Physiologische Reaktionen auf Hochintensives Intervalltraining bei Nachwuchsleistungssportlern und erwachsenen Athleten

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Trainingsmethode Hochintensives Intervalltraining (HIIT), für den Konditionsbereich Ausdauer, für die Zielgruppe Kinder und Jugendliche. Im besonderen Fokus steht die Leistungsphysiologie von Kindern und Jugendlichen im Zusammenhang mit dem Hochintensiven Intervalltraining und die möglichen physiologischen und biologischen Ursachen für den Unterschied zur Leistungsphysiologie von Erwachsenen

Untersuchungen zur Aktivierung des P53-Signalweges durch genotoxische Substanzen mit unterschiedlichen Wirkmechanismen

Krebs ist eine der häufigsten krankheitsbedingten Todesursachen weltweit. Das karzinogene Potential ist deshalb bei der Risikobeurteilung von Arzneimitteln von besonderer Bedeutung. Einer der wichtigsten Risikofaktoren für die Krebsentstehung ist die Mutagenese. Das mutagene Potential von Arzneimitteln kann jedoch aus ethischen Gründen nicht in klinischen Studien am Menschen untersucht werden. Neue Arzneimittelwirkstoffe müssen bereits vor der ersten Verabreichung ausreichend getestet sein. Dies kann nur mit präklinischen Tests in vitro und in vivo erfolgen. In vitro Tests in Säugerzellen spielen hier eine wichtige Rolle. Da es fatal wäre eine Substanz mit einem für den Menschen relevanten mutagenen Potential zu übersehen, sind diese Testsysteme hochsensitiv aber dadurch auch relativ unspezifisch. Es kommt aus diesem Grund zu einer hohen Rate an irrelevant positiven Testbefunden. Positive Ergebnisse dieser Tests führen häufig zu langwierigen und teuren in vivo Folgestudien oder dem Ausschluss des potentiellen Wirkstoffkandidaten aus der weiteren Entwicklung. Dies aber gilt es im Falle von irrelevanten Effekten zu vermeiden. Um ein anwendungsrelevantes mutagenes Potential hinreichend sicher auszuschließen sind zuverlässige Daten zum Wirkmechanismus notwendig. Die Identifikation von biologischen Signaturen, die es ermöglichen den Wirkmechanismus neuer Substanzen vorherzusagen, spielen in diesem Zusammenhang eine wichtige Rolle. Dies ist Gegenstand der vorliegenden Arbeit. Ziel war es, Strategien zu entwickeln, welche die Prädiktion von Wirkmechanismen ermöglichen, somit die Risikobewertung verbessern und zur Reduktion von tierexperimetellen Studien beitragen. Um dieses Ziel zu erreichen wurden Untersuchungen zur Identifizierung klassenspezifischer Effekte von Substanzen aus verschiedenen gentoxischen Wirkklassen und nicht-genotoxische Kanzerogene auf die P53-Phosphorylierung/Acetylierung, die Expression P53- und Apoptose-Signalweg assoziierten Genen, Zellzyklusveränderungen und Apoptose in HepG2 (Leber), TK6 (Blut) und SH-SY5Y (zentrales Nervensystem) Zellen durchgeführt. Die Analyse der Ergebnisse erfolgte mit dem Fokus auf die Erkennung substanzgruppenspezifischer Unterschiede und potentieller Biomarker für die einzelnen Wirkmechanismen. Für die Untersuchungen wurden 10 verschiedene genotoxische, nicht-genotoxische und nicht-kanzerogene Substanzen verwendet. Die Testung wurde mit der LD20 sowie der Konzentration am NOAEL durchgeführt. Die Messung erfolgte nach Behandlung für 4 h und 24 h. Die Ergebnisse der Zytotoxizitäts-Tests haben