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Brain activation during active balancing and its behavioral relevance in younger and older adults
(2022)
Age-related deterioration of balance control is widely regarded as an important phenomenon influencing quality of life and longevity, such that a more comprehensive understanding of the neural mechanisms underlying this process is warranted.
Specifically, previous studies have reported that older adults typically show higher neural activity during balancing as compared to younger counterparts, but the implications of this finding on balance performance remain largely unclear.
Using functional near-infrared spectroscopy (fNIRS), differences in the cortical control of balance between healthy younger (n = 27) and older (n = 35) adults were explored.
More specifically, the association between cortical functional activity and balance performance across and within age groups was investigated. To this end, we measured hemodynamic responses (i.e., changes in oxygenated and deoxygenated hemoglobin) while participants balanced on an unstable device.
As criterion variables for brain-behavior-correlations, we also assessed postural sway while standing on a free-swinging platform and while balancing on wobble boards with different levels of difficulty.
We found that older compared to younger participants had higher activity in prefrontal and lower activity in postcentral regions.
Subsequent robust regression analyses revealed that lower prefrontal brain activity was related to improved balance performance across age groups, indicating that higher activity of the prefrontal cortex during balancing reflects neural inefficiency.
We also present evidence supporting that age serves as a moderator in the relationship between brain activity and balance, i.e., cortical hemodynamics generally appears to be a more important predictor of balance performance in the older than in the younger. Strikingly, we found that age differences in balance performance are mediated by balancing-induced activation of the superior frontal gyrus, thus suggesting that differential activation of this region reflects a mechanism involved in the aging process of the neural control of balance.
Our study suggests that differences in functional brain activity between age groups are not a mere by-product of aging, but instead of direct behavioral relevance for balance performance.
Potential implications of these findings in terms of early detection of fall-prone individuals and intervention strategies targeting balance and healthy aging are discussed.
Coronary artery disease (CAD) is the leading cause of death worldwide.
Statins reduce morbidity and mortality of CAD. Intake of n-3 polyunsaturated fatty acid (n-3 PUFAs), particularly eicosapentaenoic acid (EPA), is associated with reduced morbidity and mortality in patients with CAD. Previous data indicate that a higher conversion of precursor fatty acids (FAs) to arachidonic acid (AA) is associated with increased CAD prevalence.
Our study explored the FA composition in blood to assess n-3 PUFA levels from patients with and without CAD. We analyzed blood samples from 273 patients undergoing cardiac catheterization. Patients were stratified according to clinically relevant CAD (n = 192) and those without (n = 81). FA analysis in full blood was performed by gas chromatography. Indicating increased formation of AA from precursors, the ratio of dihomo-gamma-linolenic acid (DGLA) to AA, the delta-5 desaturase index (D5D index) was higher in CAD patients. CAD patients had significantly lower levels of omega-6 polyunsaturated FAs (n-6 PUFA) and n-3 PUFA, particularly EPA, in the blood.
Thus, our study supports a role of increased EPA levels for cardioprotection.
Die interventionelle Behandlung des Vorhofflimmerns verursacht häufiger als in der Vergangenheit wahrgenommen eine Beeinträchtigung benachbarter Gewebe und Organe. Im Vordergrund der Betrachtungen dieser Arbeit stehen Schäden des Oesophagus, die aufgrund der schlechten Vorhersagbarkeit, des zeitlich verzögerten Auftretens und der fatalen Prognose bei Ausbildung einer atrio-oesophagealen Fistel besondere Relevanz haben.
Das Vorhofflimmern selbst ist nicht mit einer unmittelbaren vitalen Bedrohung verbunden, aber durch seine Komplikationen (z.B. Herzinsuffizienz, Schlaganfall) dennoch prognostisch relevant. Durch Antiarrhythmika gelingt keine Verbesserung der Rhythmuskontrolle (Arrhythmie-Freiheit), eine katheterinterventionelle Behandlung ist der medikamentösen Therapie überlegen. Durch eine frühzeitige und erfolgreiche Behandlung des Vorhofflimmerns konnte eine Verbesserung klinischer Endpunkte und der Prognose erreicht werden. Das Risiko einer invasiven Behandlung (insbesondere hinsichtlich des Auftretens prognoserelevanter Komplikationen) muss jedoch bei der Indikationsstellung und der Prozedur-Durchführung bedacht und gegenüber den günstigen Effekten der Behandlung abgewogen werden.
