witnesses in ein Verifizierungsproblem zurück kodiert werden können. Als Erweiterung davon zeigen wir, wie dieser Ansatz verwendet werden kann, um einen deduktiven Verifier aus bestehenden automatischen Verifiern zu erstellen, wobei die Witnesses als etablierte Schnittstelle dienen. Auf diese Weise können Verifizierungsergebnisse leichter schrittweise wiederverwendet werden oder sogar durch Benutzerinteraktion ergänzt werden
Approaching the evolution of parasitism in a historical context
Get PDFParasites are often depicted as harmful antagonists in an ecosystem, hindering the fitness of those they rely on for survival, reproduction and dispersal. Even though this may be the case for a number of cases, parasites and parasitic associations are, and have been crucial in the evolutionary diversification and survival of species. In fact, parasitism is such a highly successful life strategy, that almost half of all multicellular species exhibit some degree of parasitism throughout its lifecycle. In addition, parasites play an essential evolutionary role in the health and sustainability of an ecosystem. By understanding their effects, ecological roles and development, we are able to better manage and describe parasitic interactions and their evolutionary trends. In this dissertation, isopod crustaceans are used as an example group to study the evolution of parasitism in a historical context. This group serves as the ideal ‘model’ group as they are quite well-known; abundant in almost all habitats on earth; have complex and varying ontogenetic developmental patterns; and exhibit extraordinary parasitic life and feeding strategies. Comparative morphometric analyses of attachment structures of groups exhibiting various parasitic life strategies and ecological roles through development, can provide insight into the evolutionary diversification and specialisation of structures for a specific parasitic lifestyle. Including both extant and fossil specimen material from various ingroups and ontogenetic stages, allows for a more comprehensive analysis of differentiation in these structures over time and through development. As adult and immature stages often have varying ecological functions (usually correlated with feeding behaviour and level of maturity) the inclusion of the often overlooked and highly underrepresented immature stages are essential in this study. This study aimed to provide data that can substantiate if and how attachment structure morphologies and changes in these morphologies, are derived from the specific parasitic strategies and ecological functions among ingroups of Cymothoida. The results present and discuss in particular the morphological variation and differentiation in morphology of the distalmost part of the thoracopod, the dactylus, used to attach to a host. The variation in shape is compared between representatives of non-parasitic- temporary parasitic and permanent parasitic ingroups morphological change resulting from ecological function and feeding habit. The results have shown that parasitic strategy and ontogeny play a role in the shape of attachment structures, with most variation seen in the curvature and thickness of the dactylus. The evolution of dactylus shape through parasitic strategies is proposed as a stepwise process where: 1. the posterior dactyli of representatives of temporary parasitic ingroups retain its resemblance to the plesiomorphic condition as seen in the non-parasitic representatives, while the anterior dactyli shapes become specialised for temporary attachment to a host. Finally, 2. the posterior dactyli of representatives of permanent parasitic groups deviate from the plesiomophic condition and diversify along with the anterior dactyli, specialised for permanent association with a host using all attachment structures. The results additionally suggest that the attachment structures of representatives of the permanent parasitic ingroup, Epicaridea follow a similar pattern to representatives of the temporary parasitic ingroup, Aegidae, rather than that of the remaining permanent parasitic representatives of Cymothoidae
Engineering a 3D human lung model system to study the disease crosstalk within the alveolar epithelium
Get PDFBy direct differentiation it is possible to generate induced alveolar type II cells (iAT2s) from human induced pluripotent stem cells (hiPSCs). The 3D alveolar organoid model represents a promising method to study vice-versa cellular crosstalk during lung fibrosis in vitro, display pro- fibrotic mediators and identify potential targets for therapeutic approaches of treating lung diseases.
