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Musik, Musikalität und Musikpraxis übten in allen Epochen der europäischen Kulturgeschichte eine große Faszination auf Künstler, Philisophen und Naturwissenschaftler aus. So setzten sich schon die Kirchenväter des Mittelalters oder Naturforscher wie Johannes Kepler mit musiktheoretischen Fragen auseinander. Seit dem 19. Jahrhundert aber wurde mit dem Aufkommen des Virtuosentums und mit dem Erscheinen von Künstlern wie Franz Liszt und Nocoló Paganini das technische Können des Instrumentalisten immer mehr in den Vordergrund gestellt. Die Konzerthäuser wurden zu einer musikalischen Hochleistungsarena. Ähnlich wie im Leistungssport gilt auch für den Musiker das Prinzip schneller, höher, weiter. Besonders in den letzten zwanzig Jahren sind die Anforderungen, die von Musikhochschulen und Konservatorien bei Aufnahmeprüfungen an die Bewerber gestellt werden, signifikant gestiegen. Die Studenten der Hochschulen und Frühbegabtenklassen werden immer jünger und immer besser. Das bedeutet gleichzeitig, daß schon kleinste Verletzungen und Irritationen – besonders im neurologischen Bereich – eine professionelle Musikerlaufbahn unmöglich machen. Nur geringe Koordinationsschwierigkeiten der Hände, ein Kribbeln oder eine geringe Verlangsammung der Bewegungsabläufe, können die Musikausübung auf so hohem Niveau entscheidend beeinträchtigen. Aus diesem Grund soll sich die vorliegende Arbeit speziell dem Gebiet der neurologischneurochirurgischen Erkrankungen widmen, weil diese das „Steuerungszentrum des Musikers“ – das Gehirn – direkt betreffen. Seit die 90-er Jahre des 20. Jahrhundert zur „Dekade des Gehirns“ erklärt wurden, rückte auch das Gehirn des Musikers in den Aufmerksamkeitsfocus der Neurowissenschaftler. Im Vordergund stand hierbei die Grundlagenforschung, weniger klinische Fragestellungen, die einen betroffenen Musiker direkt betreffen. Daher soll mit der vorliegen Arbeit ein Versuch unternommen werden, die Auswirkungen von neurologischen Erkrankungen, SchädelHirnVerletzungen oder Hirnoperationen auf die Musikausübung aufzuzeigen. Dies soll anhand historischer Fallstudien großer Komponisten vom Barock bis zum 20. Jahrhundert sowie zeitgenössischer MusikerPatienten geschehen. Auf dem Gebiet der Neurochirurgie wurden in den lezten Jahren bedeutende Fortschritte erzielt und neue, schonende Operationstechniken entwickelt. So können Eingriffe am Zentralnervensystem heute immer präziser ausgeführt werden. Die Wahrscheinlichkeit, eine bleibende Behinderung davonzutragen, ist drastisch gesunken, jedoch kann ein solcher Eingriff trotz aller modernen Techniken auch heute noch für eine professionelle Musikerlaufbahn das Aus bedeuten. Problematisch ist, daß es weder aus dem medizinischen noch aus dem musikpädagigischen/musikwissenschaftlichen Bereich Empfehlungen oder Erfahrungen gibt, wie eine neurologische Rehabilitation für den Musiker durchgeführt werden könnte oder wie der Musiker mit einer solchen Erkrankung umgehen sollte. Auch für die technische Arbeit und einen möglichen Wiederaufbau erlernter Fertigkeiten am Instrument gibt es keine Erfahrungswerte. Wie bei jeder Rehabilitation sollte das Ziel sein, seine alten Fähigkeiten und Leitsungsniveaus wiederzuerlangen. Für den Musiker ist es jedoch sehr schwer, diesbezüglich Hilfe und Beratung zu bekommen. In ganz Deutschland gibt es an nur zwei Musikhochschulen Spezialsprechstunden für Musikermedizin, viel zu wenig, wenn man bedenkt, daß es in Deutschland etwa 30 000bis 40 000 Berufsmusiker gibt. Noch schwerer ist es für den Musiker, einen Arzt zu finden, der auf die neurologischen Grundlagen des Instrumentalspiels spezialisiert ist. Bei Verletzung und geplanten Operationen des Gehirns ist daher beim Musiker nicht nur eine neurochirurgische Behandlung notwendig. Schon bei der Planung der Operation muß bedacht werden, welche anatomischen Strukturen des Gehirns für die Musikausübung- und Wahrnehmung von Bedeutung sind und daher so weit wie möglich geschont werden müssen. Die Planung, Durchführung und Nachsorge einer solchen Behandlung macht daher die koordinierte Zusammenarbeit zwischen Patient, Arzt und Musikpädagogen notwendig, um dem betroffenen Musiker eine erfolgreiche Rehabilitation zu ermöglichen. Ziel der Arbeit ist es, anhand von Fallbeispielen Zusammenhänge von neurologischen Funktionen und Musikausübung darzustellen und die Chancen einer erfolgreichen neurologisch- neurochirurgischen Behandlung und Rehabilitation beim Musiker aufzudecken.