Untersuchungen zur Vermeidung der sehr seltenen atrio-oesophagealen Fisteln bedienen sich Surrogat-Parametern, hier bisher ausschließlich den ablationsinduzierten Schleimhaut-Läsionen des Oesophagus. Die Untersuchungen dieser Arbeit zeigen ein komplexeres Bild der (peri)-oesophagealen Schädigungen nach Vorhofflimmern-Ablation mit thermischen Energiequellen.
(1) Neue Definition der Oesophagus-Schäden: Oesophageale und perioesophageale Beeinträchtigungen treten sehr häufig auf (nach der hier verwendeten erweiterten Definition bei zwei Drittel der Patienten) und sind unabhängig von der verwendeten Ablationsenergie. Unterschiede finden sich in den Manifestationen der Oesophagus-Schäden für die verschiedenen Energie-Protokolle, ohne dass der Mechanismus hierfür aufgeklärt ist. Diese Arbeit beschreibt die unterschiedlichen Ausprägungen thermischer Oesophagus-Schäden, deren Determinanten und pathophysiologische Relevanz.
(2) Die Detektion (zum Teil subtiler) Oesophagus-Schäden ist maßgeblich von der Intensität der Nachsorge abhängig. Eine Beschränkung auf subjektive Schilderungen (z.B. Schmerzen beim Schluckakt, Sodbrennen) ist irreführend, die Mehrzahl der Veränderungen bleibt asymptomatisch, die Symptome der ausgebildeten atrio-oesophagealen Fistel (meist nach mehreren Wochen) bereits mit einer sehr schlechten Prognose belastet. Eine Endoskopie der Speiseröhre findet in den meisten elektrophysiologischen Zentren nicht oder nur bei anhaltenden Symptomen statt und kann ausschließlich Mukosa-Läsionen nachweisen. Damit wird das Ausmaß des oesophagealen und perioesophagealen Schadens bei Weitem unterschätzt. Veränderungen des perioesophagealen Raums, deren klinische Relevanz (noch) unklar ist, werden nicht erfasst, und damit ein Wandödem und Schäden im Gewebe zwischen linkem Vorhof und Speiseröhre (einschl. Nerven und Gefäßen) ignoriert.
Die Studien tragen auch zur Neubewertung etablierter Messgrößen und Risikofaktoren der Oesophagus-Schäden bei.
(3) Das Temperaturmonitoring im Oesophagus anhand der Maximalabweichungen ist erst für Extremwerte aussagekräftig und dadurch nicht hilfreich, Oesophagus-Läsionen zu vermeiden. Die komplexe Analyse der Temperatur-Rohdaten (bisher nur offline möglich) liefert in der AUC für RF-Ablationen einen prädiktiven Parameter für Oesophagus-Schäden, der eine Strukturierung der weiteren endoskopischen Diagnostik erlaubt. Ein vergleich¬barer Wert für die Cryoablationen konnte in den Analysen nicht gefunden werden.
(4) Eine chronische Entzündung des unteren Oesophagus-Drittels behindert nicht nur das Abheilen einer thermischen Oesophagus-Läsion, sondern kann das Auftreten solcher Läsionen durch die Ablation begünstigen. Die große Zahl vorbestehender Oesophagus-Veränderungen, die eine erhöhte Vulnerabilität anzeigen, und die Bedeutung für die Ent¬stehung thermischer Läsionen können der Ansatzpunkt präventiver Maßnahmen sein.
Ergänzend werden Ausprägungen der Oesophagus-Schäden durch umfangreiche Diagnostik erfasst und beschrieben, die aus pathophysiologischen Überlegungen relevant sein können.
(5) Die systematische Erweiterung der bildgebenden Diagnostik auf den perioesophagealen Raum durch Endosonographie zeigte, dass Schleimhaut-Läsionen alleine nur einen geringen Teil der Oesophagus-Schäden darstellen. Schleimhaut-Läsionen infolge einer instrumentellen Verletzung sind nicht mit dem Risiko der Ausbildung einer atrio-oesophagealen Fistel verbunden und unterstreichen die pathophysiologische Relevanz der perioesophagealen Veränderungen.
(6) Eine funktionelle Diagnostik thermischer Schäden des perioesophagealen Vagus-Plexus identifiziert Patienten mit Oesophagus-Schäden, die bildgebend nicht erfasst wurden, jedoch in ihren Auswirkungen (Nahrungsretention und gastro-oesophagealer Reflux) zur Läsionsprogression beitragen können.
