Lungenprotektiver Effekt einer Isofluran-Anästhesie im porcinen Polytraumamodell

Lungenprotektiver Effekt einer Isofluran-Anästhesie im porcinen Polytraumamodell

Witte I, Weuster M, Mohr J, van Griensven M, Ruchholtz S, Mommsen P, Hildebrand F, Flohé S

Fragestellung: Gravierende Traumata sind häufig mit einer Lungenfunktionsstörung assoziiert. Im vorgestellten Experiment wurde die Auswirkung einer volatilen Isofluran-Narkose in einem Polytrauma-Modell mit Lungenkontusion und konsekutivem ALI/ARDS hinsichtlich eines möglichen Lungenprotektiven Effekts untersucht.

Methodik: Es handelt sich um eine experimentelle prospektive Studie an Landschweinen (26-36kg). Es wurden vier Gruppen untersucht (n=5/Gruppe). Die Kontrollgruppe (Gruppe 1) wurde mit Anlage aller Katheter zur invasiven Überwachung (zentralvenösem Katheter, arteriellem Katheter, pulmonalarteriellem Katheter) versorgt. Die Narkose erfolgte mit Midazolam und Sufentanyl. Die 2. Gruppe unterschied sich zur ersten nur durch einen Wechsel der Narkose auf 1,5 vol. % 2,5 h nach Beginn bis zum Ende des Experimentes. Das Isofluran wurde über inhalativ über ein Narkosegerät appliziert. In der 3. Gruppe (Trauma) wurde ein Mehrfachtrauma mit einer Lungenkontusion durch ein Bolzenschussgerät, einer Leberlazeration durch eine kontrollierte penetrierende Leberverletzung und mittels eines hämorrhagischen Schocks (30mmHg für 90min max. 45% Blutverlust) induziert. Die 4. Gruppe (Trauma/Isofluran) erhielt eine Stunde nach dem Trauma entsprechend Gruppe 3 eine Narkose mit Isofluran inhalativ. Erfasst wurden Lungenfunktions- und Kreislaufparameter über einen Beobachtungszeitraum von 15,5 h. Die statistische Auswertung erfolgte mit Graphpad 6 und SPSS 20. Das Signifikanzniveau p<0,05 wurde mit einfaktorieller Anova ermittelt.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Das beschriebene Trauma führte zu einer signifikanten Verschlechterung des Gasaustausches direkt nach dem Trauma und der sich im Verlauf in Gruppe 3 bis zum akuten Lungenschaden ausbildet. Im Bezug auf den Vergleich zwischen der Trauma/Gruppe und der Trauma/Isofluran-Gruppe (Gruppe 3 und 4) zeigte sich ein deutlicher Vorteil zugunsten der Isoflurangrupppe bezüglich der Lungenfunktion. Die Compliance war statistisch signifikant besser in der Trauma/Isoflurane-Gruppe zu Zeitpunkt 11,5 h, 13,5 h und 15,5 h. Mit Isofluran konnte ferner ein besserer Gasaustausch mittels Horowitzquotient bei den Zeitpunkten 11,5 h, 13,5 h und 15,5 h nach Trauma jeweils bei p<0,05 gezeigt werden. Der Gasaustausch in der Trauma/Isoflurane-Gruppe entsprach denen der nicht traumatisierten Kontrollgruppen (1+2), während in der Trauma Gruppe 3 sich die Werte eines akuten Lungenschadens/Lungenversagens zeigten. Allerdings stieg der Katecholaminbedarf zur Aufrechterhaltung eines mittleren arteriellen Druckes von 60mmHg ab dem Zeitpunkt des Isofluraneinsatzes signifikant (p<0,05) an.

Aufgrund der vorliegenden Ergebnisse und Marktsituation (Anaconda) besteht Diskussionsbedaf, ob der Einsatz einer wenig invasiven Isoflurannarkose beim ALI/ARDS oder prophylaktisch beim schweren Thoraxtrauma durchgeführt werden sollte, bevor invasive Maßnahmen wie eine extrakorporale Membranoxygenierung erwogen werden.

