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Metformin severely impairs in vivo muscle oxidative capacity in a rat model of type 2 diabetes
Objective: To investigate the effects of metformin on in vivo and in vitro skeletal muscle mitochondrial function in Zucker diabetic fatty (ZDF) rats using 31P magnetic resonance spectroscopy (MRS) and high-resolution respirometry (HRR), respectively. Methods: 12-week old healthy (fa/+) and diabetic (fa/fa) ZDF rats were treated with metformin (0, 30, 100 or 300 mg/kg body weight/day) for 15 days by oral gavage. At day 14, in vivo31P MRS was performed on the tibialis anterior (TA) muscle to measure PCr recovery. At day 15, animals were killed and TA muscles were excised for in vitro HRR measurements. Results: Metformin treatment decreased PCr recovery rates in a dose-dependent manner in both healthy fa/+ and diabetic fa/fa rats. Whereas, the clinical dose of 30 mg/kg/day had no significant effect, PCr recovery rates were ~22% and ~47% decreased at 100 and 300 mg/kg/day. HRR measurements showed a similar, but less pronounced effect of metformin on in vitro mitochondrial function
EP-2017: High dose-rate endoluminal brachytherapy as a treatment of primary and recurrent esophageal cancer
Irradiated accretion disc models
Vor einigen Jahren wurde die Existenz einer anderen Art von Doppelstern-
systemen voraus gesagt, in denen die Scheibe H und He frei sein sollte.
Inzwischen hat man sechs dieser Systeme gefunden, deren Scheibe haupt-
sächlich aus Metallen wie O, Ne und Mg (Juett, Psaltis & Chakrabarty 2001;
Schulz et al. 2001) besteht, was darauf schließen läßt, daß der Donorstern
der Kern eines C/O Weißen Zwerges ist. Aufgrund der Tatsache, daß die
Komponenten des Systems kompakte Objekte sind, was dazu führt, daß das
ganze System äußerst kompakt ist, bezeichnet man solche Systeme als
ultra-kompakte Doppelsternsysteme.
Der prominenteste dieser ultra-kompakten Doppelsternsysteme ist der LMXB
(low mass X-ray binary) 4U 1626-67. Das System besteht aus einem 7.66 s
Röntgenpulsar mit einem Weißen Zwerg von ca. 0.02 Sonnenmassen (Chakrabarty
1998) als Begleiter. Der Neutronenstern besitzt ein starkes Magnetfeld,
welches von Orlandini et al. (1998) anhand von Zyklotronresonanzlinien zu
3E+12 G bestimmt wurde. Das System hat eine kurze Bahnperiode von ca. 42
min (Middleditch et al. 1981), ein starkes Indiz, daß der Begleiter extrem
wasserstoffarm sein muss (Paczynski & Sienkiewicz 1981). Chakrabarty (1998)
ermittelte eine Röntgenleuchtkraft zw. 7E+36 und 5E+37 erg/s, womit man
eine Akkretionsrate von ca. 2E-10 Sonnemassen/Jahr erhält. Das Doppel-
sternsystem hat bei einem Bahnabstand von 300 0000 km (Schulz et al. 2001
und eine Akkretionsscheibe,die vom Gezeitenradius bei 200 000 km bis
hinein zum Korotationsradius bei 6 500 km reicht, wo die Scheibe durch das
Magnetfeld des Neutronensterns zerstört wird. In solch kompakten
Doppelsternsystemen kann man die äußere Bestrahlung der Akkretionsscheibe
durch die Röntgenstrahlung, welche durch die Akkretion auf die Polkappen
des Neutronensterns entsteht, nicht mehr vernachlässigen. Weite Teile des
Scheibenspektrums sind durch Effekte, welche die Bestrahlung verursacht,
dominiert. Als Beispiel kann man hier Emissionslinien von hochionisierten
Elementen, wie OV oder CIV nennen.
Eines der größten numerischen Probleme, welches bei der Berechnung von
bestrahlten Akkretionsscheibenmodellen auftritt, ist die ungewöhnliche
Temperaturschichtung und Struktur der Scheibe, welche starke Probleme mit
den Besetzungszahlen der atomaren Energieniveaus in unterschiedlichen
Tiefen mit sich bringt. Durch die Implementierung eines so genannten
tiefenabhängigen Modellatoms sollen diese Probleme in meiner Diplomarbeit
gelöst werden.
In der Dissertation von Nagel (2003) wurde das Programm-Paket AcDc
entwickelt, mit dem man die Vertikalstruktur und das synthetische Spektrum
einer Akkretionsscheibe berechnen kann. Dazu wird eine radiale Scheiben-
struktur entsprechend dem alpha-Scheiben-Ansatz von Shakura & Sunyaev
(1973) angenommen und die Scheibe anschlieflend in eine Zahl konzentrischer
Ringe zelegt. Für diese werden dann, unter der Annahme von plan-paralleler
Geometrie, die Gleichungen des hydrostatischen- und des radiativen-
Gleichgewichts zusammen mit den non-LTE Ratengleichungen und dem
Strahlungstransport gelöst. Dabei wird die beschleunigte Lambda Iteration
(ALI) (Werner & Dreizler 1999) verwendet. Die kinematische Viskosität wird
durch die Reynoldszahl parametris ert, wobei für den vertikalen Verlauf die
Beschreibung von Hubeny & Hubeny (1998) verwendet wird.
