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Durch die Promotionsschrift werden die Auswirkungen der verschiedenen, von gravierenden gesellschaftlichen, politischen und wirtschaftlichen Wandlungsprozessen gekennzeichneten geschichtlichen und kunstgeschichtlichen Zeitabschnitten auf den städtebaulichen Entwicklungsprozess und die Architektur der mecklenburgischen Mittelstadt Güstrow im Vergleich zu der etwas kleineren Stadt Parchim dargestellt.
Die Arbeit ist in vier Hauptkapitel gegliedert: die Phase von den sog. Gründerjahren bis zum Ende des I. Weltkriegs (1871-1918), die Zeit der Weimarer Republik (1919-1933), die Phase der Herrschaft des Nationalsozialismus (1933-1945) und daran anschließend die Veränderungen der Bautätigkeit während der sowjetischen Besatzungszeit ab 1945 sowie in der Zeitspanne von der Gründung der DDR bis zur Wiedervereinigung (1949-1990). Ein letzter Blick auf das Baugeschehen bis in die unmittelbare Vergangenheit und die Gegenwart (1990-2015/16) schließt sich an.
Die Binnenstruktur jedes Hauptkapitels umfasst nach einer knappen Einleitung zu den jeweiligen geschichtlichen Umständen die stadtplanerischen internationalen und nationalen Tendenzen in diesem Zeitabschnitt. In weiteren Teilkapiteln werden Entwicklungen der beiden vorgestellten Städte im Verkehrssystem, den industriellen Strukturen und Versorgungseinrichtungen dargestellt, bevor auf kommunale und militärische Bauten, sowie dann speziell auf die Entwicklung im Wohnungs- und Siedlungsbau der genannten Städte eingegangen wird.
Planungsvorhaben und Baurealisierungen in den einzelnen Quartieren der Mittelstädte werden betrachtet, exemplarisch verhandelt und einer vergleichenden Analyse unterzogen. Anhänge mit Abbildungen, Landkarten, Stadtplänen, Bau- und Planzeichnungen sowie Fotos tragen zu einer greifbaren und transparenten komplexen Darstellung bei.
Prägnante Gebäude beider Städte sowie realisierte Typenbauten werden genau beschrieben.
Ein Resümee beantwortet die Frage nach Gemeinsamkeiten und Spezifika in der stadtplanerischen und architektonischen Entwicklung der Mittelstädte Mecklenburgs und beweist die Erkennbarkeit eines charakteristischen Schemas.
Die krankhafte Fettleibigkeit (Adipositas) wird in weiten Teilen der Welt zunehmend zum bestimmenden Gesundheitsproblem. Die Datenerhebungen der Weltgesundheits-organisation (WHO) sowie der Organisation zur wirtschaftlichen Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) zeigen einen deutlichen Anstieg der Adipositasprävalenz über die letzten Jahrzehnte. In vielen OECD Ländern gilt heute über die Hälfte der Bevölkerung als übergewichtig oder adipös (WHO: Website der WHO, zuletzt geprüft am 02.09.2017; OECD: Fettleibigkeit und Übergewicht nehmen in den OECD-Ländern weiter zu, zuletzt geprüft am 02.09.2017). Dies wird zur immer größeren Belastung für das Gesundheitssystem, da Adipositas mit vielen Sekundärkrankheiten wie Herz-Kreislauferkrankungen, Bluthochdruck und bestimmten Krebsarten assoziiert wird (Bray 2004; Després et al. 2001; Malnick und Knobler 2006). Für das Jahr 2003 wurde für das deutsche Gesundheitssystem dadurch ein finanzieller Aufwand in Höhe von 11 Milliarden Euro für die Behandlung von Adipositas oder durch Adipositas verursachte Komorbiditäten veranschlagt (Knoll 2010). Hinzu kommen „emotionale Kosten“ der Betroffenen, die unter sozialer Ausgrenzung und Stigmatisierung leiden (Latner und Stunkard 2003; Neumark-Sztainer et al. 1998; Sobal et al. 1995; Brewis et al. 2011; Brewis 2014).
Neben diesen klar Adipositas-assoziierten gesundheitlichen Beeinträchtigungen hat es immer wieder Untersuchungen zu einem möglichen Zusammenhang von Adipositas und Kognition gegeben. Dieser wurde in vielen Studien am Menschen untersucht und die bisherigen Ergebnisse sehr anschaulich von Anna Dahl und Linda Hassing 2013 beziehungsweise Christina Prickett und Kollegen 2015 analysiert (Dahl und Hassing 2013; Prickett et al. 2015). Diese Übersichtsarbeiten zeigen auf, dass es durchaus Belege für einen Zusammenhang von Adipositas und Kognition gibt, allerdings ist die Datenlage zu diesem Thema durchaus ambivalent.