gezeigt, dass die Zellsysteme unterschiedliche Sensitivitäten gegenüber der gleichen Substanz aufweisen. Hier wurde der größte Unterschied zwischen HepG2 und TK6 Zellen mit einem Faktor von 100 gefunden. Dies bedeutet für die Risikobewertung von unbekannten Substanzen, dass das Zielorgan eine entscheidende Rolle spielen kann. Ausschlaggebend ist hier ob ein Schwellenwert abgeleitet werden soll. Dies spielt bei direkt genotoxischen Substanzen bislang nur eine untergeordnete Rolle aber im Falle der indirekt wirkenden Genotoxine und nicht-genotoxischen Kanzerogenen kann das Zielorgan somit ein entscheidender Faktor sein. Vor diesem Hintergrund sollten die, auch für direkte Genotoxine, immer wieder diskutierten und für einige Substanzen anerkannten Schwellenwerte unter Berücksichtigung des Zielorgans abgeleitet werden. Die Klassifizierungen anhand von kürzlich publizierten Klassifizierungsgenen und 61 aus den eigenen genomweiten Genexpressionsanalysen entwickelten Klassifizierungsgenen, ermöglichten die Diskriminierung zwischen genotoxischen und nicht-genotoxisch Substanzen in den Zellsystemen TK6 und HepG2. Die besten Resultate wurde hierbei mit den Klassifizierungsgenen aus der Literatur nach Behandlung für 24 h mit der LD20 in den HepG2 Zellen erzielt. Neben der Diskriminierung von genotoxischen und nicht-genotoxischen Substanzen zeigte sich hier auch eine Möglichkeit, direkt und indirekt wirkende Genotoxine zu unterscheiden. Die eigenen Diskriminatoren hingegen zeigen in den HepG2 Zellen nach Behandlung für 24 h mit der Konzentration am NOAEL das beste Resultat. Hier ist zusätzlich zur Diskriminierung zwischen genotoxischen und nicht-genotoxischen Substanzen eine Unterscheidung von nicht-genotoxischen und nicht-kanzerogenen Substanzen möglich. Eine weiterführende Analyse der Genexpressions-Daten mittels gene set enrichment analysis (GSEA) war nicht zielführend im Hinblick auf die Identifizierung von Signaturen für genotoxische Wirkmechanismen. Zusätzlich zu den Klassifizierungsmöglichkeiten anhand der Genexpressions-profile wurde nach potentiellen Biomarkern gesucht. Die Modifikationen des P53 an Ser 15, 33, 46, 392 sowie Thr 18 und 55 und Lys 382 lieferten hierbei keine Wirkmechanismus spezifischen Signaturen. Lediglich die Phosphorylierung des P53 an Serin 15 stellt einen potentiellen Biomarker für Genotoxizität dar, der aber nicht zwischen direkter und indirekter Genotoxizität unterscheidet. Neben diesem konnten, für das verwendete Substanzset, XPC und TP53INP1, zwei Proteine der DNA-Schadensantwort, als potentielle Biomarker für Genotoxizität auf mRNA Ebene identifiziert werden. Biomarker für einzelne Wirkmechanismen konnten nicht identifiziert werden. Die P53 Modifikationen, Zellzyklusveränderungen und die Apoptose, gestützt durch die Proteindaten, liefern lediglich uneindeutige Hinweise bezüglich des Wirkmechanismus. Auf Basis der in dieser Arbeit erhobenen, für den Wirkmechanismus relevanten, Daten wurde ein Klassifizierungsmodell entwickelt. Dieses würde bei der für einen weight of evidence approach wichtigen Klassifizierung der Substanzen helfen

Phase II trial of preoperative radiochemotherapy with concurrent bevacizumab, capecitabine and oxaliplatin in patients with locally advanced rectal cancer

