Archive for the ‘Naturwissenschaft’ Category

Stoffwechselstörung beschleunigt Multiple Sklerose

Freitag, Januar 24th, 2014

Überfunktion des intrazellulären Energiehaushaltes als Ursache erkannt.

Neapel (pte008) – Eine Stoffwechselstörung in T-Zellen kann zu einer Verschlimmerung von Multipler Sklerose führen. Das haben Forscher der Abteilung für Medizin und Chirurgie an der Università di Salerno http://www.unisa.it und des zum Nationalen Forschungsrat CNR ehörenden Istituto di Endocrinologia e Oncologia Sperimentale http://www.ieos.cnr.it herausgefunden. Diese Erkenntnis bietet neue Möglichkeiten für eine gezieltere Diagnose und ein besseres Verständnis.

Abtötung der Biomembran Myelin

„Immunkrankheiten und chronische Entzündungen führen zu einer Zerstörung wichtiger Körperfunktionen durch das eigene Immunsystem“, erklärt Projektleiter Giuseppe Matarese. Bei der Multiplen Sklerose bedeute dies eine Abtötung der Biomembran Myelin, die eine wesentliche Funktion beim Schutz der Gehirnschaltkreise habe – mit Folgen wie Muskelschwäche, Lähmung oder Sehschwäche.

„Trotz großer Fortschritte bei der Ursachenforschung dieser Pathologie ist der hinter dem Immunverlust stehende Mechanismus noch weitgehend unbekannt“, unterstreicht der italienische Wissenschaftler. Die in Neapel durchgeführten klinischen Tests haben ergeben, dass die T-Zellen der Sklerose-Patienten eine übermäßige Stimulierung des intrazellulären Energiehaushaltes aufwiesen.

„Diese Erscheinung führt zu einer funktionalen Ermüdung bis hin zur Unfähigkeit, eine Entzündung der die Nerven schützenden Myelinschicht zu kontrollieren“, so Matareses CNR-Kollegin Veronica De Rosa. Außerdem wurde festgestellt, dass sich der Krankheitsverlauf mit zunehmendem Wachstum der T-Zellen abschwächt. Dieser Parameter könne deshalb als Prognosehilfe zur vorzeitigen Aufdeckung der oft kaum vorhersehbaren Pathologie genutzt werden.

Mehr Fälle in reicheren Ländern

Zu guter Letzt dürften die Studienergebnisse auch zur Beantwortung der Frage beitragen, warum Multiple Sklerose deutlich stärker in den reicheren Ländern verbreitet ist, wo der Stoffwechsel der Menschen allgemein intensiver als in weniger entwickelten Gesellschaften ausfällt“, verdeutlicht die Forscherin.

An der multidisziplinären Untersuchung hatten sich auch die Università degli Studi di Napoli und die University of California in Los Angeles beteiligt. Finanziert worden war sie überwiegend von der Fondazione Italiana Sclerosi http://www.aism.it , der italienischen Regierung und dem European Research Council. Einzelheiten können in der Fachzeitschrift „Nature Medicine“ nachgelesen werden.

Quelle: pressetext.com

Anmerkung: siehe hierzu auch den Beitrag „Die tuberkulinische Konstitution als gemeinsame Ursache chronischer Erkrankungen und ihre naturheilkundliche Regulationstherapie“ aus dem Jahr 2000

Schnelle Wundheilung mit Birken

Freitag, Januar 24th, 2014

Freiburger Pharmazeutinnen haben die Wirkung eines natürlichen Extrakts aufgeklärt.

Seit Jahrhunderten gelten aus der Birke gewonnene Extrakte als traditionelle Heilmittel, die dafür sorgen, dass sich verletzte Haut schneller wiederherstellt. Prof. Dr. Irmgard Merfort vom Institut für Pharmazeutische Wissenschaften der Albert-Ludwigs-Universität und ihr Team haben auf molekularer Ebene geklärt, wie die wundheilende Wirkung eines Extraktes aus der äußeren, weißen Schicht der Rinde des Baumes zustande kommt. Ihre Ergebnisse haben die Wissenschaftlerinnen in der Fachzeitschrift „Plos One“ veröffentlicht. Das Team kooperierte mit mehreren weiteren Einrichtungen und Instituten, so mit einer Arbeitsgruppe vom Institut für Molekulare Medizin und Zellforschung sowie dem Institut für Experimentelle und Klinische Pharmakologie und Toxikologie der Albert-Ludwigs-Universität und einer Arbeitsgruppe an der Hautklinik der Universität Hamburg.

In der ersten Phase der Wundheilung schütten die verletzten Hautzellen bestimmte Stoffe aus, die zu einer vorübergehenden Entzündung führen. Sie locken Fresszellen an, die eingedrungene Bakterien sowie totes Gewebe beseitigen. Die Freiburger Wissenschaftlerinnen stellten fest, dass der Birkenkork-Extrakt und besonders dessen Hauptbestandteil Betulin die Anzahl dieser Entzündungsstoffe vorübergehend erhöhen. Der Naturstoff aktiviert Proteine, die die Halbwertszeit von Boten-Ribonukleinsäure (mRNA) verlängern.