In dieser Arbeit sollte deshalb der Einfluss von Adipositas auf die Kognition mithilfe eines etablierten Mausmodells für Adipositas untersucht werden. Zu diesem Zweck wurden adulte, vier bis sechs Monate alte, Leptin-defiziente Mäuse (ob) und deren Wildtypkontrollen (wt) vergleichend untersucht. Unsere Daten zeigen, dass Adipositas im Mausmodell nicht mit einer kognitiven Beeinträchtigung einher geht. Sowohl im Verhaltensexperiment (hippocampusabhängiges Lernen, Morris water maze) als auch auf zellulärer Ebene in der Verbindungsdichte der Nervenzellen untereinander (Dichte dendritischer Dornen) zeigten sich zwischen Leptin-defizienten und Wildtyptieren keine signifikanten Unterschiede.
Allerdings wiesen Leptin-defiziente Tiere ein kleineres Hirnvolumen als Wildtypkontrolltiere auf, ein Ergebnis, das mit anderen Publikationen übereinstimmt (Ahima et al. 1999; Steppan und Swick 1999). Detaillierte Analysen der Volumenverhältnisse im Gehirn von Leptin-defizienten und Wildtypmäusen in dieser Arbeit ergaben, dass sich die relativen Größenverhältnisse im Gehirn von ob‑Tieren zugunsten des Hippocampus verschieben. Diese Ergebnisse widersprechen damit Befunden in adipösen Menschen, die kleinere Hippocampusvolumina aufwiesen (Isaac et al. 2011).
Die adulte hippocampale Neurogenese selbst, also die Bildung neuer, funktionaler Neuronen im adulten Gehirn, war im Gyrus dentatus von Leptin-defizienten Mäusen signifikant vermindert. Zusammen mit den Analysen von Proliferation und Apoptose von Hirnzellen im Gyrus dentatus, konnte diese eingeschränkt Neurogenese auf eine geringere Proliferation neuronaler Vorläuferzellen zurückgeführt werden. Die Überlebens-wahrscheinlichkeit schien dabei nicht beeinflusst, da keine erhöhte Apoptose im Gyrus dentatus ermittelt werden konnte.
Die hier durchgeführten Experimente konnten keine direkte, negative Auswirkung von Adipositas auf Kognition im Mausmodell belegen. Wenngleich ein Einfluss auf Aspekte der neuronalen Plastizität durch eine verminderte adulte Neurogenese sowie das Gehirngesamtvolumen bestätigt werden konnte, waren Veränderungen des Verhaltens der ob‑Tiere unter Berücksichtigung ihrer motorischen Defizite nicht nachweisbar.
Die postoperative Immundysfunktion ist ein bis heute noch nicht verstandenes Phänomen. Das Mausmodell der postoperativen Immundysfunktion (SID-Modell) leistet hierbei einen Beitrag zur Klärung der zugrunde liegenden Mechanismen. Diese Arbeit charakterisiert das SID-Modell und kombiniert es mit dem klinischen Modell des orthotopen Pankreaskarzinoms. Klinisch sichtbare und immunologisch nachweisbare Prozesse der postoperativen Immundysfunktion, wie sie am Menschen regelhaft beobachtet werden, sind auch im SID-Modell nachweisbar. Die Operation nach dem Modell der SID erzeugt einen postoperativen paralytischen Ileus, der bis zu einer Woche anhält. Begleitend zu dem paralytischen Ileus treten die charakteristischen Darmwandödeme und dilatierten Darmschlingen auf. Weiterhin kommt es zu einer Migration von neutrophilen Granulozyten in die Darmwand. Auch vom Aspekt des Traumas entspricht das Modell der SID einem großen chirurgischen Eingriff, was durch den Nachweis der erhöhten systemischen und lokalen HMGB1-Konzentrationen gezeigt wird. Die komplexen immunologischen Vorgänge im SID-Modell lassen sich anhand ausgewählter Zytokine und Stresshormone nachvollziehen und sind den immunologischen Prozessen nach großen chirurgischen Interventionen am Menschen sehr ähnlich. So führt das Modell der SID an mehreren Stellen zu einem ausgeprägten Eingriff in den Regelkreis der hypothalamo-hypophysär-adrenalen Achse und des Immunsystems. Der perioperative Stress aktiviert die hypothalamo-hypophysär-adrenale Achse, die wiederum durch Glukokortikoide die Konzentration pro-inflammatorischer Zytokine minimiert. Diese begünstigen ihrerseits die Freisetzung von Glukokortikoiden. Dem entgegen fördert das durch ein operatives Trauma freigesetzte HMGB1 die Sekretion pro-inflammatorischer Zytokine aus Immunzellen. Es steht somit nun ein Modell zur Verfügung, das das Phänomen der postoperativen Immundysfunktion der Grundlagenforschung zugänglich macht.