Myasthenia gravis is an autoimmune disease affecting neuromuscular transmission and causing skeletal muscle weakness. Additionally, systemic inflammation, cognitive deficits and autonomic dysfunction have been described.
However, little is known about myasthenia gravis-related reorganization of the brain. In this study, we thus investigated the structural and functional brain changes in myasthenia gravis patients.
Eleven myasthenia gravis patients (age: 70.64 +/- 9.27; 11 males) were compared to age-, sex- and education-matched healthy controls (age: 70.18 +/- 8.98; 11 males). Most of the patients (n = 10, 0.91%) received cholinesterase inhibitors.
Structural brain changes were determined by applying voxel-based morphometry using high-resolution T-1-weighted sequences. Functional brain changes were assessed with a neuropsychological test battery (including attention, memory and executive functions), a spatial orientation task and brain-derived neurotrophic factor blood levels.
Myasthenia gravis patients showed significant grey matter volume reductions in the cingulate gyrus, in the inferior parietal lobe and in the fusiform gyrus. Furthermore, myasthenia gravis patients showed significantly lower performance in executive functions, working memory (Spatial Span, P = 0.034, d = 1.466), verbal episodic memory (P = 0.003, d = 1.468) and somatosensory-related spatial orientation (Triangle Completion Test, P = 0.003, d = 1.200).
Additionally, serum brain-derived neurotrophic factor levels were significantly higher in myasthenia gravis patients (P = 0.001, d = 2.040). Our results indicate that myasthenia gravis is associated with structural and functional brain alterations. Especially the grey matter volume changes in the cingulate gyrus and the inferior parietal lobe could be associated with cognitive deficits in memory and executive functions.
Furthermore, deficits in somatosensory-related spatial orientation could be associated with the lower volumes in the inferior parietal lobe. Future research is needed to replicate these findings independently in a larger sample and to investigate the underlying mechanisms in more detail.
Klaus et al. compared myasthenia gravis patients to matched healthy control subjects and identified functional alterations in memory functions as well as structural alterations in the cingulate gyrus, in the inferior parietal lobe and in the fusiform gyrus.
Risikokommunikation spielt eine zentrale Rolle in Public-Health-Notlagen: Sie muss informierte Entscheidungen ermöglichen, schützendes bzw. lebenserhaltendes Verhalten fördern und das Vertrauen in öffentliche Institutionen bewahren. Zudem müssen Unsicherheiten über wissenschaftliche Erkenntnisse transparent benannt werden, irrationale Ängste und Gerüchte entkräftet werden. Risikokommunikation sollte die Bevölkerung partizipativ einbeziehen. Ihre Risikowahrnehmung und -kompetenz müssen kontinuierlich erfasst werden. In der aktuellen Pandemie der Coronavirus-Krankheit 2019 (COVID-19) ergeben sich spezifische Herausforderungen für die Risikokommunikation.
Der Wissensstand zu vielen wichtigen Aspekten, die COVID-19 betreffen, war und ist oftmals unsicher oder vorläufig, z. B. zu Übertragung, Symptomen, Langzeitfolgen und Immunität. Die Kommunikation ist durch wissenschaftliche Sprache sowie eine Vielzahl von Kennzahlen und Statistiken geprägt, was die Verständlichkeit erschweren kann. Neben offiziellen Mitteilungen und Einschätzungen von Expertinnen und Experten wird über COVID-19 in großem Umfang in sozialen Medien kommuniziert, dabei werden auch Fehlinformationen und Spekulationen verbreitet; diese „Infodemie“ erschwert die Risikokommunikation.
Nationale wie internationale Forschungsprojekte sollen helfen, die Risikokommunikation zu COVID-19 zielgruppenspezifischer und effektiver zu machen. Dazu gehören u. a. explorative Studien zum Umgang mit COVID-19-bezogenen Informationen, das COVID-19 Snapshot Monitoring (COSMO), ein regelmäßig durchgeführtes Onlinesurvey zu Risikowahrnehmung und Schutzverhalten sowie eine interdisziplinäre qualitative Studie, die die Konzeption, Umsetzung und Wirksamkeit von Risikokommunikationsstrategien vergleichend in 4 Ländern untersucht.
Background:
From birth to young adulthood, health and development of young people are strongly linked to their living situation, including their family's socioeconomic position (SEP) and living environment. The impact of regional characteristics on development in early childhood beyond family SEP has been rarely investigated. This study aimed to identify regional predictors of global developmental delay at school entry taking family SEP into consideration.