Natürliche Killerzell-vermittelte Zytolyse wird aktiviert und inhibiert durch die Interaktion mit bestimmten HLA-Klasse-I-Molekülen auf Zielzellen mit spezifischen immunoglobulinartigen Rezeptoren (KIRs) auf NK-Zellen. KIRs sind hochgradig polymorph und werden klonal auf NK-Zellpopulationen innerhalb des Individuums verteilt. Bis jetzt ist die Regulation der KIR-Expression durch individuelle HLA-Klasse-I-Moleküle noch nicht ausreichend verstanden. Um den möglichen Einfluss von HLA-Klasse-I-Phänotypen auf KIR-Verteilungsmuster zu verstehen, untersuchte ich die KIR-Verteilung in Individuen, die nach ihren Haupt HLA-C kodierten KIR-Epitopen (Gruppe C1 gegen Gruppe C2) unterteilt wurden. In dieser Dissertation untersuchte ich 99 hessische Blutspender und fand 8 Haplotypen (B5, B7, B8, B13, B14, B19, B21), die bisher nicht in Untersuchungen von deutschen Populationen beschrieben worden sind. In diesen Individuen wurden NK-Zellen nach ihrer KIR-Verteilung mittels Durchflusszytometrie und RNA basierter Expressions-Analyse untersucht. Die Resultate zeigen, dass KIR-Gene sehr ungleichmäßig verteilt werden mit zwei Hauptverteilungsmustern von KIR-Genotypen, die bereits als Gruppe A und Gruppe B (mit 21 verschiedenen Genotypen) beschrieben worden sind. Es gibt verschiedene Populationen, unterschiedlich stark CD158a und/ oder CD158b exprimierender NK-Zellen, die in allen Individuen koexistieren. Eine klare Korrelation zwischen KIR-Expression und zurzeit bekannten HLA-Klasse-I-Liganden wurde nicht beobachtet. Dies lässt den Schluss zu, dass die Oberflächenexpression von KIRs in Individuen mit unterschiedlichen HLAKlasse-I-Genotypen von anderen, nicht HLA-Klasse-I-kodierten Faktoren für die Ausprägung des KIR-Repertoires mitverantwortlich ist. Es scheint, dass hauptsächlich der KIR-Genotyp für die Ausprägung des KIR-Repertoires verantwortlich ist und dass lediglich die Anzahl der KIR-exprimierenden Zellen durch die spezifischen HLA-Liganden beeinflusst wird. Die molekularen und zellulären Faktoren einer KIR-Expression sind zum größten Teil unklar. Im Prinzip wird das exprimierte KIR-Repertoire von den kodierenden Genen bestimmt, wobei jedoch andere Faktoren angenommen werden, da Individuen mit identischen KIR-Phänotypen Variationen der Verteilung von peripheren NK-Zellen zeigen, die bestimmte KIRs exprimieren. Die Oberflächenexpression von KIRs bei bestimmten Individuen mit unterschiedlichen HLA-Klasse-I-Phänotypen in dieser Studie lässt vermuten, dass andere, als die beschriebenen HLA-Klasse-I-Phänotypen, möglicherweise als Liganden für KIRs dienen. Wie im Falle der Krankheitsentwicklung von HIV zu AIDS haben diese Faktoren einen enormen Einfluss und bieten, wenn sie näher charakterisiert werden können, unter Umständen die Möglichkeit eines neuen Behandlungsansatzes.
