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Weltweit leiden 4,4% der Weltbevölkerung an einer Depression. Das variable Erscheinungsbild dieser Erkrankung erschwert deren Erforschung. Dass ein besseres Verständnis und die Entwicklung optimaler Therapiemöglichkeiten dieser Erkrankung sehr wichtig sind, zeigen die starke Einschränkung des gesamten Lebensalltags Betroffener (DALYs) und auch die hohe Suizidalität. Es existieren verschiedene ätiologische Theorien zur Depression, wie zum Beispiel die Monoaminmangel-Hypothese, die auf einen Mangel an Neurotransmittern im synaptischen Spalt und deren sekundären Effekte beruht. Neuroendokrine Theorien verweisen auf einen Hyperkortisolismus mit Störung der HPA-Achse und eine Stress-bezogene Ätiologie. Ein andauernder Hyperkortisolismus führt laut der Neutrophin-Hypothese zu Neurotoxizität, zu einer verminderten Neurogenese, Atrophie und Volumenminderung. Bildmorphologische Untersuchungen mittels PET-CT oder fMRT verweisen auf strukturelle und funktionelle Veränderungen bestimmter Hirnregionen bei depressiven Probanden. Auf zellulärer Ebene kann eine veränderte Zellaktivität mittels immunhistochemischer Methoden wie der C-Fos-Färbung dargestellt werden.
Für die vorliegende Untersuchung wurden Hirne von 8 männlichen Ratten untersucht, die zuvor einen Verhaltensversuch der Erlernten Hilflosigkeit zugeführt wurden. Dieser von M. Seligman entwickelte Verhaltensversuch gilt als tierexperimentelles Modell der Depressionsforschung. Durch Selektion wurden Tiere mit angeborener Erlernter Hilflosigkeit gezüchtet (congenitally Learned Helplessness, cLH) und von nicht-hilflosen Tieren unterschieden (congenitally Non Learned Helplessness, cNLH). Tiere mit Erlernter Hilflosigkeit zeigen ein mit dem Menschen vergleichbares depressives Verhalten.
Die Rattenhirne von je 4 cLH- und cNLH-Tieren wurden mit indirekter Immunhistochemie auf ihre C-Fos-Expression untersucht. Dabei wurden die Hirne in 40 μm dicke Scheiben geschnitten und nach Anwendung eines standardisierten Färbeprotokolls 11 Hirnregionen unter Rhodaminfilter mikroskopiert. In einem 200 x 200 μm großen Rahmen wurden die C-Fos-positiven Zellen ausgezählt. Im Vergleich der cLH und cNLH-Hirne ergab sich hierbei eine signifikant geringere C-Fos-Expression der cLH-Tiere in der hippocampalen Regionen CA1 und CA3, dem medialen und centralen Amygdalakern und der Substantia nigra. Kein signifikanter Unterschied fand sich in den hippocampalen Regionen CA2 und dem Gyrus dentatus, dem basolateralen und lateralen Amygdalakern, dem Nucleus accumbens und dem prälimbischen Kortex. Die signifikanten Ergebnisse verweisen auf eine Hypoaktivität bei Depression in bestimmten Hirnregionen. Eine Hypotrophie und Hypoaktivität bestimmter Regionen (z. B. dem Hippocampus) wurde bereits in weiteren Studien beschrieben, während in anderen Regionen (z.B. den Amygdalakernen) eher Hyperaktivität vorbeschrieben wurde. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass in einigen Hirnregionen eine verminderte Aktivität in Zusammenhang mit der depressiven Erkrankung steht.
Ziel dieser Arbeit war es, die Zusammenhänge zwischen der Identifikation mit der Gruppe der psychisch Kranken, den eigenen stigmatisierenden Haltungen und der Selbststigmatisierung der Patienten bei Aufnahme in eine psychiatrische Klinik und deren Veränderung im Verlauf des Aufenthaltes zu untersuchen. Dazu wurden 70 Patienten auf Psychotherapiestationen und in Tageskliniken kurz nach Aufnahme und nach vier Wochen Aufenthalt in der Klinik anhand von Fragebögen befragt. Die Hypothese, dass mit längerer Behandlung eine stärkere Identifikation mit der Gruppe der psychisch Kranken stattfindet, über positive Vergleiche der In-Group gegenüber der Out-Group stigmatisierende Haltungen psychisch Kranken gegenüber abgebaut und Selbststigmatisierung damit verringert werden kann, ließ sich nicht bestätigen. Stattdessen zeigte sich, dass mit Dauer der Behandlung die Identifikation mit der Gruppe tendenziell abnahm, die eigenen stigmatisierenden Haltungen eher zunahmen und die Selbststigmatisierung dennoch eher abnahm.
