Fast alle relevanten kardio-vaskulären Risikofaktoren (wie die arterielle Hypertonie, Dyslipidämie, Diabetes mellitus, Adipositas) können durch Sport positiv beeinflusst werden (1,2). Auch beim Einstellen eines Nikotinkonsums ist Sport hilfreich. Dennoch ist der Großteil der deutschen Bevölkerung unzureichend körperlich aktiv (3). Die 3F Studie (Fit und Fun mit Fußball) als randomisierte prospektive Interventionsstudie wurde mit dem Ziel entwickelt, sportlich inaktive Bluthochdruckpatienten wieder zum Sport zu motivieren, mit dem Ziel, eine effektive Senkung des Blutdrucks zu erreichen und psychosoziale Aspekte positiv zu beeinflussen(14). Die Grundlage der 3F Studie bildete die ELITE (Ernährung, Lebensstil und individuelle Information zur Verhinderung von Herzinfarkt, Schlaganfall und Demenz) (13) Studie, in der prospektiv Risikofaktoren für Herzkreislauferkrankungen bei 4602 Teilnehmern evaluiert wurden. Aus dem ELITE Register erfolgte eine Rekrutierung und Randomisierung von Bluthochdruckpatienten, die sportlich seit Jahren inaktiv waren in eine Fußball Gruppe (FG, n=89) sowie in eine Kontrollgruppe mit intensivierten Präventionsempfehlungen (KG, n=86). Das Training erfolgte zwischen 2019 und 2020 durch DFB-lizenzierte Trainer mit dem neu entwickelten „Gesundheitsfußball“ Konzept 1x wöchentlich über 90 Minuten. Bei dem Konzept „Gesundheitsfußball“ handelte es sich dabei um eine modifizierte Art Fußball zu spielen. Primär wurde Wert auf die Gymnastik mit dem Ball und lange Aufwärmphasen gelegt und der Zweikampf Charakter des Fußballs abgelehnt. Die Spielfelder wurden zudem in ihrer Größe angepasst und der Spaß am Sport anstelle des Wettkampfgedankens gefördert. Der Fokus der Dissertation lag dabei auf der Subgruppenanalyse der Hypertoniker, unterteilt in Praxishypertoniker, manifeste Hypertoniker, Dipper und Non-Dipper sowie behandelte und unbehandelte Hypertoniker als auch die Evaluierung der psychosozialen Faktoren. Es stellte sich die Frage, ob alle Hypertonie Subgruppen gleichermaßen von dem neu entwicklten Sportkonzept profitierten. Über den Zeitraum von 14 Monaten konnten durch regelmäßiges Fußballtraining in Form von 90 Minuten pro Woche, eine relevante Blutdruckreduktion in allen HypertonieSubgruppen, eine Gewichtsreduktion, die Abnahme der notwendigen medikamentösen Begleittherapie und psychosoziale Faktoren im Vergleich zu einer Kontrollgruppe deutlich verbessert werden. Insbesondere profitierten jedoch die Teilnehmer mit einer Praxishypertonie im direkten Vergleich zu den Teilnehmern der manifesten Hypertonie, aber auch die Non-Dipper zeigten als einzige Subgruppe eine signifikante Reduktion des nächtlichen Blutdruckprofils. Sport in Form des Gesundheitsfußballs zeigte somit vielversprechende Ergebnisse in Bezug auf die kardio-vaskuläre Primärprävention.