Zusätzlich zur erfolgreichen Charakterisierung zeigt sich ein interessanter klinischer Bezug zum orthotopen Pankreaskarzinom-Modell. Dabei löst das SID-Modell einen erheblichen negativen Einfluss auf das Überleben von Mäusen mit einem Pankreaskarziom aus. Das SID-Modell könnte eine häufig existierende Situation am Menschen, bei denen sich ein Karzinom oder Metastase chirurgisch nicht vollständig resezieren ließ, abbilden und der Entwicklung neuer Strategien, wie etwa einer perioperativen Immunmodulation, dienen.
Der Zahnverlust, überwiegend bedingt durch Karies und Parodontitis, ist eine der häufigsten Erkrankungen unserer Gesellschaft. Herausnehmbarer Zahnersatz spielt eine große Rolle bei der Wiederherstellung von Kau- und Sprechfunktion, sowie der Ästhetik, daher ist das Ziel dieser Studie, die klinischen Parameter einer rein konuskronengetragenen oder kombiniert konuskronen- und klammergetragenen Prothese zu untersuchen und Folgeleistungen darzustellen. Weiterhin wurde die Zufriedenheit der Patienten mit diesem Zahnersatz in Abhängigkeit von der Art des Zahnersatzes überprüft.
Von April 2011 bis Juni 2012 wurden 24 Frauen und 25 Männer mit einem Durchschnittsalter von 68,9 Jahren untersucht. 43 Ober- und 37 Unterkieferprothesen befanden sich im Mittel 5,1 Jahre in situ. Es wurden 158 Konuskronen und 38 Klammerzähne klinisch untersucht. Dabei wurden Eckzähne und Prämolaren vor allem zur Konuskronenverankerung und Molaren häufig zur Klammerretention verwendet.
Es konnte gezeigt werden, dass im Unterkiefer durchschnittlich weniger Zähne (2,97) zur Retention der Prothesen benötigt werden als im Oberkiefer (3,29). Die Sondierungstiefen waren mesial durchschnittlich am höchsten. Rund 72 % der Pfeilerzähne wiesen einen Lockerungsgrad von 0 – 1 auf. Ein kariöser Defekt im Randbereich der Innenkoni trat selten auf (1,1 %).
Am zufriedensten waren die Teilnehmer mit der Ästhetik und dem Sprechen mit den Prothesen. Am schlechtesten schnitten die Prothesen beim sicheren Halt bzw. der Lagestabilität ab.
In den verfügbaren Patientenakten wurde am häufigsten die Druckstellenentfernung dokumentiert, gefolgt von den Rezementierungen der Primärkronen und der Friktionsverminderung.
Im Durchschnitt wurden bei den rein konuskronengetragenen Prothesen Kosten von insgesamt 344,97 € fällig (Eigenanteil (EA) der Patienten: 112,85 €; Krankenkassen-Anteil (KK): 218,32 €). Die kombiniert konuskronen- und klammergetragenen Konstruktionen waren bei der Instandhaltung etwas teurer: insgesamt 386,21 € (EA: 138,64 €; KK: 282,57 €).
Diese Arbeit kann als Orientierung zur Planung von prothetischen Behandlungsmaßnahmen und zur Aufklärung der Patienten dienen. Es kann abgeschätzt werden, welche Nachsorgeleistungen für den Zahnarzt und ggf. für das Dentallabor, sowie Folgekosten für den Patienten entstehen könnten. Die Analyse der Zufriedenheit mit dem doppelkronengetragenem Zahnersatz in Bezug auf Lage, Stabilität und Ästhetik könnte für Zahnärzte ebenfalls zur Argumentation bei der Beratung zu einer Neuversorgung mittels konuskronengetragenem Zahnersatz hinzugezogen werden.
