The human foot has been accepted over the years as an important source of afferent input, used not only in the recognition of the surrounding environment (e.g. hard and soft surfaces), but also in the fine regulation of common daily-live movements (e.g. gait and balance control). The performance of these movements is usually accompanied by fluctuations in foot skin temperature as well as reciprocal blood flow changes at the foot area. Moreover, both variables are likely to be affected by footwear usage. Although these three factors are constantly present during the performance of daily live movements, only little and partially controversial information regarding the effects of foot skin temperature, blood flow at the foot area and footwear on foot sensitivity can be found in the literature. Therefore, the goal of the thesis was to investigate the effects of foot skin temperature, blood flow at the foot area and footwear on plantar foot vibration sensitivity of healthy young subjects. Three single studies were performed in order to investigate each variable separately. The first study investigated the influence of foot sole skin temperature on plantar foot sensitivity of 40 healthy subjects. Vibration thresholds were measured at 200Hz at a initial baseline temperature and after cooling/warming the foot skin 5-6 °C. The second study investigated the influence of short-time lower leg ischemia on plantar foot vibration sensitivity of 39 young adults. Lower leg ischemia was evoked with a pneumatic tourniquet, placed about 10cm above the popliteus cavity. Vibration thresholds were measured at 200 Hz in three different cuff pressure conditions: baseline (0 mmHg), low (50 mmHg) and high (150 mmHg). Finally, the influence of footwear on foot sensitivity was investigated in the third study, using specific Formula 1 shoes. Twenty-five male subjects participated in the study. Plantar foot vibration thresholds were measured at 30 and 200 Hz in five different foot/shoe conditions (barefoot and four shoe conditions). In all studies, vibration thresholds were measured at three anatomical locations of the plantar foot: heel, first metatarsal head (MET I) and hallux. The main results of the three studies show that the analysed variables significantly influence plantar foot vibration sensitivity. Data from the first study show that 5-6 °C alterations in foot skin temperature significantly influence the foot sensitivity of healthy young adults, whereby skin cooling results in reduced foot sensitivity, whereas skin warming improves plantar foot vibration sensitivity. The results of the second study indicate that short-time lower leg ischemia; especially regarding the high cuff pressure condition (150 mmhg), significantly reduces plantar foot sensitivity. Data from the third study show that the footwear effects on foot sensitivity are frequency-dependent. While barefoot sensitivity is better than shod sensitivity at 30Hz, shod sensitivity is better than barefoot sensitivity when measured at 200Hz. In conclusion, foot sole skin temperature, blood flow at the foot area and footwear significantly influence the plantar foot vibration sensitivity of healthy young adults. The alterations in foot sensitivity caused by these variables have important consequences for future clinical as well as movement-related research. Future clinical applications of quantitative sensory testing should consider the influence of these three factors during the assessment of sensory data, in order to standardize the measurement procedures as well as to enhance the quality of the collected data. Regarding the movement-related research, further studies should try to identify the importance of foot sensitivity for the performance of different types of movements (including sport-related activities). Additionally, the combined effects of movement-related changes in foot skin temperature and blood flow should be analysed and integrated in the development process of functional footwear, which is able to fulffill the foot sensitivity requirements of different movements. / Die Rolle des menschlichen Fußes als wichtiger „Mediator“ sensorischer Reize wird zunehmen in der Literatur akzeptiert. Die vom Fuß aufgenommenen afferenten Informationen werden im Zentralen Nervensystem integriert und weitergeleitet, um die Regulation typischer Bewegungsmuster (z.B. Gang und Gleichgewichtskontrolle) mitzusteuern. Während der Durchführung derartiger Bewegungen werden oftmals Änderungen der Hauttemperatur oder auch des Blutflusses im Fußbereich provoziert. Diese werden wiederum durch das Tragen von Schuhen beeinflusst. Obwohl Hauttemperatur, Blutfluss im Fußbereich und Schuhwerk wichtige Faktoren bei der Bewegungsdurchführung darstellen, können nur wenige und teilweise konträre Informationen über den Einfluss dieser Faktoren auf die Fußsensibilität in der Literatur gefunden werden. Somit hat diese Dissertation zum Ziel, den Einfluss der Temperatur der Fußsohle, des Blutflusses am Fußbereich sowie des Schuhwerkes auf die Vibrationssensibilität des plantaren Fußes gesunder Probanden zu untersuchen. Um den Einfluss der einzelnen Parameter auf die Fußsensibilität untersuchen zu können, wurden drei Studien durchgeführt. Die erste Studie hatte zum Ziel, den Einfluss der Temperatur der Fußsohle auf die Vibrationssensibilität von 40 Probanden zu untersuchen. Dabei wurden die Vibrationsschwellen, - mit einer Frequenz von 200 Hz -, bei einer Ausgangsmessung sowie nach einer 5-6 °C Abkühlung/Erwärmung der Haut der Fußsohle gemessen. In der zweiten Studie wurde der Einfluss einer Kurzzeitischämie des Unterschenkels auf die plantare Fußsensibilität von 39 Probanden getestet. Die Ischämie im Unterschenkel wurde mit Hilfe eines im Bereich der fossa popliteal platzierten pneumatischen Tourniquets hervorgerufen. Die plantaren Vibrationsschwellen wurden mit einer Frequenz von 200Hz in drei verschiedenen Druckbedingungen ermittelt: Ausgang (0 mmHg), niedrig (50 mmHg) und hoch (150 mmHg). Schließlich beschäftigt sich die dritte Studie mit dem Einfluss vom Schuhwerk auf die Fußsensibilität. Fünfundzwanzig Probanden haben an der Studie teilgenommen. Die Vibrationsschwellen wurden mit Frequenzen von 30 und 200 Hz bei fünf verschiedenen Bedingungen gemessen (eine Barfuss- und vier Schuhbedingungen). In allen Studien wurden die Vibrationsschwellen im plantaren Fußbereich unter der Ferse, dem Metatarsalkopf I sowie unter dem Hallux ermittelt. Die Ergebnisse der drei Studien zeigen, dass die analysierten Parameter einen signifikanten Einfluss auf die plantare Vibrationssensibilität der Probanden haben. Die erste Studie zeigt, dass eine 5-6° C - Schwankung der Hauttemperatur der Fußsohle die Fußsensibilität signifikant beeinflusst, wobei die Erwärmung der Haut eine Zunahme der Fußsensibilität verursacht und die Abkühlung eine Abnahme der Fußsensibilität hervorruft. Die Ergebnisse der zweiten Studie demonstrieren, dass die im Unterschenkel hervorgerufene Ischämie eine Verschlechterung der Fußsensibilität verursacht, insbesondere bei den Messungen der Hochdruckbedingung (150 mmHG). Die Daten der dritten Studie weisen darauf hin, dass der Einfluss vom Schuhwerk auf die Vibrationssensibilität des plantaren Fußes frequenzabhängig ist. Bei einer Vibrationsfrequenz von 30Hz ist die Sensibilität barfuss besser als die mit Schuhen gemessene Vibrationssensibilität. Hingegen ist bei einer Frequenz von 200 Hz die mit Schuhen gemessenen Sensibilität besser als die Sensibilität barfuss. Anhand der Ergebnisse der drei Studien konnte festgestellt werden, dass die Temperatur der Fußsohle, Blutfluss im Fußbereich und Schuhwerk einen signifikanten Einfluss auf die plantare Vibrationssensibilität gesunder Probanden haben. Daraus folgen wichtige Hinweise für zukünftige klinische- sowie bewegungsorientierte Forschung. Der Einfluss der drei analysierten Parameter sollte künftig bei der Beurteilung sensorischer Daten mit einbezogen werden. Dies würde zum einem eine Standardisierung der Messverfahren gewährleisten, zum anderen die Qualität der im klinischen Bereich gemessenen Daten erhöhen. Im Rahmen bewegungsorientierter Forschung soll die Wichtigkeit der Fußsensibilität bei der Durchführung unterschiedlicher Bewegungsformen, auch sportlicher Bewegung, näher untersucht werden. Weiterhin sollte eine gemeinsame Analyse der bewegungsbezogenen Änderungen der Hauttemperatur bzw. des Blutflusses im Fußbereich in künftiger Forschung angestrebt werden. Folglich können diese Änderungen in die Entwicklung funktionellen Schuhwerkes eingesetzt werden, um den Anforderungen der Fußsensibilität bei unterschiedlichen Bewegungsformen möglichst gerecht zu werden.