 

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR22-705

doi: 10.3205/14dkou569urn:nbn:de:0183-14dkou5696

Published: October 13, 2014
© 2014 Witte et al.
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Traumaschwere als Einflussgröße: Ergebnisse eines porcinen Polytraumamodells

Traumaschwere als Einflussgröße: Ergebnisse eines porcinen Polytraumamodells

Horst K, Pfeifer R, Debus F, Ruchholtz S, Hildebrand F, Pape HC, Eschbach D

Fragestellung: Die Entwicklung eines Polytrauma-Langzeitmodells am Großtier, das die Situation des polytraumatisierten Patienten realistisch widerspiegelt, ist von hoher klinischer Relevanz. Ziel der vorliegenden Untersuchung ist der Vergleich verschiedener Schweregrade der Hämorrhagie im porcinen Polytraumamodell.

Methodik: Das Kombinationstrauma bestand aus Lungenkontusion, Leberstichverletzung, Tibiafraktur und hämorrhagischem Schock. In Gruppe I (n=15) erfolgte eine Hämorrhagie von 45% des Blutvolumens. Die Schockdauer wurde über 90 Minuten aufrechterhalten. In Gruppe II (n=10) erfolgte die Hämorrhagie von 50% des Blutvolumens bei einer Schockdauer von 120 Minuten. Die SHAM-Gruppe umfasste 5 Tiere. Nach Abschluss der Schockphase erfolgte eine standardisierte Volumensubsitution mit kristalloider Lösung. Die Beobachtungsphase mit mechanischer Beatmung unter intensivmedizinischer Überwachung umfasste 48,5h. Anschließend wurden die Tiere zur Probengewinnung euthanasiert.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Ergebnisse: Beide Trauma-Gruppen wiesen im Vergleich zur Sham-Gruppe signifikante Anzeichen des hämorrhagischen Schocks auf (HF, RRsys , Hb, Laktat, BE). Die untersuchten Schwergrade des hämorrhagischen Schocks führten allerdings nicht zu signifikanten Veränderungen der getesteten Laborparameter (Tansaminasen, Leukozyten, Thrombozyten, LDH, Kreatinin, Kreatinkinase, Myoglobin, Hb, Hämatokrit) wie auch den Werten der BGA (BE, Laktat, pH, HCO3, sO2, pO2, pCO2). Die Häufigkeit der kardiopulmonalen Reanimation nahm zu (Gruppe II 40% vs. Gruppe I 31,3%), die Mortalität unterschied sich nicht.

Zusammenfassung: Erstmals wurde ein klinisch relevantes Langzeitmodell von 48,5 Stunden aus Leber-, Lungen- und Extremitätenverletzung sowie einer Hämorrhagie am Großtiermodell etabliert und hinsichtlich verschiedener Hämorrhagie-Schweren analysiert. Die gewählten Schweregrade spiegeln die klinische Situation wieder. Aufgrund der steigenden Reanimationshäufigkeit bei verschärfter Hämorrhagie erscheint eine weitere Modellintensivierung (Hämorrhagie >50%) jedoch nicht sinnvoll. Analysen zu spezifischen Organveränderungen und der inflammatorischen Antwort dauern an.

