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Auf der Grundlage von elektrophysiologischen Messungen und konfokalen Schichtbildern einer neocorticalen Pyramidenzelle der Ratte wurde ein Computermodell dieser Zelle erstellt, das es erlaubt, elektrophysiologische Eigenschaften des Neurons zu simulieren. Mithilfe der Patch Clamp-Technik in der Ganzzell-Konfiguration wurden die intrinsischen elektrophysiologischen Eigenschaften des Neurons in vitro bestimmt. Hierzu gehörten: Membranpotential, Eingangswiderstand, somatische Membran¬zeitkonstante und das Strom-Spannungs-Verhalten. Während der Messung wurde in das Neuron der Marker Biocytin injiziert und danach zur mikroskopischen Darstellung mit einem fluoreszierenden Antikörper sichtbar gemacht. Die Schichtbilder der Zelle wurden mit einem konfokalen Lasermikroskop aufgenommen. Das Hintergrundrauschen der Aufnahmen wurde mit einer im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Software reduziert und so das Signal-Rausch-Verhältnis um den Faktor 20 verbessert. Aus den Bildern wurde im Computer mithilfe der Software NeuronStudio (Wearne et al. 2005) ein morphometrisches 3 D-Modell erstellt. Das 3 D-Modell wurde als Kompartimentmodell nach Rall (1977) in die Simulationssoftware NEURON (Hines und Carnevale 1997) übernommen, wo die Patch Clamp-Versuche in einer Computersimulation nachgestellt wurden. Durch Einfügen von geeigneten Ionenleitfähigkeiten in unterschiedliche Kompartimente des Modellneurons konn-ten mit diesem Programm die elektrophysiologischen Eigenschaften der Pyramidenzelle vor allem im unterschwelligen Bereich gut simuliert werden. Das Modell ermöglicht somit überprüfbare Aussagen über die Eigenschaften der Ionenleitfähigkeiten, die zum unterschwelligen elektrophysiologischen Verhalten der Zelle beitragen. Zudem können Hypothesen zum Einfluss verschiedener Ionenleitfähigkeiten auf das Gesamtzellverhalten erstellt und durch Experimente verifiziert oder falsifiziert werden.

Ziel dieser Arbeit war es, durch die Etablierung einer Methode zur Messung des Abstands zwischen Klauenbeinober- und Hornschuhinnenfläche am 3DComputermodell, Aussagen über die Lage des Klauenbeins unter verschiedenen Lastbedingungen machen zu können. Der Einfluss von steigendem Alter und zunehmender Anzahl an Abkalbungen und Laktationen auf die Lage des Klauenbeins und seine Lageveränderungen unter Belastung sollte untersucht werden. Für die Untersuchungen dieser Arbeit herangezogen wurden jeweils ein Vorder- und ein Hinterfuß von 41 Kühen der Rassen Deutsches Braunvieh und Deutsches Fleckvieh. Ausgewählt wurden die Tiere nach der Anzahl der Abkalbungen und Laktationen. Nach diesem Gesichtspunkt wurden sie in vier Untersuchungsgruppen (nullipare Tiere, primipare Tiere, multipare Tiere mit 2 bis 4 Abkalbungen, multipare Tiere mit 5 und mehr Abkalbungen) eingeteilt. Nach makroskopischer Beurteilung des Pflege- und Gesundheitszustands und einer funktionellen Klauenpflege wurden die Klauen im unbelasteten und belasteten Zustand computertomographisch untersucht. Anhand der Schnittbilder wurde eine 3-D-Rekonstruktion von Klauenbein und Hornschuh vorgenommen und der minimale Abstand zwischen Klauenbein- und Hornschuh am 3-D-Modell bestimmt. Mit Hilfe eines Rasters von Messpunkten wurden die Abstände an definierten und reproduzierbaren Stellen gemessen. Im unbelasteten Zustand ist der Abstand im apikalen Bereich der Sohlenfläche am geringsten und steigt in palmarer/plantarer Richtung an. Dies ist bedingt durch die Ausbildung einer zunehmend dicker werdenden Polsterschicht in der Ballenunterhaut. Am Tuberculum flexorium wird der Abstand von abaxial nach axial geringer. Dorsal am Klauenbeinrücken steigt er von der Klauenbeinspitze zum Processus extensorius an. An der abaxialen und axialen Wandfläche wird der Abstand in palmarer/plantarer Richtung größer. Die Außenklaue der Hintergliedmaßen hat an den meisten Messpunkten einen signifikant größeren Abstand als die Innenklaue. Mit zunehmendem Alter und steigender Nutzungsdauer wird der Abstand vor allem an der Sohlenfläche signifikant geringer. Grund ist vermutlich eine Klauenbeinsenkung durch morphologische Veränderungen im Klauenbeinträger der Wandlederhaut und im Stoßdämpfungsapparat der Ballenunterhaut Signifikante Änderungen des Abstands zwischen unbelastetem und belastetem Zustand vollziehen sich im Bereich der Sohle: Das Klauenbein senkt sich unter Belastung in Richtung Sohlenfläche ab. Die abaxiale und axiale Wandfläche und der Klauenbeinrücken zeigen nur geringe Abstandsveränderungen. Im apikalen Sohlenbereich kommt es bei den multiparen Tieren zu einem prozentual teils