Weiterhin ist diese Arbeit Grundlage für weiter klinische Studien zur Abschätzung klinischer Parameter in Bezug auf den prothetischen Erhaltungsaufwand und die Patientenzufriedenheit von anderen prothetischen Versorgungskonzepten Zahnersatz und deren Folgekosten.
Das Osteosarkom (OS) ist der häufigste primäre maligne Knochentumor bei Adoleszenten sowie jungen Erwachsenen und betrifft hauptsächlich die Metaphysen langer Röhrenknochen, v. a. des distalen Femurs und der proximalen Tibia. Die leitliniengerechte Therapie des malignen OS setzt sich aus einer prä- und postoperativen Polychemotherapie sowie der radikalen Tumorresektion zusammen. Das funktionelle Endresultat der Therapie hängt vom Umfang der Tumorresektion ab. Die Extremitäten-erhaltende Resektion der betroffenen Knochenregion ist einer Amputation vorzuziehen, obgleich diese mit einem erhöhten Risiko für den Verbleib von Tumorzellen einhergeht.
In dieser Arbeit zeigte die Behandlung von OS-Zellen mit CAP eine Hemmung der Proliferation von OS-Zellen U-2-OS und MNNG/HOS. Die Zugabe von N-Acetylcystein (NAC) führte zur Neutralisierung des CAP-abhängigen antiproliferativen Effekts. Western-Blot-Analysen intrazellulärer Peroxiredoxine (Prx) demonstrierten die Induktion zellulärer Redox-Mechanismen, welche als antioxidative Schutzsysteme und wichtige Regulatoren von Signaltransduktionsprozessen und Apoptose fungieren. In der Folge konnte gezeigt werden, dass CAP zu einer Induktion von Apoptose führt, welche durch spezifische Veränderungen der Kernmorphologie nachgewiesen wurde. Hierbei wurden signifikante Unterschiede zwischen CAP- und Kontroll-behandelten OS-Zellen bezüglich Kernfläche, Kernumfang, max. und min. Kerndurchmessers sowie der Signalintensität pro Zellkern gezeigt. Des Weiteren bestätigten Western-Blot-Analysen des Apoptosefaktors p53 und seine Phosphorylierung eine Induktion von Apoptose CAP-behandelter U-2-OS- und MNNG/HOS-Zellen. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit demonstrieren neben der CAP-induzierten Wachstumshemmung und Induktion von Apoptose in Krebszellen auch eine erfolgsversprechende Anwendung von CAP in der Behandlung des malignen Osteosarkoms, in der eine kombinierte CAP-/ Polychemotherapie als potentielle Zusatzoption die aktuelle Therapie ergänzen könnte.
Das Ziel dieser randomisierten kontrollierten Studie war es, die Effektivität eines häuslichen physiotherapeutischen Übungsprogramms mit visueller Anleitung zur Reduktion von CMD-Schmerzen im Vergleich zur Standardtherapie Okklusionsschiene zu testen.
Material und Methode: 32 Patienten mit Schmerzen im craniomandibulären Bereich und dem Wunsch nach einer Behandlung wurden in die Studie einbezogen. Als Einschlusskriterium galt ein Wert für Schmerzen von ≥ 3 auf der numerischen Analogskala (NAS). Die Befunderhebung erfolgte anhand der Research Diagnostic Criteria for Temporomandibular Disorders (RDC/TMD) und auf der Basis von Fragebögen zur Selbstauskunft über Belastungsfaktoren (DASS) sowie der Schmerzchronifizierung (GCPS). Nach Randomisierung ergaben sich für die Gruppe Schiene 16 Patienten (m/w = 4/12; Alter: 40,19 Jahre) sowie für die Gruppe DVD ebenfalls 16 Patienten (m/w = 2/14; Alter: 44,81 Jahre). Patienten der Gruppe Schiene erhielten eine okklusal adjustierte Okklusionsschiene mit Front-Eckzahnführung aus hartem Kunststoff und wurden angehalten, diese über einen Zeitraum von 4 Wochen jede Nacht zu tragen. Den Patienten der Gruppe DVD wurde die DVD ausgehändigt. Anschließend wurden sie instruiert, die darauf dargestellten Anleitungen für das häusliche Physiotherapieprogramm 3x täglich für 4 Wochen zu wiederholen. Eine Zwischenkontrolle erfolgte in beiden Gruppen eine Woche nach Therapiebeginn. Vier Wochen nach Therapiebeginn wurde eine erneute klinische Untersuchung angesetzt. Als Bewertungsmaßstab für den Therapieerfolg wurden insbesondere folgende Parameter einbezogen: mittlerer Wert auf der NAS-Schmerzskala sowie der Skala zur Bestimmung der Leistungseinschränkung und mittlere Anzahl druckschmerzhafter Bereiche der Kiefergelenke und Kaumuskulatur in den jeweiligen Gruppen jeweils vor und nach Therapie. Als statistische Verfahren zur Datenauswertung kamen sowohl deskriptive und bivariate Analysen, als auch die Interpretation von Konfidenzintervallen zur Anwendung.