 

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR22-691

doi: 10.3205/14dkou568urn:nbn:de:0183-14dkou5683

Published: October 13, 2014
© 2014 Horst et al.
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Einfluss eines Polytraumas auf die Anzahl im Blut zirkulierender multipotenter mesenchymaler Stromazellen

Einfluss eines Polytraumas auf die Anzahl im Blut zirkulierender multipotenter mesenchymaler Stromazellen

Fiedler J, Hengartner NE, Huber-Lang MS, Brenner R

Fragestellung: Multipotente mesenchymale Stromazellen (MSC) können aus verschiedenen adulten Geweben wie Knochenmark, Fettgewebe, Nabelschnur oder Knorpel isoliert und unter Differenzierungsbedingungen in unterschiedliche Zelltypen differenziert werden. Verschiedenen Studien zeigen, dass auch im Blut Zellen mit Stammzell-Charakter zirkulieren. Des Weiteren ist bekannt, dass systemisch applizierte MSC in Gewebe einwandern um dieses aktiv zu regenerieren oder durch ihre immunmodulatorische Funktion Entzündungen positiv beeinflussen. In dieser Studie wurde die Frage untersucht, ob ein Polytrauma die Anzahl im Blut zirkulierender, MSC ähnlicher Zellen beeinflusst und ob die Rekonvaleszenz nach einem Polytrauma neben den bekannten biochemischen Parametern auch mit der Menge zirkulierender, Stammzell-ähnlicher Zellen korreliert.

Methodik: Die Studie wurde mit Genehmigung der lokalen Ethikkommission durchgeführt. EDTA Blut von Patienten nach einem Polytrauma (N=8) mit einem Injury Severity Score (ISS)>16 wurde 0, 4, 12, 24, 48, 120 und 240 h nach Einlieferung asserviert. Mit Hilfe verschiedener Kombinationen von Fluoreszenz-gekoppelten Antikörpern wurden MSC Marker positive Zellen nachgewiesen. Als positive Marker wurden Kombinationen von CD90, CD105, CD29, MSCA1, CD166, CD73 und Stro1 benutzt, sowie CD45 als Negativmarker verwendet. Nach einer Erythrozytenlyse wurde mit Hilfe der Durchflusszytometrie der Anteil an CD45 negativen und MSC-Marker positiven Zellen bestimmt. Die Daten wurden durch eine Varianzanalyse (ANOVA) statistisch ausgewertet.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Es zeigte sich ein deutlicher Anstieg zirkulierender, MSC ähnlicher Zellen in den Blutproben zwischen 12h und 120 h nach einem Polytrauma. So war eine erhöhte Anzahl an CD105/CD166/Stro1, CD105/CD73/MSCA1, CD29/CD166/MSCA1 sowie CD90/CD73/Stro1 positiver Zellen messbar. Daraus kann gefolgert werden, dass die Anzahl der im Blut zirkulierenden MSC nach einem Polytrauma ansteigt. Da die Oberflächenmarker-Kombinationen mit denen bekannter Marker für MSC, die aus dem Knochenmark isoliert werden, übereinstimmen, wäre eine Beteiligung dieser Zellen an immunmodulatorischen oder regenerativen Prozessen naheliegend. Ob eine erhöhte Menge an zirkulierenden MSC nach einem Polytrauma mit einer verminderten systemischen Entzündungsreaktion oder verbesserter Geweberegeneration einhergeht, muss durch Erhöhung der Fallzahl und weitere biochemische Analysen statistisch abgesichert werden. Eine derartige Korrelation könnte bei der Therapie durch Transfusion von MSC bei Polytraumapatienten hilfreich sein.

 

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR22-1155

doi: 10.3205/14dkou567urn:nbn:de:0183-14dkou5676

Published: October 13, 2014
© 2014 Fiedler et al.
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Der molekulare Fingerabdruck der Entzündungsreaktion nach stumpfem Thoraxtrauma

Der molekulare Fingerabdruck der Entzündungsreaktion nach stumpfem Thoraxtrauma

Ehrnthaller C, Flierl M, Unnewehr H, Denk S, Gebhard F, Huber-Lang MS

Fragestellung: Nach einem stumpfen Thoraxtrauma kommt es häufig zu einer akuten pulmonalen Verschlechterung mit ARDS (adult respiratory distress syndrome), welches mit einer hohen Letalität verbunden ist. Besonders Mehrfachverletzte leiden häufig auch an einem ARDS, wobei die klinischen Anzeichen initial oft unauffällig sind.