Ein Gen muss zunächst in mRNA übersetzt werden, damit der Bauplan für ein Protein vom Erbgut abgelesen werden kann. Durch das Mittel verdreifacht sich die Zeit, in der die mRNA eines bestimmten Botenstoffs stabil ist. Dieser sorgt dafür, dass mehr von dem jeweiligen Protein, hier von den Entzündungsstoffen, hergestellt werden kann. Der Birkenkork-Extrakt und Betulin stabilisieren darüber hinaus auch die mRNA weiterer Botenstoffe.

In der zweiten Phase der Wundheilung wandern die Zellen der Haut und schließen die Verletzung. Der Naturstoff begünstigt dies: Der Birkenkork-Extrakt und seine Bestandteile Betulin sowie Lupeol aktivieren Proteine, die am Umbau des Aktin-Zytoskeletts beteiligt sind. Dieses gibt der Zelle mithilfe des Strukturproteins Aktin ihre Form. Auf diese Weise bewirken die Stoffe aus der Birke, dass Keratinozyten – die in der oberen Hautschicht hauptsächlich vertretenen Zellen – schneller in die Wunde wandern und sie ausfüllen können.

Literatur: Ebeling, S./Naumann, K./Pollok, S./Vidal-y-Sy, S./Wardecki, T./Nascimento, J. M./ Boerries, M./Schmidt, G./Brandner, J. M./Merfort, I. (2013): From a traditional medicinal plant to a rational drug: understanding the clinically proven wound healing efficacy of birch bark extract. In: PLOS ONE. DOI: 10.1371/journal.pone.0086147

Quelle: Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

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Unter nährstoffarmen Bedingungen steuern Viren die Größe und Struktur der mikrobiellen Population

Dienstag, Januar 21st, 2014

Wissenschaftler der Universität Oldenburg und des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ weisen in der aktuellen Vorab-Onlineausgabe des Journal of the International Society for Microbial Ecology (ISME v. 20.01.2014) nach, dass in extrem tiefen, alten und nährstoffarmen Meeressedimenten bis zu 225 mal mehr Viren als Mikroben leben. Damit stellen in diesen extremen Lebensräumen nicht mehr die bakteriellen Mikroorganismen die größte Fraktion der lebenden Biomasse dar, sondern Viren.

Diese Viren übernehmen die Rolle der Räuber in diesem außergewöhnlichen Biotop. Die Forscher fanden heraus, wie sich mit zunehmender Nährstoffarmut das Verhältnis von Viren zu Mikroben immer stärker hin zu den Viren verschiebt. „Schon seit einigen Jahren ist bekannt, dass die Masse aller lebenden Mikroben im Meeresboden mindestens genauso groß ist wie die der Bewohner der darüber liegenden Weltmeere“, sagt dazu Jens Kallmeyer vom GFZ. „Eine bisher vernachlässigte Unbekannte sind allerdings die Viren.“

In diesen extremen Lebensräumen  übernehmen Viren die Rolle von räuberischen Organismen: Sie steuern die Größe und Struktur der mikrobiellen Population. Die überraschend hohe Zahl der Viren wird damit erklärt, dass die zwar kleine aber aktive Mikrobenpopulation permanent neue Viren produziert, diese aber länger erhalten bleiben weil die wenigen Mikroben weniger Enzyme produzieren, welche die Viren zerstören. Bisherige Messungen im Meerwasser und oberflächennahen Sedimenten konnten zwar zeigen, dass Viren etwa zehnmal häufiger sind als Mikroben, aber aufgrund ihrer wesentlich kleineren Masse keine große Rolle bei der Gesamtmenge der lebenden Biomasse spielen. Außerdem wurde angenommen, dass hauptsächlich räuberische Organismen wie z.B. andere Einzeller, oder auch Würmer oder Schnecken die Größe der Mikrobenpopulation steuern. Die jetzt vorgestellten neuen Ergebnisse zeigen, dass diese einfachen Annahmen so nicht haltbar sind.

Literatur: Engelhardt, T., Kallmeyer, J., Cypionka, H., & Engelen, B. (2014): „High virus-to-cell ratios indicate ongoing production of viruses in deep subsurface sediments”, ISME Journal. doi: 10.1038/ismej.2013.245; 20.01.2014

Quelle: Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ

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Verabreichung der natürlichen Substanz Spermidin stoppt Demenz

Sonntag, Dezember 1st, 2013

Der altersabhängige Rückgang der Erinnerungsfähigkeit kann durch die Verabreichung der natürlichen Substanz Spermidin gestoppt werden. Das ist das Ergebnis einer Studie von Prof. Dr. Stephan Sigrist von der Freien Universität Berlin sowie dem Exzellenzcluster Neurocure und Prof. Dr. Frank Madeo von der Karl-Franzens-Universität Graz. Die Studie wurde vorab in der Online-Version in der renommierten Fachzeitschrift „Nature Neuroscience“ veröffentlicht.

Die Biologen konnten nachweisen, dass die körpereigene Substanz Spermidin einen zellulären Reinigungsprozess auslöst, infolge dessen die Erinnerungsleistung älterer Gehirne von Fruchtfliegen wieder auf jugendliches Niveau steigt.