Die Azidose gehört zu den stärksten dilatatorischen Stimuli zerebraler Arterien. Obwohl schon 1890 von Roy und Sherrington beschrieben, sind die Faktoren, die die Vasodilatation zerebraler Arterien auf Azidose vermitteln, bis heute nicht bekannt. Untersuchungen über die Rolle des schnell flüchtigen Bioradikals Stickstoffmonoxid (NO) haben gezeigt, daß NO bei der azidotischen Vasodilatation zerebraler Arterien als Modulator agiert. Darüber hinaus nimmt NO in der neurovaskulären Kopplung, d.h. bei der Vermittlung der regionalen Blutflußantwort nach neuronaler Stimulation, eine permissive Funktion ein. Die Vasodilatation auf Azidose wurde in der vorliegenden Arbeit als Modellstimulus zur Untersuchung der NO-abhängigen Dilatation zerebraler Arterien verwendet. Dabei wurde die Rolle der Kaliumkanäle und die Funktion des cGMP an der Vasodilatation auf Azidose mittels spezifischer Inhibitoren untersucht. Die Experimente erfolgten an der isolierten und perfundierten A. cerebri media der Ratte. Bei der Untersuchung der Signaltransduktion von NO auf Ebene des cGMP wurde eine ausgeprägte Abhängigkeit der azidotischen Vasodilatation von cGMP beobachtet. Durch Restitution des basalen cGMP-Spiegels nach vorheriger Inhibition der löslichen Guanylatzyklase wurde gezeigt, daß NO über cGMP bei der Vermittlung dieser Reaktion als Modulator wirkt. Unter Blockade der einzelnen Kaliumkanalfamilien konnte eine Beteiligung der KCa an der Vasodilatation auf Azidose sowie am Gefäßtonus unter Ruhebedingungen beobachtet werden. Für eine Beteiligung der KATP, der KV und der Kir an diesen Reaktionen wurden dagegen keine Hinweise gefunden. Ebenso sprechen die Untersuchungen unter Blockade der Na+/K+-ATPase gegen eine Beteiligung dieses Enzyms an der Azidosereaktivität zerebraler Arterien. Um ein mögliches Zusammenwirken der Kaliumkanäle zu erfassen, wurde die Vasodilatation auf Azidose unter Blockade von jeweils zwei Kaliumkanaltypen untersucht. Unter Hemmung der KCa und der KATP, sowie unter Hemmung der BKCa und der KATP wurde keine Vasodilatation mehr auf Azidose beobachtet. Die Ergebnisse sprechen dafür, daß die Vasodilatation der A. cerebri media auf Azidose durch BKCa und KATP in redundanter Weise vermittelt wird. Dabei scheinen KCa die Funktion der KATP vollständig substituieren zu können. Die Resultate dieser Arbeit bilden den Ausgangspunkt für derzeit laufenden Untersuchungen über die funktionelle Modulation der KATP und der BKCa durch das NO/cGMP-System. Weiterhin bilden die vorliegenden Untersuchungen eine wichtige Grundlage zur Überprüfung der zentralen Rolle der KCa und der KATP auf weitere, durch das NO/cGMP-System modulierten Stimuli, wie z.B. der funktionellen Stimulation. Die in dieser Arbeit vorgestellten Experimente wurden mit Mitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft (SFB 507), der Hermann und Lilly Schilling Stiftung, sowie der Humboldt Universität zu Berlin gefördert. / Acidosis is one of the most potent vasodilators in the cerebral circulation. Although first described 1890 by Roy and Sherrington the mechanisms of vasodilation to acidosis are still unknown. Experimental data show, that nitric oxide (NO) is a modulator but not a mediator of cerebral arterial pH reactivity. NO also acts as a modulator of neurovascular coupling in the rat somatosensory cortex. We used the experimental in vitro model of the isolated and perfused middle cerebral artery (MCA) to elucidate the general mechanisms of NO-modulated dilations. The present study was performed to clarify the role of cGMP and potassium channels for mediation of acidosis-induced dilation of cerebral arteries. The results indicate, that vasodilation to acidosis is mediated by cGMP. Restoring the basal cGMP-level we could demonstrate a permissive role of cGMP in the vasodilation to acidosis. We could also show that KCa are active under resting conditions and are able to contribute to the relaxation of the MCA to acidosis. Other potassium channels like KATP, Kir, KV and the Na+/K+ATPase appeared not to be involved in the process of dilation to acidosis. After administration of a selective inhibitor of KATP in addition to an inhibitor of KCa the relaxation to acidosis was completely abolished. Simultaneous application of selective inhibitors of KATP and BKCa also prevented from vasodilation to acidosis. These results indicate, that relaxation to acidosis is mediated by activation of KATP and BKCa. This potassium channels seem to have a redundant activity, in such a way that KCa could substitute for KATP. The present findings are a starting point for further studies concerning the modulation of KATP and BKCa by the NO/cGMP-System. This studies are a basis for coming experiments to determine the role of KATP and BKCa in the neurovascular coupling.

Ziel dieser Studie war es, die intraovarielle Durchblutung unter physiologischen Verhältnissen bei normozyklischen Stuten zu untersuchen. Dies erfolgte unter Anwendung zweier Methoden, der Auswertung von Power-Doppler-Sonographie-Aufnahmen mit Hilfe computerassistierter Pixelanalyse und, erstmalig in diesen Untersuchungen, durch Bestimmung der Doppler-Indizes (Resistance Index, RI und Pulsatility Index, PI) mittels direkter Messungen der Frequenzdifferenz (Doppler Shift) in intraovariellen Arterien. Die Aussagekraft der Doppler-Indizes wurde durch Vergleich mit Ergebnissen klinischer und hormonanalytischer Zyklusuntersuchungen sowie histologischer Untersuchungen am Endometrium sowie bakteriologische Untersuchungen von Uterustupferproben geprüft. Korrelationen zwischen den Ergebnissen wurden berechnet und abschließend die zwei Methoden zur Darstellung der intraovariellen Perfusion miteinander auf ihre Anwendbarkeit verglichen. / The aim of this study was to achieve more detailed information about the intraovarian blood supply under physiological conditions in normal cycling mares. This was achieved by evaluating the blood supply by the means of computer assisted analysis of Power-Doppler-Ultrasound pictures and, for the first time, by direct measurement of the Doppler shift in intraovarian arteries. The Doppler shift results were then used to calculate the resistance index (RI) and pulsatility (PI) index. Additionally the significance of these results was evaluated by comparing them with results of clinical examinations and laboratory investigations. The correlation between results of the measurement of the intra ovarian perfusion was statistically analyzed.