Um die Pathophysiologie des Thoraxtraumas und des ARDS besser zu verstehen und an der Verletzung beteiligte Gene aufdecken zu können wurde die Auswirkung eines stumpfen Thoraxtraumas auf das Lungengewebe mittels einer genetischen Analyse untersucht.

Methodik: Zur Untersuchung der o.g. Fragestellung wurde ein Tierversuch mit Wistar Ratten durchgeführt. Nach Inhalationsnarkose und zusätzlicher Analgesie wurde mittels eines Druckwellengenerators ein stumpfes Thoraxtrauma appliziert. Nach 10 min. und nach 1, 3, 6, 12 und 24 Stunden wurden die Tiere getötet und die RNA aus dem Lungengewebe extrahiert. Anschließend wurde eine Microarray Analyse auf insgesamt 9.240 Gene durchgeführt. Die Daten wurden im Verhältnis zur Kontrollgruppe gesetzt und als Mittelwert +/- Standardfehler dargestellt. Als statistisch signifikante Abschwächung wurde ein Wert <0,5 und als Hochregulation ein Wert >2,0 angenommen.

Ergebnisse: Neben einer zu erwartenden Erhöhung pro-inflammatorischer Proteine und Teilen des Gerinnungssystems zeigte sich eine Hochregulation von Genen, deren Beteiligung im Thoraxtrauma bisher nicht bekannt war. Hier sind vor allem MAPK-phosphatase, Pendrin, Resistin, Metallothionein und Glukokortikoid-induced leucine zipper (GLIZ) zu nennen. Eine signifikante Abschwächung war bereits nach 10 Minuten für inflammatorische Proteine (LCR-1, C4a, IkB) und intrazelluläre Signalmoleküle (PI-3 kinase, Adenosinrezeptor) nachweisbar. Wie bereits von der genetischen Analyse der Sepsis bekannt, zeigte sich auch im Thoraxtrauma ein Dualismus mit sowohl hochregulierter als auch abgeschwächter Expression unterschiedlicher Teile der Proteinfamilien. So war z.B. bei Hochregulation von C3 und MKP-4 eine Abschwächung von C4a und MKP-21 auffällig.

Schlussfolgerung: Neben der im Thoraxtrauma bereits bekannten Hochregulation von Teilen der Entzündungs-, und Gerinnungskaskade konnte erstmals eine Beteiligung von Proteinen wie z.B. GILZ, Resistin, Granzyme K, Hämoxygenase 1 und Metallothionein nachgewiesen werden. Deren pathophysiologische Rolle und Funktion im Rahmen des Thoraxtraumas sind bisher nicht bekannt und sollten deshalb in zukünftigen Studien genauer untersucht werden.

Die im Rahmen der Studie gewonnenen Erkenntnisse können zum globalen Verständnis des Thoraxtraumas beitragen und die Basis für zukünftige Untersuchungen bisher unbekannter Proteinfunktionen im Thoraxtrauma darstellen.

 

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR22-1419

doi: 10.3205/14dkou566urn:nbn:de:0183-14dkou5661

Published: October 13, 2014
© 2014 Ehrnthaller et al.
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Einfluss der in vivo Immunmodulation des Transsignaling Systems auf die Knochenheilung im Trauma und Polytraumamodel der Maus

Einfluss der in vivo Immunmodulation des Transsignaling Systems auf die Knochenheilung im Trauma und Polytraumamodel der Maus

Kleber C, Reinhold JM, Malysch T, Schwabe P, Duda GN, Tsitsilonis S, Schmidt-Bleek K, Schaser KD

Fragestellung: Extremitätenverletzungen stellen die führenden Verletzungen im Rahmen des Polytraumas dar. Studien deuten auf die zentrale Rolle des IL-6 Zyotkinsystems im Rahmen der posttraumatischen Immunantwort hin. In einer klinischen Pilotstudie konnten wir erstmals die Interaktion der löslichen IL-6 Rezeptors (sIL-6R) und des Transsignaling (agonistische Funktion der plasmat. Bindung von IL-6 an den sIL-6R) mit dem Überleben zeigen. Weiterhin konnte unsere immunologischen Untersuchungen anhand des frühen Frakturhämatoms die Beteiligung des IL-6 an der Regulation der Frakturheilung zeigen.