Das Ziel dieser Arbeit war, Unterschiede bezüglich der Körperbautypen an Elitekarateka zu eruieren. Hierzu wurden die Konstitutionstypologien nach Conrad, Knußmann, Parnell sowie Heath und Carter, Proportionsfiguren, und das Phantom stratagem verwendet, ebenso wie die Hautfettfalten-Dickenmessungen, die Bioelektrische-Impedanz-Analyse (BIA) und der Body-Mass-Index (BMI). Unter der Annahme Großmeisters Funakoshis, dass es durch ständiges Karatetraining zu körperbaulichen Konstitutionstypusänderungen kommt, wurde diese sportanthropologische Studie durchgeführt. Es sollte geklärt werden, ob innerhalb der Karatewettkampfdisziplinen Kata und Kumite unterschiedliche Körperbautypen, unter Einbeziehung des Sexualdimorphismus, zu finden sind. Die 80 untersuchten männlichen und weiblichen Karateka kamen aus den Disziplinen Kata (Schattenboxen) und Kumite (Freikampf). Im Vergleich dazu wurden 62 und 66 Breitensportkarateka als Kontrollgruppe gegenübergestellt. Das Vergleichskollektiv wurde aus zwei Fitnessstudios rekrutiert, in denen die Probanden 2 - 4 mal pro Woche trainierten. Die Messungen wurden unter standardisierten Bedingungen vom Verfasser dieser Arbeit (und einer Kollegin) durchgeführt. Die Ergebnisse wurden statistisch geprüft. Die Konstitutionstypognosen von Conrad, die durch die Betrachtungen der Somatocharts von Parnell bzw. Heath und Carter bestätigt wurden, zeigten Unterschiede der Leistungssportler gegenüber den Kontrollgruppen. Demnach ist der typische Kata- und Kumiteathlet kleiner und wiegt weniger als die Sportler des Vergleichskollektivs der Fitnessprobanden. Er ist athletischer gebaut und weist ein günstiges Verhältnis von aktiver und passiver Körpermasse auf. Des Weiteren sind innerhalb der Karatedisziplinen die Katasportler endomorpher als ihre Kollegen. Die Kumiteathleten nehmen mehr ektomorphe Positionen in den Somatocharts (Parnell, Heath und Carter) ein. Anhand der Ergebnisse lässt sich die ursprüngliche Vermutung Funakoshis nach differenzierten Konstitutionstypen sowohl für die beiden Untersuchungskollektive als auch innerhalb des Karate für die Wettkampfdisziplinen Kata und Kumite bestätigen. Die vorliegende Studie lässt den Schluss zu, dass es sowohl den Kata- als auch den Kumite-Konstitutionstypus im Karate gibt. Weiterer Forschungsbedarf besteht hinsichtlich longitudinaler Datenerhebungen des Konstitutionswandels jugendlicher Karateka im Laufe ihrer Wettkampfkarriere. Die Karriere beeinflussende Faktoren wie Trainingshäufigkeit, „Trainingsalter“ und Verletzungshäufigkeit, bezogen auf das Leistungsniveau, lassen Spielraum für weiterführende Untersuchungen. Dies gilt auch für eventuelle ethnische Körperbauunterschiede und das Leistungsniveau der Athleten.
One of the most important tasks in chemistry and especially in structural biology has always been the elucidation of three-dimensional molecular structures - either of small molecules or large biopolymers. Among the (bio)physical methods to acquire structural data at atomic resolution electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy is the most valuable technique for obtaining structural information about many different kinds of paramagnetic species. In biological systems, either paramagnetic metal ions/clusters, transient paramagnetic intermediates in electron transfer processes or artificially attached stable spin labels can be found. The usual approach to interpret EPR spectra is to perform simulations based on the so-called spin Hamiltonian (SH). This means that the well-defined numerical parameters (tensors) in the SH representing different types of interaction are obtained by fitting the experimental data. The SH parameters include electronic g-values, hyperfine coupling (HFC) and quadrupole coupling (&C) constants, zero-field splittings and constants to describe exchange and dipolar interactions between electron spin systems. However, since the SH only contains spin degrees of freedom, a direct translation of the SH EPR parameters into structural information is not straightforward. Therefore, methods to predict such SH interaction parameters starting from molecular structures are required. In this thesis it was investigated whether quantum chemical calculations of EPR parameters based on density functional theory (DFT) methods may be employed to overcome these problems thus enabling a correlation of experimental EPR data with molecular structure. It was the central goal of this work to point out the potential of a fruitful interplay between quantum chemistry and experiment and to study how both can benefit from each other. For this purpose DFT methods were applied to a variety of organic radical or transition metal systems to calculate different EPR parameters. Using the 