signifikant stärkeren Absinken unter Belastung im Vergleich zu den nulli- und primiparen Tieren. Hier wird die einwirkende Druckkraft hauptsächlich über den Blättchenapparat der Wandlederhaut transformiert. Bei den älteren Tieren ist es wahrscheinlich durch hormonelle Einflüsse um den Zeitpunkt der Abkalbung und durch Störungen der Lederhautdurchblutung im Sinne einer Reheerkrankung zu morphologischen Veränderungen des Aufhängeapparats gekommen. Nach palmar/plantar erfolgt wegen des schmaler werdenden Blättchenapparates in physiologischer Weise eine zunehmende Dämpfung der Kraft über die Polstereinrichtung der Ballenunterhaut. Die Einsinktiefen nehmen an der Sohle in Richtung Tuberculum flexorium zu und erreichen dort abaxial absolut und prozentual die größten Werte. Bei den nulli- und primiparen Tieren sind die Einsinktiefen großteils signifikant größer als bei den multiparen. Grund ist eine zunehmend dünnere Gewebeschicht zwischen Klauenbein und Hornschuh durch Absenkung des Klauenbeins und Änderungen in der Morphologie der Polstereinrichtungen. Während die Klauen der Vordergliedmaßen eher gleichmäßig einsinken, ist die Abstandsänderung der stärker belasteten Außenklauen der Hintergliedmaßen größer als die der Innenklauen. Außerdem sinken die Außenklauen der Hintergliedmaßen am Tuberculum flexorium unabhängig von Alter und Nutzungsdauer abaxial mehr ein als axial. Axial unterstützt das bradytrophe distale Zwischenzehenband die Aufhängung des Klauenbeins und kann der stärkeren Belastung der Außenklaue offensichtlich besser standhalten als die abaxiale Aufhängung über die Wandlederhaut. Durch die Klauenbeinsenkung bei älteren multiparen Tieren und durch eine anzunehmende Verschlechterung der Dämpfungseigenschaften der Polstereinrichtungen der Ballenunterhaut steigt das Risiko für Erkrankungen wie Sohlengeschwüre.

In der vorliegenden Arbeit wurde das 3-D-Modell des Gehirns eines frühen humanen Embryos angefertigt, des Weiteren eine 3-D-Software entwickelt, die es erlaubt, das Modell in Echtzeit manipulierbar darzustellen und es schließlich vollwertig stereoskopisch betrachten zu können. Diese Software wird Studierenden auf dem Server des Leibniz-Rechenzentrums zur Verfügung gestellt. Damit können sie am eigenen Rechner virtuelle 3-D-Modelle, die am Lehrstuhl III der Anatomischen Anstalt erarbeitet und bereit gestellt werden, plastisch (auch stereoskopisch) studieren. So besteht in Zukunft die Möglichkeit, die embryonale Entwicklung mit zeitgemäßen Methoden leicht verständlich zu veranschaulichen. Dem 3-D-Modell diente als Quellmaterial eine Schnittserie aus 574 Schichten eines menschlichen Embryos im Carnegie-Stadium 18. Die Schichten wurden über ein Mikroskop digitalisiert und am Computer wieder räumlich zueinander ausgerichtet. Um die ursprünglichen anatomischen Verhältnisse trotz der verzerrten Schnitte mit dem kommerziell verfügbaren Programm AmiraDev 3.0 möglichst korrekt herzustellen, wurde dieser elementare aber komplizierte Schritt durch selbst entwickelte Techniken unterstützt und sichtbar verbessert. Im so entstandenen Bilderstapel wurde das Gehirn markiert und dann zum virtuellen Modell trianguliert. Die hier entwickelte 3-D-Software erlaubt es, das willkürlich drehbare 3-D-Modell sowie andere Rekonstruktionen am Rechner anzuzeigen. Eine frei wählbare Schnittebene und die Transparenzfunktion geben Aufschluss über den inneren Aufbau des 3-D-Modells, z. B. über das Ventrikelsystem. In der Programmiersprache C++ wurden hocheffiziente, handoptimierte Bibliotheken für lineare Algebra und Computergrafik entwickelt, die eine ruckfreie Betrachtung ermöglichen. Im Hinblick auf Effizienz, Erweiterbarkeit und Fehlervermeidung wurde auf ein wohl überlegtes Software-Design mit sicherer Semantik Wert gelegt. Auch wenn ein virtuelles 3-D-Modell bereits einen besseren räumlichen Eindruck als eine plane Abbildung verschafft, kommt eine echte Tiefenwirkung erst durch stereoskopische Darstellung zustande. Diese wurde lege artis als asymmetrische perspektivische Projektion so implementiert, dass sie unkompliziert auf Tastendruck genutzt werden kann. Die ausgereifte Software beherrscht das Anaglyphenverfahren (Rot-Grün-Brille) genauso wie auch aufwendigere Projektionsverfahren. Die Arbeit stellt darüber hinaus in kurzer Form die für die Programmentwicklung relevanten mathematischen Grundlagen dar. Ferner wird ein Überblick über die im Internet verfügbaren, teils kommerziell vertriebenen Datensätze – speziell zur Embryologie – gegeben und das selbst entwickelte Darstellungsmodell mit seinen Vorteilen und den (selbst auferlegten) Beschränkungen in dieses Bezugssystem eingeordnet.