Die erste Hypothese, die besagte, dass sich Patienten mit höheren eigenen stigmatisierenden Haltungen auch stärker selbst stigmatisieren, wenn sie sich mit der Gruppe der psychisch Kranken identifizieren, ließ sich zum Teil bestätigen, musste aber präzisiert werden: Patienten, die negativen Stereotypen gegenüber psychisch Kranken zustimmen, stigmatisieren sich selbst stärker; der Drang nach Abgrenzung von psychisch Kranken hat keinen Einfluss auf die Selbststigmatisierung. Patienten, die sich mit der Gruppe der psychisch Kranken identifi-zieren, stigmatisieren sich stärker.
Auch die zweite Hypothese, der zufolge sich Patienten mit stärkeren stigmatisierenden Hal-tungen weniger mit der Gruppe der psychisch Kranken identifizieren, konnte zum Teil bestä-tigt werden, musste jedoch ebenso präzisiert werden: Patienten, deren stigmatisierende Hal-tungen sich im Wunsch nach Abgrenzung von anderen psychisch Kranken äußern, identifizie-ren sich weniger mit der Gruppe der psychisch Kranken. Ob die Patienten gängigen negati-ven Stereotypen über psychisch Kranke zustimmen, beeinflusst nicht ihre Identifikation mit der Gruppe.
Die dritte Hypothese, die besagt, dass die Identifikation mit der Gruppe der psychisch Kran-ken über einen vierwöchigen Aufenthalt in einer psychiatrischen Klinik zunimmt, ließ sich nicht bestätigen. Die Identifikation mit der Gruppe nahm tendenziell eher ab, bei Patienten mit ein bis fünf Voraufenthalten signifikant ab.
Die vierte Hypothese, nach der eine erhöhte Gruppenidentifikation einen negativen Einfluss auf das eigene Stigma hat, die stigmatisierenden Haltungen gegenüber psychisch Kranken im Verlauf abnehmen und damit auch die Selbststigmatisierung abnimmt, ließ sich ebenso teil-weise bestätigen, doch auch hier muss differenziert werden: Patienten, die sich weniger mit der Gruppe der psychisch Kranken identifizieren, haben einen höheren Drang nach Abgren-zung von psychisch Kranken. Dies beeinflusst nicht, ob sie negativen Stereotypen über psy-chisch Kranke zustimmen. Die soziale Distanz, der Drang nach Abgrenzung von psychisch Kranken, nimmt im Verlauf zu; die Zustimmung zu negativen Stereotypen ändert sich unwe-sentlich. Die Selbststigmatisierung nimmt eher ab, bei Patienten mit ein bis fünf Voraufenthal-ten signifikant ab. Die Veränderung der Zustimmung zu negativen Stereotypen korreliert mit der Zunahme der Selbststigmatisierung, obwohl die Zustimmung zu negativen Stereotypen nicht signifikant zunimmt.
Eine entstigmatisierende Wirkung ist durch das therapeutische Milieu im stationären und teil-stationären Bereich also nicht eindeutig zu verzeichnen. Vielmehr zeigt sich, dass der Aufenthalt in einer psychiatrischen Klinik Abgrenzungsprozesse gegenüber anderen Betroffenen in Gang setzt, die eine Zunahme von Selbststigmatisierung verhindern können.
Up to now, indices like the mean dmft/DMFT and the SiC (Significant Caries Index) have been used to depict caries experience in populations with high prevalence. With the caries decline, particularly for populations with low caries levels, these indices reach their statistical limits. This paper aims to introduce a specific term, the Specific affected Caries Index (SaC) for the risk groups in populations with low caries prevalence and to illustrate its use based on the consecutive German National Oral Health Survey (GNOHS) in children. In groups with a caries prevalence less than one-third of the population, many caries-free children (DMFT = 0) are included in the SiC (risk group), which calls for a new way of illustration. Mean caries experience (DMFT), caries prevalence, the SiC and SaC were portrayed for 12-year-olds in the GNOHS from 1994/95 to 2016. The SaC describes the mean caries experience (DMFT) in the group presenting caries experience (DMFT > 0). In 12-year-old 6th graders in Germany, the mean caries experience decreased from 2.4 (1994/95) to 0.4 DMFT (2016), with a recent prevalence of 21.2% (DMFT > 0, 2016). In 2016, the mean number of affected teeth in children with DMFT > 0 (SaC) was 2.1, while the SiC including 12% DMFT-free children in the risk group was 1.3. The SiC fails to reflect the caries severity in children in a population with low caries prevalence. Therefore, the newly introduced term Specific affected Caries Index (SaC) may be used to describe accurately caries experience in caries risk children in populations presenting low caries prevalence.
The present work focusses on the mosquito populations of two zoological gardens in Germany with the aim to better understand mosquito biology of native species and to contribute to a greater awareness of mosquito and mosquito-borne disease agent surveillance in zoos. For this purpose, data on species composition, blood meal patterns and mosquito-borne pathogens were analysed. The investigated zoological gardens differed not only in their sizes and animal stocks, but also in their surrounding environments. The 160 ha Tierpark Berlin is located in a densely populated urban area, while the 15 ha Zoological Garden Eberswalde is surrounded by forest.
