"Effect of different therapeutics in an organ culture of porcine rentina damaged by hypoxia or oxidative stress"
Hypoxia and oxidative stress are pathomechanisms that are involved in several retinal diseases, such as glaucoma. Hypoxia can be chemically induced by cobalt chloride (CoCl2), whereas hydrogen peroxide (H2O2) can cause oxidative stress.
Based on two established models of cultured porcine retinae (Hurst 2017; Kuehn 2017), the potential neuroprotective effect of the iNOS-inhibitor was tested in this dissertation.
In another study the neuroprotection by the antioxidant coenzyme q10 (CoQ10) was examined.
The effect of the iNOS-inhibitor was investigated using both models, in which either hypoxic processes were mimicked by CoCl2 (300 μM), or triggered by oxidative stress induced by 300 μM H2O2. The effect of CoQ10 was only examined in the model of oxidative stress. The treatment with 500 μM of the iNOS-inhibitor 1400W lasted 72 h, that with CoQ10 48 h.
Retinal ganglion cells were immunohistochemically labeled with anti-RBPMS antibody, then counted using ImageJ and finally analyzed post hoc using a one-factorial ANOVA followed by a Tuckey test.
The use of the iNOS-inhibitor in the hypoxia model was able to produce a significant protection of the retinal ganglion cells after four and eight days. CoCl2 resulted in a significant loss of retinal ganglion cells at four and eight days in comparison to the control retinas.
In a second project, the retinal ganglion cells were significantly protected from oxidative stress by the iNOS-inhibitor. H2O2 resulted in a significant loss of retinal ganglion cells after four and eight days of cultivation, whereas the iNOS-inhibitor protected the retinal ganglion cells from oxidative stress after four and eight days.
In comparison, the use of 100 and 300 μM CoQ10 did not lead to any significant protection of the retinal ganglion cells.
Hypoxia and oxidative stress induced by CoCl2 and H2O2 result in a significant loss of retinal ganglion cells. Both degeneration models serve as suitable models to investigate potential neuroprotective agents. As shown in the iNOS-inhibitor studies, the iNOS-inhibitor 1400W protects the retinal ganglion cells against both pathomechanisms.
For further studies, more retinal cells should be investigated to get a better understanding of the exact mechanism of the iNOS-inhibitor.
CoQ10 as a possible neuroprotectant should also be further explored.
Aktualisiert: 2022-07-14
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Die Zielsetzung der vorliegenden Studie war die Untersuchung der Beeinflussung der Bioverfügbarkeit von Blei durch die küchenmäßige Zubereitung von Wildbret, welches mit bleihaltiger Munition erlegt worden war. Die Nullhypothese dieser Arbeit lautet, dass sich die Veränderung der Bleikonzentrationen im Blut zwischen den Versuchsgruppen und der Kontrollgruppe nicht unterscheidet. Dazu wurde in einem Fütterungsversuch mit Schweinen einmalig eine Wildbretportion verfüttert, die von Rehen stammte, die mit bleihaltiger Munition erlegt worden waren. Versuchsgruppe A (sieben Tiere) erhielt eine Wildbretportion, die lediglich gebraten worden war. Diese Versuchsgruppe nahm eine Bleimenge von ca. 0,77 mg auf. Versuchsgruppe B (sieben Tiere) erhielt eine gebratene und gebeizte Wildbretportion und nahm eine Bleimenge von ca. 0,65 mg auf. Eine Kontrollgruppe (vier Tiere) erhielt eine gebratene und gebeizte Wildbretportion, welche von Rehen stammte, die mit bleifreier Munition erlegt worden waren. Die im weiteren Verlauf des Versuchs durchgeführten Blutentnahmen zeigten, dass die Bleikonzentration im Blut der Tiere in Versuchsgruppe B relativ zu Versuchsgruppe A für die auf die Fütterung folgenden drei Tage stärker anstieg. Versuchsgruppe A zeigte an Tag 1 eine Bleikonzentration im Blut von 3,02 μg/l, an Tag 2 von 2,77 μg/l und an Tag 3 von 2,20 μg/l. Bei Versuchsgruppe B lagen die Bleikonzentrationen im Blut bei 3,12 μg/l an Tag 1, 10,57 μg/l an Tag 2 und 7,29 μg/l an Tag 3. Versuchsgruppe B wies relativ zu Versuchsgruppe A für die Tage 1, 2 und 3 signifikant stärkere Zunahmen der Bleikonzentration im Blut auf. Für die Tage 1 und 2 wies Versuchsgruppe B relativ zur Kontrollgruppe K signifikant höhere Zunahmen der Bleikonzentration im Blut auf. Am Tag 0 stieg die Bleikonzentration im Blut der Tiere in Versuchsgruppe B im Vergleich zu Tag -1 signifikant stärker an als bei der Versuchsgruppe A und der Kontrollgruppe. Somit konnte die Alternativhypothese, dass sich die Veränderung der Bleikonzentrationen im Blut zwischen den Gruppen unterscheidet, bewiesen werden.