Ergebnisse: Beide Gruppen zeigten eine signifikante Verbesserung hinsichtlich der Parameter Schmerz, Leistungseinschränkung und Zahl der druckschmerzhaften Bereiche. Eine Schmerz-reduktion von mindestens 30% wurde in der Gruppe Schiene bei 62,5% und in der Gruppe DVD bei 68,8% der Probanden erreicht. Im Vergleich beider Gruppen war in allen Parametern kein klinisch signifikanter Unterschied (p>0,05) bzw. keine Unterlegenheit der DVD gegenüber der Schiene zu verzeichnen. Bei der Reduktion druckschmerzhafter Bereiche war die DVD der Schiene sogar überlegen.
Schlussfolgerungen: Es konnte gezeigt werden, dass das Selbstmanagement von CMD-Schmerzen mittels häuslicher physiotherapeutischer Übungen im Verlauf von vier Wochen ebenso wirksam ist wie die Eingliederung einer Okklusionsschiene, vielleicht sogar dahin-gehend Vorteile hat, dass die Gesamtpersönlichkeit des Patienten angesprochen und er in die Beschwerde-/ Schmerzbefreiung aktiv einbezogen wird.
Die zwei für die Dissertation ausgewählten Studien gruppieren sich um die Thematik der Identifikation von Barrieren und fördernden Faktoren zur Verbesserung der frühen Detektion und schnellen Initialtherapie der schweren Sepsis / des septischen Schocks.
Vorausgehend zu den im Folgenden präsentierten Untersuchungen wurde die erste Interventionsphase einer im cluster-randomisierten Design angelegten Studie, in der unter der Beteiligung von 44 Kliniken untersucht wurde, a) inwiefern eine zeitgerechte antimikrobielle Therapie einen Einfluss auf die 28-Tage-Sterblichkeit von Patienten mit schwerer Sepsis / septischem Schock hat und b) ob eine multimodale Intervention, die u.a. die Etablierung eines Change Teams umfasst, die Einhaltung der Sepsis-Leitlinien stärker beeinflusst als das Implementieren üblicherweise durchgeführter Weiterbildungen in einer Kontrollgruppe, beendet (MEDUSA: Medical EDUcation for sepsis Source control & Antibiotics). Hierbei zeigte sich, dass es zwischen der Interventions- (IG) und der Kontroll-gruppe (KG) keinen signifikanten Unterschied hinsichtlich der Wahrscheinlichkeit, leitliniengerecht innerhalb der ersten Stunde eine antimikrobielle Therapie zu erhalten, gab (IG: 39.6%; KG: 36.0%; p=0.12). Bezüglich der Abnahme von mindestens zwei Blutkultursets vor der Gabe eines Breitband-antibiotikums wurde zunächst ein stetiger Anstieg ersichtlich, der bei fast 70% stagnierte und konstant blieb, wohingegen die Einhaltung dieser Leitlinie in der KG über die Zeit hinweg zwischen 45% und 58% variierte (p=0.001). Innerhalb der IG war die 28-Tage-Sterblichkeit der Patienten höher als in der KG (p=0.001). Diese Differenz durchzog sich allerdings vom Studienbeginn bis zum Ende.
Im Rahmen der sozialwissenschaftlichen Begleitforschung sollte untersucht werden, inwiefern es möglich ist, die Intervention in Vorbereitung auf die zweite Studienphase zu optimieren. Vor diesem Hintergrund wurden a) durch die MEDUSA Mitarbeiter dokumentierte Eindrücke aus 83 Besuchen in 16 Interventionskliniken inhaltsanalytisch nach Mayring ausgewertet sowie semistrukturierte Experten-interviews mit 17 Change Team Leitern am Ende der ersten Interventionsphase geführt, welche in Anlehnung an die Grounded Theory von Strauss & Corbin analysiert wurden. Hierdurch war es möglich, ein Rahmenmodell zu unterstützenden Bedingungen bei der Implementierung von Veränderungs-maßnahmen mittels Change Teams zu entwickeln, das sich aus fünf Kernkategorien zusammensetzt, denen einzelne unterstützende Bedingungen zugeordnet werden konnten: (1) das Zur-Verfügung-Stehen externer Unterstützungsleistungen, (2) aktivitätsfördernde Eigenschaften der Change Teams und deren Mitglieder, (3) unterstützende Implementierungsstrategien, (4) veränderungsförderliche Mitarbeiter-eigenschaften und (5) hilfreiche, strukturelle Begebenheiten in den Kliniken vor Ort.
