Das akute Lungenversagen (Adult Respiratory Distress Syndrome: ARDS) stellt ein in der Intensivmedizin häufig auftretendes Krankheitsbild dar und weist trotz intensiver Bemühungen nach wie vor eine hohe Letalität auf. Ein wichtiger pathophysiologischer Faktor bei der mit dem ARDS verbundenen schweren Gasaustauschstörung ist der intrapulmonale Rechts-links-Shunt mit daraus resultierender Abnahme des Oxygenierungsindex. Um therapeutisch eine Verbesserung der Oxygenierung zu erreichen, wurde unter anderem von Gallart et al. ein Konzept entwickelt, bei dem durch den kombinierten Einsatz eines intravenös gegebenen pulmonalen Vasokonstriktors (Almitrine) und eines inhalativ gegebenen pulmonalen Vasodilatators (inhalatives Stickstoffmonoxid: iNO) die Shuntfraktion verkleinert wird (Gallart et al. 1998). Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Kombination von iNO mit der intravenösen Gabe von zellfreiem Hämoglobin (Hemoglobin Based Oxygen Carrier, HBOC) als Vasokonstriktor am Tiermodell des akuten Lungenversagens hinsichtlich hämodynamischer Parameter und der arteriellen Oxygenierung untersucht. Die Ergebnisse wurden verglichen mit einer zweiten Versuchsgruppe, in der die Tiere lediglich iNO und Hydroxyethylstärke als Kontrollsubstanz erhielten. In Pilotversuchen wurden dafür ein Tiermodell des akuten Lungenversagens etabliert und die Auswirkungen der Gabe von HBOC bei vorbestehendem Lungenschaden untersucht. Anhand der durchgeführten Versuche konnte gezeigt werden, dass sich durch die HBOC-Gabe sowohl der systemische als auch der pulmonalarterielle Blutdruck signifikant erhöhte. Durch die zusätzliche Gabe von iNO ließ sich dieser Effekt antagonisieren. Ein additiver Effekt auf die arterielle Oxygenierung durch den kombinierten Einsatz von HBOC und iNO -im Vergleich zur alleinigen Gabe von iNO- war nachweisbar, die Unterschiede waren jedoch nicht signifikant. Weitere Untersuchungen werden zeigen müssen, ob sich dieser Effekt bei größerer Fallzahl als signifikant erweist, oder ob dieser tatsächlich nicht vorhanden sein sollte.

Die Pathogenese der verzögerten ischämischen Defizite (VIND) nach Subarachnoidalblutung wird mit Produkten der Hämolyse in Zusammenhang gebracht. Topische Hirnsuperfusion mit einer artifiziellen cerebrospinalen Flüssigkeit (ACSF), die L-NA, einen NOS-Inhibitor, in Kombination mit einer erhöhten Kaliumkonzentration erhielt, hat bei der Ratte zu Ischämien geführt. Dieses Phänomen wurde als Cortical spreading ischemia (CSI) bezeichnet. Dabei scheint es während der neuronalen Depolarisation zu einer gestörten Kopplung zwischen cerebralem Metabolismus und Blutfluß zu kommen, die zu einer Vasokonstriktion und schließlich zur Ischämie führt. Die vorliegenden Arbeit beschäfftigte sich zum einen mit der Frage, ob Hämoglobin und hoch Kalium (35 mmol/l) auch zu CSIs führt,und ob es in Folge der CSIs zu cerebralen Parenchymschäden kommt. Methode: 24 Tieren wurde eine ACSF in den künstlich geschaffenen Subarachnoidalraum perfundiert. Diese ACSF enthielt eine erhöhte Kaliumkonzentration (K+ ) von 35 mmol/l und 2 mmol/l freies Hämoglobin (Hb). Unter dieser Versuchsanordnung kam es, als Antwort auf die neuronale Depolarisation, zu einem langandauernden massiven Abfall des rCBF in ischämische Bereiche, der sogenannten cortical spreading ischaemia (CSI). Zum Nachweis eines möglichen cerebralen Parenchymschadens durch die CSI wurden die Gehirne von 11 Versuchstieren histologisch untersucht. Von den 11 histologisch sowie immunhistochemisch gefärbten Hirnpräparaten wiesen 9 Hirne eine ausgeprägte cortikale Zellnekrose auf. Bei den Kontrolltieren, denen entweder nur die erhöhte K+ oder Hämoglobin in der ACSF superfundiert wurde, kam es nicht zum Auftreten von CSIs. und Anzeichen