Der im Rahmen dieser Studie durchgeführte Fütterungsversuch zeigt, dass die küchenmäßige Zubereitung einen signifikanten Einfluss auf den Anstieg der Bleikonzentration im Blut der Schweine hatte. Durch die Zubereitung mit einer sauren Beize stieg die bioverfügbare Bleimenge an und es ist davon auszugehen, dass für den Verbraucher durch den Verzehr einer solchen Wildbretzubereitung die Exposition gegenüber Blei zunimmt. Die Bioverfügbarkeit von Blei in Wildbret nach Beizen und Braten lag im vorliegenden Versuch bei 15,0 % im Vergleich zu 1,3 %, wenn das Wildbret nur gebraten wurde.
Aktualisiert: 2021-10-21
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Evaluation of heart rate variability measurement as perioperative pain control in castration model in pigs
Measurement of heart rate variability (HRV) is a non-invasive technique visualizing the functionality of the autonomic nervous system at the heart (von Borell 2007). HRV analysis is used besides various clinical applications of human and veterinary medicine in anesthesiology and pain research in pigs. For instance, the sympathovagal balance describing parameter LF/HF changes in pigs after tail biting (Zupan et al. 2012). Frequency-related parameters in pigs are equally affected by surgical manipulations during general anesthesia (Martin-Cancho et al. 2006).
HRV measurement in pigs has so far been conducted using invasive measurement methods in addition to non-invasive telemetric measurement methods in order to also perform measurements on non-restrained pigs. Telemetric measurements in pigs are achievable on the one hand by the means of telemetric ECG devices (Suzuki et al. 1998, Kuwahara et al. 1999, Kuwahara et al. 2004, Olmstead et al. 2005) or by telemetric chest strap systems primarily designed for humans (Marchant-Forde and Marchant-Forde 2004, Marchant-Forde et al. 2004, Düpjan et al. 2011, Zupan et al. 2012, Mahnhardt et al. 2014, Leliveld et al. 2016). The chest strap BioHarnessTM 3 utilized in this study (Zephyr Technology, Medtronic, Annapolis, USA; below called: BioHarness chest strap) has not yet been used on pigs before.
The aims of this study were to evaluate the BioHarness chest strap’s measurement accuracy with an established telemetric ECG device (Televet® 100, Engel Engineering GmbH, Heusenstamm, Germany; below called: Televet 100) and after assessing the suitability of the BioHarness chest strap, to determine whether HRV-analysis allows for a valid analgesia monitoring in the castration model. For this purpose, HRV parameters at the time of intraoperative pain reactions (based on a pain scoring) were compared with pre- and postoperative base values.