To gain an overview about the mosquito fauna of both zoos, adult specimens were caught by aspirating and EVS-trapping during the 2016 season. In addition, larval stages were collected from their breeding sites located in the zoo areas. In total, 2,257 mosquitoes were sampled, belonging to 20 taxa. Seasonal differences between the zoos were documented, both in terms of species composition and the relative abundance of mosquito species collected. As the studied zoos were located in the same climatic region and both locations provided similar breeding sites, differences in species composition were attributed to the entry of mosquitoes from surrounding landscapes. Influencing factors could have been the different sizes of the zoos and variations in the potential host animal populations.
According to the vector potential of most frequently collected taxa in the Zoological Garden Eberswalde (Annulipes Group, Culiseta annulata), TAHV, USUV, WNV, filariae and avian malaria parasites appear to have the highest risk of being transmitted at this location. In the Tierpark Berlin, Aedes vexans was the most frequently collected mosquito species, suggesting a theoretical risk for the transmission of a broader spectrum of pathogens due to covered vector competences. Pathogens such as BATV, SINV, TAHV, USUV and filarial worms could be of major importance regarding transmission risk to zoo animals, as they had previously been found to circulate Germany. In addition, avian malaria parasites represent a considerable risk for susceptible exotic bird species in Berlin.
Since the blood-feeding behaviour of vector-competent mosquito species has a major influence on the transmission of a mosquito-associated pathogen, the analysis of blood meal patterns is crucial to better understand vector-pathogen cycles. Therefore, blood meals of blood-fed mosquitoes caught in 2016 and 2017 by aspirating and EVS-trapping in the Tierpark Berlin and the Zoological Garden Eberswalde were analysed. The aim was to investigate to what extent native mosquito species accept exotic zoo animals, wild native animals and humans as blood hosts. In addition, it was examined whether the collected species are generalists or specialists when selecting vertebrates for blood feeding.
A total of 405 blood-fed mosquitoes from 16 taxa were collected. The genetic analysis of blood meals identified 56 host species, which – in addition to humans – mainly originated from mammals of the zoo animal populations. In agreement with the previous study on the mosquito fauna of the Tierpark Berlin and the Zoological Garden Eberswalde, the analysis of blood meals also showed differences between the two zoos. In the smaller Zoological Garden Eberswalde, a higher number of blood-fed mosquitoes was collected than in the Tierpark Berlin, probably caused by a higher host density in Eberswalde, which may have led to an overall higher mosquito density. However, no differences between both zoos were observed with respect to the blood feeding behaviour of the analysed mosquito species: Mosquitoes of both locations were rather generalistic, although species could be grouped according their blood meals into 'amphibian', 'non-human mammal' and, ‘non-human mammal and human' feeding species. The more random selection of hosts could indicate a low probability of effective pathogen transmission by applying the 'dilution effect'. Notwithstanding, since wild animals have also been accepted as hosts, pathogen transmission by bridge vectors from one vertebrate group to another could be relevant in the sampled zoos.
Adult mosquito specimens collected in 2016 and 2017 were screened for filarial nematodes, avian Haemosporidia and mosquito-borne viruses. Dirofilaria repens was detected in a mosquito from the Zoological Garden Eberswalde. Mosquitoes from Berlin and Eberswalde were tested positive for the nematode species S. tundra. Sindbis virus was found in a mosquito pool collected in the Tierpark Berlin, while no mosquito-associated viruses were detected in specimens collected in the Zoological Garden Eberswalde. Mosquitoes from both zoos were positive for the haemosporidian parasites Haemoproteus sp. and Leucocytozoon sp., and one documentation was made for avian Plasmodium sp. in the Tierpark Berlin.
The identified pathogens have the potential to cause disease in captive and wild animals, and some of them also in humans. Most of the mosquitoes tested positive had been collected in July, suggesting a high infection risk during this month. Since most pathogen detections were made from species belonging to the Cx. pipiens complex, species of this complex seem to be most relevant in the studied zoos when it comes to mosquito-borne pathogen transmission. Although mosquitoes are no proven vectors of most of the avian malaria parasite genera found, evidence for Haemoproteus sp. and Leucozytozoon sp. demonstrated a high prevalence of avian malaria parasites in the zoos.
In summary, the results of the three studies indicate regional differences both in the mosquito species composition and in the occurrence of mosquito-borne pathogens. However, no differences were found between the mosquito communities of both zoos concerning their blood feeding behaviour, suggesting that the general behaviour of the insects is location-independent.
Several potential disease agents were found in the collected mosquitoes, although not at high abundances. Whether these pathogens were found by chance in the two zoos or whether the particular zoo environment is a hot spot of arthropod-borne pathogens cannot be determined with the studies conducted. Nonetheless, it seems clear that zoological gardens are attractive to mosquito females not only in their search for breeding sites, but also when looking for blood hosts and places for mating or resting. These advantageous conditions also attract mosquito species that have their larval habitats outside the zoological gardens, which is why elimination of breeding sites on the zoo premises alone will not necessarily keep away all mosquitoes.