Erinnerungsprozesse bei tierischen Organismen wie Fliegen oder Mäusen sind auf molekularer Ebene denen des Menschen ähnlich. Sigrists und Madeos Forschung kann einen Beitrag dazu leisten, Mittel zu entwickeln, die das Einsetzen von Demenzerkrankungen verzögern.
Als Auslöser der altersabhängigen Demenz werden aggregierte (verklumpte) Proteine vermutet. Diese reichern sich in alten Gehirnen von Fliegen, Mäusen und Menschen vermehrt an. Das Molekül Spermidin, dessen Anti-Aging-Wirkung bereits 2009 in Madeos Grazer Forschungsgruppe entdeckt wurde, setzt die sogenannte Autophagie in Gang, einen Reinigungsvorgang auf zellulärer Ebene. Proteinaggregate und weiterer zellulärer Abfall werden den Lysosomen, den Verdauungsapparaten in Zellen, zugeführt und dort aufgelöst.

Nachdem den Fruchtfliegen Spermidin zugefüttert wurde, minimierte sich die Menge der Proteinaggregate in ihren Gehirnen deutlich und ihre Erinnerungsfähigkeit nahm zu. Messbar ist dies, weil Fliegen durch klassische Pawlow’sche Konditionierung lernen, sich an das Gelernte erinnern und ihr zukünftiges Verhalten danach ausrichten.

Beim Menschen lässt die Erinnerungsfähigkeit ab etwa dem 50. Lebensjahr nach. Dieser Schwund beschleunigt sich mit zunehmendem Alter. Aufgrund steigender Lebenserwartung nehmen altersinduzierte Demenzerkrankungen drastisch zu.  Die Spermidinkonzentration hingegen nimmt mit dem Alter bei Fliegen auch bei Menschen ab.

Sollte es gelingen, mit Spermidin als Nahrungsergänzung das Einsetzen von Demenzerkrankungen zu verzögern, würde dies für den einzelnen Patienten und die Gesellschaft einen Durchbruch bedeuten. Patientenstudien sind das nächste Ziel von Stephan Sigrist und Frank Madeo.

Der Exzellenzcluster NeuroCure ist eine Kooperation der Charité – Universitätsmedizin Berlin und den biologischen/biochemischen Wissenschaften ihrer Trägeruniversitäten, der Humboldt-Universität zu Berlin und der Freien Universität Berlin, sowie mit drei außeruniversitären Forschungsinstituten.

Literatur: Varun K Gupta, Lisa Scheunemann, Tobias Eisenberg, Sara Mertel, Anuradha Bhukel, Tom S Koemans, Jamie M Kramer, Karen S Y Liu, Sabrina Schroeder, Hendrik G Stunnenberg, Frank Sinner, Christoph Magnes, Thomas R Pieber, Shubham Dipt, André Fiala, Annette Schenck, Martin Schwaerzel, Frank Madeo & Stephan J Sigrist (2013): Restoring polyamines protects from age-induced memory impairment in an autophagy-dependent manner, Nature Neuroscience, Advance Online Publication, 1 September 2013, doi:10.1038/nn.3512.

Quelle: Freie Universität Berlin

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Gezielte Ernährung stoppt Sehkraftverlust

Donnerstag, September 26th, 2013

Augenmediziner am Uniklinikum Leipzig belegen mit Langzeitstudie Wirksamkeit von Lutein und Omega-3-Fettsäuren bei AMD.

Durch eine gezielte Ernährung lässt sich die altersbedingte Makuladegeneration, kurz AMD, wirksam beeinflussen und die Sehkraft sogar verbessern. Das belegen Augenmediziner am Uniklinikum Leipzig in einer Langzeitstudie. Über ein Jahr wurden dafür erstmals 200 Teilnehmer mit einer speziellen Diät behandelt und begleitet. Die jetzt veröffentlichten Ergebnisse stützen die Erkenntnis: Die bisher kaum behandelbare trockene Makuladegeneration lässt sich durch unsere Ernährung beeinflussen.

Jeder dritte Deutsche über 60 ist davon betroffen: Durch die altersbedingte Makulaveränderung schwindet die Sehkraft. Die bisher nicht heilbare Erkrankung schränkt die Betroffenen im Alltag ein, da lesen oder fernsehen nur noch bedingt gut gelingt.

Etwa  4,5 Millionen Menschen sind allein in Deutschland  betroffen, Auslöser sind Ablagerungen und Veränderungen der Blutgefäße an der Netzhaut. „Wir wissen, dass diese nicht nur altersbedingt sind, sondern auch durch die Lebensführung beeinflusst werden“, erklärt Prof. Jens Dawczynski, stellvertretender Direktor der Augenklinik am Uniklinikum Leipzig und Leiter der Studie.

Essgewohnheiten lassen sich im Gegensatz zum Alterungsprozess aber gut beeinflussen. „Deshalb haben wir in unserer LUTEGA-Studie geprüft, ob bestimmte Nährstoffe die gestörten Stoffwechselprozesse am Auge wirksam wieder verbessern können.“ Untersucht wurde der Effekt einer täglichen Einnahme eines Nahrungsergänzungsmittels mit einer Kombination aus Lutein, Zeaxanthin und Omega-3-Fettsäuren. In der placebokontrollierten, doppelblinden Studie wurden bei 200 Studienteilnehmern mit einer trockenen  Form der AMD-Erkrankung über 12 Monate hinweg die Konzentration der Stoffe im Blut ebenso gemessen wie die Beschaffenheit der Makula und die Sehkraft.