The human foot has been accepted over the years as an important source of afferent input, used not only in the recognition of the surrounding environment (e.g. hard and soft surfaces), but also in the fine regulation of common daily-live movements (e.g. gait and balance control). The performance of these movements is usually accompanied by fluctuations in foot skin temperature as well as reciprocal blood flow changes at the foot area. Moreover, both variables are likely to be affected by footwear usage. Although these three factors are constantly present during the performance of daily live movements, only little and partially controversial information regarding the effects of foot skin temperature, blood flow at the foot area and footwear on foot sensitivity can be found in the literature. Therefore, the goal of the thesis was to investigate the effects of foot skin temperature, blood flow at the foot area and footwear on plantar foot vibration sensitivity of healthy young subjects. Three single studies were performed in order to investigate each variable separately. The first study investigated the influence of foot sole skin temperature on plantar foot sensitivity of 40 healthy subjects. Vibration thresholds were measured at 200Hz at a initial baseline temperature and after cooling/warming the foot skin 5-6 °C. The second study investigated the influence of short-time lower leg ischemia on plantar foot vibration sensitivity of 39 young adults. Lower leg ischemia was evoked with a pneumatic tourniquet, placed about 10cm above the popliteus cavity. Vibration thresholds were measured at 200 Hz in three different cuff pressure conditions: baseline (0 mmHg), low (50 mmHg) and high (150 mmHg). Finally, the influence of footwear on foot sensitivity was investigated in the third study, using specific Formula 1 shoes. Twenty-five male subjects participated in the study. Plantar foot vibration thresholds were measured at 30 and 200 Hz in five different foot/shoe conditions (barefoot and four shoe conditions). In all studies, vibration thresholds were measured at three anatomical locations of the plantar foot: heel, first metatarsal head (MET I) and hallux. The main results of the three studies show that the analysed variables significantly influence plantar foot vibration sensitivity. Data from the first study show that 5-6 °C alterations in foot skin temperature significantly influence the foot sensitivity of healthy young adults, whereby skin cooling results in reduced foot sensitivity, whereas skin warming improves plantar foot vibration sensitivity. The results of the second study indicate that short-time lower leg ischemia; especially regarding the high cuff pressure condition (150 mmhg), significantly reduces plantar foot sensitivity. Data from the third study show that the footwear effects on foot sensitivity are frequency-dependent. While barefoot sensitivity is better than shod sensitivity at 30Hz, shod sensitivity is better than barefoot sensitivity when measured at 200Hz. In conclusion, foot sole skin temperature, blood flow at the foot area and footwear significantly influence the plantar foot vibration sensitivity of healthy young adults. The alterations in foot sensitivity caused by these variables have important consequences for future clinical as well as movement-related research. Future clinical applications of quantitative sensory testing should consider the influence of these three factors during the assessment of sensory data, in order to standardize the measurement procedures as well as to enhance the quality of the collected data. Regarding the movement-related research, further studies should try to identify the importance of foot sensitivity for the performance of different types of movements (including sport-related activities). Additionally, the combined effects of movement-related changes in foot skin temperature and blood flow should be analysed and integrated in the development process of functional footwear, which is able to fulffill the foot sensitivity requirements of different movements. / Die Rolle des menschlichen Fußes als wichtiger „Mediator“ sensorischer Reize wird zunehmen in der Literatur akzeptiert. Die vom Fuß aufgenommenen afferenten Informationen werden im Zentralen Nervensystem integriert und weitergeleitet, um die Regulation typischer Bewegungsmuster (z.B. Gang und Gleichgewichtskontrolle) mitzusteuern. Während der Durchführung derartiger Bewegungen werden oftmals Änderungen der Hauttemperatur oder auch des Blutflusses im Fußbereich provoziert. Diese werden wiederum durch das Tragen von Schuhen beeinflusst. Obwohl Hauttemperatur, Blutfluss im Fußbereich und Schuhwerk wichtige Faktoren bei der Bewegungsdurchführung darstellen, können nur wenige und teilweise konträre Informationen über den Einfluss dieser Faktoren auf die Fußsensibilität in der Literatur gefunden werden. Somit hat diese Dissertation zum Ziel, den Einfluss der Temperatur der Fußsohle, des Blutflusses am Fußbereich sowie des Schuhwerkes auf die Vibrationssensibilität des plantaren Fußes gesunder Probanden zu untersuchen. Um den Einfluss der einzelnen Parameter auf die Fußsensibilität untersuchen zu können, wurden drei Studien durchgeführt. Die erste Studie hatte zum Ziel, den Einfluss der Temperatur der Fußsohle auf die Vibrationssensibilität von 40 Probanden zu untersuchen. Dabei wurden die Vibrationsschwellen, - mit einer Frequenz von 200 Hz -, bei einer Ausgangsmessung sowie nach einer 5-6 °C Abkühlung/Erwärmung der Haut der Fußsohle gemessen. In der zweiten Studie wurde der Einfluss einer Kurzzeitischämie des Unterschenkels auf die plantare Fußsensibilität von 39 Probanden getestet. Die Ischämie im Unterschenkel wurde mit Hilfe eines im Bereich der fossa popliteal platzierten pneumatischen Tourniquets hervorgerufen. Die plantaren Vibrationsschwellen wurden mit einer Frequenz von 200Hz in drei verschiedenen Druckbedingungen ermittelt: Ausgang (0 mmHg), niedrig (50 mmHg) und hoch (150 mmHg). Schließlich beschäftigt sich die dritte Studie mit dem Einfluss vom Schuhwerk auf die Fußsensibilität. Fünfundzwanzig Probanden haben an der Studie teilgenommen. Die Vibrationsschwellen wurden mit Frequenzen von 30 und 200 Hz bei fünf verschiedenen Bedingungen gemessen (eine Barfuss- und vier Schuhbedingungen). In allen Studien wurden die Vibrationsschwellen im plantaren Fußbereich unter der Ferse, dem Metatarsalkopf I sowie unter dem Hallux ermittelt. Die Ergebnisse der drei Studien zeigen, dass die analysierten Parameter einen signifikanten Einfluss auf die plantare Vibrationssensibilität der Probanden haben. Die erste Studie zeigt, dass eine 5-6° C - Schwankung der Hauttemperatur der Fußsohle die Fußsensibilität signifikant beeinflusst, wobei die Erwärmung der Haut eine Zunahme der Fußsensibilität verursacht und die Abkühlung eine Abnahme der Fußsensibilität hervorruft. Die Ergebnisse der zweiten Studie demonstrieren, dass die im Unterschenkel hervorgerufene Ischämie eine Verschlechterung der Fußsensibilität verursacht, insbesondere bei den Messungen der Hochdruckbedingung (150 mmHG). Die Daten der dritten Studie weisen darauf hin, dass der Einfluss vom Schuhwerk auf die Vibrationssensibilität des plantaren Fußes frequenzabhängig ist. Bei einer Vibrationsfrequenz von 30Hz ist die Sensibilität barfuss besser als die mit Schuhen gemessene Vibrationssensibilität. Hingegen ist bei einer Frequenz von 200 Hz die mit Schuhen gemessenen Sensibilität besser als die Sensibilität barfuss. Anhand der Ergebnisse der drei Studien konnte festgestellt werden, dass die Temperatur der Fußsohle, Blutfluss im Fußbereich und Schuhwerk einen signifikanten Einfluss auf die plantare Vibrationssensibilität gesunder Probanden haben. Daraus folgen wichtige Hinweise für zukünftige klinische- sowie bewegungsorientierte Forschung. Der Einfluss der drei analysierten Parameter sollte künftig bei der Beurteilung sensorischer Daten mit einbezogen werden. Dies würde zum einem eine Standardisierung der Messverfahren gewährleisten, zum anderen die Qualität der im klinischen Bereich gemessenen Daten erhöhen. Im Rahmen bewegungsorientierter Forschung soll die Wichtigkeit der Fußsensibilität bei der Durchführung unterschiedlicher Bewegungsformen, auch sportlicher Bewegung, näher untersucht werden. Weiterhin sollte eine gemeinsame Analyse der bewegungsbezogenen Änderungen der Hauttemperatur bzw. des Blutflusses im Fußbereich in künftiger Forschung angestrebt werden. Folglich können diese Änderungen in die Entwicklung funktionellen Schuhwerkes eingesetzt werden, um den Anforderungen der Fußsensibilität bei unterschiedlichen Bewegungsformen möglichst gerecht zu werden.