von nekrotischem Zelluntergang waren nicht zu sehen. Schlussfolge: Subarachnoidales Hb kombiniert mit hoch K+ fürt zur cortical spreading ischemia und in weiterer Folge zu ausgedehnten corticalen Infarkten. / The pathogenesis of delayed ischemic neurological deficits after subarachnoid hemorrhage has been related to products of hemolysis. Topical brain superfusion of artificial cerebrospinal fluid (ACSF) containing L-NA a NOS-inhibitor and high concentration of K+ has shown to induce ischemia in rats. Superimposed on a slow vasospastic reaction, the ischemic events represent spreading depolarisation of the neuronal-glial network that trigger acute vasoconstriction. The purpose of the present study was to investigate whether such spreading ischemias in the cortex could be caused also by the hemolysis products hemoglobin and K+ and whether such spreading cortical ischemias lead to brain damage. Methods: A cranial window was implanted in 24 rats. Cerebral blood flow (CBF) was measured using laser Doppler flowmetry, and direct current(DC)potentials were recorded. The ACSF was superfused topically over the brain. Rats were assigned to three groups representing ACSF composition. Analysis included classical histochemical and immunhistochemical studies. Superfusion of ACSF containing Hb combined with high concentration of K+ (35 mmol/L) reduced CBF gradually. Spreading ischemia in the cortex appeared when CBF reached 40 to 70% compared to baseline (which was 100%). This cortical spreading ischemia was characterized by sharp negative shift in DC, which preceded a steep CBF decrease that was followed by a slow recovery. In 9 of the surviving animals widespread cortical infarction was observed at the site of the cranial window and neighbouring areas in contrast to the findings in the two control groups. Conclusion: Subarachnoid Hb combined with high K+ causes cortical spreading ischemia and leads to widespread necrosis of the cortex.

Sowohl bei der Forschung der Maillard-Reaktion in Lebensmitteln als auch im menschlichen Körper lag das Hauptaugenmerk bislang auf der Reaktion der Carbonylfunktion mit den Aminofunktionen der Seitenketten wie Lysin oder Arginin, da sie in vielen Lebensmitteln oder physiologischen Proteinen die größte Quelle an Aminofunktionen darstellen. Dagegen wurde eine vergleichbare Reaktion mit dem N-Terminus von Aminosäuren, Peptiden oder Proteinen weniger beachtet, obgleich in lysinarmen oder peptidhaltigen Lebensmitteln die N-terminalen Aminofunktionen dominieren und die Seitenketten körpereigener Proteine räumlich für einen Angriff der Carbonylfunktion unzugänglich sein können. Da in den HA-Nahrungen die allergieauslösenden Proteine hydrolytisch gespalten vorliegen, stehen für eine mögliche Amadori-Produktbildung gegenüber den konventionellen Säuglingsnahrungen quantitativ mehr alpha-Aminogruppen als epsilon-Aminogruppen zur Verfügung. Demzufolge sollte für die Beurteilung von HA-Nahrungen eine Methode entwickelt werden, mit deren Hilfe eine Aussage über die Amadori-Produktbildung auch am N-Terminus getroffen werden kann. Aufbauend auf den Ergebnissen der Furoylmethylderivate-Bestimmung (FMAA-Bestimmung) in peptidhaltigen Lebensmitteln, war es ein weiteres Ziel der vorliegenden Dissertation die entwickelte Methode auch auf ihre Anwendbarkeit auf die Beurteilung des Glykierungsstatus des Hämoglobin in vivo zu testen. Nach der N-terminalen Amadori-Produktbildung im Zuge der frühen Phase der Maillard-Reaktion lag im zweiten Teil der Dissertation das Hauptaugenmerk auf die fortgeschrittene Phase der Maillard-Reaktion am N-Terminus von Peptiden oder Proteinen. Der Schwerpunkt lag dabei auf der Bildung von 2-(1H)-Pyrazinonen im komplexen trockenen Lebensmittel und in vivo.