Capture 6.1 “Rescue of STAT3 Function in Hyper-IgE Syndrome Using Adenine Base Editing” put the focus on correcting the most common STAT3-HIES causing heterozygous STAT3 mutations via CRISPR-Cas9-mediated adenine base editors (ABEs). The generated patient-derived hiPSCs showed preserved plasticity by their capability to successfully differentiate into lung progenitors and consecutively alveolar organoids. It is an essential assumption with regard to therapeutic relevant purposes that hiPSCs treated with ABE retain their plasticity. Respectively, by demonstrating that repaired hiPSCs derived from patient fibroblasts can generated alveolar organoids, it can be seen as proof-of-principle that it is feasible in a therapeutically aspect to use gene editing in the treatment of STAT3-HIES.
Alveolar epithelial type 2 cells (AT2s) have secretory and regenerative roles in lung homeostasis and serve as cellular progenitors of the lung alveoli. Through the secretion of surfactant, it is the task of the AT2s to lower the surface tensions and prevent the alveoli to collapse. Impaired functional development and loss of the capacity to secret surfactant promote a pro-fibrotic phenotype and contributes to the progression of interstitial lung diseases (ILDs).
Capture 6.2 “Cytokine signaling converging on IL11 in ILD fibroblast provokes aberrant epithelial differentiation signatures” aimed to identify pertinent mediators of the vice-versa mesenchymal- to-epithelial crosstalk. Through mass spectrometry we characterized the secretom of ILD lung fibroblast and non-chronic lung disease fibroblasts from patients and detected 47 abundant proteins by comparing the two set-ups. The ILD secretome consisted prevalent of chemokines, signaling growth factors like Interleukin 11 (IL11) and proteins needed for extracellular matrix (ECM) remodeling and epithelial-to-mesenchymal transition. However, treating 3D monocultures of iAT2s with IL11 we recapitulated the co-culture results obtained with primary ILD fibroblasts including changes in metabolic activity as well as organoid formation capacity and size. Our analysis identified mesenchyme-derived mediators contributing to the disease-perpetuating mesenchymal-to-epithelial crosstalk in ILD. By using sophisticated alveolar organoid co-cultures, we indicated the importance of cytokine-driven divergent epithelial differentiation and confirmed IL11 as a key player in ILD.Durch direkte Differenzierung ist es möglich, induzierte Alevolarzellen des Typ 2 (iAT2s) aus humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSCs) zu erzeugen. Das 3D alveolar-Organoid-Modell stellt eine vielversprechende Methode dar, um die zelluläre Interaktion während Lungenfibrose in vitro zu untersuchen, pro-fibrotische Mediatoren aufzuzeigen und potenzielle Ziele für therapeutische Ansätze zur Behandlung von Lungenkrankheiten zu identifizieren.
In Kapitel 6.1 "Rescue of STAT3 Function in Hyper-IgE Syndrome Using Adenine Base Editing" lag der Schwerpunkt auf der Korrektur der häufigsten STAT3-HIES verursachenden heterozygoten STAT3-Mutationen durch CRISPR-Cas9-vermittelte Adenin-Basen-Editoren (ABEs). Die aus Patienten gewonnenen hiPSCs zeigten eine erhaltene Plastizität durch ihre Fähigkeit, sich erfolgreich in Lungenvorläuferzellen und anschließend in alveolaren Sphäroiden zu differenzieren. Im Hinblick auf therapeutisch relevante Zwecke ist es eine wesentliche Annahme, dass mit ABE behandelte hiPSCs ihre Plastizität beibehalten. Durch den Nachweis, dass reparierte iPSCs, die aus Fibroblasten von Patienten stammen, alveoläre Sphäroide generieren können, kann dies als Grundsatzbeweis dafür angesehen werden, dass es unter therapeutischen Gesichtspunkten möglich ist, genetische Verfahren für die Behandlung von ST A T3-HIES einzusetzen.
Pneumozyten vom Typ 2 (AT2) haben eine sekretorische und regenerative Rolle in der Lungenhomöostase und dienen als zelluläre Vorläufer der Alveolen. Durch die Sekretion von Surfaktanzien ist es die Aufgabe der AT2-Zellen die Oberflächenspannung zu senken und den Kollaps der Alveolen zu verhindern. Eine gestörte funktionelle Entwicklung sowie der Verlust der Fähigkeit zur Sekretion von Surfaktanzien, fördern einen pro-fibrotischen Phänotyp und tragen zum Fort- schreiten interstitieller Lungenerkrankungen (ILD) bei.