Method:
We used representative, population-based data from mandatory school entry examinations of the German federal state of Brandenburg in 2018/2019 with n=22,801 preschool children. By applying binary multilevel models, we hierarchically analyzed the effect of regional deprivation defined by the German Index of Socioeconomic Deprivation (GISD) and rurality operationalized as inverted population density of the children's school district on global developmental delay (GDD) while adjusting for family SEP (low, medium and high)
Results:
Family SEP was significantly and strongly linked to GDD. Children with the highest family SEP showed a lower odds for GDD compared to a medium SEP (female: OR=4.26, male: OR=3.46) and low SEP (female: OR=16.58, male: OR=12.79). Furthermore, we discovered a smaller, but additional and independent effect of regional socioeconomic deprivation on GDD, with a higher odds for children from a more deprived school district (female: OR=1.35, male: OR=1.20). However, rurality did not show a significant link to GDD in preschool children beyond family SEP and regional deprivation.
Conclusion:
Family SEP and regional deprivation are risk factors for child development and of particular interest to promote health of children in early childhood and over the life course.
The investigation of protein structures, functions and interactions often requires modifications to adapt protein properties to the specific application. Among many possible methods to equip proteins with new chemical groups, the utilization of orthogonal aminoacyl-tRNA synthetase/tRNA pairs enables the site-specific incorporation of non-canonical amino acids at defined positions in the protein. The open nature of cell-free protein synthesis reactions provides an optimal environment, as the orthogonal components do not need to be transported across the cell membrane and the impact on cell viability is negligible. In the present work, it was shown that the expression of orthogonal aminoacyl-tRNA synthetases in CHO cells prior to cell disruption enhanced the modification of the pharmaceutically relevant adenosine A2a receptor. For this purpose, in complement to transient transfection of CHO cells, an approach based on CRISPR/Cas9 technology was selected to generate a translationally active cell lysate harboring endogenous orthogonal aminoacyl-tRNA synthetase.
Following stroke, neuronal death takes place both in the infarct region and in brain areas distal to the lesion site including the hippocampus. The hippocampus is critically involved in learning and memory processes and continuously generates new neurons. Dysregulation of adult neurogenesis may be associated with cognitive decline after a stroke lesion. In particular, proliferation of precursor cells and the formation of new neurons are increased after lesion. Within the first week, many new precursor cells die during development. How dying precursors are removed from the hippocampus and to what extent phagocytosis takes place after stroke is still not clear. Here, we evaluated the effect of a prefrontal stroke lesion on the phagocytic activity of microglia in the dentate gyrus (DG) of the hippocampus. Three-months-old C57BL/6J mice were injected once with the proliferation marker BrdU (250 mg/kg) 6 hr after a middle cerebral artery occlusion or sham surgery. The number of apoptotic cells and the phagocytic capacity of the microglia were evaluated by means of immunohistochemistry, confocal microscopy, and 3D-reconstructions. We found a transient but significant increase in the number of apoptotic cells in the DG early after stroke, associated with impaired removal by microglia. Interestingly, phagocytosis of newly generated precursor cells was not affected. Our study shows that a prefrontal stroke lesion affects phagocytosis of apoptotic cells in the DG, a region distal to the lesion core. Whether disturbed phagocytosis might contribute to inflammatory- and maladaptive processes including cognitive impairment following stroke needs to be further investigated.
Stunting
(2021)
Introduction Airway infection with pathogens and its associated pulmonary exacerbations (PEX) are the major causes of morbidity and premature death in cystic fibrosis (CF). Preventing or postponing chronic infections requires early diagnosis. However, limitations of conventional microbiology-based methods can hamper identification of exacerbations and specific pathogen detection. Analyzing volatile organic compounds (VOCs) in breath samples may be an interesting tool in this regard, as VOC-biomarkers can characterize specific airway infections in CF. Areas covered We address the current achievements in VOC-analysis and discuss studies assessing VOC-biomarkers and fingerprints, i.e. a combination of multiple VOCs, in breath samples aiming at pathogen and PEX detection in people with CF (pwCF). We aim to provide bases for further research in this interesting field. Expert opinion Overall, VOC-based analysis is a promising tool for diagnosis of infection and inflammation with potential to monitor disease progression in pwCF. Advantages over conventional diagnostic methods, including easy and non-invasive sampling procedures, may help to drive prompt, suitable therapeutic approaches in the future. Our review shall encourage further research, including validation of VOC-based methods. Specifically, longitudinal validation under standardized conditions is of interest in order to ensure repeatability and enable inclusion in CF diagnostic routine.