Während der Diplomarbeit wurde ein tiefenabhängiges Modellatom (DEPTOM)
entwickelt und als Programm-Modul in den AcDc-Code implementiert. DEPTOM
vergleicht die Besetzungszahlen der einzelnen Ionisationsstufen während der
ALI-Iteration mit einem unteren Limit. Liegt der Wert einer Besetzungszahl
mehrmals unter diesem von außen vorgegebenen Limit, so wird die
Ionisationsstufe im Ratengleichungssystem ausgeschaltet. Dies kann nicht
durch auf Null setzen der entsprechenden Gleichung erfolgen. Es ist
notwendig die Ionisationsstufe komplett aus der Ratenmatrix zu entfernen,
da sich diese sonst nicht mehr invertieren läßt. Das Entfernen eines Teils
der Ratenmatrix ist aber mit erheblichem Aufwand verbunden, da sicher
gestellt werden muss, dafl die Zuordnung von Übergangen und Atomniveaus im
weiteren Iterationsprozess stimmt. DEPTOM ist in der Lage,
Ionisationsstufen, die numerische Probleme erzeugen, zu erkennen und aus
der Berechnung zu nehmen. Dadurch ist AcDc stabiler und etwas
leistungsfähiger geworden.
Es ist nun erstmals möglich ein Modell einer bestrahlten Akkretionsscheibe,
die von 6 500 km bis 100 000 km reicht, mit ein und demselben Modellatom zu
rechnen. Dies entspricht einem Temperaturbereich von 14 000K bis 500 000
K. Die Struktur und Temperaturschichtung der Scheibe hat nun ein glatten
Verlauf und zeigt keine Schwankungen mehr, die auf numerische
Instabilitäten hindeuten.Most of the known accretion discs in binary systems are composed of
hydrogen rich material. Only a very small number of systems is known, in
which a helium rich accretion disc is found. Today eleven of this
cataclysmic variables, named after the prototype AMCVn, are known. A few
years ago, a new type of binary system was predicted, in which the disc is
supposed to be free of hydrogen and helium. Nowadays six systems are known,
with an accretion disc principally composed of C, O, Ne and Mg (Juett,
Psaltis & Chakrabarty 2001; Schulz et al. 2001). This fact leads to the
assumption, that the donor star is a white dwarf with a C/O core. The over
abundance of Ne, found in these systems, is due to diffusion processes in
the history of the white dwarf. To determine the abundances of the chemical
species, using quantitative spectral analysis is very useful to learn more
about the evolution of binary systems and the constitution of white dwarfs.
The most prominent representative of these ultra compact binary systems is
the LMXB (low mass X-ray binary) 4U 1626-67. The system is consisting of a
7.66 s X-ray pulsar as primary component and a 0.02 solar mass white dwarf
as secondary (Chakrabarty 1998). The fairly high magnetic field strength of
the neutron star (3E+12 G) was measured by Orlandini et al. (1998) using
cyclotron resonance lines. The rather short binary period of about 42 min
suggests that the companion must be very hydrogen poor (Paczynski &
Sienkiewicz 1981). Chakrabarty (1998) calculated a X-ray luminosity between
7E+36 and 5E+37 erg/s. Therewith one gets an accretion rate of about 2E-10
solar masses per year. Having a binary separation of only 300 0000 km
(Schulz et al. 2001), the system has a quite huge accretion disc. The disc
is extended from the corotation radius at 6 500 km, where the strong
magnetic field of the X-ray pulsar destroys the disc, to the tidal radius
at 200 000 km. In such compact binary systems one can not neglect the
external irradiation of the accretion disc by the neutron star. The
external irradiation dominates the disc pectrum over a wide range. One may
find emission lines of highly ionised elements, like OV or CIV.
One of the biggest numerical problems, occurring during the calculation of
an irradiated accretion disc model, is the non-common temperature
stratification and structure. This causes severe problems with the
occupation numbers of some atomic levels. These problems should be solved
by implementing the depth dependent model atom, during my thesis work.
During his PhD thesis, Nagel (2003) has developed the numeric code package
AcDc. Therewith one can calculate the vertical structure and the emergent
synthetic spectrum of an accretion disc.
By assuming a radial disc structure corresponding to the a-disc approach of
Shakura & Sunyaev (1973), the disc is separated in a set of concentric disc
rings. Afterwards, assuming plane-parallel geometry, the equation of
hydrostatic and radiative equilibrium are solved consistently together with
non-LTE rate equations and the radiation transfer equation. Therefore the
ALI method (accelerated lambda iteration, Werner & Dreizler (1999)) is
used. The kinematic viscosity is para eterised by the Reynolds number. The
vertical run of the viscosity is taken from Hubeny & Hubeny (1998).
During the work presented here the depth dependent model atom (DEPTOM) was
developed and implemented in ACDC as a code module. DEPTOM is comparing the
occupation numbers of every ionisation stage, during the ALI iteration, to
a lower limit. Ionisation stages which are several times below the limit,
are deactivated. This could not be done by setting the corresponding rate
equation to zero, because then the rate matrix could not be inverted any
more. The associated parts of the rate matrix system have to be cut out,
which is difficult. One has to assure that the corelation between the
atomic levels and the transitions is still true. DEPTOM identifies the
trouble making ionisation stages and deactivates them. Thus the calculation
is numerical more stable and ACDC is more powerful.
Now, it is possible to calculate a disc model from 6 500 km to 100 000 km,
using the same model atom. Thereby a temperature range from 14 000K up to
500 000 K is covered by the disc model. The structure and the temperature
stratification of the disc model shows no longer features, which are
connected to numerical instabilities
Monitoring water content in deforming intervertebral disc tissue by finite element analysis of MRI data
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