Einleitung Erkrankungen des Bewegungsapparates haben bei Milchkühen eine hohe wirtschaftliche Bedeutung sowie enorme Auswirkungen auf das Tierwohl. Etwa 90 % der Lahmheiten beim Rind werden durch Klauenerkrankungen hervorgerufen. Die Ursachen dieser Klauenerkrankungen sind multifaktoriell und umfassen tier- und umweltassoziierte Faktoren. Die Pododermatitis aseptica diffusa ist eine der wichtigsten Ursachen für die Entstehung von umschriebenen Klauenlederhautentzündungen. In ihrer Pathogenese spielen Veränderungen der Zehendurchblutung eine zentrale Rolle. Die Pulsed-Wave (PW)-Dopplersonographie ist eine nicht invasive Technik zur Beurteilung des Blutflusses an Gefäßen und zur Untersuchung der Durchblutung von Organen. Jedoch liegen keine PW-Dopplersonographischen Untersuchungen an der Zehe des Rindes in der Literatur vor. Ziele der Untersuchungen Ziel der Untersuchungen war es, die Zehendurchblutung bei Rindern, die an einer Pododermatitis circumscripta solearis oder parietalis litten, im Milchviehbetrieb zu erfassen. Dazu wurde in einem ersten Schritt die Methodik der PW-Dopplersonographie an der Zehe der Hintergliedmaßen von gesunden Kühen etabliert. In einem zweiten Schritt wurden Blutflussmerkmale an den Hintergliedmaßen lahmer Kühe, die an einer Pododermatitis circumscripta solearis oder parietalis litten, erfasst, um Auswirkungen der Entzündung sowie weiterer als relevant erscheinender Einflussfaktoren für die Zehendurchblutung zu untersuchen. Material und Methoden In der Publikation 1 wurden 22 gesunde Deutsch Holstein Kühe einbezogen. Die Versuchstiere wurden im Betrieb einer klinischen Untersuchung inklusive einer Lahmheitsbeurteilung sowie einer Klauenpflege aller Gliedmaßen unterzogen. Am zweiten Versuchstag wurde eine sonographische Untersuchung beider Hintergliedmaßen am stehenden Tier durchgeführt. Zur sonographischen Untersuchung wurde das MyLab One (Esaote Deutschland GmbH) mit einem Linearschallkopf (10 MHz) ohne Vorlaufstrecke verwendet. Mittels Brightness(B)-Mode wurden Weichteilgewebe, synoviale Einrichtungen und Blutgefäße distal des Tarsus untersucht. In der Arteria (A.) interdigitalis wurde der Blutfluss mittels PW-Dopplersonographie beurteilt. Die Auswertung der Daten erfolgte mit dem Programm MyLap Desk auf einem Laptop. In die Publikation 2 wurden 33 lahme und 11 gesunde Deutsch Holstein Kühe einbezogen. Die lahmen Kühe litten an einer superfiziellen bis profunden Pododermatitis an der Außenklaue einer Hintergliedmaße. Die klinische und sonographische Untersuchung erfolgte wie in der Publikation 1 beschrieben. Für die statistische Bearbeitung der Daten wurde die procedure mixed (SAS, Version 9.4) verwendet. Ergebnisse In den Publikationen 1 und 2 konnte an 112 von 132 Hintergliedmaßen bei 66 Kühen ein auswertbares PW-Doppler-Signal gemessen werden. Bei 17 der 20 nicht auswertbaren Hintergliedmaßen lag nur eine mäßige B-Mode-Bildqualität vor. Die lahmen Kühe trippelten bei der sonographischen Untersuchung mehr als die gesunden Kühe. Blutflusskurventypen mit einem niedrigen peripheren Gefäßwiderstand liegen vor allem an den Hintergliedmaßen lahmer Kühe und Kurventypen mit einem hohen Widerstand am häufigsten bei gesunden Kühen vor. Lahme Kühe haben im Vergleich zu nicht-lahmen Kühen einen erhöhten Gefäßdurchmesser (D) und eine gesteigerte Blutflussrate (BF) sowie enddiastolische Blutflussgeschwindigkeit. Es bestehen keine Unterschiede zwischen der betroffenen Gliedmaße und der Gegengliedmaße lahmer Kühe. Ein numerisch höherer D, eine höhere BF sowie maximale systolische und maximale mittlere Blutflussgeschwindigkeit liegen bei Kühen mit einer mittelgradigen Lahmheit vor. Schlussfolgerungen Die PW-Dopplersonographie in Kombination mit dem in der Studie verwendeten Untersuchungsgang ist für die Messung des Blutflusses in der A. interdigitalis an den Hintergliedmaßen des Rindes sehr gut geeignet. Sowohl die bei den Kühen gefundenen Blutflusskurvenprofile als auch die quantitativen Blutflussmerkmale sind mit Werten von Pferden vergleichbar. Es liegt eine gesteigerte Durchblutung an den betroffenen Zehen und denen der Gegengliedmaße von lahmen Kühen im Vergleich zu gesunden Kühen vor. Nicht nur das Vorliegen einer umschriebenen Klauenlederhautentzündung, sondern auch ihr zeitlicher Verlauf, die Auswirkungen einer aktivierten Entzündungskaskade, das Vorliegen einer chronischen Klauenrehe und vor allem die Gewichtsbelastung und die Gewichtsverschiebung zwischen den Hintergliedmaßen müssen in die Beurteilung des digitalen Blutflusses einbezogen werden. Die erstmalig an der Rinderzehe ermittelten Blutflussdaten stellen eine gute Grundlage für weitere Forschungen auf dem Gebiet der Klauenrehe-Pathogenese dar.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Pododermatitis aseptica diffusa beim Rind 3 2.1.1 Definition 3 2.1.2 Symptomatik 3 2.1.2.1 Klinisches Stadium 3 2.1.2.1.1 Akute Form 3 2.1.2.1.2 Subakute Form 4 2.1.2.1.3 Chronische Form 4 2.1.2.2 Subklinisches Stadium 5 2.1.3 Ätiologie 5 2.1.3.1 Fütterung 5 2.1.3.1.1 Zusammenhang zwischen Fütterung und Dysfunktion des Blutgefäßsystems der Zehe 5 2.1.3.1.2 Kohlenhydrate 7 2.1.3.1.3 Proteine und Aminosäuren 9 2.1.3.1.4 Lipide 10 2.1.3.1.5 Spurenelemente 10 2.1.3.1.5.1 Kupfer 10 2.1.3.1.5.2 Zink 10 2.1.3.1.5.3 Mangan 11 2.1.3.1.5.4 Selen 11 2.1.3.1.6 Vitamine 11 2.1.3.1.6.1 Biotin 11 2.1.3.1.6.2 Vitamine A, D, E 12 2.1.3.1.7 Toxine 12 2.1.3.1.8 Bewertung der Versorgung mit Mineralstoffen, Spurenelementen und Vitaminen für die Klauengesundheit 12 2.1.3.2 Mechanische Faktoren 13 2.1.3.2.1 Digitales Fettpolster 13 2.1.3.2.2 Hypertrophie der Außenklaue an den Hintergliedmaßen 14 2.1.3.2.3 Dünne Sohlen 14 2.1.3.3 Hormonelle Veränderungen während der Transitphase 15 2.1.3.4 Haltung 17 2.1.4 Pathogenese 18 2.1.5 Reheassoziierte Klauenlederhautentzündungen 19 2.2 Anatomie des Blutgefäßsystems beim Rind 20 2.2.1 Arterien der Hintergliedmaße 20 2.2.1.1 Arterien am Ober- und Unterschenkel 20 2.2.1.2 Arterien an Mittelfuß und Zehen 21 2.2.1.2.1 Plantares System 21 2.2.1.2.2 Dorsales System 21 2.2.2 Venen der Hintergliedmaße 21 2.2.2.1 Venen am Ober- und Unterschenkel 21 2.2.2.2 Venen an Mittelfuß und Zehen 22 2.2.2.2.1 Plantares System 22 2.2.2.2.2 Dorsales System 22 2.2.3 Blutgefäßsystem der Klauen 23 2.2.3.1 Arterien 23 2.2.3.2 Venen 23 2.2.3.3 Arterio-venöse Anastomosen 24 2.3 Bildgebende Verfahren zur Darstellung des Gefäßsystems 24 2.3.1 Allgemein 24 2.3.2 Brightness Mode Sonographie 25 2.3.2.1 Prinzip 25 2.3.2.2 Allgemeine Anwendung an der Gliedmaße 25 2.3.2.3 Spezielle Anwendung zur Untersuchung des Blutgefäßsystems an der Gliedmaße distal des Tarsus 26 2.3.3 Pulsed-Wave-Dopplersonographie 27 2.3.3.1 Prinzip 27 2.3.3.2 Merkmale 29 2.3.3.3 Allgemeine Anwendung 30 2.3.3.4 Anwendung an der Gliedmaße 30 2.3.4 Weitere bildgebende Verfahren 33 2.3.4.1 Angiographie 33 2.3.4.1.1 Prinzip 33 2.3.4.1.2 Anwendung an der Gliedmaße 34 2.3.4.2 Szintigraphie 34 2.4 Zusammenfassende Schlussfolgerungen aus dem Literaturstudium 35 3 Publikation 1 37 4 Publikation 2 47 5 Diskussion 59 5.1 Auswahl des Messpunktes und Messbarkeit des Blutflusses 59 5.2 Verhalten 60 5.3 Gliedmaßenstellung 60 5.4 Qualitative Blutflussmerkmale 61 5.5 Quantitative Blutflussmerkmale 62 6 Zusammenfassung 66 7 Summary 68 8 Literaturverzeichnis 70 9 Danksagung 96 / Introduction Diseases of the locomotor system in dairy cattle have a huge economic and welfare importance. Nearly 90 % of lameness in cattle is caused by claw disease. The reasons are multifactorial and include animal as well as environmental factors. Claw horn disruption is the main cause for the development of claw horn lesions. Changes in the blood circulation of the toes play an essential role in their pathogenesis. Pulsed-Wave (PW)-Doppler ultrasonography is a non-invasive technique to evaluate