To evaluate the BioHarness chest strap in the pilot study, simultaneous measurements were carried out on five male rearing pigs (German Landrace/German Large White x Piétrain/Duroc; 28 – 58 kg) with the BioHarness chest strap and Televet 100.
For the HRV-analysis with the BioHarness chest strap in the main study, 30 male rearing pigs (genetics see above; 36 – 48 kg) were castrated for imminent fattening and slaughtering. One day before castration, the pigs in waking state were kept in temporary separate housing and recorded by BioHarness chest strap in their lying resting position. Castration at Regio Pubis was conducted under ketamine-azaperone general anesthesia customary in practice.
Each intraoperative step (measurements in parts of 3 minutes) was assessed with a pain scoring, where score 0 describes no defense reaction (surgical tolerance) and score 1 or higher the presence and intensity of defense reactions. 24 hours after surgery, HRV was recorded like one day before surgery and a clinical examination of pain symptoms was performed.
The evaluation of BioHarness chest strap resulted in a comparable measuring accuracy to the Televet 100 ECG-device. Results of the HRV analysis with the BioHarness chest strap related to intraoperative steps or manipulations compared to the base value before castration in main study were an increase of meanRR parameter and decrease of SDNN and RMSSD parameters. There was an increase of parameter LF (n.u.) and LF/HF that reflects sympathetic activity at the time of skin incision, incision of vaginal process and traction of spermatic cord. The mainly by vagal activity affected parameter HF (n.u.) decreased at the time of skin incision and incision of vaginal process. Pertaining to the pain scoring, there was a significant rise of LF (n.u.) when Score 1 to 3 occurred compared to surgical tolerance (Score 0). The parameters HF (n.u.) and LF/HF narrowly missed out the significance level (p < 0,05). Only two pigs had postoperative potentially pain-related symptoms (fever or wound irritation), so it is not possible to make a conclusive statement. In general, pigs tolerated the chest strap very well, species-specific habits of eating, resting and activity were not influenced by it.
In this study, it is recognizable that pain specific defense reactions correlate positively with LF, which is also described in the literature with intraoperative pain stimuli and other painful conditions in pigs (see above). Both somatic (skin incision) and visceral pain components (incision of vaginal process and traction of spermatic cord) influence LF (n.u.), HF (n.u.) and LF/HF parameters. For an effective and predictive management of analgesia, further studies should be conducted with a greater number of animals or number of data records establishing a threshold value for LF (n.u.) or possibly other parameters which allows for detecting pain due to decreasing anesthesia before the onset of defense reactions. Prospectively, the BioHarness chest strap could also be used to examine animal welfare impairments in other clinicals contexts or zootechnical interventions in pigs.
Aktualisiert: 2021-04-16
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Die Mikrowellenablation (MWA) ist eine minimalinvasive Therapieoption zur Behandlung bösartiger Lebertumoren. Zu den potentiellen Vorteilen der MWA gegenüber anderen Ablationsverfahren gehören ein größeres Ablationsvolumen und eine kürzere Ablationszeit. Neben vaskulären Kühleffekten und dem verwendeten MWA-System ist der therapeutische Erfolg abhängig von der Expertise des behandelnden Mediziners sowie von der Komplexität des individuellen Patientenfalles. Ziel einer computergestützen Planungssoftware ist es, die onkologische Sicherheit und Effizienz der Therapie zu verbessern. Derzeit gibt es für die MWA kein Planungssystem, das patientenindividuelle Faktoren, wie Gefäßkühleffekte, einbezieht. Daher war es das Ziel dieser Arbeit, eine interdisziplinäre entwickelte Planungssoftware (TASAP) für die MWA von Lebermalignomen im Hinblick auf Gefäßkühleffekte unter standardisierten Exvivo-Bedingungen zu evaluieren.