Ziel unserer Studie ist die Untersuchung der Interaktion des Transsiganling mit der Frakturheilung im Polytrauma. Hierzu etablierten wir nach Genehmigung der Tierexperimente ein neues Polytraumamodell der Maus (hämorrhagischer Schock; Kettenverletzung: Femurosteotomie+Fixateur ext.; Tibiafraktur+Nagel).

Methodik: 36 C57/BL6 Mäusen (Alter: 12-14Wochen, Gewicht: 20-22 g) wurden bei 22± 2°C und einem 12h Tag/Nacht-Rhythmus gehalten. Nach 1 Woche Akklimatisierung erfolgte die Einteilung der Tiere in 2 Gruppen (Fx: Kettenverletzung; Polytrauma: Fx+ hämorrhagischer Schock). In beiden Gruppen erfolgten je 3 Interventionen: keine; Applikation i.p. 10ug sIL-6R; Applikation i.p. 100 ug sIL-6R Antikörper. Alle Operationen erfolgten in Inhalationsnarkose mit i.p. Analgesie. Die Induktion des Schockes erfolgte durch mikrochirurgische Arterotomie mit Einführen eines PE Schlauches zur sequentiellen Blutentnahme unter Messung des mittleren art. Blutdruckes mit Zielwert 35±5 mmHg. Die stand. Erzeugung der Femur-Fx erfolgte mittels Osteotomie und Stabilisation mit MouseExFix. Die Tibia-Fx wurde in der 3-Punkt Biegetechnik nach antegrader Nagelung der Tibia erzeugt. 21 Tage nach Trauma wurden die Tiere euthanasiert und die Knochenheilung des Femur mittels micro-CT Untersuchung analysiert.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Knochenheilung in der Fx- und Polytrauma-Gruppe unterschieden sich nicht signifikant. Die sIL6R-Gabe in der Fx-Gruppe zeigte im Vergleich zu keiner Modulation eine Verbesserung der Knochenheilung (p 0,001), wohingegen Polytrauma+sIL-6R Mäuse signifikant schlechter heilten (p 0,02). Die sIL-6R-AK Applikation in Poly-Mäuse hatte im Vergleich zu Polytrauma ohne Modulation oder sIL-6R Gabe eine signifikant verbesserte Knochenheilung zur Folge (p 0,009).

Wir konnten erstmals die Effekte einer in vivo Modulation des Transsignaling Systems auf die Knochenheilung im Trauma und Polytraumamodel zeigen. Unsere Ergebnisse zeigen die positiven Effekte des Transsignaling an der Regulation der frühen Knochenheilung. Beim Polytrauma kann durch eine Transsignaling vermittelte, überschießende und ungezielte Immunantwort, eine Verzögerung der Knochenheilung entstehen. Somit stellt das Transsignaling System eine der pathophysiologischen Ursachen für eine erhöhte Pseudarthrose-Rate beim Polytrauma dar.