the flow in blood vessels and to examine the blood circulation of an organ. However, there have not been any PW-Doppler ultrasonographical investigations for the bovine limb in the literature yet. Aims The objective of this investigation is to measure the blood flow of the toes in dairy cattle suffering from sole ulcer or white line disease in dairy farms. In a first step the PW-Doppler ultrasonography was established at the toe of hindlimbs in healthy dairy cattle. In a second step blood flow variables in the hindlimbs of lame cows affected by a sole ulcer or white line disease were recorded to evaluate the consequence of inflammation as well as to examine further factors seem to influence the blood flow of the toes. Material and Methods Twenty-two German Holstein cows were included in the first publication. The cows were examined clinically in the farm including an evaluation of the lameness score as well as a claw trimming of all limbs. One day after an ultrasonography was performed in standing position in both hind limbs. For the examination a MyLabOne (Esaote Deutschland GmbH) with a linear transducer without a standoff pad was used. Soft tissue, synovial structures and blood vessels distal of the tarsal region were examined by using a Brightness (B)-mode ultrasonography. In the interdigital arteria the blood flow was measured by PW-Doppler ultrasonography. The analysis of the data was carried out by the program MyLabDesk on a laptop. The second publication included 33 lame and 11 healthy German Holstein cows. The lame cows suffered from a superficial too profound sole ulcer or white line disease at the outer claw of one hind limb. The clinical and ultrasonographical examination took place analogically to the first publication. For the statistical analyses the MIXED procedure (SAS, version 9.4) was used. Results Combining both publications in 112 of 132 hindlimbs a usable PW-Doppler signal was generated. Seventeen of the 20 not usable signals the B-mode quality was moderate. During the ultrasonography lame cows pattered their limbs more often than healthy cows. Blood flow profiles with a low peripheral resistance are more common in the hindlimbs of lame cows and profiles with a high peripheral resistance are most frequent in healthy cows. Lame cows have a higher vessel diameter (D), blood flow rate (BF) and end-diastolic blood flow velocity compared to healthy cows. There was no difference in the affected compared to the opposite limbs of lame cows. A numerical higher D, BF as well as maximum systolic and maximum time-averaged mean blood flow velocity occurred in moderate lame cows compared to mild lame cows. Conclusions The PW-Doppler ultrasonography is well suited for the evaluation of the blood flow in the bovine interdigital artery at the hindlimbs. The observed blood flow profiles as well as quantitative blood flow parameters are comparable to data in horses. There is an increased blood circulation in the affected and the opposite limb of lame cows compared to healthy cows. Not only the existence of the claw horn lesions but also their chronological progress, the influence of the inflammatory cascade, the availability of chronic claw horn disruption and especially weight bearing and weight shifting between hindlimbs have to be considered in the assessment of the blood flow of toes. The for the first-time generated blood flow parameters provide a good basis for further investigations in the topic of claw horn disruption pathogenesis.:Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Literaturübersicht 3 2.1 Pododermatitis aseptica diffusa beim Rind 3 2.1.1 Definition 3 2.1.2 Symptomatik 3 2.1.2.1 Klinisches Stadium 3 2.1.2.1.1 Akute Form 3 2.1.2.1.2 Subakute Form 4 2.1.2.1.3 Chronische Form 4 2.1.2.2 Subklinisches Stadium 5 2.1.3 Ätiologie 5 2.1.3.1 Fütterung 5 2.1.3.1.1 Zusammenhang zwischen Fütterung und Dysfunktion des Blutgefäßsystems der Zehe 5 2.1.3.1.2 Kohlenhydrate 7 2.1.3.1.3 Proteine und Aminosäuren 9 2.1.3.1.4 Lipide 10 2.1.3.1.5 Spurenelemente 10 2.1.3.1.5.1 Kupfer 10 2.1.3.1.5.2 Zink 10 2.1.3.1.5.3 Mangan 11 2.1.3.1.5.4 Selen 11 2.1.3.1.6 Vitamine 11 2.1.3.1.6.1 Biotin 11 2.1.3.1.6.2 Vitamine A, D, E 12 2.1.3.1.7 Toxine 12 2.1.3.1.8 Bewertung der Versorgung mit Mineralstoffen, Spurenelementen und Vitaminen für die Klauengesundheit 12 2.1.3.2 Mechanische Faktoren 13 2.1.3.2.1 Digitales Fettpolster 13 2.1.3.2.2 Hypertrophie der Außenklaue an den Hintergliedmaßen 14 2.1.3.2.3 Dünne Sohlen 14 2.1.3.3 Hormonelle Veränderungen während der Transitphase 15 2.1.3.4 Haltung 17 2.1.4 Pathogenese 18 2.1.5 Reheassoziierte Klauenlederhautentzündungen 19 2.2 Anatomie des Blutgefäßsystems beim Rind 20 2.2.1 Arterien der Hintergliedmaße 20 2.2.1.1 Arterien am Ober- und Unterschenkel 20 2.2.1.2 Arterien an Mittelfuß und Zehen 21 2.2.1.2.1 Plantares System 21 2.2.1.2.2 Dorsales System 21 2.2.2 Venen der Hintergliedmaße 21 2.2.2.1 Venen am Ober- und Unterschenkel 21 2.2.2.2 Venen an Mittelfuß und Zehen 22 2.2.2.2.1 Plantares System 22 2.2.2.2.2 Dorsales System 22 2.2.3 Blutgefäßsystem der Klauen 23 2.2.3.1 Arterien 23 2.2.3.2 Venen 23 2.2.3.3 Arterio-venöse Anastomosen 24 2.3 Bildgebende Verfahren zur Darstellung des Gefäßsystems 24 2.3.1 Allgemein 24 2.3.2 Brightness Mode Sonographie 25 2.3.2.1 Prinzip 25 2.3.2.2 Allgemeine Anwendung an der Gliedmaße 25 2.3.2.3 Spezielle Anwendung zur Untersuchung des Blutgefäßsystems an der Gliedmaße distal des Tarsus 26 2.3.3 Pulsed-Wave-Dopplersonographie 27 2.3.3.1 Prinzip 27 2.3.3.2 Merkmale 29 2.3.3.3 Allgemeine Anwendung 30 2.3.3.4 Anwendung an der Gliedmaße 30 2.3.4 Weitere bildgebende Verfahren 33 2.3.4.1 Angiographie 33 2.3.4.1.1 Prinzip 33 2.3.4.1.2 Anwendung an der Gliedmaße 34 2.3.4.2 Szintigraphie 34 2.4 Zusammenfassende Schlussfolgerungen aus dem Literaturstudium 35 3 Publikation 1 37 4 Publikation 2 47 5 Diskussion 59 5.1 Auswahl des Messpunktes und Messbarkeit des Blutflusses 59 5.2 Verhalten 60 5.3 Gliedmaßenstellung 60 5.4 Qualitative Blutflussmerkmale 61 5.5 Quantitative Blutflussmerkmale 62 6 Zusammenfassung 66 7 Summary 68 8 Literaturverzeichnis 70 9 Danksagung 96

Ziel dieser Studie war es, die intraovarielle Durchblutung unter physiologischen Verhältnissen bei normozyklischen Stuten zu untersuchen. Dies erfolgte unter Anwendung zweier Methoden, der Auswertung von Power-Doppler-Sonographie-Aufnahmen mit Hilfe computerassistierter Pixelanalyse und, erstmalig in diesen Untersuchungen, durch Bestimmung der Doppler-Indizes (Resistance Index, RI und Pulsatility Index, PI) mittels direkter Messungen der Frequenzdifferenz (Doppler Shift) in intraovariellen Arterien. Die Aussagekraft der Doppler-Indizes wurde durch Vergleich mit Ergebnissen klinischer und hormonanalytischer Zyklusuntersuchungen sowie histologischer Untersuchungen am Endometrium sowie bakteriologische Untersuchungen von Uterustupferproben geprüft. Korrelationen zwischen den Ergebnissen wurden berechnet und abschließend die zwei Methoden zur Darstellung der intraovariellen Perfusion miteinander auf ihre Anwendbarkeit verglichen. / The aim of this study was to achieve more detailed information about the intraovarian blood supply under physiological conditions in normal cycling mares. This was achieved by evaluating the blood supply by the means of computer assisted analysis of Power-Doppler-Ultrasound pictures and, for the first time, by direct measurement of the Doppler shift in intraovarian arteries. The Doppler shift results were then used to calculate the resistance index (RI) and pulsatility (PI) index. Additionally the significance of these results was evaluated by comparing them with results of clinical examinations and laboratory investigations. The correlation between results of the measurement of the intra ovarian perfusion was statistically analyzed.