A closer collaboration between zoological gardens and entomologists could be beneficial for both. Zoo officials could benefit from being able to identify potential arthropod vectors on the zoo grounds and receiving information on circulating arthropod-borne disease agents, as well as on the animal species susceptible to those. For entomologists, zoological gardens are ideal research locations, as they provide an environment with a high diversity of habitats and potential blood hosts for haematophagous arthropods in a confined space.
Studying mosquito biology will become even more significant in the future, since in a world that is getting smaller, both potential vectors and pathogens are regularly introduced into areas where they did not occur before. Therefore, it would be desirable if more studies targeting ecological as well as infectiological aspects of vector species in zoological gardens in Germany were carried out.
In der Chirurgie droht ein Ärztemangel, weil in naher Zukunft viele Fachkräfte das
Rentenalter erreichen. Die Akquirierung von Nachwuchskräften gewinnt somit zunehmend
an Bedeutung. Gleichfalls nimmt mit zunehmendem Studienfortschritt das Interesse für
eine Weiterbildung in der Chirurgie ab. Somit rücken die praktischen Kontaktflächen
zwischen den Studierenden und dem Fachbereich Chirurgie in den Blickpunkt.
Insbesondere die Famulatur und das chirurgische Pflichttertial im Praktischen Jahr sind
hier von besonderem Interesse, weil sie den Studierenden erste Einblicke in die spätere
ärztliche Tätigkeit geben.
Gemeinsames Ziel der kumulativen Arbeiten war die Analyse von Angaben aus
studentischer Sicht über die chirurgische Famulatur sowie des Pflichttertials Chirurgie im
Praktischen Jahr (PJ) in Hinblick auf die Zufriedenheit sowie den daraus resultierenden
späteren Weiterbildungswunsch.
Es konnten signifikante statistische Zusammenhänge zwischen der Zufriedenheit mit der
abgeleisteten Famulatur oder des PJ-Tertials sowie der späteren Fachspezifizierung in der
Chirurgie aufgezeigt werden. Die Lehre, welche hauptsächlich von den Assistenzärzten
ausging, bot vor allem in der didaktischen Qualität noch Verbesserungspotential. Die
Verlagerung der Lehre an das Patientenbett und die damit verbundene Einbeziehung der
Studierenden in diagnostische und therapeutische Überlegungen zeigte sich nach unseren
Ergebnissen für die Zufriedenheit und dem Weiterbildungswunsch zum Chirurgen
essentiell.
Dieser Zusammenhang erscheint logisch, jedoch überrascht die Eindeutigkeit der
statistischen Auswertung. Der Bedeutung des Praktischen Jahres und der Famulatur wird
man sich jedoch mehr und mehr bewusst. Neben den allgemeinen Rahmenbedingungen
der studentischen Praktika sind die Lern- und Lehrbedingungen in vielen Bereichen noch
deutlich zu optimieren. Innovative Lehrkonzepte werden von den Studierenden gefordert
und werden in naher Zukunft auch erforderlich sein, wenn man den Nachwuchs für das
Fachgebiet Chirurgie begeistern möchte.
Die Schädelsonographie ist eine nicht-invasive, kosteneffektive und strahlenfreie Bildgebung zur Detektion zerebraler Pathologien des Neugeborenen. Im Rahmen der populationsbasierten Geburtenkohortenstudie „Survey of Neonates in Pomerania“ wurde die Schädelsonographie unabhängig von Empfehlungen der internationalen Literatur durchgeführt. Dadurch konnten Schweregrad, Outcome und Prävalenz der zerebralen Pathologien von asymptomatischen, reifen Neugeborenen in der angehängten Publikation von Weise et al. analysiert werden[2]. Für diese Gruppe ist keine Assoziation von
Auffälligkeiten in der Schädelsonographie mit neurologischen Entwicklungsstörungen zu finden. Daher wird keine Erweiterung der aktuellen Richtlinien oder die Einführung eines zerebralen Ultraschallscreenings für Neugeborenen nicht empfohlen. Die Schädelsonographie ist zur frühzeitigen Detektion von zerebralen Anomalien bei Neugeborenen nach der „American Institute of Ultrasound in Medicine (AIUM) Practice Guideline for the Performance of Neurosonography in Neonates and Infants 2014“, Leijser et al.,
Ment et al. und Ballardini et al. indiziert:
1. Eine Schädelsonographie ist bei Neugeborenen ≤34 SSW zu empfehlen und sollte bei <30 SSW durchgeführt werden.
2. Die Indikationsparameter der AIUM Practice Guideline sind sinnvoll und sollten in eine offizielle Leitlinie integriert werden (siehe Tabelle 2.1).
3. Aufgrund ähnlicher kumulativer Inzidenzen für Schädelsonographiebefunde bei Neugeborenen mit oder ohne Indikation aber stationärer Aufnahme ist die Untersuchung von Neugeborenen bei Aufnahme auf eine Neonatologie zu empfehlen.