'broken symmetry' formalism it was possible to compute the exchange coupling constant for a nitroxide biradical and furthermore decompose the exchange mechanism in different through-bond and through-space interactions. Spin density distributions, 14N and 1H HFC constants as well as dipole moments and polarizabilities were computed for a number of aromatic nitroxides to examine their properties and select promising candidates which may serve as DNA-intercalating spin labels. Systematic investigations of the influence of hydrogen bond geometry on the 14N QC parameters for imidazole-water and methylimidazole-benzosemiquinone complexes lead to the conclusion that especially the imidazole amino nitrogen &C parameters are very sensitive probes of the bond geometry, in particular of the hydrogen bond length. The results of this study may be applied to biological systems, e.g. to gain structural information about quinone binding sites. Moreover, quantum chemical methods were applied to elucidate the structure of a nitrogen-centered radical intermediate in the inhibition process of ribonucleotide reductase (RNR). It was possible to find a molecular structure in accordance with all experimentally available data, thus revealing the longsought structure of the No radical and providing evidence for the trapping of a 3'-ketonucleotide in the reduction process catalyzed by RNR. To test the capability of modern DFT methods to predict g- and molybdenum HFC tensors for MoV complexes, validation studies were carried out. Comparison of computed EPR parameters of a number of MoV compounds with corresponding experimental values showed that g- and HFC tensors could be predicted in good accuracy, although some systematic errors of the computational methods have to be considered for such heavy 4d1 transition meta1 systems. Furthermore, DFT calculations on a Mn2+ binding site model of the hammerhead ribozyme allowed to conclude that the structure of the binding site as studied by EPR spectroscopy in frozen solution is very likely to be identical to the site found occupied by Mn2+ in crystals. Finally, computational methods were employed to aid in the structural characterization of the Mn2+ binding site in Ras (rat sarcoma protein) by providing accurate starting parameters for spectral simulations and furthermore helping to interpret the experimental data. In conclusion, it was demonstrated in this thesis that the combination of sophisticated experimental and quantum chemical methods represents a powerful approach in the field of EPR spectroscopy and that it may be essential to employ EPR parameter computations to extract the full information content from EPR spectra. Therefore, great potential lies in future applications of DFT methods to the large number of systems where detailed and reliable experimental data is available but where an unequivocal correlation of these data with structural information is still lacking.
Spontaneous carotid artery dissection-associated medial changes in a selected autopsy population
(2006)
Spontaneous carotid artery dissection (SCAD) is a major cause of stroke in young adults, yet its pathogenesis remains unclear. Hereditary connective tissue diseases, hormonal influences, sympathomimetic drugs or upper respiratory tract infections may predispose to dissection. Mechanical stress or minimal trauma may also act as a trigger. Various lesions of the arterial wall have been described in association with SCAD, but no prospective autopsy study to evaluate the presence of these lesions in normal controls was found. We performed a histologic evaluation of the carotid bifurcation and the aortic arch in an autopsy series to establish a baseline anatomy of the bifurcation and to determine whether similar lesions could be observed. In seven of 54 (12.96%) selected cases we observed isolated changes closely resembling those described for medionecrosis, fibromuscular dysplasia, mucoid degeneration and elastinolysis; and in one case, prior carotid artery dissection and coiling with a patent false lumen. Generally, vascular microanatomy in the carotid bifurcation can be highly variable. Lesions similar to those associated with spontaneous dissection are present in controls and appear non-specific for spontaneous dissection. They can be explained as reactive changes of smooth muscle cells (SMC) and the vascular wall in response to various stressors. Recent advances in vascular physiology are discussed to illustrate the concept of SMC phenotypic modulation. Forensic pathology can provide a large control population for extensive vascular analyses and further the understanding of normal and pathological vascular wall changes to help elucidate spontaneous arterial dissection.