„Das Ergebnis hat unsere Hoffnungen bestätigt“, so Prof. Dawczynski. „Wir haben einen deutlichen Anstieg der Makulapigmente als Folge der Nahrungsergänzungsmitteleinnahme gesehen. Damit wird das mit einem Schwund dieser Pigmente verbundene Voranschreiten der Makuladegeneration gestoppt bzw. verlangsamt.“ Auch die Sehkraft der Studienteilnehmer hat sich als Folge der Nährstoffzufuhr stabilisiert und leicht verbessert. Diese Ergebnisse der Studie wurden aktuell in der Zeitschrift Graefes Journal of Clinical & Experimental Ophthalmologie veröffentlicht.

„Wir wissen damit jetzt sicher, dass wir die bisher kaum behandelbare trockene Makuladegeneration  wirksam  durch eine einfache, gezielte Diätberatung beeinflussen können“, zeigt sich Prof. Jens Dawczynski  begeistert. „Das ist eine große Chance und Hoffnung für unsere Patienten.“

Auch wenn in der Studie die  Einnahme von Nahrungsergänzungsmitteln untersucht wurde, kann der Effekt auch durch natürliche Nahrungsmittel erzielt werden. Das benötigte Lutein steckt vor allem in grünem Gemüse wie Grünkohl oder Brokkoli, Omega 3 Fettsäuren in Seefisch. „Eine ebenfalls gerade erschienene amerikanische Studie zeigt, dass die Stoffe  über das Essen sogar besser aufgenommen werden als über eine Kapsel“, so der Leipziger Augenmediziner.

Quelle: Universitätsklinikum Leipzig

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Migränepatienten sind bessere Problemlöser

Mittwoch, Juli 17th, 2013

Studie zeigt: Migränepatienten suchen intensiver nach Lösungsmöglichkeiten als Gesunde.

Es ist aus einer Vielzahl von Studien bekannt, dass sich Migränepatienten im Vergleich zu Gesunden oft übermäßig anstrengen, um die ihnen gestellten Aufgaben möglichst perfekt zu erledigen. Dies konnte bislang experimentell jedoch nicht nachgewiesen werden. Mit der vorliegenden Studie ist es gelungen, die unterschiedliche Problemverarbeitung anhand eines sogenannten „Hilflosigkeitsexperimentes“ darzustellen.

Dabei konnten die Wissenschaftler durch Messung der Gehirnströme mittels Elektroenzephalografie (EEG) zeigen, dass Migränepatienten stärker als Gesunde dazu tendieren, eine experimentell erzeugte Hilflosigkeitssituation zu bewältigen. „In unserer Studie mit 24 Migränepatienten und 24 gesunden Personen wurde ein vom Teilnehmer selbst abzustellendes Tonsignal ohne sein Wissen plötzlich blockiert. Der Ton konnte nicht mehr sofort abgestellt werden. Eine Situation der Hilflosigkeit entstand. Die teilnehmenden Migränepatienten aktivierten mehr kognitive Ressourcen, den Ton abzustellen, als die Gesunden. Das drückt sich in einem vergrößerten EEG-Signal und in einer signifikant schnelleren Reaktionszeit aus“, sagt Prof. Dr. Peter Kropp, von der Deutschen Migräne- und Kopfschmerzgesellschaft (DMKG) und Autor der Studie.

Insgesamt könne daraus geschlossen werden, dass Migränepatienten in entsprechenden Situationen einen intensiveren Problemlösevorgang auslösen. Sie sind demnach nicht hilfloser wie zunächst in früheren Studien angenommen wurde, sondern suchen nach mehr Möglichkeiten, das neu erkannte Problem zu lösen. Sie gehen dabei intensiver und effektiver an Schwierigkeiten heran und verfügen über eine bessere Problemlösungskompetenz.

Hilflosigkeit kann durch Situationen ausgelöst werden, in denen die Person negative emotionale Gefühle und eine fehlende Kontrolle über die Situation erlebt. Dieses Hilflosigkeitserleben wiederum geht eng mit einem EEG-Signal einher, welches in einer experimentellen Situation gemessen werden kann. Dabei muss der Teilnehmer auf verschiedene Töne hören und bei einem bestimmten Ton sehr schnell einen Reaktionsknopf drücken, welcher dann diesen Ton abschaltet. Nach Abschalten des Tones kann man einen charakteristischen EEG-Verlauf beobachten, der „post-imperative negative Variation“ (PINV) genannt wird. Wandelt man nun das vorher beschriebene Experiment ab, indem nach einer gewissen „Einübungszeit“ der Ton trotz korrekten Tastendrucks plötzlich nicht mehr abgeschaltet werden, kann eine besonders ausgeprägte PINV beobachtet werden. Diese wird oft als experimentell ausgelöstes Hilflosigkeitserleben interpretiert. Dabei lässt sich diese vermehrte Reaktion dem Wechsel der Kontingenz (fehlender Reaktion auf den Tastendruck) zuordnen.

Die Arbeitsgruppe hat sich jetzt die Frage gestellt, inwieweit in dieser experimentell geschaffenen Situation Migränepatienten von Gesunden unterschiedlich reagieren. In der Studie wurden 24 Migränepatienten mit 24 gesunden Probanden in ihrer Reaktion auf den Tastendruck untersucht. Für jede korrekte Reaktion bekam der Teilnehmer als Belohnung einen Euro. Nach 16 der 32 Messdurchgänge konnten die Teilnehmer plötzlich den Reaktionston trotz Tastendrucks nicht mehr abschalten, er dauerte dann jeweils mehrere Sekunden an und die bis dahin angehäufte Belohnung schmolz ab.