Background: Preoperative radiochemotherapy (RCT) with 5-FU or capecitabine is the standard of care for patients with locally advanced rectal cancer (LARC). Preoperative RCT achieves pathological complete response rates (pCR) of 10-15%. We conducted a single arm phase II study to investigate the feasibility and efficacy of addition of bevacizumab and oxaliplatin to preoperative standard RCT with capecitabine. Methods: Eligible patients had LARC (cT3-4; N0/1/2, M0/1) and were treated with preoperative RCT prior to planned surgery. Patients received conventionally fractionated radiotherapy (50.4 Gy in 1.8 Gy fractions) and simultaneous chemotherapy with capecitabine 825 mg/m2 bid (d1-14, d22-35) and oxaliplatin 50 mg/m2 (d1, d8, d22, d29). Bevacizumab 5 mg/kg was added on days 1, 15, and 29. The primary study objective was the pCR rate. Results: 70 patients with LARC (cT3-4; N0/1, M0/1), ECOG < 2, were enrolled at 6 sites from 07/2008 through 02/2010 (median age 61 years [range 39–89], 68% male). At initial diagnosis, 84% of patients had clinical stage T3, 62% of patients had nodal involvement and 83% of patients were M0. Mean tumor distance from anal verge was 5.92 cm (± 3.68). 58 patients received the complete RCT (full dose RT and full dose of all chemotherapy). During preoperative treatment, grade 3 or 4 toxicities were experienced by 6 and 2 patients, respectively: grade 4 diarrhea and nausea in one patient (1.4%), respectively, grade 3 diarrhea in 2 patients (3%), grade 3 obstipation, anal abscess, anaphylactic reaction, leucopenia and neutropenia in one patient (1.4%), respectively. In total, 30 patients (46%) developed postoperative complications of any grade including one gastrointestinal perforation in one patient (2%), wound-healing problems in 7 patients (11%) and bleedings in 2 patients (3%). pCR was observed in 12/69 (17.4%) patients. Pathological downstaging (ypT < cT and ypN ≤ cN) was achieved in 31 of 69 patients (44.9%). All of the 66 operated patients had a R0 resection. 47 patients (68.1%) underwent sphincter preserving surgery. Conclusions: The addition of bevacizumab and oxaliplatin to RCT with capecitabine was well tolerated and did not increase perioperative morbidity or mortality. However, the pCR rate was not improved in comparison to other trials that used capecitabine or capecitabine/oxaliplatin in preoperative radiochemotherapy

A versatile, refrigerant- and cryogen-free cryofocusing-thermodesorption unit for preconcentration of traces gases in air

We present a compact and versatile cryofocusing– thermodesorption unit, which we developed for quantitative analysis of halogenated trace gases in ambient air. Possible applications include aircraft-based in situ measurements, in situ monitoring and laboratory operation for the analysis of flask samples. Analytes are trapped on adsorptive material cooled by a Stirling cooler to low temperatures (e.g. -80°C) and subsequently desorbed by rapid heating of the adsorptive material (e.g. 200°C). The set-up involves neither the exchange of adsorption tubes nor any further condensation or refocusing steps. No moving parts are used that would require vacuum insulation. This allows for a simple and robust design. Reliable operation is ensured by the Stirling cooler, which neither contains a liquid refrigerant nor requires refilling a cryogen. At the same time, it allows for significantly lower adsorption temperatures compared to commonly used Peltier elements. We use gas chromatography – mass spectrometry (GC–MS) for separation and detection of the preconcentrated analytes after splitless injection. A substance boiling point range of approximately -80 to +150°C and a substance mixing ratio range of less than 1 ppt (pmol mol−1)to more than 500 ppt in preconcentrated sample volumes of 0.1 to 10 L of ambient air is covered, depending on the application and its analytical demands. We present the instrumental design of the preconcentration unit and demonstrate capabilities and performance through the examination of analyte breakthrough during adsorption, repeatability of desorption and analyte residues in blank tests. Examples of application are taken from the analysis of flask samples collected at Mace Head Atmospheric Research Station in Ireland using our laboratory GC–MS instruments and by data obtained during a research flight with our in situ aircraft instrument GhOSTMS (Gas chromatograph for the Observation of Tracers – coupled with a Mass Spectrometer)

A versatile, refrigerant- and cryogen-free cryofocusing-thermodesorption unit for preconcentration of traces gases in air