Im Jahre 1876 führte der bis dahin unbekannte Militärchirurg namens Nikolaj Vladimirovic Eck (1849-1908) in St. Petersburg weltweit erstmals erfolgreich eine Nahtverbindung zwischen zwei Blutgefäßen (V. cava und V. portae) durch. Im Gegensatz zu dieser bedeutenden chirurgischen Pioniertat in einer Zeit, in der zuvor nur einfache Gefäßnähte zur Rekonstruktion bei Arterienverletzungen durchgeführt worden waren, ist in der medizinhistorischen Literatur fast nichts über das Leben und das Werk dieses Chirurgen angegeben. Ziel dieser Arbeit war es daher, das Leben und Werk dieses russischen Chirurgen an Hand der noch vorhandenen russischen Quellen zu erforschen. In der vorliegenden Arbeit sollen deshalb die Werke dieses russ. Chirurgen zusammengestellt, aus der russischen Sprache übersetzt und seine Bedeutung für die Geschichte der Chirurgie aufgezeigt werden. Die von Eck erstmals durchgeführte portocavale Anastomose bei Tieren sollte die Möglichkeit prüfen, ob eine solche Gefäßverbindung möglicherweise bei Patienten mit Leberzirrhose zur Behandlung des Aszites eingesetzt werden könnte. Diese Gefäßverbindung ging seit etwa 1890 als „Eck’sche Fistel“ in die Weltliteratur ein. Bis dahin war in der medizinischen Literatur nur von Übernähungen, Umstechungen und Unterbindungen von Blutgefäßen, aber noch nicht von Gefäßanastomosierungen berichtet worden. 1911 wurde auf dem Berliner Chirurgenkongreß gefordert, bei Patienten mit „Ascites infolge von Lebercirrhose eine Eck´sche Fistel zur Beseitigung desselben anzulegen“. Noch im selben Jahr führte Paul Rosenstein in Berlin erstmals beim Menschen eine Seit-zu-Seit Anastomose bei einem Patienten mit Aszites durch. Nikolaj Vladimirovic Eck wurde am 9. November 1849 in St. Petersburg als Sohn des Arztes Vladimir Jegorovic Eck (1818-1875) geboren, der Professor an der Kaiserlichen Medizinisch-Chirurgischen Akademie für Militärärzte in St. Petersburg war. 1860 erfolgte die Einschulung N. V. Ecks in die dritte Klasse des Gymnasiums zu St. Petersburg, vorher hatte er Privatunterricht genossen. 1865-1871 studierte er an der Militärakademie seiner Heimatstadt. Für seine 1871 noch als Medizinstudent publizierte Arbeit "Über die Polypen des Kehlkopfes" bekam er eine Auszeichnung der Akademie. 1872-1878 war Eck Leiter der chirurgischen Abteilung des Militärkrankenhauses in St. Petersburg. 1877-1878 nahm er als Militärarzt am russisch-türkischen Krieg teil. Nach seiner Rückkehr nach St. Petersburg erfolgten seine Verabschiedung aus dem Militärdienst und eine Tätigkeit in verschiedenen Zivilkrankenhäusern. 1883-1884 war Eck Delegierter der russischen Regierung bei der internationalen Hygienekonferenz in Alexandria. Auch 1885 war er Delegierter der russischen Regierung bei der internationalen Hygienekonferenz in Rom. 1888 erfolgte die Publikation seiner Dissertation über die Sterblichkeit in Russland. Eck starb am 5. April 1908. Eck war einer der führenden Chirurgen Russlands. 1877 publizierte er im „Militärmedizinischen Journal“ einen Fallbericht über die in Russland erste erfolgreiche transabdominelle Entfernung des „supravaginalen Teiles der Gebärmutter“ bei einer Patientin mit einem Uterusmyom. Außerdem wurden von ihm mindestens drei operative Exstirpationen von großen, zystischen Ovarialtumoren per Laparotomie („Ovariotomien“) in Narkose (wahrscheinlich mit Chloroform) durchgeführt. 1882 wurde von Eck angeblich erstmals in Russland eine Pylorusresektion wegen Magenkarzinom erfolgreich durchgeführt (1 Jahr nach der ersten erfolgreichen Operation durch Theodor Billroth in Wien). Bereits 1882 forderte Eck nach der Magenresektion wegen Tumoren im Pylorusbereich auf eine direkte Anastomosierung des Magenrestes mit dem Duodenum zu verzichten, sondern den Duodenalstumpf durch Naht blind zu verschließen und eine Gastrojenunostomie anzulegen. Dieser Gedanke wurde dann 1885 von Billroth in Wien erstmals beim Menschen erfolgreich durchgeführt [Operation nach Billroth II].