Während Gesunde nur kurz auf diesen „Kontingenzwechsel“ in Form einer vergrößerten PINV-Amplitude reagiert haben, war dieses Signal in der Migränegruppe deutlich länger und ausgeprägter vorhanden. Außerdem war die Reaktionszeit, also die Zeit zwischen Tonsignal und Tastendruck, bei Migränepatienten signifikant schneller.

Literatur: Kropp P, Brecht IB, Niederberger U, Kowalski J, Schröder D, Thome J, Meyer W, Wallasch TM, Hilgendorf I, Gerber WG (2012). Time-dependent post-imperative negative variation indicates adaptation and problem solving in migraine patients. J Neural Transm (2012) 119:1213–1221.

Quelle: Deutsche Migräne- und Kopfschmerzgesellschaft

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„Spukhafte Fernwirkung“ in der Quantenwelt steht kurz vor ihrer endgültigen Bestätigung

Dienstag, April 16th, 2013

Physiker schließen letztes lokal realistisches Schlupfloch für verschränkte Photonensysteme.

Im Alltag ist es für uns eine Selbstverständlichkeit, dass die Eigenschaften von Gegenständen unabhängig von ihrer Beobachtung existieren, und dass eine Veränderung dieser Eigenschaften immer durch eine unmittelbare, lokale Einwirkung erfolgen muss. In der Quantenwelt dagegen gelten andere Gesetze: So wird die Eigenschaft eines Teilchens erst bei seiner Messung festgelegt, und zwei verschränkte Teilchen scheinen auch über große Distanzen nicht-lokal zusammenzuhängen. Zahlreiche Experimente weltweit haben diese Fundamente der Quantentheorie mittlerweile bestätigt. Doch letzte Zweifel daran konnten bislang nicht vollständig ausgeräumt werden. Verteidiger des in der klassischen Welt geltenden „lokalen Realismus“ berufen sich auf mehrere Arten von „Schlupflöchern“, um ihr Weltbild zu retten. Physiker aus der Gruppe von Prof. Anton Zeilinger am Institut für Quantenoptik und Quanteninformation (IQOQI) in Wien haben vor kurzem das letzte Schlupfloch für Lichtquanten geschlossen. Von theoretischer Seite wurde die Arbeit durch Dr. Johannes Kofler unterstützt, der in der Abteilung Theorie von Prof. Ignacio Cirac am Max Planck Institut für Quantenoptik (MPQ) forscht. An den Experimenten haben Wissenschaftler der Gruppe von Dr. Sae Woo Nam am National Institute of Standards (NIST) in Boulder, USA, sowie der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig mitgewirkt. Die Ergebnisse wurden in dieser Woche in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Unter lokalem Realismus versteht man ein Weltbild, in dem die Eigenschaften physikalischer Objekte unabhängig davon feststehen, ob sie von irgendjemandem wahrgenommen werden (Realismus), und in der sich keine physikalische Wirkung schneller als mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten kann (Lokalität). 1964 bewies der irische Physiker John Bell in einer der wichtigsten Arbeiten der Grundlagen der Quantentheorie, dass lokaler Realismus im Widerspruch zu den Vorhersagen der Quantenmechanik steht, und dass die Entscheidung zwischen diesen so radikal verschiedenen Weltbildern durch ein Experiment gefällt werden kann.

Für einen solchen Bell-Test verwendet man verschränkte Teilchen. Der Begriff der Verschränkung wurde von dem österreichischen Physiker Erwin Schrödinger geprägt. Für den Fall zweier miteinander verschränkter Photonen (Lichtquanten) beinhaltet er, dass zwar keines der Teilchen für sich genommen eine definierte Polarisation besitzt. Misst man jedoch die Polarisation eines Photons und erhält dafür ein zufälliges Ergebnis, dann ist die Polarisation des anderen Teilchens damit festgelegt, d.h. perfekt korreliert. Diesen seltsamen Effekt bezeichnete Albert Einstein als „spukhafte Fernwirkung“.

Im Experiment werden zunächst Paare von verschränkten Photonen erzeugt. Von jedem Paar wird ein Photon zu Beobachter A (genannt Alice), das andere zu Beobachter B (Bob) geschickt. Alice und Bob treffen jeweils eine Wahl, welche Polarisationsrichtung sie messen wollen. Wie oben erwähnt, sollten die beobachteten Messwerte der beiden Photonen gemäß der Quantentheorie stark korreliert sein. (Diese Eigenschaft der Verschränkung wird in der sogenannten Quanteninformation beispielsweise dafür genutzt, um absolut abhörsichere Informationsübertragung zu ermöglichen). Bell zeigte mithile einer mittlerweile nach ihm benannten Ungleichung, dass es für die Stärke der Korrelationen in jeder lokal realistischen Theorie eine obere Grenze gibt, die von den Vorhersagen der Quantentheorie verletzt wird.