Einleitung: Die Vena jugularis interna (VJI) gilt als das wichtigste Gefäß der zerebralen Drainage. Es gibt jedoch Hinweise darauf, dass das vertebrale Venensystem in Abhängigkeit von der Körperposition, an der zerebralen venösen Drainage beteiligt ist. Im Rahmen dieser Arbeit soll die Bedeutung der VJI und des vertebralen Venensystems für die zerebralvenöse Drainage in unterschiedlichen Körperpositionen untersucht werden. Methode: Bei 23 gesunden Probanden wurde der Blutfluss in den VJI und den Vv. vertebrales (VV) duplexsonographisch bestimmt. Dazu wurde die Person auf einem Kipptisch gelagert. Die Messungen wurden in den Positionen -15° (Kopftieflage), 0° (horizontal), 15°, 30°, 45°, und 90° (Stehen) durchgeführt. Der arterielle zerebrale Blutfluss (CBFA) wurde in den Positionen 0° und 45° bestimmt. Ergebnisse: Der Blutfluss der VJI ging von 810 ? 360 ml/min in Kopftieflage (-15°) auf 70 ? 100 ml/min im Stehen zurück. Gleichzeitig stieg der Blutfluss VV von 20 ? 15 ml/min in Kopftieflage auf 210 ? 120 ml/min im Stehen an. Der CBFA betrug 800 ? 153 ml/min in der 0°-Position und 720 ? 105 ml/min in der 45°-Position. Diskussion: Es konnte eine deutliche Lageabhängigkeit der zerebralvenösen Drainage nachgewiesen werden. Es zeigte sich, dass die zentrale Bedeutung der VJI für die zerebrale venöse Drainage auf die liegende Position beschränkt ist. Im Stehen verläuft die zerebrale venöse Drainage weitgehend über das vertebrale Venensystem. / Background: The internal jugular veins (IJV) are considered to be the main outflow of cerebral venous blood. However, there is evidence that the vertebral venous system also forms part of the cerebral venous outflow, depending on the position of the body. This paper asseses the hemodynamic consequences of postural changes in cerebral venous drainage by color-coded duplex sonography. Methods: Volume-blood-flow-measurements were conducted in 23 healthy volunteers in supine position on a tilt table. Both IJV and VV were studied in -15° (head-down tilt), 0°, 15°, 30°, 45°, and 90° (upright position) tilt. Arterial cerebral blood flow (CBFA) was measured in 0° and 45°-position. Results: Bloodflow in the IJV dropped from 810 ? 360 ml/min in the head-down-position (-15°) to 70 ? 100 ml/min at 90°. Simultaneously blood flow in the VV increased from 20 ? 15 ml/min in -15°-position to 210 ? 120 ml/min in the 90°-position. Discussion: The results show, that the cerebral blood drainage pathways depend heavily on the inclination of the body. The role of the IJV as the main drainage pathway of the cerebral blood appears to be confined to the supine position. In the erect position, the vertebral venous system was found to be the major outflow pathway in humans.

Das Vorkommen von über den Umgebungsdruck erhöhten Sauerstoffpartialdrucken in Geweben ist im Tierreich nur von der Schwimmblase und dem Auge von Knochenfischen bekannt. Die physiologischen Mechanismen dieser Sauerstoffkonzentrierung wurden an der Schwimmblase insbesondere des Aals intensiv untersucht, entsprechende Untersuchungen zu den Vorgängen im Auge der Knochenfische fehlen jedoch. In dieser Arbeit wurde daher eine Methode etabliert, mit der die Sauerstoffkonzentrierung im Auge der Knochenfische an isolierten Augen untersucht werden kann. 1. Das Gefäßsystem der Regenbogenforelle (Oncorhynchus mykiss, Walbaum 1792) wurde durch Gefäßausgüsse dargestellt. Das im Auge gelegene choroidale Rete mirabile wird über die Arteria ophthalmica, die gleichzeitig die efferente Pseudobranchienarterie darstellt, versorgt. Die Pseudobranchie selber empfängt das Blut aus der efferenten Arterie des ersten Kiemenbogens. Diese Gefäßtopologie, Versorgung der Pseudobranchie mit bereits im ersten Kiemenbogen oxygeniertem Blut und auschließliche Versorgung des choroidalen Rete mirabile mit Blut aus der Pseudobranchie, weist auf die Bedeutung der Pseudobranchie für die Prozesse im Auge hin. 2. Die Retina der Regenbogenforelle wurde mikroskopisch untersucht. Die einzelnen Schichten der Retina entsprechen denen anderer Wirbeltiere. Die Forellenretina ist mit 407 µm aber wesentlich dicker als z.B. die Retina von Mammaliern. Zusätzlich fehlt der Retina der Forelle die bei vielen Mammaliern vorhandene retinale Blutgefäßversorgung. Mit den der Retina am nächsten gelegenen Gefäßen in der Choroidea bestehen bei der Forelle wesentlich größere Diffusionsstrecken von den Blutgefäßen zum Ort des Sauerstoffverbrauchs in den Zellen der Retina als bei anderen Wirbeltieren. Dies wir durch den erhöhten Sauerstoffpartialdruck in den Choriokapillaren kompensiert. 3. Für die Messung des intraretinalen Sauerstoffpartialdrucks wurden im Rahmen dieser Arbeit Sauerstoffmikroelektroden inklusive der zur Betreibung der Elektroden notwendigen Elektronik entwickelt. Die Elektroden waren vom Recess-Typ: die reaktive Oberfläche schloss nicht mit dem Ende der Glaskapillare ab, sondern war unter Belassung eines Hohlraumes in der Elektrodenspitze (Recess) in das innere der Glaskapillare verlagert. Dadurch waren die Elektroden unempfindlich gegenüber Rühreffekten. Die Mikroelektroden hatten eine Spitzendurchmesser von < 10 µm und eine mittlere Empfindlichkeit von 172 fA Torr-1 O2. Die Linearität der Elektroden über eine Partialdruckbereich von 0 bis 760 Torr O2 war besser als r = 0,9998. 4. Zur Überprüfung des normale Sauerstoffpartialdrucks in der Retina wurden Regenbogenforellen betäubt und künstlich ventiliert. Die systemischen Parameter wie arterieller PO2-Wert, Blutdruck und Herzschlag entsprachen dabei im Mittel mit 99 Torr (arterieller PO2), 28 Torr (Blutdruck) und 1,23 Hz (Herzschlag) den Werten unbetäubter, freischwimmender Forellen. Lediglich der arterielle pH-Wert war mit 8,02 während der künstlichen Ventilation durch eine ungenügende Kompensation einer respiratorischen Alkalose leicht gegenüber dem normalen Wert von 7,9 erhöht. 5. Die Auswirkungen der Präparation des Auges zur Messung des intraretinalen Sauerstoffpartialdrucks auf den Augeninnendruck wurde überprüft. Der Augeninnendruck betrug 4,9 Torr. Die Einbringung der Sauerstoffmikroelektrode hatte keine Auswirkung auf den Augeninnendruck. Erst das Entfernen der Elektrode nach der Messung führte zu einer deutlichen Verringerung des Augeninnendrucks. 6. Zum ersten Mal wurde in der vorliegenden Arbeit die Durchblutungsrate des Auges eines Knochenfisches bestimmt. Aus präparatorischen Gründen wurde die Messung an der afferenten Pseudobranchienarterie durchgeführt. Der mittlere Blutfluss in dem Gefäß betrug 745 µl min-1 kg-1. Durch Verschluss des kontralateralen Gefäßes stieg der Fluss auf 135% des ursprünglichen Wertes, da jetzt durch das ipsilaterale Gefäß und über die zwischen den beiden Gefäßen bestehende Anastomose beide Augen durch das ipsilaterale Gefäß mit Blut versorgt wurden. 7. Die Funktion der Retina während der intraretinalen Sauerstoffmessung wurde durch Ableitung des Elektroretinogramms kontrolliert. Trotz der während der Versuche fortbestehenden Betäubung mit dem Betäubungsmittel MS222, welches sich negativ auf das Elektroretinogramm auswirken soll, konnten normale Elektroretinogramme aufgezeichnet werde. Die invasive Messung des intraretinalen PO2 wirkte sich nicht negativ auf die Funktionalität der Retina aus. 8. Der intraretinale Sauerstoffpartialdruck wurde an betäubten, künstlich ventilierten Forellen überprüft. Der mittlere maximale PO2 im Bereich der Bruch´schen Membran betrug 382 Torr. An der Innenseite der Retina wurde ein PO2 von 10 Torr gemessen. Der Bereich des O2-Partialdruckgradienten in der Retina, gemessen über den Vorschub der Sauerstoffmikroelektrode vom niedrigsten bis zum höchsten PO2, betrug 433 µm, ein Wert der gut mit der mikroskopisch bestimmten Dicke der Retina (407 µm) übereinstimmt. 