HINTERGRUND Ziel dieser Studie war es Normwerte bei gesunden Frankfurter Kindern für die Fahrradergometrie in halbliegender Position mithilfe des Godfrey Protokolls zu erstellen. Normwerte Gesunder sind in der Kinderkardiologie der Uniklinik Frankfurt vor allem für die Untersuchung von herzkranken Kindern als Referenzwerte wichtig. METHODEN Die Fahrradspiroergometrie erfolgte bei 122 Schülern (65 Jungen und 57 Mädchen) im Alter von 7 bis 15 Jahren. Alle Tests fanden unter vergleichbaren Bedingungen statt und wurden von zwei erfahrenen Untersuchern durchgeführt. Die Belastung begann bei 20 Watt und wurde jede Minute entsprechend der Körpergröße gesteigert. Kinder, die kleiner als 150 cm groß waren, wurden um 15 Watt/min gesteigert, Kinder über 150 cm Körpergröße hatten Belastungsstufen von 20 Watt/min zu bewältigen. ERGEBNISSE Ein Fragebogen gab Auskunft über den alltäglichen Bewegungsumfang der Schüler neben dem Sportunterricht. Es zeigte sich, dass ein Großteil der Probanden im Vereinssport aktiv war und dass der Schulweg nur bis zu einer Distanz von etwa 2 km auch zu Fuß oder per Fahrrad zurückgelegt wird. Geschlechtsspezifische Unterschiede in der Fahrradergometrie konnten bereits in den präpubertären Jahrgängen zugunsten der Jungen festgestellt werden. Auch das Alter erwies sich bei den Schülern abgesehen von den weiblichen, älteren Jahrgängen (13-15 Jahre) als guter Bezugspunkt für Leistung. Ebenso auffällig wie die nahezu gleiche Leistung der Mädchen diesen Alters waren auch die annähernd gleichen Körpergrößen. Mithilfe linearer Regression konnte eine Normalverteilung der Leistung aller Probanden bezogen auf die Körpergröße belegt werden. Das Alter ist ein angemessener Bezugspunkt für die Leistung solange Kinder wachsen. Besser ist die Körpergröße, da sie auch die Leistung von Kindern, deren Größe nicht dem Alter entspricht, angemessen beurteilt. Verglichen mit vorherigen Fahrradergometriestudien fiel die niedrigere Leistung der Frankfurter Probanden auf. Der direkte Vergleich mit der Godfrey Studie (Godfrey 1974) ergab sowohl geringere Arbeitslasten bezogen auf die Körpergröße der Frankfurter Schüler, als auch höhere maximale Herzfrequenzen und Sauerstoffaufnahmen der Godfrey Probanden. Auch Kölner Schüler, die 1987 von Klemt (Klemt 1987) auf dem Fahrradergometer belastet wurden, zeigten eine größere Leistungsfähigkeit. Das Klemt Protokoll führt durch lang andauernde Belastungsstufen, die körpergewichtsabhängig definiert werden, zu langen Belastungszeiten. Darin könnte ein Grund für bessere Leistungen der Kölner Kinder liegen. Die WIAD Studie (WIAD 2003) stellte erhebliche Leistungsminderungen bei über 20.000 deutschen Schülern in Ausdauer-, Kraft-, und Koordinationstests fest. Die Abnahme der Leistungsfähigkeit liefert einen Grund für niedrigere maximale Arbeitslasten der Frankfurter Kinder. Dennoch stellte sich die Frage ob die Frankfurter Kinder tatsächlich ausbelastet waren und welchen Einfluss die halbliegende Position in der Ergometrie einnimmt. Die Bestimmung der Ausbelastung einzelner Probanden anhand von Ausbelastungskriterien stellte sich schwierig dar. Ein Plateauwert der maximalen Sauerstoffaufnahme konnte nicht zuverlässig ermittelt werden. Maximale Herzfrequenzen der Frankfurter Probanden streuten weit und lagen im Durchschnitt unter denen zur Ausbelastung geforderten Werten. Diesen niedrigen Herzfrequenzen standen hohe Werte der Atemäquivalente und des relativen Atemminutenvolumens entgegen, die eine Ausbelastung anzeigten. Wichtig erscheint es neben objektiven Messdaten, die je nach Untersuchungsbedingungen starken Schwankungen unterliegen, auch subjektive Ausbelastungskriterien zu berücksichtigen. Die überwiegende Mehrheit an Fahrradergometerstudien findet in sitzender Position statt. Veröffentlichte Daten der liegenden Fahrradergometrie berichten von niedrigeren maximalen Arbeitslasten und maximalen Herzfrequenzen. Diese Beobachtung konnte durch unsere Probanden gestützt werden. Unterschiedlich wurde der Einfluss der Position auf das pulmonale System beurteilt. Unserer Beobachtung zufolge führt die halbliegende Position zu niedrigeren maximalen Sauerstoffaufnahmen, höheren Atemminutenvolumina und Atemäquivalenten. Die Lunge arbeitet weniger ökonomisch als im Sitzen. Die Atemhilfsmuskulatur kommt weniger effizient zum Einsatz. Möglich ist, dass die maximalen Schlagvolumenwerte bei Belastung im Sitzen höher sind als im Liegen. Darin könnte ein Grund für niedrigere Sauerstoffaufnahmen in liegender Position gefunden werden. SCHLUSSFOLGERUNG Die Maximalleistung bei Kindern während der Fahrradergometrie wird bedeutend durch die Körpergröße, die körperliche Fitness, das Belastungsprotokoll und die Position des Probanden auf dem Ergometer beeinflusst. Diese Studie belegt reduzierte Leistungen der Probanden in halbliegender Position mit größeren Anforderungen an das ventilatorische System. Untersuchungen, die speziell sitzende und liegende Fahrradergometrie bei den selben Probanden durchführen, sind nötig, um vor allem die Hintergründe für die schlechtere Atemökonomie zu erforschen und die Reaktion des Schlagvolumens auf Belastung zu beobachten.