Kapitel 6.2 "Cytokine signaling converging on IL11 in ILD fibroblast provokes aberrant epithelial diffe- rentiation signatures" zielte darauf ab, relevante Mediatoren der vice-versa Kommunikation von mesenchymalen zu epithelialen Zellen zu identifizieren. Mittels Massenspektrometrie charakterisierten wir das Sekretom von Lungenfibroblasten mit ILD und Fibroblasten von Patienten mit nicht-chronischer Lungenerkrankung und entdeckten 47 häufig vorkommende Proteine im Ver- gleich der beiden Gruppen. Das Sekretom der Fibroblasten mit ILD bestand überwiegend aus Chemokinen, signalgebenden Wachstumsfaktoren wie Interleukin 11 (IL11) und Proteinen, die für den Umbau der extrazellulären Matrix und bei dem Übergang vom Epithel zum Mesenchym benötigt werden. Indem wir 3D-Monokulturen von iAT2s mit IL11 behandelten, rekapitulierten wir die Ergebnisse der Co-Kultur mit primären ILD-Fibroblasten, einschließlich der Veränderungen der Stoffwechselaktivität sowie der Fähigkeit Sphäroide zu genieren. Durch unsere Analyse konnten wir mesenchymale Mediatoren identifizieren, welche bei der krankheitserhaltenden Kommunikation vom Mesenchym zum Epithel bei ILD auftauchen. Durch den Einsatz hochentwickelter alveolärer Co-Kulturen konnten wir die Bedeutung der durch Zytokine ausgelösten divergenten Epithelialdifferenzierung nachweisen und IL11 als Schlüsselakteur bei ILD bestätigen
Evaluation eines einfachen Belastungstests mittels Treppensteigens zur Bewertung der körperlichen Leistungsfähigkeit von adipösen Probanden im Vergleich zu Probanden mit künstlichem Mehrgewicht
Get PDFEinleitung
Die objektive Einschätzung der kardiorespiratorischen Fitness (CRF) ist bei Adipositas zur Risikoeinschätzung von kardiovaskulären Erkrankungen und Gesamtmortalität entscheidend. Zur Fitnesseinschätzung werden Belastungstests, wie die Spiroergometrie, der 6-Minuten-Gehtest oder der Treppensteigtest, verwendet. Bei Adipösen stellt die Interpretation dieser Belastungstests aufgrund der erhöhten metabolisch inaktiven Fettmasse eine Herausforderung dar. Aus diesem Grund soll der Einfluss des Gewichts auf die Belastungstests und besonders auf einen neu entwickelten Treppensteigtest (SCT) untersucht werden.
Methode
Die gesunden Probanden im Alter von 18-30 Jahren wurden in Normalgewichtige (Gruppe A), Adipöse (Gruppe B) und künstlich Übergewichtige (Gruppe C) eingeteilt, wobei die künstlich Übergewichtigen aus den Normalgewichtigen mit 25 kg Zusatzgewicht hervorgingen. Es wurden verschiedenen Belastungsuntersuchungen durchgeführt, die Probanden wurden mit dem 6-Minuten-Gehtest (6MWT), dem von uns neu entwickelten Treppensteigtest (SCT) und der Laufband-Spiroergometrie untersucht. Es wurde Geschlecht, Alter, Körpergröße, Körpergewicht und BMI sowie die Zielvariablen der Belastungstests erhoben. Hierzu zählen die 6-Minuten-Gehstrecke (6MWD), die Treppensteigzeit (tSCT), der Treppensteig-Index (SCT-Index, siehe Formel 5), die maximale Sauerstoffaufnahme (VO2max) und die VO2max bezogen auf das Körpergewicht (VO2max/KG). Die Daten wurden mittels deskriptiver Analyse veranschaulicht. Die Gruppen wurden mithilfe des Mann-Whitney-U-Test verglichen und eine lineare Regressionsanalyse durchgeführt, um den SCT und 6MWT mit dem Goldstandard, der Spiroergometrie zu vergleichen.