9. Zur Untersuchung der Einflüsse von Blutparametern auf die Sauerstoffkonzentrierung im Auge der Forelle wurden isolierte Augen künstlich mit verschiedenen Erythrozytensuspensionen perfundiert. Dazu wurde zum einen eine Suspension von Forellenerythrozyten eingesetzt, bei der erst der Root-Effekt in Abhängigkeit vom pH-Wert der Suspension bestimmt wurde. Bei basischem pH-Werten war das Hämoglobin der Erythrozyten vollständig gesättigt. Bei einem pH-Wert von 7,68 war noch eine Sättigung von 90% vorhanden, die bis zu einem pH-Wert von 7,31 auf 50% abnahm. 10% Sättigung wurden bei einem pH-Wert von 6,94 erreicht. Für die Perfusion wurde die Suspension der Forellenerythrozyten mit einem pH-Wert von 7,48 eingesetzt. Bei diesem pH-Wert liegt die Sättigung bei ca. 82% und eine Änderung des pH hat in diesem Bereich eine deutliche Änderung der Sättigung zur Folge, was die Freisetzung von O2 von Hämoglobin erleichtert. Als alternative Perfusionslösung wurde eine Suspension von Humanerythrozyten eingesetzt. Humanhämoglobin weist keinen Root-Effekt auf, es kann also durch die im Auge der Knochenfische vorhandenen Mechanismen kein Sauerstoff freigesetzt werden. 10. Der mittlere intraretinale Sauerstoffpartialdruck isolierter Augen betrug bei Perfusion mit der Suspension von Forellenerythrozyten 99 Torr. Nach dem Wechsel auf die Suspension mit Humanerythrozyten fiel der intraretinale Sauerstoffpartialdruck sofort auf 30 Torr ab. Der Perfusionsdruck änderte sich bei dieser Umstellung nicht. Bei Perfusion mit Ringerlösung fiel der intraretinale PO2 auf 20 Torr, gleichzeitig fiel jetzt auch der Perfusionsdruck ab. 11. Eine Konzentrierung des Sauerstoffs konnte bei der künstlichen Perfusion isolierter Augen nicht nachgewiesen werden. Die Notwendigkeit des Root-Effekts für einen hohen Sauerstoffpartialdruck im Auge wird trotzdem deutlich, da bei Perfusion mit einer Suspension von Humanerythrozyten, die einen höheren Sauerstoffgehalt aufwies als die Suspension der Forellenerythrozyten, der intraretinale Sauerstoffpartialdruck deutlich geringer war. 12. Das Modell des isoliert perfundierten Auges ist zur physiologischen Untersuchung des choroidalen Rete mirabile und Sauerstoffkonzentrierung besser geeignet als in vivo - Experimente, da systemische Einflüsse vermieden und die Auswirkungen der Pseudobranchie auf die Blutchemie ausgeschaltet werden können. / Oxygen partial pressures (Po2) above ambient levels are found only in the swimbladder and the eye of teleost fish species. The mechanisms related to the involved oxygen concentration processes have been investigated to some detail in eel swimbladder, but little attention has been paid to analogous mechanisms of the teleost eye. This thesis has accordingly concentrated on developing a method promoting investigation of oxygen concentrating mechanisms in teleost eyes by application of an isolated perfused eye preparation. 1. The vascular supply of eye and pseudobranch in rainbow trout (Oncorhynchus mykiss, Walbaum, 1792) was depicted by corrosion casts of the vascular system. The choroid rete mirabile is supplied with blood by the ophthalmic artery as the efferent blood vessel of the pseudobranch, with a small anastomosis to the contralateral vessel. The pseudobranch in turn is fed by the efferent artery of the first gill arch. This pattern of serial vascular connection suggests a role for the pseudobranch in the process of providing high oxygen tensions required for the high metabolic demand of the visual perception in the retina. 2. Eyes of various fish species were sectioned after paraffin embedding and examined microscopically. The organisation of teleost fish retinae is characterised by the same features and organisation well known from other vertebrates. However, the total thickness of 407 µm found for the retina of the rainbow is much larger than that observed in other animals such as mammals. The conditions of diffusive oxygen supply of retinal nerve cells is further hampered by the complete lack of intraretinal blood vessels commonly found in mammals. In trout, blood is supplied to only the choroid layer, leaving large diffusion distances to the retinal nerve cells to be spanned by oxygen partial pressures, elevated as compared to the bulk arterial system in the choroid capillaries. 3. Intraretinal oxygen partial pressure was determined in long-term anaesthetised specimens of Oncorhynchus mykiss, using specially developed oxygen microelectrodes and required electronic circuitry. Characteristic features of the electrodes include insensitivity of the signal to stirring, achieved by a recess of the reactive metal surface in a glass capillary, an average tip diameter of less than 10 µm and a characteristic sensitivity to oxygen of 172 fA Torr-1. The response of the electrodes to oxygen was linear over a range of partial pressures from 0 to 760 Torr O2 (r= 0,9998). 4. Normal oxygen partial pressures in trout retina were measured in long-term anaesthetised and artificially ventilated specimens of Oncorhynchus mykiss. In order to conduct the experiments under conditions as close as possible to normal homoiostasis, several systemic valuables were monitored continuously. During experimentation arterial Po2 averaged 99 Torr, mean blood pressure was 28 Torr and heart frequency was on the average 74 bpm, respectively, data in the range of values determined in unanesthetized, freely swimming trout. As the one exception, arterial pH (8,02) was slightly elevated during artificial ventilation as compared to control values (7,89), a shift induced by an inadequately high rate of artificial ventilation. 5. The impact of insertion of electrodes required for intraretinal Po2 measurement into the eye was found to have little effect. The intraocular pressure remained unaffected by opening the eye by puncture with leading cannula and inserted micro-Po2-electrode. The intraocular pressure fell only after removing the electrode after completion of the experiment. 6. Normal function of the retina during experimentation in vivo was checked by repeatedly measuring electroretinograms provoked by light flashes under dark ambient conditions. Although extended anaesthesia with MS222 is expected to affect the electroretinogram in fish, there was no indication of abnormal or reduced electroretinograms during experimentation. Also puncture of the eye with insertion of electrodes did not affect the electroretinogram. 7. Intraretinal Po2 was measured in anaesthetised and artificially ventilated trout. Oxygen profiles were recorded during advancement of the electrode tip though the retina, from the lowest Po2 at the inner surface with about 10 Torr to the highest Po2 in the region of Bruch´s membrane with about 382 Torr, travelling a total distance of 433 µm. This distance closely corresponds to the thickness of the retina measured by microscopic sectioning. 