Studies and measurements of linear coupling and nonlinearities in hadron circular accelerators
(2006)
In this thesis a beam-based method has been developed to measure the strength and the polarity of corrector magnets (skew quadrupoles and sextupoles) in circular accelerators. The algorithm is based on the harmonic analysis (via FFT) of beam position monitor (BPM) data taken turn by turn from an accelerator in operation. It has been shown that, from the differences of the spectral line amplitudes between two consecutive BPMs, both the strength and the polarity of non-linear elements placed in between can be measured. The method has been successfully tested using existing BPM data from the SPS of CERN, since presently the SIS-18 is not equipped with the necessary hardware. The magnet strength of seven SPS extraction sextupoles was measured with a precision of about 10%. The polarities have been unambiguously measured. This method can be used to detect polarity errors and wrong power supply connections during machine commissioning, as well as for a continuous monitoring of the "nonlinearity budget" in superconducting machines. A second beam-based method has been studied for a fast measurement and correction of betatron coupling driven by skew quadrupole field errors and tilted focusing quadrupoles. Traditional methods usually require a time-consuming scan of the corrector magnets in order to minimize the coupling stop band |C|. In this thesis it has been shown how the same correction can be performed in a single machine cycle from the harmonic analysis of multi-BPM data. The method has been successfully applied to RHIC. It has been shown that the stop band |C| (also known in the American literature as Delta-Qmin) measured in a single machine cycle with the new algorithm is compatible with the value obtained by traditional methods. The measurement of the resonance phase Theta defines automatically the best corrector setting, which was found in agreement with the one obtained with a traditional scan. A third theoretical achievement is a new description of the betatron motion close to the difference resonance in presence of linear coupling. Compared to the matrix formalism the motion is parametrized as a function of the resonance driving term f1001 only (which is proven to be an observable), whereas making use of the matrix approach four parameters need to be measured. Formulae describing the exchange of RMS emittances when approaching the resonances have been already derived in the 70s in the smooth approximation. New formulae have been derived here making use of Lie algebra providing a better description of the emittance behavior. The emittance exchange curves are predicted by new formulae with excellent agreement with multi-particle simulations and the counter-intuitive emittance variation along the ring of the emittance is proven to be related to the variation of f1001. A new way to decouple the equations of motion and explicit expressions for the individual single particle invariants have been found. For the first time emittance exchange studies have been carried out in the SIS-18 of GSI. Transverse RMS emittances have been measured during 2005 from rest gas monitor (RGM) data. Crossing the linear coupling resonance, the transverse emittances exchange completely. It has been observed that this effect is reversible. Applications of this manipulation are: emittance equilibration under consideration for future operations of the SIS-18 as booster for the SIS-100; emittance transfer during multi-turn injection to improve the eficiency and to protect the injection septum in high intensity operations, by shifting part of the horizontal emittance into the vertical plane. The emittance exchange curves obtained experimentally have been compared with analytic formulae providing a fast measurement (in few machine cycles only) of the linear coupling stop band |C|. Technical problems prevented the use of the eight skew quadrupoles installed in the SIS-18 to compensate the linear coupling resonance. It has been observed that the emittance exchange curve is highly sensitive to the beam intensity. Multi-particle simulations with 2D PIC space-charge solver have been run to infer heuristic scaling laws able to quantify the observable stop band, to be used for the resonance compensation. The analysis of BPM and RGM data has been performed making use of new software applications developed for this purpose. The bpm2rdt code for the harmonic analysis of BPM data has been written and tested with real data. The software reads the BPM turn-by-turn data and the Twiss parameters. Then it performs the FFT of these data, finds the peaks of the Fourier spectra and infers the RDT fjklm, the strengths ^hjklm and the local terms lambda-jklm. All these observables are printed out together with the corresponding values of the model, computed from the nominal values of strengths and the Twiss parameters. From the FFT of dual-plane BPM data the linear optics (beta functions and phase advances Delta phi) at the corresponding location is also inferred. From the measurement of f1000, the linear coupling coeffcient C (amplitude and phase) is also computed. The code has been tested by using existing SPS data and new RHIC data. For the on-line analysis of RGM data the rgm2emitt code has been written. The application reads in input the raw data files from the RGM and the beam loss monitor (BLM) respectively, the latter created by the RGM on-line software itself. From the RGM data the transverse beam sizes and emittances are inferred and used together with the BLM data to compute the tune shift during the machine cycle.