The majority of cardiovascular risk factors (arterial hypertension, dyslipidemia, diabetes, obesity) can be positively influenced by the means of physical activity. Even nicotine consumption can be positively affected (1,2). Although this is well known among the general population, a great number of Germans are still not sufficiently physically active(3). The 3 F Study (Fit and Fun with Football), a randomized prospective interventional study was created with the aim to motivate patients with a cardiovascular risk profile who haven’t been physically active in decades, in order to proof the positive influence of sports in regard to a lowering of arterial blood pressure as well as it’s positive effects on mental health (14). This study was based on the register of the so-called ELITE-Study (nutrition, lifestyle, individual information for the prevention of myocardial infarction, stroke and dementia) which evaluated data of over 4602 study participants(13). In total 89 individuals were randomly recruited for the football teams and 86 individuals for the control group. The training took place between 2019 and 2020 on a weekly basis for 90 minutes each over a total of 14 months and was under the supervision of DFB- licensed football coaches. “Health football” is a modified football concept to minimize the risk of injuries associated with this sport. It focuses on adequate warm up sessions, equal opportunity with the ball for all the players and reduced the competitional aspects of it by prohibiting for example headshots. This dissertation focused on the subcategories of the hypertensive individuals and was divided into the following categories: white coat hypertension, essential hypertension, dippers and non-dippers as well as pharmacologically treated and untreated individuals. Furthermore, an evaluation of psychosocial factors was performed. Over the course of 14months, a repetitive “health football” training of 90minutes per week showed a significant reduction in blood pressure, weight and pharmacological therapy among all hypertensive subgroups in comparison to the control group. Furthermore, stress and depression were significantly reduced too. Especially individuals with white coat hypertension as well as non-dippers seemed to have benefited the most. “Health football” thus showed promising results in regard to primary prevention and could be a future tool as an established health program.
Most neurons in the central nervous system receive convergent input and thereby integrate activity from many other neurons. In sensory pathways, particularly the auditory brainstem, such convergence can enhance sensitivity or sharpen temporal precision when individual inputs are subthreshold and spikes are generated only by multiple coincident inputs (coincidence detection). Within the cochlear nucleus (CN), globular bushy cells (GBCs) receive large axosomatic synapses-the endbulbs of Held-from auditory nerve fibers (ANFs) and transmit their activity to binaural targets with high temporal fidelity. Each GBC is contacted by multiple endbulbs that vary in size, reaching up to a ten-fold difference between the smallest and largest input. To date, it remains unclear how this morphological heterogeneity contributes to function, namely the encoding of sound information. This thesis investigates how variability in the strength of converging endbulb inputs shapes GBCs' output, and how inhibition contributes to auditory encoding. To address this, I performed conductance-clamp recordings in acute brain slices of Mongolian gerbils. Excitatory input patterns were constructed to span anatomically informed ranges of input-strength variation, and inhibitory drive was included to test its regulatory role. Responses were assessed for simple pure-tone and naturalistic amplitude-modulated (AM) sounds. Three consistent results emerged. First, greater variability among excitatory inputs increased overall firing and improved tracking of stimulus envelopes. Second, the same variability reduced spike-timing precision, revealing a trade-off between rate-based envelope coding and faithful temporal coding. Third, inhibition acted primarily as gain control: it decreased sustained spiking and sharpened timing without eliminating reliable onset responses. Together, these findings support a framework in which anatomical heterogeneity positions GBCs along a functional continuum, from precise temporal transfer to improved envelope coding. Inhibitory inputs primarily regulate gain and refine timing, improving onset precision for pure tone and enhancing locking to AM. By combining conductance-clamp recordings with a coincidence-counting cell model (developed in collaboration), this work defines how input-strength variability and inhibition jointly set the timing-rate trade-off in GBCs. The data explain how the operation mode can shift depending on the information provided to the downstream binaural pathways, advancing a mechanistic understanding of the structure-function principles that support robust hearing in natural acoustic environments.