4. Die Durchführung der Untersuchung sollte anhand der Richtlinien von Riccabona et al. erfolgen.
5. Dies schließt nicht die reguläre Teilnahme an den U-Untersuchungen aus, welche zur frühzeitigen Detektion neurologischer Entwicklungsstörungen beiträgt.
Hintergrund
Die chronisch venöse Insuffizienz (CVI) ist eines der häufigsten Krankheitsbilder weltweit.
Die Prävalenz der CVI steigt mit zunehmendem Alter und ist aufgrund von Schmerzen,
reduzierter körperlicher Funktion und Mobilität mit einer reduzierten Lebensqualität
verbunden. Symptomatische CVI mit Ulcus cruris venosum als Endstadium indiziert einen
phlebochirurgischen Eingriff um den venösen Reflux auszuschalten und somit eine
Ulcusabheilung zu fördern sowie ein Ulcusrezidiv zu vermeiden. Nach unserem
Kenntnisstand gibt es bisher keine Studie, die in einer Patientenkohorte offen-chirurgische
Eingriffe in Bezug auf die Komplikationsentwicklung, venöse Hämodynamik und
perioperative Beschwerdeentwicklung untersucht. Dies erfolgte in einem retrospektivem,
monozentrischem Studiendesign, an unserer Universitätsklinik in Greifswald.
Methode
Daten von n= 429 Patienten (467 Extremitäten), die einen operativen Eingriff am
Venensystem erhielten, wurden von 2009-2013 eingeschlossen. Art und Anzahl an
Komplikationen wurden auf einen möglichen Einfluss von demographischen Parametern, Co-
Morbiditäten und Medikation und therapieabhängigen Faktoren untersucht. Komplikationen
wurden in die Gruppen: no events (NE) = keine Komplikationen; neglectable adverse events
(NAE) = leichte Komplikationen; non-neglectable adverse events (NNAE) = mittelschwere
Komplikationen und serious adverse events (SAE) = schwere/ lebensbedrohliche
Komplikationen unterteilt.
CVI-bedingte Beschwerden wurden mit Hilfe eines Fragebogens sowie der Dokumentation
zu den Verlaufskontrollen analysiert.
Bei allen Patienten wurden die prä- sowie postoperative Venenfunktion evaluiert, hierbei
wurde zusätzlich eine Subgruppenanalyse hinsichtlich der Komplikationen durchgeführt.
Ergebnisse
In 130 (27,84%) Extremitäten von 467 (von 429 Patienten) wurden postoperative
Komplikationen observiert, hierunter 64 (13,7%) NAE, 66 (14,14%) NNAE and 0 SAE. 29
(6,76%) Patienten entwickelten eine postoperative Wundinfektion (SSI), wobei 4 dieser Patienten (0,9%) eine Sepsis erlitten. Abgesehen von einem Fall mit intraoperativer
Nervenschädigung, die über den Beobachtungszeitraum hinaus bestehen blieb, waren alle
Komplikationen innerhalb von 12 Monaten regredient. Patienten mit mittelschweren
Komplikationen (NAE) hatten einen höheren BMI (p = 0.003), eine höhere
Wahrscheinlichkeit an einem Diabetes mellitus Typ II zu leiden (p <0.001) und häufiger Co-
Morbiditäten, die zur Einnahme von thrombozytenhemmender oder gerinnungshemmender
Medikation führen (p < 0.001). Das metabolische Syndrom als auch die Einnahme von
thrombozytenhemmender oder gerinnungshemmender Medikation konnte als unabhängiger
Risikofaktor für die Komplikationsentwicklung analysiert werden. Patienten, die eine
Stripping-Operation der Vena saphena magna erhielten, hatten ein 8-fach höheres Risiko eine
Muskelvenenthrombose zu entwickeln. Eine Stripping-Operation bis zum distalen
Insuffizenzpunkt war mit einem erhöhten Risiko für postoperative Sensibilitätsstörungen
verbunden. Postoperativ zeigten sich Beschwerden wie Schmerzen (p < 0.001), Schwellung (p
< 0.001) und Juckreiz (p = 0.003) signifikant gebessert. Ungeachtet der
Komplikationsentwicklung zeigte sich eine signifikante Besserung der Venenfunktion nach 6-
Wochen und einem Jahr postoperativ (p < 0.05). Eine Besserung der Venenfunktion ging
einher mit einem Beschwerderückgang.
Schlussfolgerung
Patienten mit metabolischem Syndrom oder einer thrombozytenehmmenden bzw.
gerinnungshemmenden Therapie sollten einen operativen Eingriff unter stationären
Bedingungen erhalten und regelmäßig verlaufskontrolliert werden. Insbesondere Patienten mit
Stripping-Operation der Vena saphena parva sollten eine postoperative Heparinprophylaxe
erhalten. Eine Stripping-Operation bis zum distalen Insuffizienzpunkt war mit einer höheren
Rate an postoperativen Sensibilitätsstörungen verbunden, diese zeigte sich in unseren
Patienten in fast allen Fällen innerhalb von 12 Monaten rückläufig. Ungeachtet der
Komplikationsentwicklung profitierten die Patienten von einem Eingriff da sich sowohl die
Venenfunktion als auch Beschwerden besserten.