In den letzten Jahrzehnten wurde die Verletzung der „Bellschen Ungleichung“ in zahlreichen Experimenten bestätigt, sowohl mit Lichtquanten als auch mit Atomen. Allerdings gibt es für die Verteidiger des lokalen Realismus drei Arten von „Schlupflöchern“ – d.h. Möglichkeiten, dass die beobachteten Korrelationen, obschon sie die Bellsche Ungleichung verletzen, doch noch im Rahmen von lokal realistischen Theorien erklärbar sind. Das eine bezieht sich auf die Lokalität der Ereignisse. Hier wird angenommen, dass das Messresultat auf einer Seite durch ein schnelles und verstecktes Signal von der anderen Seite beeinflusst wird. In ähnlicher Weise geht das Schlupfloch, das die „freie Wahl“ betrifft, davon aus, dass die lokal realistischen Eigenschaften des Teilchenpaares die von Alice und Bob getroffene Wahl beeinflussen. Mit erheblichem experimentellem Aufwand sind diese beiden Schlupflöcher für Photonen mittlerweile geschlossen worden. Dabei wurde in den Experimenten zum einen dafür gesorgt, dass Alice und Bob räumlich sehr weit voneinander getrennt sind. Zum andern wurden die Zeitpunkte der Paarerzeugung, der Auswahl der Messeigenschaften und der Messung selbst mit extrem großer Genauigkeit bestimmt. Unter diesen Bedingungen ließen sich die gemessenen Korrelationen allenfalls durch Signalübermittlung mit Überlichtgeschwindigkeit erklären – die aber ist im lokal realistischen Weltbild nicht gestattet.

Doch es gibt noch ein drittes Schlupfloch – genannt „Fair Sampling“. Dabei führen die lokalen Realisten die Verletzung der Bellschen Ungleichung darauf zurück, dass nur ein Bruchteil der erzeugten Teilchenpaare gemessen wird. Die beobachteten Teilchen betrachten sie als nicht repräsentativ für das ganze Ensemble, als „unfair“. Die Gesamtheit der Teilchen würde dagegen der Bellschen Ungleichung genügen.

Für Photonen konnte dieses Schlupfloch bislang nicht geschlossen werden, zumal es hier besonders schwierig ist, Teilchenverluste an der Teilchenquelle oder am Detektor zu vermeiden. „Der Erfolg des Wiener Experiments beruht zum einen auf technischen Errungenschaften“, erklärt Dr. Johannes Kofler. „Es wurde eine neuartige Quelle für die Erzeugung verschränkter Photonenpaare verwendet, des Weiteren Techniken, die geringe Durchgangsverluste ermöglichten, und moderne supraleitende Detektoren.“ So konnten insgesamt 75% aller verschränkten Photonen gemessen werden. „Diese Effizienz reicht für einen Test der originalen Bell-Ungleichung nicht aus“, so Kofler. „Allerdings hat vor rund 20 Jahren der Physiker Philippe Eberhard vom Lawrence Berkeley Laboratory in den USA eine Formulierung der Bellschen Ungleichung gefunden, welche die nicht nachgewiesenen Photonenpaare explizit einschließt – dann genügt es, wenn man zwei Drittel aller Photonen detektiert. Durch die hohe Effizienz des Wiener Experiments und die Anwendung der Eberhardschen Ungleichung konnten wir nun erstmals das Fair-Sampling-Schlupfloch für Photonen schließen.“

Mit diesem Ergebnis wurden für Photonen alle lokal realistischen Schlupflöcher ausgeschlossen, allerdings in jeweils unterschiedlichen Experimenten. Nun fehlt nur noch das allerletzte Beweisstück – ein finales und definitives Experiment, in dem die Bellsche Ungleichung verletzt wird und gleichzeitig alle Schlupflöcher geschlossen sind. Es ist noch nicht klar, ob dies zuerst für Photonen oder für Atome (für die bislang nur das Fair-Sampling-Schlupfloch versperrt wurde) oder vielleicht für ganz andere Quantensysteme erreicht werden wird. Wenn es gelingt, bleiben nur noch zwei radikale Erklärungsmöglichkeiten: Entweder, es gibt in der Natur eine verborgene Form der Kommunikation mit Überlichtgeschwindigkeit, oder wir leben in der Tat in einer Welt, in der physikalische Eigenschaften unter bestimmten Bedingungen nicht unabhängig von ihrer Beobachtung existieren. In beiden Fällen wäre, 50 Jahre nach seiner Formulierung, der lokale Realismus ein für alle Mal widerlegt.

Originalveröffenlichung:
Marissa Giustina, Alexandra Mech, Sven Ramelow, Bernhard Wittmann, Johannes Kofler, Jörn Beyer, Adriana Lita, Brice Calkins, Thomas Gerrits, Sae Woo Nam, Rupert Ursin, and Anton Zeilinger

Bell violation using entangled photons without the fair-sampling assumption. Nature, 14. April 2013, Advance Online Publication, DOI:10.1038/nature12012, e-print: http://arxiv.org/abs/1212.0533

Quelle: Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ)

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Warum große Hunde jung sterben

Donnerstag, März 14th, 2013

(pug) Große Hunde haben eine niedrigere Lebenserwartung als kleine, weil sie schneller altern. Zu diesem Schluss kommt eine aktuelle Studie der Universität Göttingen, in die Daten von mehr als 50.000 Hunden einflossen, die 74 verschiedenen Rassen angehörten. Der negative Zusammenhang zwischen Größe und Lebenserwartung ist von verschiedenen Tierarten bekannt, unter anderem auch von Mäusen, Ratten und Pferden. Unklar war bislang jedoch, wann – das heißt in welchem Lebensabschnitt – Dogge & Co. für ihre Größe mit Lebensjahren zahlen müssen. Die Ergebnisse der Studie wurden in der Fachzeitschrift American Naturalist veröffentlicht.