Ergebnis
Insgesamt wurden 59 Probanden eingeschlossen. Es wurden 31 Normalgewichtige mit einem mittleren BMI von 21,7 kg/m² und einem mittleren Alter von 22,5 Jahren, welche mit Gewichtsweste die Gruppe der künstlich Übergewichtigen mit einem mittleren BMI von 30,1 kg/m² bildeten, und 28 Adipösen mit einem mittleren BMI von 34,2 kg/m² und einem mittleren Alter von 26,0 Jahre untersucht.
Der Mann-Whitney-U-Test zeigte im SCT signifikante Unterschiede zwischen den Normalgewichtigen im Vergleich zu den Adipösen und künstlich Übergewichtigen, gemessen an der tSCT (A: 51,6 s vs. B: 63,8 s und C: 64,8 s) und dem SCT-Index (A: 16,7 W vs. B: 22,0 W vs. C: 18,6 W). Die Adipösen und künstlich Übergewichtigen unterschieden sich nicht in ihrer tSCT, jedoch zeigten die Adipösen im SCT-Index signifikant höhere Werte. Der 6MWT zeigte ebenfalls signifikante Unterschiede in der 6MWD (A: 724,3 m, B: 613,0 m und C: 650,2 m). Die Spiroergometrie wies Unterschiede zwischen Normalgewichtigen und künstlich Übergewichtigen in VO2max (A: 3,3 l/min, B: 3,4 l/min, C: 3,1 l/min) nach, es zeigte sich jedoch keinen signifikanten Unterschied der Normalgewichtigen im Vergleich zu den Adipösen. In der VO2max/KG wurden signifikante Unterschiede zwischen den Normalgewichtigen, den Adipösen und den künstlich Übergewichtigen (A: 51,4 ml/min, B: 32,7 ml/min/kg, C: 33,8 ml/min/kg) aufgezeigt.
Die einfachen Belastungstests wiesen bei Adipösen eine signifikante Korrelation mit der VO2max der Spiroergometrie auf (p < 0,001). Die 6MWD zeigte eine moderate (r = 0,582), die tSCT eine moderate (r = 0,572) und der SCT-Index eine sehr starke Korrelation (r = 0,822) mit dem Goldstandard, der VO2max.
Diskussion
Das Körpergewicht hat einen signifikanten Einfluss auf die Messung der CRF. Hierbei erscheint es unerheblich, ob es sich um ein künstliches Zusatzgewicht oder die inerte Fettmasse bei Adipösen handelt. Wir konnten zeigen, dass in den Belastungstests sowohl die Adipösen als auch die künstlich Übergewichtigen im Vergleich zu den Normalgewichtigen unterschiedliche Ergebnisse erreichten. Bei dem 6MWT liefen die Adipösen und künstlich Übergewichtigen eine geringere Strecke als die Normalgewichtigen. Bei dem SCT benötigten die Adipösen und künstlich Übergewichtigen länger für das Treppensteigen im Vergleich zu den Normalgewichtigen. Die Adipösen erreichten höhere Werte im SCT-Index, welcher eine höhere Leistung beim Treppensteigen impliziert als die künstlich Übergewichtigen und Normalgewichtigen. Bei der Spiroergometrie ergaben sich Unterschiede in der VO2max zwischen den Normalgewichtigen und den künstlich Übergewichtigen, jedoch wurden keine Unterschiede der Normalgewichtigen im Vergleich zu den Adipösen festgestellt. In VO2max/KG wurden Unterschiede zwischen den Normalgewichtigen, den Adipösen und den künstlich Übergewichtigen gezeigt. Die oben genannten Ergebnisse suggerieren eine starke Gewichtsabhängigkeit der Belastungstests.