 

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR22-1285

doi: 10.3205/14dkou565urn:nbn:de:0183-14dkou5654

Published: October 13, 2014
© 2014 Kleber et al.
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Etablierung und Validierung eines Polytraumamodells der Maus zur in vivo Analyse der posttraumatischen Immunantwort und Interaktion von hämorrhagischen Schock und Frakturheilung

Etablierung und Validierung eines Polytraumamodells der Maus zur in vivo Analyse der posttraumatischen Immunantwort und Interaktion von hämorrhagischen Schock und Frakturheilung

Kleber C, Becker C, Reinhold JM, Malysch T, Tsitsilonis S, Duda GN, Schmidt-Bleek K, Schaser KD

Fragestellung: Extremitätenverletzungen und der hämorrhagische Schock (hS) gehören zu den führenden Verletzungen des Polytraumas. Die posttraumatische Immunantwort wird durch den hS beeinflusst und interagiert mit der Frakturheilung. Der prognostische Effekt des hämorrhagischen Schocks auf die Frakturheilung wird kontrovers diskutiert.

Ein valides Tiermodell der Maus, welches eine Kombination aus Frakturen (Fx) mit einem hS simuliert und eine Immunmodulation erlaubt, fehlen bislang.

Deshalb entwickelten wir nach Genehmigung der Tierexperimente ein neues Polytraumamodell der Maus, welches für die Einzelverletzungen bereits standardisierte Modelle (hS; Fx: Femurosteotomie+ Fixateur ext.; Tibiafraktur+ Nagel) sequentiell kombiniert.

Methodik: 12-14W alte Mäusen (20-22 g) wurden nach 1 Woche Akklimatisierung in Inhalationsnarkose mit i.p. Buprenorphin-Analgesie operiert. Zur intraoperativen Überwachung wurde ein EKG mittels Nadelelektroden angelegt. Initial erfolgte die Induktion des hS: Präparation A. carotis rechts, Anlegen einer Ligatur kranial, Gefäßclip distal, mikrochirurgische Arterotomie, Einführen eines PE Schlauches, Induktion des Schockes durch sequentielle Blutentnahme (mittleren art. Blutdruckes Zielwert 35±5 mmHg), art. BGA, nach 60min Substitution des 1,5fachen Blutverlustes, Ligatur, Entfernung Katheter.

Stand: Erzeugung der Femur-Fx (lat. Längsinzision am li. Oberschenkel, stumpfe Präparation zwischen M. vast. lat. und bizeps fem. bis zur Femurdiaphyse, Anbringen des MouseExFix und Osteotomie mittels Gigli-Sägedraht) und Tibia-Fx (maximale Flexion Knie li., Stichinzision medial des Lig. patellae, antegrade intramed. Nagelung mittels Stahlkanüle), Fx mittels 3-Punkt Biegetechnik. Histologische Untersuchung der Schockorgane (Lunge, Milz; 3 mm Paraffin-Schnitte, HE Färbung, Zählung stab./segmentkernige Granulozyten und Messung der posttraumatischen IL-6 Konzentration mittels ELISA (R&D Systems).

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Im Rahmen des Experiments beobachteten wir eine Mortalität von 20%.

Es konnte in Analogie zur klinischen Situation ein suffizienter hS induziert werden (pH 7,17, BE -13, Laktat 29). Die Schockorgane (Lunge, Milz) zeigte 24h nach Trauma signifikant höhere Granulozyteninfiltration (p 0,02; 0,012). Die IL-6-Kinetik verlief analog zu unseren klinischen Daten mit Maximum zwischen 6-24h nach Trauma. Die Frakturheilung zeigte im Vergleich zu den Einzelmodellen vergleichbare Resultate im Mikro-CT.

Die klinischen relevanten Modelle des hS und der Femur-/Tibia-Fx konnten erstmals am Mausmodell erfolgreich kombiniert werden. Die standardisierte Erzeugung dieser Verletzungen ist aufgrund der Anatomie und Physiologie der Maus mikrochirurgisch schwierig, erlaubt aber erstmals eine in vivo Analyse/Modulation der posttraumatisch Immunantwort und quantitative Analyse der Interaktion und Kinetik von hS und Frakturheilung (Antikörper, Knockout).

 

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocGR22-831

doi: 10.3205/14dkou564urn:nbn:de:0183-14dkou5647

Published: October 13, 2014
© 2014 Kleber et al.
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