Ergänzend zu der zuvor beschriebenen Untersuchung war es darüber hinaus nötig, konkrete Ursachen zu identifizieren, die eine leitliniengerechte antimikrobielle medizinische Versorgung von Patienten mit Sepsis verhindern. Hierzu wurden fünf Fokusgruppen mit insgesamt 29 Mitarbeitern – 11 Ärzten und 18 Pflegekräften – zu Barrieren bei der Früherkennung und leitliniengerechten Therapie der Sepsis befragt. Die Auswertung erfolgte in Anlehnung an die Prinzipien des Framework Approach von Ritchie und Spencer. Basierend auf den identifizierten Ursachen für das zu späte Erkennen einer Sepsis als auch den Gründen für eine zeit¬verzögerte Therapie nach bereits erfolgter Identifikation war es möglich, ein Rahmenmodell zu entwickeln, in dem stationsinterne als auch -externe Kommunikationsdefizite und Übergabe¬schwierigkeiten über den gesamten Behandlungspfad eines Patienten hinweg übersichtsartig dargestellt sind. Hierbei stehen die fünf Kernbereiche: (1) Präklinik, (2) Rettungsdienst, (3) Notaufnahme, (4) Normalstation und (5) Intermediate Care Station / Intensivstation im Vordergrund. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die alleinige Etablierung eines Change Teams je Krankenhaus nicht ausreichend war, um eine signifikante Verbesserung der zeitgerechten Identifikation und leitliniengerechten Therapie der Sepsis zu erreichen.
Die unterschiedlichen Behandlungsstrategien bei Verletzungen der Achillessehne werden in Fachkreisen intensiv und teils kontrovers diskutiert. Vor diesem Hintergrund wurde vorliegend eine Exploration der gegenwärtigen Versorgung von Patienten mit Achillessehnenschädigungen angestrebt. Die realisierte Methodik beinhaltete die Entwicklung eines standardisierten Fragebogens, der Items zur entsprechenden Exploration umfasste. Dieser Fragebogen wurde an Krankenhäuser in Deutschland (Fachabteilungen der Bereiche Chirurgie mit Schwerpunkt Unfallchirurgie, Chirurgie mit Schwerpunkt Orthopädie, Orthopädie mit Schwerpunkt Chirurgie, sowie Unfallchirurgie) geleitet. Es konnte ein Fragebogen-Rücklauf von N=112 erzielt werden. Darüber hinaus erfolgte eine Auswertung von Krankenblättern von Patienten mit Achillessehnenrupturen (N=70), die im Johanniter-Krankenhaus in Genthin-Stendal unfallchirurgisch versorgt wurden.
Das empirisch gewonnene Datenmaterial wies insbesondere auf eine multimodale Diagnostik bei einem Verdacht auf Achillessehnenruptur hin. Bestätigte Abrisse lagen weit mehrheitlich im mittleren Bereich der Achillessehne vor. Eindeutig dominierten männliche Patienten sowie sportbedingte Rupturen. Häufig waren bereits vor dem Trauma Probleme im Sehnenbereich wie etwa Tendopathien aufgetreten. Die Daten legten einen den Achillessehnenabriss tendenziell begünstigenden Einfluss des Faktors Diabetes nahe. Als Behandlungsmodus bei Achillessehnenverletzungen war weit überwiegend das offene operative Vorgehen gegeben, wobei unter den Nahttechniken insbesondere den Verfahren nach Bunnell und Kirchmayr/ Kessler Bedeutung zukam. Gewisse Potentiale eines primär konservativen, nicht als Regelbehandlung eingesetzten Vorgehens wurden nach den empirischen Daten bei partiellen Rupturen der Achillessehne, namentlich unter der Voraussetzung einer hohen Patienten-Compliance, erkannt. Grundsätzlich dominierte nach den vorliegenden empirischen Daten bei Achillessehnentherapien die operative Strategie, wobei im Vergleich zu früheren Berichten in der Fachliteratur eine gewisse Zunahme der Akzeptanz auch gegenüber einer konservativen bzw. primär noninvasiven Therapie erkennbar war. Unabhängig von der gewählten Behandlungsstrategie bei Achillessehnenverletzungen kann gemäß den empirischen Rückmeldungen die Schlussfolgerung gezogen werden, dass eine zügig eingeleitete und in der Folge sukzessive verstärkte Mobilisierung des Sehnenbereiches in der Rehabilitationsphase dieser Patienten einen hohen Nutzwert hat.