Der SCT scheint ein idealer einfacher Belastungstest bei Adipösen zu sein, da er stark mit dem CPET korreliert und könnte somit als einfacher, kostengünstiger Belastungstest z.B. für Screening-Untersuchungen verwendet werden.Objectives
An objective evaluation of cardiorespiratory fitness (CRF) is important for the risk evaluation of cardiovascular disease especially in obese individuals. For the measurement of CRF the cardiopulmonary exercise test by treadmill or bicycle, six-minute walking test or stair climbing tests are used. In obese individuals the interpretation of the exercise tests are challenging due to the increased inert fat mass. Therefore, the aim of our study was to evaluate the impact of weight on the CRF in obese and artificially overweight individuals with a simple new developped stair climbing test (SCT). The results were compared with the standardized cardiopulmonary exercise test (CPET) and the six-minute walking test (6MWT).
Methods
We evaluated three groups of healthy individuals between 18- and 30-years of age. The normal weight group (group A), the obese group (group B), and the artificial overweight group (group C). The artificial overweight group was generated by the normal weight participants, who were asked to wear a 25 kg weight vest. The groups were compared during three different exercise tests, the six-minute-walking test (6MWT), the stair climbing test (SCT) and the cardiopulmonary exercise test (CPET). Gender, age, height, body mass, body mass index and results of the exercise tests were recorded. The results of the exercise tests included the six-minute walking distance (6MWD), the stair climbing time (tSCT), the stair climbing index (SCT-Index, please refer Formel 5), the maximal oxygen uptake (VO2max), and the VO2max standardized by body mass (VO2max/KG). The results were analyzed with descriptive analysis. The groups were compared using the Mann-Whitney U test. The linear regression analysis was performed to compare SCT and 6MWT with the gold standard, CPET.
Results
A total of 59 individuals where studied, among whom 31 were normal weight (mean BMI 21.7 kg/m²; mean age 22.5 years). They formed the artificial overweight group with an additional weight vest (mean BMI 30.1 kg/m²), and 28 participants were obese (mean BMI 34.2 kg/m²; aged 26.0 years).
The Mann-Whitney-U test showed significant differences of the normal weight compared to the obese and artificially overweight individuals during the SCT as measured by tSCT (A: 51.6 s vs. B: 63.8 s und C: 64.8 s) and SCT-Index (A: 16.7 W vs. B: 22.0 W vs. C: 18.6 W). There was no difference in the obese and the artificially overweight group regarding the tSCT, but the SCT index was significantly higher in the obese group. The 6MWT showed significant differences in 6MWD (A: 724.3 m, B: 613.0 m, and C: 650.2 m). During spiroergometry differences in VO2max between normal weight and artificially overweight subjects were mesured (A: 3.3 l/min, B: 3.4 l/min, C: 3.1 l/min). There was no significant difference in the normal weight subjects compared to the obese subjects. Whereas significant differences were found in VO2max/KG between the normal weight, obese, and artificially obese individuals (A: 51.4 ml/min, B: 32.7 ml/min/kg, C: 33.8 ml/min/kg).
The simple exercise tests showed a significant correlation with CPET in obese individuals (p < 0.01) The 6MWD (r = 0.582) and the tSCT showed a moderate (r = 0.572), the SCT index a very strong correlation (r = 0.822) with the gold standard (VO2max).
Discussion/Conclusion
Bodyweight is an important factor regarding CRF. It seems to be of no significance for exercise performance if the if the weight is artificial or not. During the 6MWT, the obese and artificially obese achieved a significantly lower 6MWD as normal weight subjects. In the SCT, the obese and artificially overweight had a significantly higher tSCT and SCT index compared with the normal weight subjects. During CPET, there was a significant difference between normal weight and artificially obese measured regarding VO2max, but no significant difference could be measured between normal weight and obese individuals. In VO2max/KG, significant differences were shown between the normal weight, obese, and artificially obese.
Therefore this simple new SCT showed a good correlation in comparison to the results obtained with the gold standard. It therefore seems to be an appropriate simple way to measure CRF in healthy obese individuals