In times of recent climate change, mechanisms to deal with different environments (e.g. via dispersal to other habitats, or via in-situ responses such as genetic adaptation or phenotypic plasticity) are essential. In regions showing seasonality, organisms are already adapted to regular and, thus, often predictable environmental changes. One well-known strategy to survive periods of food shortage, especially during the winter, is hibernation. Although hibernation is already an adaptation to overcome unfavourable conditions, the optimal timing of hibernation to match for example food abundance peaks is likely to be influenced by changing climatic conditions, as expected during human-induced global change. Thus, the ability to respond to changes in optimal timing of hibernation can be crucial for organisms. All hibernators are positioned at the slow end of the slow-fast life history continuum. Longevity combined with a low annual reproductive output can result in slow recovery from population crashes and is expected to be associated with slow genetic adaptation. Therefore, it is assumed that phenotypic plasticity, a rather rapid and sometimes reversible process, is a crucial mechanism in long-lived organisms to adapt to changing environments. However, how differences in individual hibernation behaviour influence mortality and whether individuals are plastic with respect to their hibernation behaviour are largely unknown.
Recent studies suggest that climatic change can influence hibernation behaviour in various species differently, in a positive or negative way. Female Columbian ground squirrels (Urocitellus columbianus) delayed their emergence from hibernation with later snow melt and lower spring temperatures. Next to the environmental impact, emergence date showed a moderate heritability in female Columbian ground squirrels. Yellow-bellied marmots (Marmota flaviventris) emerged earlier from hibernation with warmer spring temperatures which resulted in a longer growing period for their offspring and, therefore, higher survival rates. In contrast, in alpine marmots (Marmota marmota) lower snow cover due to higher temperatures and, thus, less isolation led to lower juvenile survival. Negative effects, such as reduced juvenile survival, would be of high concern, especially for long-lived species with a low reproductive output.
Bats are exceptionally long-lived compared to other mammals of the same size and often show a low reproductive output with one offspring per year. This is especially true in the temperate zone where bats, furthermore, are characterized by seasonality and depend on hibernation during winter period to survive food and water shortage. Because bats are of high conservation concern it is of prime importance to understand their ability to respond to different climatic conditions and associated mortality costs.
The basis of this study was a five-year data set of 1047 RFID-tagged individuals from two bat species, Natterer’s bats (Myotis nattereri) and Daubenton’s bats (Myotis daubentonii), that were automatically tracked when entering or leaving the joint hibernaculum, “Brunnen Meyer”, located in north-western Germany. The two species are similar sized, share demographical traits and often occupy the same areas. Nevertheless, they differ in their foraging strategy and activity pattern during hibernation period. Natterer’s bats are able to glean insects from surfaces, even at low temperatures. Daubenton’s bats depend on flying arthropods and, thus, warmer temperatures. And indeed there is evidence that Natterer’s bats are able to hunt during hibernation period, while in Daubenton’s bats a lack of feeding during the hibernation period is suggested. Furthermore, Natterer’s bats are characterized by a higher activity at the hibernaculum throughout the hibernation period, while Daubenton’s bats on average arrive earlier, stay inactive through the winter and leave later in spring.
In both species, the aim was to investigate the impact of their individual hibernation behaviour, precisely the timing of departure in late winter and early spring, on mortality, their adjustment of departure timing to the North Atlantic Oscillation Index (NAO), as well as differences within and between the two species from 2011 until 2015.
To later on estimate the potential mortality costs of departure timing, gaining knowledge about the seasonal survival pattern (winter vs. summer) in the two species was a first necessity. In birds, particularly small species were described as winter-regulated populations with a higher mortality during winter. In contrast, in hibernating mammal species, such as bats, a relatively lower or similar winter survival compared to summer survival was shown. In this study, the analysed data demonstrated that the winter 2010/2011 was exceptionally catastrophic in Natterer’s bats and did not impact Daubenton’s bats. When excluding this catastrophic winter in Natterer’ bats, our results revealed a stable winter-summer-survival difference (higher winter and lower summer survival) in adult Natterer’s and Daubenton’s bats, with inter-annual variation in the level of survival which indicates a potential environmental impact on survival. This winter-summer survival pattern is in line with the survival pattern shown for other hibernators. Juveniles always had a lower survival rate than adult bats in both species. Nevertheless, the extent to which the species differ between seasons and age classes was stronger in Daubenton’s bats. They always showed a slightly higher winter survival and a lower summer survival than Natterer’s bats. Together with the catastrophic winter 2010/2011 in Natterer’s bats, this indicates a species-specific sensitivity to the timing of specific weather events which is in line with their foraging strategies and activity pattern during hibernation period.