We present a compact and versatile cryofocusing–thermodesorption unit, which we developed for quantitative analysis of halogenated trace gases in ambient air. Possible applications include aircraft-based in situ measurements, in situ monitoring and laboratory operation for the analysis of flask samples. Analytes are trapped on adsorptive material cooled by a Stirling cooler to low temperatures (e.g. −80 °C) and subsequently desorbed by rapid heating of the adsorptive material (e.g. +200 °C). The set-up involves neither the exchange of adsorption tubes nor any further condensation or refocusing steps. No moving parts are used that would require vacuum insulation. This allows for a simple and robust design. Reliable operation is ensured by the Stirling cooler, which neither contains a liquid refrigerant nor requires refilling a cryogen. At the same time, it allows for significantly lower adsorption temperatures compared to commonly used Peltier elements. We use gas chromatography – mass spectrometry (GC–MS) for separation and detection of the preconcentrated analytes after splitless injection. A substance boiling point range of approximately −80 to +150 °C and a substance mixing ratio range of less than 1 ppt (pmol mol⁻¹) to more than 500 ppt in preconcentrated sample volumes of 0.1 to 10 L of ambient air is covered, depending on the application and its analytical demands. We present the instrumental design of the preconcentration unit and demonstrate capabilities and performance through the examination of analyte breakthrough during adsorption, repeatability of desorption and analyte residues in blank tests. Examples of application are taken from the analysis of flask samples collected at Mace Head Atmospheric Research Station in Ireland using our laboratory GC–MS instruments and by data obtained during a research flight with our in situ aircraft instrument GhOST-MS (Gas chromatograph for the Observation of Tracers – coupled with a Mass Spectrometer)

In situ observation of chemistry in Rydberg molecules within a coherent solvent

We often infer the state of systems in nature indirectly, for example in high energy physics by recording the tracks particles leave behind in an ambient medium. We adapt this principle to energies 9 orders of magnitude smaller, to classify the final state of exotic molecules after internal conversion of their electronic state, through their interaction with an ambient quantum fluid, a Bose-Einstein condensate. The BEC is the ground-state of a million bosonic atoms near zero temperature, and a single embedded ultra-long range Rydberg molecule can coherently excite waves in this fluid, which carry tell-tale signatures of its dynamics. Bond lengths exceeding a micrometer allow us to observe the molecular fingerprint on the BEC in situ, via optical microscopy. Interpreting images in comparison with simulations shows that the molecular electronic state rapidly converts from the initially excited S- and D-orbitals to a much more complex molecular state (called "trilobite''), marked by a maximally localized electron. This internal conversion liberates energy, such that one expects final state particles to move rapidly through the medium, which is however ruled out by comparing experiment and simulations. The molecule thus must strongly decelerate in the medium, for which we propose a plausible mechanism. Our experiment demonstrates a coherent medium that facilitates and records an electronic state change of embedded exotic molecules in ultra-cold chemistry, with sufficient sensitivity to constrain velocities of final state particles.Comment: 11 pages and 11 figure

Daytime fluctuations of endurance performance in young soccer players: a randomized cross-over trial

Objectives. Fluctuations of physical performance and biological responses during a repetitive daily 24-h cycle are known as circadian rhythms. These circadian rhythms can influence the optimal time of day for endurance performance and related parameters which can be crucial in a variety of sports disciplines. The current study aimed to evaluate the daytime variations in endurance running performance in a 3.000-m field run and endurance running performance, blood lactate levels, and heart rate in an incremental treadmill test in adolescent soccer players. Results. In this study, 15 adolescent male soccer players (age: 18.0 ± 0.6 years) performed a 3.000-m run and an incremental treadmill test at 7:00–8:00 a.m. and 7:00–8:00 p.m. in a randomized cross-over manner. No significant variations after a Bonferroni correction were evident in endurance running performance, perceived exertion, blood lactate levels, and heart rates between the morning and the evening. Here, the largest effect size was observed for maximal blood lactate concentration (9.15 ± 2.18 mmol/l vs. 10.64 ± 2.30 mmol/l, p = .110, ES = 0.67). Therefore, endurance running performance and physiological responses during a field-based 3.000-m run and a laboratory-based test in young male soccer players indicated no evidence for daytime variations