Aortale Partikelfiltration zur Reduktion von neurologischen Komplikationen in der Koronarchirurgie
(2006)
Eine verminderte Neuropathogenität nach kardialen Eingriffen, die durch technischen Fortschritt erreicht werden könnte, wird durch das alternde Patientenkollektiv mit steigender Inzidenz für Arteriosklerose und erhöhtem Risiko zerebraler Komplikationen ausgeglichen. Zerebrale Dysfunktionen bleiben die häufigste Ursache für postoperative Morbidität und Mortalität. Als wichtigste Quelle partikulärer Embolien gilt die aortale Verkalkung. Der Zusammenhang zwischen partikulären Embolien und konsekutiver zerebraler Dysfunktion ist bekannt. Kritischer Zeitpunkt für die Embolisation der Gewebspartikel in das Gehirn ist die Öffnung der Aortenklemme. Es konnte gezeigt werden, dass die Platzierung eines intraaortalen Filters kurz vor Öffnung der Aortenklemme, die Inzidenz der neurologischen und neuropsychologischen Komplikationen in einer Hochrisiko-Patientengruppe reduzierte. Die vorliegende prospektiv randomisierte Studie untersuchte 50 Patienten mit niedrigem Risikoprofil, die sich im Zeitraum August 1999 bis Februar 2001 einer aortokoronaren Bypassoperation mit kardiopulmonalem Bypass, unterzogen. Bei 25 Patienten wurde der intraaortale Filter (Embol-X Inc, Mountain View, CA) eingesetzt. Zur Beurteilung der Effizienz der intraaortalen Filtration wurden neuropsychologische Untersuchungen (Mosaik-Test, Benton-Test, Zahlenverbindungs-Test, Zahlennachsprech-Test, d2-Test, Beck-Depressions-Inventar) erhoben und als laborchemisches Korrelat das S-100B-Protein und die NSE bestimmt. Die neuropsychologischen Untersuchungen wurden präoperativ, 5 Tage und 2 Monate postoperativ durchgeführt. Die Laborparameter wurden zu fünf Abnahmezeitpunkten bestimmt (vor Narkoseeinleitung, nach Beginn der extrakorporalen Zirkulation, 10 Minuten nach Öffnen der Aortenklemme, eine Stunde und 24 Stunden postoperativ) bestimmt. Die Patientengruppen zeigten hinsichtlich der demografischen und intraoperativen Daten keine statistisch signifikanten Unterschiede.Neurologische Komplikationen fanden sich in keiner der Gruppen. Die Ergebnisse der neuropsychologischen Untersuchungen zeigten im Gruppenvergleich für keinen Zeitpunkt einen signifikanten Gruppenunterschied. Die Mittelwerte des S-100B-Protein-Konzentration der Gruppe mit Filter waren zu allen Abnahmezeitpunkten niedriger als in der Gruppe ohne Filter, das Signifikanzniveau von 5% wurde nur zum Abnahmezeitpunkt nach Beginn der EKZ erreicht; es handelte sich hierbei also nicht um einen methoden-, sondern wahrscheinlich patientenbedingten Unterschied. Die Mittelwerte der NSE-Konzentration unterschieden sich im Gruppenvergleich nicht. Die Tatsache, dass sich weder aus den neuropsychologischen Untersuchungen, noch der NSE-Konzentration pathologische Werte ergaben, sehen wir im niedrigen Risikoprofil des Patientenkollektivs begründet. Bei sonst homogener Risikofaktorverteilung wurden bei 7 von 50 Patienten palpatorisch aortale Plaques oder Verkalkungen nachgewiesen (14%). Die Daten der zwei Patienten aus der Gruppe ohne Filter und der 5 Patienten aus der Gruppe mit Filter wurden gesondert ausgewertet. Trotz des erhöhten Risikos zeigte sich bezüglich der postoperativen Ergebnisse kein Unterschied. Ob dieser Risikoausgleich der intraaortalen Filtration zuzuschreiben ist, bleibt zum jetzigen Zeitpunkt eine Annahme. Zusammenfassend konnten wir in dieser Patientengruppe mit niedrigem Risikoprofil bezüglich der neurologischen und neuropsychologischen Ergebnisse keinen Behandlungsvorteil der intraaortalen Filtration feststellen. Weitere Untersuchungen von Patientengruppen mit aortaler Verkalkung oder Plaquebildung werden notwendig sein, um den Nutzen der aortalen Filtration beurteilen zu können.