With respect to emergence behaviour from the hibernaculum, the results of this study suggest considerable differences among individuals within as well as between bat species. In comparison to Daubenton’s bats, Natterer’s bats tuned their emergence more closely to weather conditions, specifically the NAO, a large scale weather index related to winter severity, and showed individual variation in behavioural plasticity. In Daubenton’s bats only the females responded to changing conditions and left earlier in individually-experienced warmer and milder winters, comparable to Natterer’s bats females. A potential reason might be reproductive advantages for the females resulting in a longer growing period for their offspring. The shown higher winter survival in adult bats of both species indicated already higher energy expenditure outside the hibernaculum. Thus, leaving early, being active and staying outside longer by itself bore a risk (exposure risk effect). Under consideration of longer exposure times, early departing individuals had on top of that an increased risk to die. This was not given in each year, but a species- and year-specific pattern was revealed. Natterer’s bats were only significantly affected by early departure in 2011, while the remaining years show no significant additional risk of leaving early. In Daubenton’s bats, the years 2014 and 2015 were associated with a significantly higher mortality of leaving early. This is in line with the hypothesis that Daubenton’s bats might not be able to hunt for insects leaving too early and do so as a best out of a bad job. Nevertheless, the year-specific pattern suggests that early bats might profit from advantageous weather conditions during early spring.
An additional hint for an environmental impact on early bat survival in at least Daubenton’s bats is that the median proportion of night hours above 3 °C within five days after departure was included in the model with the lowest AIC. However, the effect was not strong enough to be selected as the best model and, therefore, further analyses are needed to investigate this first hint.
In conclusion, the reduced winter survival of juveniles compared to adults highlights the importance of considering age class effects in studies that investigate seasonal survival patterns. The stable species-specific winter-summer-survival difference with a higher winter survival compared to summer survival, as well as the one catastrophic winter in Natterer’s bats underline the importance of including seasonal survival patterns in assessing potential fitness costs of changed behaviour. Furthermore, our results suggest that long-lived hibernating bat species have the potential to plastically adjust to changing climatic conditions, but this potential differs between species. Among-individual differences in emergence together with species-specific mortality costs of early emergence suggest the potential for natural selection to shape hibernation phenology. In summary, our findings suggest species-, population- and group-specific differences in the ability to respond to changing environments and, therefore, underline the necessity to further investigate local responses in various organisms to estimate consequences of recent climate change on a wider range.
Heutige Vertreter der Insekten haben vielfältige Lebensweisen und Verhaltensstrategien entwickelt, wie beispielsweise zur Ernährung, zum Schutz gegen Fressfeinde, zu Reproduktionsstrategien und die Investition in Nachkommen. Um die Evolution dieser Strategien besser zu verstehen, kann die Einbeziehung von Fossilien wertvolle Hinweise liefern. So können fossile Überreste von Organismen oder Strukturen, welche von ihnen zu Lebzeiten verursacht wurden, für eine Rekonstruktion über das erstmalig zeitgeschichtliche Auftreten und der Entwicklung einer Strategie genutzt werden. Da jedoch die Untersuchung des Verhaltens von heute nicht mehr lebenden Organismen nicht möglich ist, können Hinweise dazu nur indirekt geschlussfolgert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden daher folgende Aspekte näher beleuchtet und für Rekonstruktionen genutzt: (1) Die phylogenetische Position von fossilen Vertreten, (2) Spurenfossilien, (3) Gemeinsame Fossilisation mehrerer Individuen, (4) “Frozen Behaviour“, (5) Fossilisierte Eier und Ei-assoziierte Strukturen, sowie (6) Morphologische Anpassungen als Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit. Die Anwendbarkeit und Limitationen der jeweiligen Ansätze wurden im Rahmen von Rekonstruktionen zu Aspekten von Raubverhalten und Reproduktionsstrategien (im Zusammenhang mit der Investition in die Nachkommen) von verschiedenen Vertretern der Arthropoden diskutiert.
Die Insektengruppe Dictyoptera, welche die Gruppen Mantodea und Blattodea umfasst, hat sich als besonders geeignet für die Rekonstruktion von Verhaltensaspekten unter den genannten Aspekten und Ansätzen gezeigt. Heutige Dictyopteren zeigen eine enorme Spannbreite von verschiedenen Lebensweisen, von räuberisch und solitär lebend bei Mantiden, über verschiedene Abstufungen von Sozialverhalten bei Schaben, bis hin zur Eusozialität der Termiten (als Innengruppe der Blattodea). Des Weiteren ist diese Gruppe durch eine bemerkenswerte Autapomorphie gekennzeichnet, die Ablage von Eiern in einer Art kompakten Paket (Oothek). Die Ootheken von Dictyopteren sind sehr robust und wurden, wenn auch selten, fossil gefunden. Die Rekonstruktion des Ursprungs der Fähigkeit,
Ootheken zu bilden, stellt ein Schlüsselmerkmal in der Rekonstruktion der evolutionären Entwicklung der gesamten Gruppe dar. Weitere Betrachtungen im Rahmen dieser Arbeit beleuchten die Entwicklung der Gruppe der Mantiden und deren Spezialisierung auf eine räuberische Lebensweise, wie sie bei heutigen Vertretern zu beobachten ist.