Ion thrusters are Electric Propulsion systems used for satellites and space missions. Within
this work, the High Efficient Multistage Plasma Thruster (HEMP-T), patented by the
THALES group, is investigated. It relies on plasma production by magnetised electrons.
Since the confined plasma in the thruster channel is non-Maxwellian, the near-field plume
plasma is as well. Therefore, the Particle-In-Cell method combined with a Monte-Carlo
Collision model (PIC-MCC) is used to model both regions. In order to increase the sim-
ulated near-field plume region, a non-equidistant grid is utilised, motivated by the lower
plasma density in the plume. To minimise artificial self-forces at grid points bordered by
cells of different size a modified method for the electric field calculation was developed in
this thesis. In order to investigate the outer plume region, where electric field and collisions
are negligible, a ray-tracing Monte-Carlo model is used. With these simulation methods,
two main questions are addressed in this work.
What are the basic mechanisms for plasma confinement, plasma-wall-interaction
and thrust generation?
For the HEMP-T the plasma is confined by magnetic fields in the thruster channel, generated
by cylindrical permanent magnets with opposite polarity. Due to different Hall parameters,
electrons are magnetised, while ions are not. Therefore, the dominating electron transport
is parallel to the magnetic field lines. In the narrow cusp regions, the magnetic mirror effect
reduces the electron flux towards the wall and confines the electrons like in a magnetic
bottle. At the anode, propellant gas streams into the thruster channel, which gets ionised
by the electrons creating the plasma. As a result of the electron oscillation between the two
cusp regions, ionisation of the propellant gas is efficient.
The magnetic field configuration of the HEMP-T also influences the plasma potential inside
the thruster channel. Close to the symmetry axis, the mainly axial magnetic field results in
a flat potential. At the inner wall, the field configuration reduces the plasma wall interaction
to only the narrow cusp regions. Here, the floating potential of the dielectric channel wall
and its plasma sheath result in a rather low radial potential drop compared to the applied
anode potential. As a result, the electric potential is rather flat and impinging ions at the
thruster channel wall have energies below the sputter threshold energy of the wall material.
Therefore, no sputtering appears at the dielectric wall. At the thruster exit the confinement
by the magnetic field is weakened and the potential drops with nearly the full anode voltage.
The resulting electric field accelerates the generated ions into the plume and generate the
thrust, but they are also able to sputter surfaces. During terrestrial testing, sputteringat vacuum vessel walls leads to the production of impurities. The amount of back-flux
towards the channel exit is determined by the sputter yield of the vacuum chamber wall. A
large distance between thruster exit and vessel wall reduces the back-flux and smooths the
pattern of deposition inside the thruster channel. Dependent on their material, the evolving
deposited layers can get conductive, modify by this the potential distribution and reduce
the thrust.
For the HEMP-T, ions are mainly generated at high potential close to the applied anode
potential. Therefore, the accelerated ions producing the thrust gain the maximum energy
as observed in experiment. Ions emitted from the thruster into different angles in the
plume contribute mainly to the ion current at angles between 30 â—¦ and 90 â—¦ . They mainly
originate from ionisation at the thruster exit. The resulting angular distribution of the
ejected ion current is close to the one of the experiment, slightly shifted by about ten
degrees to higher emission angles. In front of the thruster exit, electrons are trapped by
electrostatics forces. This enhanced density allows ionisation and an additional electron
density structure establishes.
What are possible physics based ideas for optimisation of an ion thruster?
An optimised thruster should have a high ionisation rate inside the thruster channel, low
erosion and an ion angular distribution with small contributions at high angles for min-
imised thruster satellite interactions. In experiments, the HEMP-T satisfies already quite
nicely these requests. In the simulations, low erosion inside the thruster channel and angular
ion distributions close to the experimental data are demonstrated. However, the ionisation
efficiency is lower and radial ion losses are larger than in experiment. A possible explanation
of these differences is an underestimated transport perpendicular to the magnetic field lines,
well known for magnetised plasmas.