Die meisten Neuronen im Zentralnervensystem erhalten konvergierende Eingänge und integrieren die Aktivität vieler anderer Neuronen. In sensorischen Bahnen, insbesondere im auditorischen Hirnstamm, kann eine solche Konvergenz die Sensitivität oder die zeitliche Präzision erhöhen, wenn einzelne Eingänge unterschwellig sind und Aktionspotenziale nur dann entstehen, wenn mehrere Eingänge innerhalb eines engen Zeitfensters nahezu gleichzeitig eintreffen (Koinzidenzdetektion). Globuläre Buschzellen (GBCs) im Cochleariskern (CN) erhalten große axosomatische Synapsen—die Held‘schen Endknöpfe—von Hörnervenfasern (ANFs) und leiten deren Aktivität mit hoher zeitlicher Präzision an binaurale Zielstrukturen im auditiven Hirnstamm weiter. Jede GBC wird von mehreren Endknöpfen kontaktiert, die in ihrer Größe stark variieren und Unterschiede von bis zum Zehnfachen zwischen dem kleinsten und dem größten Eingang aufweisen. Bislang wurde nicht erforscht, wie diese Größenheterogenität die Kodierung von Schallinformation beeinflusst. Diese Arbeit untersucht, wie Variationen der Eingangsstärken konvergierender Endknöpfe die Schallkodierung von GBCs definieren und wie synaptische Hemmung die Schalkodierung verbessert. Hierzu habe ich Conductance-Clamp-Ableitungen in akuten Hirnschnitten der Mongolischen Rennmaus durchgeführt. Erregende Eingabemuster wurden so konstruiert, dass sie die morphologische Variabilität der Eingangsstärke abdeckten. Die Implementierung der Inhibition verdeutlichte deren spezifische Rolle bei der Kodierung von Reintönen und amplitudenmoduliertem (AM) Schall. Die Studie liefert drei konsistente Erkenntnisse. Erstens erhöhte eine größere Variabilität unter den erregenden Eingängen die Gesamtfeuerrate und verbesserte die Abbildung der Hüllkurve des auditorischen Stimulus. Zweitens verringerte dieselbe Variabilität die Präzision des Spike-Timings und offenbarte einen Kompromiss (trade-off) zwischen ratenbasierter Hüllkurvenkodierung und präziser zeitlicher Kodierung. Drittens wirkte Hemmung vor allem als Verstärkungsregelung: Sie reduzierte anhaltendes Feuern und schärfte das Timing, ohne die Onset-Antworten zu verringern. Zusammengefasst zeigen diese Ergebnisse, dass GBCs entlang eines funktionellen Kontinuums operieren: von präziser zeitlicher Übertragung bis hin zu ausgeprägterer Hüllkurvenkodierung. Die Inhibition Übernimmt dabei vor allem zwei Funktionen: sie reguliert die Verstärkung (gain) und verfeinert das Timing in dem sie die Onset-Präzision bei Reintönen verbessert und die Phasenbindung an AM verstärkt. Durch die Kombination von Conductance-Clamp-Ableitungen mit einem Coincidence-Counting-Zellmodell (entwickelt in Kooperation) zeigt diese Arbeit, wie Variabilität der Eingangsstärke und Hemmung gemeinsam den Funktionsmodus zwischen Timing- und Rate-Kodierung in GBCs festlegen. Somit wird der Ausgang dieses Neurontyps an die Verarbeitung in den Nachgeschalteten binauralen Neuronen des Hirnstamms angepasst. Die Studie liefert einen wichtigen Beitrag zum mechanistischen Verständnis jener Struktur-Funktion-Prinzipien, die die Grundlage für robustes Hören in natürlichen Umgebungen bilden.
von Tamara Radulovic ; Ezhilarasan Rajaram ; Lena Ebbers ; Sara Pagella ; Michael Winklhofer ; Conny Kopp‑Scheinpflug ; Hans Gerd Nothwang ; Ivan Milenković ; Anna-Maria Hartmann
von Philipp Eckert ; Philine Marchetta ; Marie Kristin Manthey ; Michael H. Walter ; Saša Jovanović ; Daria Savitska ; Wibke Singer ; Michele H. Jacob ; Lukas Rüttiger ; Thomas Schimmang ; Ivan Milenković ; Peter K. D. Pilz ; Marlies Knipper