Climate change threatens marine ecosystems by simultaneous alterations and fluctuations in several abiotic factors like temperature, salinity and pH. Therefore, a strong ability to cope with varying environmental factors is indispensable for marine organisms. Especially, larvae of meroplanktonic species will be affected by predicted alterations in environmental conditions as planktonic larval stages are considered the most sensitive stages during life history (Anger 2001).
The European shore crab Carcinus maenas, as an ecological key species, was chosen as a model species to investigate multiple stressor effects on early life history stages of marine meroplanktonic invertebrates. The life cycle of C. maenas is biphasic consisting of five pelagic larval stages (four zoeal and one megalopal stage), followed by benthic juvenile and adult phases. The metamorphic molt from the last zoeal stage to the semi-benthic Megalopa includes dramatic changes in ecology, habitat, behavior, feeding, morphology, and physiology. During life history, zoeal stages of C. maenas are of particular interest in the course of climate change as these stages are more vulnerable than the following developmental stages to alterations in abiotic factors.
The aim of the present thesis was to develop an integrative view on effects of long-term exposure, from hatching to metamorphosis, to increased temperature and hypo-osmotic conditions on early life history stages of C. maenas. We wanted to gain insights into larval responses to climate driven environmental variables, more specifically, on how tolerance to low salinity is affected by increased temperatures.
Consequently, the present study investigated the effect of long-term exposure to twelve different sub-lethal temperature and salinity combinations in an ecological relevant range on larval development of C. maenas. In a multidisciplinary approach, larval responses in performance (survival and developmental duration) and morphology were measured. Furthermore, analysis on larval ontogeny and organogenesis created the foundation for analysis of larval response to multiple stressors in anatomy.
Results of the present thesis demonstrated that despite their different life-styles and external morphology, brachyuran larvae are smaller versions of their adults when regarding their inner organization: the adult bauplan unfolds from organ anlagen compressed into miniature organisms. In addition, they provide an overall picture of seemingly gradual organogenesis across larval development and the metamorphic molt, an insight that contrasts with the abrupt external morphological changes during metamorphosis. Gradual anatomical changes in e.g. osmoregulatory structures like gills and antennal glands allowed for ontogenetic shifts of tolerance to temperature and salinity during zoeal development and successive increase in osmo- and thermoregulatory capability. On the other hand, osmoregulatory structures as seen for adults were underdeveloped during zoeal development and therefore do not qualify for osmoregulatory function for these stages. This potentially explains the higher sensitivity of zoeae to hypo-osmotic conditions.
Early life history stages of C. maenas were affected on all response levels by the tested multiple stressors. The interaction of temperature and salinity was of antagonistic type, resulting in general reduced stress for larval stages. Nevertheless, low salinity had a strong negative impact on survival, while increased temperature caused ann acceleration of development. Furthermore, the size of zoeae of C. maenas was driven by the interaction of temperature and salinity, with extreme conditions, causing diminished growth, thus resulting in smaller larval size. On the other hand, larval shape was only slightly affected by changes of abiotic factors. Volume of the digestive gland and the heart of larvae from long-term exposure to sub-lethal temperatures and salinities showed high variability.
Larval responses were affected by the stressors intensities: moderately high temperatures lessened the negative effects of low salinities, while extreme high temperatures exceeded the ameliorating effect of temperature on stressful salinity conditions. On the other hand, the tolerance to temperature and salinity increased during larval development indicating an ontogenetic shift in response to multiple stressors with development. In addition, performance, morphology, and multiple stressor interaction showed intrapopulation variability among larvae hatched from different females, and between experimental periods.
In conclusion, this study highlighted direct effects of abiotic factors on all investigated response levels in early life history stages of the meroplanktonic larvae of the invertebrate C. maenas. High mortality rates combined with higher sensitivity confirm that planktonic early life history stages are the bottleneck during life history of this species. Nevertheless, early life history stages of C. maenas had the ability to cope with wide ranges of changing environmental factors. The antagonism between temperature and salinity on larval development offers potential for early life history stages to persist in a changing world. Furthermore, anatomical structures allow for slight eurytolerance and potentially for compensation of abiotic stress. Overall, slight increases in temperature, driven by climate change may enable larvae of C. maenas to tolerate exposure to moderately low salinities and, combinedwith intrapopulation variability, potentially allows for population persistence. Summarized, this study emphasizes the importance of testing a wide range of ecologically relevant traits in developing pelagic larvae in order to properly characterize their response to environmental change.
Changes in abundance and phenology of planktonic larvae like the zoeae of C. maenas have major potential to change a species‘ population structure significantly, and furthermore indirectly affect whole community and ecosystem structures. Therefore, this thesis may serve as a bridge to future studies in evolutionary and ecological developmental biology.