Die Forscher untersuchten den Zusammenhang zwischen der Größe und dem rassespezifischen Verlauf der Mortalitätskurve, also der Abhängigkeit des Todesrisikos vom Alter. „Große Hunde altern schneller als kleine. Im Vergleich zu ihren kleineren Artgenossen scheint es, als ob ihr Erwachsenenleben im Zeitraffer abläuft“, erläutert Dr. Cornelia Kraus von der Abteilung Soziobiologie/Anthropologie der Universität Göttingen. „Dies kann jedoch nur eine erste Antwort auf die Frage sein, warum große Hunde jünger sterben als kleine. Wir vermuten, dass die niedrigere Lebenserwartung großer Rassen die Folge eines übermäßig schnellen Wachstums sein könnte. Zukünftige Studien müssen sich unter anderem mit den Todesursachen und physiologischen Mechanismen beschäftigen, die diesen größenabhängigen Mortalitätskurven zugrunde liegen.“

Der negative Zusammenhang zwischen Größe und Lebenserwartung lässt sich nach Ansicht der Wissenschaftler nirgendwo so gut untersuchen wie beim Hund: Durch künstliche Selektion wurden Rassen geschaffen, deren Spannweite in der Körpergröße vom 2 Kilogramm schweren Chihuahua bis zum 80 Kilogramm schweren Englischen Mastiff reicht. Große Hunderassen sterben durchschnittlich im Alter von 5 bis 8 Jahren, während kleine Rassen ein durchschnittliches Alter von 10 bis 14 Jahren erreichen. Und noch eine Frage ist bislang unbeantwortet: Während die Regel „große Exemplare sterben früher“ für verschiedene Tierarten gilt, zeigt ein Vergleich der Tierarten miteinander, dass größere Säugetiere in der Regel länger leben als kleine.

Originalveröffentlichung: Cornelia Kraus et al. The Size-Life Span Trade-Off Decomposed – Why Large Dogs Die Young. The American Naturalist 2013. Doi: 10.1086/669665.

Quelle: Georg-August-Universität Göttingen

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Nahrungsergänzung in Eigenregie: Zu viel Calcium erhöht Sterblichkeit

Dienstag, Februar 26th, 2013

Bochum – Das Mineral Calcium, das täglich mit der Nahrung aufgenommen wird, ist wesentlich für die Knochengesundheit. Zusammen mit Vitamin D stellt es die Basistherapie bei Osteoporose, dem Knochenschwund, dar. Das positive Image des Mineralstoffs lässt viele Menschen zusätzlich Calcium einnehmen. Seit Längerem schon gibt es Hinweise darauf, dass die zusätzliche Einnahme von Calcium als Nahrungsergänzung zu mehr Herzinfarkten, Schlaganfällen und Todesfällen führen kann. Darauf weist die Deutsche Gesellschaft für Endokrinologie (DGE) anlässlich aktueller Studien hin. Sie rät dazu, Calcium besser nur mit der Nahrung aufzunehmen und nicht ergänzend zuzuführen.

Das Mineral Calcium macht etwa 1,5 Prozent der Körpermasse im menschlichen Organismus aus, ist essentiell für die Festigkeit von Knochen und Zähnen, aber auch wichtig für die „Signal-Weiterleitung“ innerhalb der Zellen. Calcium ist insbesondere in Milch und Milchprodukten, einigen Gemüsen (beispielsweise in Brokkoli, Grünkohl, Fenchel oder Lauch) und Mineralwässern, aber auch in normalem Trinkwasser enthalten, insbesondere wenn keine Kalkfilter in den Leitungen eingebaut sind. „Eine zusätzliche Einnahme von Calciumsupplementen zur Vorbeugung einer Osteoporose ist jedoch nur dann empfehlenswert, wenn eine ausreichende Kalziumaufnahme über die Nahrung nicht gewährleistet ist, wie es gerade bei älteren Menschen oft der Fall ist“, erläutert Professor Dr. med. Dr. h. c. Helmut Schatz, Mediensprecher der DGE aus Bochum. Obwohl von einer ausreichenden Versorgung über die Nahrung ausgegangen werden kann, nehmen viele Menschen zusätzlich Calcium zu sich. Eine Erhebung aus dem vergangenen Jahr ergab, dass etwa die Hälfte der US-amerikanischen Bevölkerung Calcium als Tabletten oder Brause zuführt.

Eine Auswertung der Daten von etwa 380.000 Männern und Frauen aus einer Studienpopulation des National Institutes of Health (NIH) der USA über einen Zeitraum von zwölf Jahren zeigte nun Besorgnis erregende Ergebnisse. Die Calciumeinnahme ab 1000 mg/Tag war bei Männern mit einem um 20 Prozent höheren Sterberisiko an kardiovaskulären Erkrankungen verbunden. Bei Frauen hingegen wurde hier kein Anstieg beobachtet. Nicht berücksichtigt wurden allerdings in dieser großen Analyse andere Faktoren wie beispielsweise zusätzlich eingenommenes Vitamin D. Es bleibe somit offen, ob es einen Geschlechtsunterschied wirklich gebe, so der Experte aus Bochum.Eine weitere aktuelle prospektive schwedische Kohortenstudie, die im British Medical Journal veröffentlicht wurde, untersuchte bei über 60.000Frauen ebenfalls den Zusammenhang von Calciumeinnahme und Sterblichkeit. Eine hohe tägliche Calciumaufnahme von >1400 mg war mit mehr Todesfällen infolge von Herzinfarkten verbunden, nicht aber mit mehr Todesfällen durch Schlaganfall. Bei niedrigeren Mengen von 600 bis 1000 mg/Tag wurde keine erhöhte Sterblichkeit gefunden. Professor Schatz bilanziert: „Beide Studien zeigen, dass es bei einer Calciumsupplementierung ab 1000 mg aufwärts pro Tag zu einem erhöhten kardiovaskulären Risiko kommt. Das gilt – solange wir keine weiteren Studien haben – gleichermaßen für Männer und Frauen.“ Calcium sollte man also nicht zusätzlich zu sich nehmen, sondern besser nur mit der Nahrung, rät der Endokrinologe aus Bochum.