Dazu wurden 217 MWA in einem Ex-vivo-Schweineleber-Modell mit einem 40 W feedbackgesteuertem MWA-Generator mit ungekühltem Antennendesign durchgeführt. Zur Imitation eines Lebergefäßes wurden drei verschiedene perfundierte Glasröhren (3, 5 und 8 mm Außendurchmesser; im Folgenden als Kühlgefäß bezeichnet) mit vier verschiedenen Flussraten (0,10, 100 und 500 ml/min) und drei unterschiedlichen Antennen-Gefäß-Abständen (5, 10 und 20 mm) in die Leber eingebracht. Zur Etablierung einer genauen Messmethode der avitalen Ablationszone erfolgte eine histologische Aufarbeitung mithilfe von NADH-Färbungen (Vitalfärbung). Die histologischen und makroskopischen Ergebnisse wurden korreliert und ein Korrekturfaktor ermittelt. Die MWA-Läsionen wurden planimetrisch entlang der Querschnittsfläche auf Höhe des größten Nekrosedurchmessers mit dem etablierten Korrekturfaktor (r(x) + 21,2 %; 1,6 mm) orthogonal zur Antenne konturiert und vermessen. Durch die Etablierung einer Messmethode konnte die makroskopische avitale Zone (White Zone; WZ) exakt detektiert und die planimetrische Flächenvermessung optimiert werden. Als Grundlage für die TASAP diente ein numerisches Simulationsmodell, dieses wurde durch eine Versuchsreihe mit verschiedenen Energieeinträgen (12 – 24 W) kalibriert. Aufgezeichnete Generatorprotokolle wurden in die Planungssoftware integriert. Eine proximale, numerisch quantifizierte Antennenschafterwärmung wurden ebenfalls in die Software implementiert. Bei einem simulierten Energieeintrag von 16 W zeigte sich die beste Übereinstimmung von realer und simulierter Läsion mit einer medianen Flächendifferenz von 2,8 % zwischen transversaler Läsion und Simulation. Dabei wurden ein Dice-Koeffizient von 0,89 sowie ein Jaccard-Koeffizient von 0,81 ermittelt. Eine Planung von Ablationen ohne Kühlgefäße konnte mit der Planungssoftware unter der Berücksichtigung von Energieverlusten wie der Antennenschafterwärmung, mit einer Flächengenauigkeit (Schnittfläche) von 90,2 % berechnet werden. Die Flächendifferenz zwischen Läsion (179,2 mm²) und Simulation (189,4 mm²) betrug 2,8 % (p = 0,394).
Durch die Verwendung verschiedener Kühlgefäße konnten bei der MWA Flächenunterschiede der Ablationsflächen durch vaskuläre Kühleffekte nachgewiesen werden. Dabei war der Einfluss der vaskulären Kühleffekte auf die Ablationsfläche ab einer Flussrate von 10 ml/min konstant hoch. Die Simulation unter dem Einfluss peripherer Kühlgefäße zeigte eine Abweichung zwischen realer Ablation und Simulation mit einer Überschätzung in der Fläche von 32,8 bis 43,1 % (abhängig vom Kühlgefäß). Bei allen 192 Versuchen zeigte sich eine Radiusdifferenz von 1,6 mm, dies entspricht einer prozentualen Differenz von 19,8 %.
Diesbezüglich muss das Simulationsmodell für die klinische Anwendung weiter optimiert werden. Faktoren wie die Implementierung der Gewebeschrumpfung und des periinterventionellen Temperaturprofiles könnten die Simulation der MWA weiter verbessern.
Bei der Interpretation der Ergebnisse muss berücksichtigt werden, dass die Experimente ex vivo an nativer Schweineleber durchgeführt wurden. Die Ergebnisse können indes als experimentelle, valide Grundlage für In-vivo-Versuche angesehen werden. Diese sind insofern von Bedeutung, als die präinterventionelle, simulationsbasierte Behandlungsplanung ein wertvolles Werkzeug bei der klinischen Anwendung von MWA sein kann.
Aktualisiert: 2022-12-31
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