Sowohl bei der Forschung der Maillard-Reaktion in Lebensmitteln als auch im menschlichen Körper lag das Hauptaugenmerk bislang auf der Reaktion der Carbonylfunktion mit den Aminofunktionen der Seitenketten wie Lysin oder Arginin, da sie in vielen Lebensmitteln oder physiologischen Proteinen die größte Quelle an Aminofunktionen darstellen. Dagegen wurde eine vergleichbare Reaktion mit dem N-Terminus von Aminosäuren, Peptiden oder Proteinen weniger beachtet, obgleich in lysinarmen oder peptidhaltigen Lebensmitteln die N-terminalen Aminofunktionen dominieren und die Seitenketten körpereigener Proteine räumlich für einen Angriff der Carbonylfunktion unzugänglich sein können. Da in den HA-Nahrungen die allergieauslösenden Proteine hydrolytisch gespalten vorliegen, stehen für eine mögliche Amadori-Produktbildung gegenüber den konventionellen Säuglingsnahrungen quantitativ mehr alpha-Aminogruppen als epsilon-Aminogruppen zur Verfügung. Demzufolge sollte für die Beurteilung von HA-Nahrungen eine Methode entwickelt werden, mit deren Hilfe eine Aussage über die Amadori-Produktbildung auch am N-Terminus getroffen werden kann. Aufbauend auf den Ergebnissen der Furoylmethylderivate-Bestimmung (FMAA-Bestimmung) in peptidhaltigen Lebensmitteln, war es ein weiteres Ziel der vorliegenden Dissertation die entwickelte Methode auch auf ihre Anwendbarkeit auf die Beurteilung des Glykierungsstatus des Hämoglobin in vivo zu testen. Nach der N-terminalen Amadori-Produktbildung im Zuge der frühen Phase der Maillard-Reaktion lag im zweiten Teil der Dissertation das Hauptaugenmerk auf die fortgeschrittene Phase der Maillard-Reaktion am N-Terminus von Peptiden oder Proteinen. Der Schwerpunkt lag dabei auf der Bildung von 2-(1H)-Pyrazinonen im komplexen trockenen Lebensmittel und in vivo.

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Evidence is limited regarding whether periodontal treatment improves hemoglobin A1c (HbA1c) among people with prediabetes and periodontal disease, and it is unknown whether improvement of metabolic status persists >3 mo. In an exploratory post hoc analysis of the multicenter randomized controlled trial “Antibiotika und Parodontitis” (Antibiotics and Periodontitis)—a prospective, stratified, double-blind study—we assessed whether nonsurgical periodontal treatment with or without an adjunctive systemic antibiotic treatment affects HbA1c and high-sensitivity C-reactive protein (hsCRP) levels among periodontitis patients with normal HbA1c (≤5.7%, n = 218), prediabetes (5.7% < HbA1c < 6.5%, n = 101), or unknown diabetes (HbA1c ≥ 6.5%, n = 8) over a period of 27.5 mo. Nonsurgical periodontal treatment reduced mean pocket probing depth by >1 mm in both groups. In the normal HbA1c group, HbA1c values remained unchanged at 5.0% (95% CI, 4.9% to 6.1%) during the observation period. Among periodontitis patients with prediabetes, HbA1c decreased from 5.9% (95% CI, 5.9% to 6.0%) to 5.4% (95% CI, 5.3% to 5.5%) at 15.5 mo and increased to 5.6% (95% CI, 5.4% to 5.7%) after 27.5 mo. At 27.5 mo, 46% of periodontitis patients with prediabetes had normal HbA1c levels, whereas 47.9% remained unchanged and 6.3% progressed to diabetes. Median hsCRP values were reduced in the normal HbA1c and prediabetes groups from 1.2 and 1.4 mg/L to 0.7 and 0.7 mg/L, respectively. Nonsurgical periodontal treatment may improve blood glucose values among periodontitis patients with prediabetes (ClinicalTrials.gov NCT00707369).