Literatur:
Xiao, Qian et al.: Dietary and supplemental calcium intake and cardiovascular disease mortality. The National Institutes of Health – AARP Diet and Health Study, JAMA INTERN MED published online February 4, 2013, Abstract: http://archinte.jamanetwork.com/mobile/article.aspx?articleid=1568523
Michaëlsson, Karl et al., Long term calcium intake and rates of all cause and cardiovascular mortality: community based prospective longitudinal cohort study, BMJ 2013; Published 13 February 2013, Article: http://www.bmj.com/content/346/bmj.f228 Office of Dietary Supplements, National Institutes of Health. Calcium. November 13, 2012, Article: http://ods.od.nih.gov/factsheets/Calcium-HealthProfessional/

Quelle: Arbeitsgemeinschaft der Wissenschaftlichen Medizinischen Fachgesellschaften

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Akademien empfehlen neue Maßnahmen in der Antibiotika-Forschung

Dienstag, Januar 29th, 2013

Einer steigenden Zahl an Infektionen durch Antibiotika-resistente Bakterien stehen weltweit immer weniger wirksame Antibiotika gegenüber. Damit wird die erfolgreiche Behandlung infizierter Patienten immer schwieriger. Die Akademie der Wissenschaften in Hamburg und die Nationale Akademie der Wissenschaften Leopoldina geben in ihrer heute veröffentlichten Stellungnahme „Antibiotika-Forschung: Probleme und Perspektiven“ acht Empfehlungen, die Wege aufzeigen, die weitere Ausbreitung von Resistenzen zu verhindern und dringend benötigte Antibiotika zu entwickeln.

„Die Entwicklung gibt großen Anlass zur Sorge. Wir haben den Fokus in der Stellungnahme auf den Beitrag der Forschung und die erforderlichen gesellschaftlichen Rahmenbedingungen gelegt“, sagt Prof. Dr. Ansgar W. Lohse, Sprecher der Arbeitsgruppe „Infektionsforschung und Gesellschaft“ der Akademie der Wissenschaften in Hamburg. „Es bedarf“, so Lohse weiter, „wirklicher Anreize für eine neue und intensivere Antibiotika-Forschung und damit eine schnellere Entwicklung von Medikamenten.“

„Das Thema stellt eine Aufgabe an die gesamte Gesellschaft“, sagt Prof. Dr. Jörg Hacker, Präsident der Nationalen Akademie der Wissenschaften. Es erfordere nicht nur stärkere Forschungsanstrengungen und eine schnellere Umsetzung der Ergebnisse in die Anwendung, sondern auch einen Dialog darüber, wie verantwortungsbewusst Antibiotika eingesetzt werden und Resistenzen vermieden werden können. „Hierfür richten wir einen Runden Tisch ein, zu dem wir alle relevanten Partner einladen werden.“

Das weltweite Auftreten von Antibiotika-Resistenzen gehört nach Einschätzung der WHO zu den größten Gefahren für die menschliche Gesundheit. Schätzungen gehen jährlich von rund 25.000 Patienten allein innerhalb der EU aus, die an den Folgen einer Infektion mit Antibiotika-resistenten Bakterien sterben.

Die gesamte Stellungnahme ist als eBook frei zugänglich unter: http://www.degruyter.com/isbn/9783110306675

Die Stellungnahme als Broschur: Antibiotika-Forschung: Probleme und Perspektiven. Stellungnahme der Akademie der Wissenschaften in Hamburg und der Deutschen Akademie der Naturforscher Leopoldina – Nationale Akademie der Wissenschaften, Berlin (De Gruyter) 2013 (Abhandlungen der Akademie der Wissenschaften in Hamburg 2), 77 S., 29,95 EUR, ISBN 978-3-11-030667-5

Der Akademie der Wissenschaften in Hamburg gehören herausragende Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aller Disziplinen aus dem norddeutschen Raum an. Als Arbeitsakademie will sie dazu beitragen, die Zusammenarbeit zwischen Fächern, Hochschulen und anderen wissenschaftlichen Einrichtungen zu intensivieren und den Dialog zwischen Wissenschaft und Öffentlichkeit zu fördern. http://www.awhamburg.de

Die Leopoldina nimmt als Nationale Akademie der Wissenschaften Deutschlands mit ihren rund 1.500 Mitgliedern zu den wissenschaftlichen Grundlagen politischer und gesellschaftlicher Fragen unabhängig und öffentlich Stellung. Sie vertritt die deutsche Wissenschaft in internationalen Gremien und handelt zum Wohle der Menschen und der Gestaltung ihrer Zukunft. http://www.leopoldina.org

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