A successful example for an optimisation using numerical simulations is the reduction of
back-flux of sputtered impurities during terrestrial experiments by an improved set-up of
the vacuum vessel. The implementation of baffles reduces the back-flux towards the thruster
exit and therefore deposition inside the channel. These improvements were successfully im-
plemented in the experiment and showed a reduction of artefacts during long time measure-
ments. This leads to a stable performance, as it is expected in space.
Manipulating and utilizing plasmas becomes a more and more important task in various research fields of physics and in industrial developments. Especially in nowadays spacerelevant applications there are different ideas to modify plasmas concerning particular tasks.
One major point of interest is the ability to influence plasmas using magnetic fields. To study the underlying physical effects that were achieved by these magnetic fields for both scenarios Particle-in-Cell simulations were done. Two examples are discussed in this thesis.
The first example originates from an experiment performed by the European Space Agency ESA in collaboration with the German Space Agency DLR. To verify the possibility of heat-flux reduction by magnetic fields onto the thermal protection system of a space vehicle a simplified experiment on earth was developed. Most of the heat that is created during re-entry comes from compression of the air ahead of the hypersonic vehicle, as a result of the basic thermodynamic relation between temperature and pressure. The shock front, which builds up in front of the vehicle deflects most of the heat and prohibits the surface of the space vehicle from direct contact with the maximum flux. State of the art spacecrafts use highly developed materials like ceramics to handle the enormous heat. An attractive approach to reduce costs is to use magnetic fields for heat-flux reduction. This would allow the use of cheaper materials and thus reduce costs for the whole space mission. A partially-ionized Argon beam was used to create a certain heat-flux onto a target. The main finding of the experimental campaign was a large mitigation of heat-flux by applying a dipole-like magnetic field. The Particle-in-Cell method was able to reproduce experimental observations like the heat-flux reduction. An additionally implemented optical diagnostics module allowed to confirm the results of the spectroscopy done during the experiment. The underlying effect that is responsible for the heat-flux reduction was identified as a coupling between the modified plasma and the dominating neutral flux component. The plasma, that is guided towards the target, act as a shield in front of the target surface for arriving neutrals. These neutrals are slowed down by charge-exchange collisions. Furthermore the magnetic field induces an increased turbulent transport that is also needed to reach a reduction in heat-ux. The turbulent transport was also obtained by three-dimensional Direct Simulation Monte Carlo simulations. Unfortunately, such source driven turbulence can not be expected in space, so that a heat flux reduction in real space applications is questionable. Nevertheless, other effects like the induced turbulence by the rotating vehicle can compensate the missing source driven effect.
The second scenario in which a magnetic field is used to modify the heat flux of a plasma is the operation of the pulsed cathodic arc thruster. The same Particle-in-Cell code was used to simulate a typical pulse of this newly developed thruster of Neumann Space Pty Ltd. The typical behavior of the thruster could be reproduced numerically. The thrust is mainly produced by fast electrons. These electrons are accelerated by electric fields as a result of a plasma-beam instability. This plasma-beam instability was verified by a phase space diagnostics for the electrons. To demonstrate the influence of the magnetic field a simulation of the cathodic arc thruster without magnetic field and one with magnetic field were compared. It was shown that the use of a magnetic field leads to a ten times larger thrust by directing the heat ux. The resulting narrow plume is an additional Advantage of the particle guiding magnetic field. This narrowness of the plume reduces the danger of interaction with other components of the space vehicle.
Both scenarios demonstrate the different capabilities for electromagnetic fields to manipulate plasmas and especially the corresponding heat-flux with respect to certain tasks. The possibilities range from reducing the heat-flux onto a target to maximizing the thrust by directing the heat-ux. This thesis demonstrates that simulations are a great tool to support experiments and to deliver an improved physics understanding. They help to identify the basic physics principles in the different systems, because they can deliver information not accessible to experiments.
In particular, a better understanding of the influence of electromagnetic fields on the heat-flux distribution in space-relevant applications was obtained. This can be the basis for further simulation-guided optimization, e.g. for the design of more effective cathodic arc thrusters. Here, the goal is to minimize costs for prototypes by replacing the hardware by virtual prototypes in the simulations. This allows to test basic design ideas in advance and get more highly-optimized designs at a fraction of time and costs.