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In dieser Arbeit wurden die Morpho-Physiologie und das Verhalten zweier Arten Afrikanischer schwach elektrischer Fische, Marcusenius victoriae und Petrocephalus degeni, im Labor und in einem ihrer natürlichen Habitate im Lwamunda Sumpf in Uganda untersucht. Die zwei Hauptziele dieser Arbeit waren (i) tageszeitabhängige Verhaltensrhythmen (Aktivität, Habitatnutzung) im Labor und im Freiland zu untersuchen und (ii) die Ausprägung und Plastizität der morpho-physiologischen Merkmale von P. degeni zu untersuchen, die ihnen erlauben bei natürlich vorkommender, geringer Sauerstoffverfügbarkeit (Hypoxie) zu überleben. Tageszeitabhängige Verhaltensrhythmen beider Arten wurden im Labor über 42 Stunden und im natürlichen Habitat dieser Fische für sechs Tage erfasst. In den Laborversuchen verbrachten beide Arten tagsüber annähernd 100% der Zeit in einem bereitgestellten Versteck und schwammen nachts heraus um aktiv ihre Umwelt zu erkunden. Im Habitat wurden die meisten Fische in strukturell komplexen Habitaten unter schwimmenden Pflanzen detektiert. Nachts schwammen die Fische aktiv in die offenen und ungeschützten Bereiche der Lagune, vermutlich um nach Futter zu suchen und zu interagieren. Die Begleitende in-situ Messung der Sauerstoffverfügbarkeit zeigte, dass beide Arten präsent und vermutlich sogar am aktivsten waren während Phasen extremer nächtlicher Hypoxie. Zur Untersuchung der respiratorischen Merkmale von P. degeni wurden Respirometrieversuche mit hypoxie-akklimatisierten Tieren durchgeführt, Hämoglobin- und Laktatkonzentration im Blut gemessen, und morphologische Parameter an den ersten beiden Kiemenbögen erfasst. Die Fische zeigten niedrige Sauerstoffverbrauchsraten, welche sie bis zu einem sehr niedrigem äußeren Sauerstoffpartialdruck aufrechterhielten. Zusätzlich zeigten sie hohe Hämoglobin- und Laktatkonzentrationen im Blut. Bis zu 75 Tage Normoxie-Akklimatisierung führte zu reduzierter Hämoglobinkonzentration und kürzeren Kiemenfilamenten. / In this thesis, I investigated the morpho-physiology and behavior of two species of African mormyrid weakly electric fish, Marcusenius victoriae and Petrocephalus degeni, in the laboratory and in one of their natural habitats, the Lwamunda Swamp in Uganda. The two main objectives of this work were to (i) observe behavioral rhythms and habitat use patterns of both species under natural and laboratory conditions, and (ii) assess expression and plasticity of morpho-physiological traits that might enable P. degeni to survive naturally occurring low oxygen conditions (hypoxia). Behavioral rhythms were recorded in the laboratory over 42 hours and in the habitat on six sampling days. In the laboratory, both species spent close to 100% of the time in their shelter during the day and actively explore their environment at night. In the swamp lagoon, fish were most often encountered in structurally complex habitats under floating vegetation and ventured into open and unsheltered areas of the lagoon at night, presumably to forage and interact. Concomitant in-situ oxygen measurements revealed that these fish were present, and presumably most active during periods of extreme nocturnal hypoxia in their swamp habitat. To investigate respiratory traits of swamp-dwelling P. degeni, I conducted respirometry experiments and measured blood lactate and hemoglobin and gill morphometrics on the first two gill arches. Fish showed low routine oxygen consumption rates, which they maintained until a very low ambient oxygen partial pressure was reached. Additionally, they had high concentrations of hemoglobin and lactate in their blood. Up to 75 days of normoxia exposure reduced blood hemoglobin and gill filament length.