8. Blood flow to the eye as an important parameter for the establishment of an isolated eye preparation was measured in the afferent artery of the pseudobranch. Due to the anatomical situation this represents the closest possible approximation to measurement of flow in the ophthalmic artery. The blood flow was estimated by ultrasonic Doppler techniques with in situ calibration to be 216 µl min-1. Occlusion of the contralateral vessel resulted in an increase of the blood flow in the ipsilateral vessel to 135% of the original as a result of flow through the small anastomosis between the two ophthalmic arteries. This estimate is the first performed for blood flow to the eye of a fish. 9. An isolated eye preparation was used to investigate the influence of specific blood parameters on oxygen concentrating processes in the eye of Oncorhynchus mykiss. Eyes were perfused with suspensions of trout erythrocytes, human erythrocytes and Ringer´s solution. The Root Effect of trout haemoglobin was confirmed in suspension of erythrocytes. The haemoglobin was fully saturated at pH 8.45, still 90% saturated at 7.68, 50% at 7.31 and 10% at pH 6.94. In order to provide optimal starting conditions for the release of oxygen by relatively small changes in pH, pH 7.48 (resulting in 82 % saturation) was chosen for the perfusion of isolated eyes. As a control perfusion, suspensions of human erythrocytes provided a perfusate lacking any Root effect, thus not supporting the oxygen concentrating processes in fish eyes. 10. Perfusion of isolated trout eyes with pH 7.48 trout erythrocyte suspension resulted in an average intraretinal Po2 of 99 Torr, whereas perfusion with human erythrocytes resulted in an immediate decrease of Po2 to (of) 30 Torr, with a further drop to 20 Torr during perfusion with Ringer´s solution. Changes in perfusion between erythrocyte suspensions were performed without any changes in perfusion pressure, but the switch to control perfusion with Ringer´s solution exhibited a drop in perfusion pressure due to the reduced viscosity of the medium. 11. Although perfusion of isolated eyes did not exhibit Po2 above ambient values, the effect of oxygen concentrating processes were clearly indicated by comparison with Root effect-lacking human erythrocyte perfusate (Po2´s of 99 vs. 30 Torr, respectively). 12. It is concluded that studies of oxygen concentrating mechanisms are to be performed preferably on isolated eye preparations. For closer analysis of the involved mechanisms this preparation allows for isolated control of individual parameter of the perfusate. In particular, uncontrolled effects of the pseudobranch on the perfusate can be eliminated.

An 23 wachen Ratten wurde die dynamische Regulation der Nierengefäße als Antwort auf schwingungsförmige Änderung des renalen Perfusionsdruckes (RPP) gemessen. Es wurden der Renale Perfusionsdruck (RPP), der Nierenarterienfluss (RBF) sowie lokale Gefäßflüsse der Nierenrinde und des äußeren Nierenmark (Laser-Doppler) aufgezeichnet und daraus die entsprechende Conductance (Leitwert) der Gefäße errechnet. Der mittlere RPP wurde rampenförmig mit einer langsamen Änderungsrate gesenkt (dp/dt), wobei nach jeder absteigenden Flanke eine aufsteigende Rampe gleicher Geschwindigkeit gemessen wurde. Eine Überlagerung des RPP mit Schwingungen unterschiedlicher Frequenz (f=0,005, f=0,01 und f=0,02 Hz) bei einer Amplitude von 20 mmHg führte zu einem Anstieg von dp/dt und einem erhöhten Shearstress an der Gefäßwand (WSS). Der Einfluss der Schwingungen auf RCV war signifikant abhängig vom mittleren RPP. So war die Conductance in tieferen Druckbereichen des RPP mehrfach höher als in den Ausgangsdruckwerten. Innerhalb der absteigenden Rampen führte ein Erhöhung der Frequenz zu einem Anstieg der maximalen Amplitude des RVC des Nierengesamtflusses. Die größten Amplituden wurden bei RPP Werten zwischen 58 und 46 mmHg gemessen. Diese Abhängigkeit war bei den ansteigenden Flanken nicht gegeben. Außerdem zeigte sich in den abfallenden Versuchsteilen ein plötzlicher Phasenwechsel zwischen der RPP- und der RVC-Schwingung bei mittleren RPP-Werten zwischen 95 und 80 mmHg. Dies lässt schließen, dass oberhalb dieses Druckwertes aktive myogenen Vasokonstriktion die passiven Gefäßdilatation vollständig ausgleicht, während unterhalb dieses RPP-Wertes die Vasokonstriktion insuffizient reagiert, bis bei ca. 50 mmHg die RCV ausschließlich der passiven Vasodilatation folgt. Höhere Schwingungsfrequenzen führen durch einen Anstieg des WSS zu einer Erhöhung der Amplitude des RVC. Dies bewirkt eine Änderung der charakteristischen renalen Autoregulation des RPP. Auf diese Weise ändert sich die Effizienz der Autoregulation. / In 23 conscious rats, the dynamic features of renal vascular conductance (RVC) in response to oscillatory changes in renal perfusion pressure (RPP) were studied at different mean RPPs. RPP, renal blood flow, and regional cortical and outer-medullary fluxes (laser-Doppler) were continuously recorded and the respective RVCs calculated. Mean RPP was changed ramp-wise with a low rate of change (dp/dt), whereby a decremental ramp was immediately followed by an incremental ramp. Superimposing RPP oscillations (amplitude 20 mmHg) of different frequencies (f=0.005, f=0.01, and f=0.02 Hz) increased maximum dp/dt, and thus increased vascular wall shear stress (WSS). The impact of RPP oscillations on RVC critically depended on mean RPP. RVC oscillations were several times higher at lower mean RPPs than at control RPP During the decremental ramps, increasing the frequency led to an increase in the maximum amplitude of total RVC, and decreased mean RPP where maximum amplitude occurred from 58 to 46 mmHg. This frequency dependence was abolished during incremental ramps. Lowering mean RPP resulted in a sudden reversal of phase between RPP and RVC oscillations at mean RPP between 95 and 80 mmHg. It is concluded that, above this RPP, myogenic vasoconstriction fully counterbalances passive vasodilatation, whereas, below that RPP, myogenic constriction gradually tapers off until, at about 50 mmHg, RVC is exclusively determined by passive dilation. Higher oscillatory frequencies, assumed to be due to increased WSS, elicit a greater response in RVC amplitude as an expression of vessel compliance, and, thus change the RPP characteristics of renal autoregulation. However, the efficiency of autoregulation is thereby barely changed.

Background: The current goal of treatment after acute ischemic stroke is the increase of cerebral blood flow (CBF) in ischemic brain tissue. Intra-aortic balloon pump (IABP) counterpulsation in the setting of cardiogenic shock is able to reduce left ventricular afterload and increase coronary blood flow. The effects of an IABP on CBF have not been sufficiently examined. We hypothesize that the use of an IABP especially enhances cerebral blood flow in patients with pre-existing heart failure. Methods: In this pilot study, 36 subjects were examined to investigate the effect of an IABP on middle cerebral artery (MCA) transcranial Doppler (TCD) flow velocity change and relative CBF augmentation by determining velocity time integral changes (ΔVTI) in a constant caliber of the MCA compared to a baseline measurement without an IABP. Subjects were divided into two groups according to their left ventricular ejection fraction (LVEF): Group 1 LVEF >30% and Group 2 LVEF ≤30%. Results: Both groups showed an increase in CBF using an IABP. Patients with a LVEF ≤30% showed a significantly higher increase of ΔVTI in the MCA under IABP augmentation compared to patients with a LVEF >30% (20.9% ± 3.9% Group 2 vs.10.5% ± 2.2% Group 1, p<0,05). The mean arterial pressure (MAP) increased only marginally in both groups under IABP augmentation. Conclusions: IABP improves cerebral blood flow, particularly in patients with pre-existing heart failure and highly impaired LVEF. Hence, an IABP might be a treatment option to improve cerebral perfusion in selected patients with cerebral misperfusion and simultaneously existing severe heart failure.