Podcasts about kolloiden

Intraoperative Blutverluste können durch intravasale Flüssigkeitszufuhr kompensiert werden, wobei sowohl die Art der Infusion als auch die Menge von entscheidender Bedeutung für eine stabile Hämodynamik sind und somit das Outcome großer abdomineller Eingriffe maßgeblich beeinflussen. Des Weiteren können Katecholamine zur Aufrechterhaltung einer suffizienten Blutversorgung beitragen. Nach der ersten Anwendung weckten Katecholamine große Hoffnungen das Outcome nach Operationen deutlich zu verbessern. Bald zeigten sich jedoch insbesondere bei hohen Dosierungen Nebenwirkungen (z.B. Reduktion der Organperfusion), was zu einem Umdenken führte. „In doubt give volume“ war ein weit verbreitetes Motto, das diesem Umdenken Ausdruck verlieh. Allerdings zeigte sich in Studien der letzten Dekade, dass eine ausgeprägt positive perioperative Flüssigkeitsbilanz zu einer erhöhten Komplikationsrate (z.B. Anastomoseninsuffizienz) und Letalität führen kann. Die Balance zwischen beiden Alternativen – Volumen und/oder Katecholamine - optimal zu gestalten, ist daher maßgeblich für das Outcome des Patienten. Schon 1942 wurde Humanalbumin erfolgreich als Volumenersatzmittel zur Versorgung von Brand- und Schwerstverletzten eingesetzt. Es folgten künstliche Kolloide wie Dextrane, Gelatine und die modernen HES-Lösungen, welche das teure Albumin aus der perioperativen Volumentherapie verdrängten. Aktuell geht die Tendenz der kolloidbasierten intraopertiven Volumentherapie mit HES - vor allem auf Grund der oben beschriebenen negativen Auswirkungen auf die Nierenfunktion bei Sepsis-Patienten [13, 52, 53] - wieder hin zur Gabe von Kristalloiden. Patienten mit eingeschränkter Nierenfunktion erhalten nun perioperativ wieder vermehrt Humanalbumin. Kolloidale Lösungen besitzen den Vorteil, dass sie Makromoleküle enthalten, welche die Verweildauer im intravasalen Kompartiment verlängern, da sie die unspezifische wasserbindende Funktion des Albuminmoleküls imitieren oder Albumin beinhalten. Bei einer Infusion von isoonkotischen Kolloiden beträgt der Volumeneffekt fast 100% nach gleich hohem Blutverlust oder perioperativer normovolämer Hämodilution (ANH). Im Vergleich dazu ist das Hauptmerkmal kristalloider Infusionslösungen das Fehlen von Makromolekülen. Sie enthalten entweder Elektrolyte oder Zucker. Aufgrund ihrer fehlenden onkotischen Komponente diffundieren kristalloide Lösungen rasch in den Extravasalraum und haben so eine sehr kurze intravaskuläre Verweildauer, weshalb der Volumeneffekt nach 30 Minuten bis 1 Stunde nur noch 20% beträgt [3, 69]. Aufgrund dieser sehr eingeschränkten intravasalen Verweildauer muss bei Blutverlusten fünfmal mehr Kristalloid als Kolloid über mehrere großlumige Zugänge infundiert werden, um eine ähnliche Hämodynamik in vergleichbarer Zeit zu erreichen. Dies kann eine große Belastung für den Körper darstellen. Bisher liegen überwiegend Studien über die Sicherheit der Volumentherapie mit HES oder Albumin aus der Intensivmedizin vor. Kontrollierte Studien zum Vergleich Humanalbumin mit modernem HES unter Anwendung von erweitertem invasivem Monitoring bei großen Operationen wie der radikalen Zystektomie mit relevantem Blutverlust gibt es jedoch wenige. Dies wurde nun im Rahmen dieser Arbeit vor allem unter Betrachtung der Hämodynamik differenziert untersucht. Des Weiteren sollte der Frage nachgegangen werden, ob eine mögliche hypotensive Wirkung von Albumin z.B. durch die Aktivierung von Faktoren des Komplementsystems (Hagemann-Faktor-Fragmente als Präkallikreinaktivator) [51] dargestellt werden kann. Ferner, ob durch Infusion von 5%-igem Albumin eine Veränderung der Ca2+-Konzentration sowie eine dadurch vermittelte negativ inotrope Wirkung festzustellen ist [61, 62, 63, 64]. Im vorliegenden Teil der Studie wurde somit nach Genehmigung des Studienprotokolls durch die Ethikkommission und das Paul-Ehrlich-Institut an 45 urologischen PatientInnen, welche sich einer Zystektomie mit anschließender Neoblase oder Ileum-Conduit unterzogen, die Wirkung der zwei Testsubstanzen: Humanalbumin® (Humanalbumin 5%) der Firma CSL Behring im Vergleich zu Volulyteâ 6% (aus Wachsmaisstärke) der Firma Fresenius (Hydroxyethylstärke 130/0,4) in einer monozentrischen, kontrolliert randomisierten, unverblindeten Studie untersucht. Folgende hämodynamisch relevanten Parameter wurden zu vier festgelegten Zeitpunkten gemessen (bei Narkoseeinleitung, 1h nach Schnitt, 2h nach Schnitt sowie am Operationsende vor Hautnaht): HF, RR systolisch, RR diastolisch, MAD über einen arteriellen Zugang, ZVD über einen ZVK, sowie CO, CI, SV, SVV, SVR und SVRI über den Vigileo®-Monitor und FloTrac®-Sensor. Außerdem wurde die Einfuhr (Kristalloide, Kolloide, EK und FFP) und die Ausfuhr wie Blut im Sauger (abzüglich der Spülflüssigkeit) notiert. Zusätzlich wurde der Blutverlust mit einer Hämoglobin-Dilutionsmethode berechnet. Die Urinbilanz wurde von einem erfahrenen Anästhesisten geschätzt und die Katecholamingabe (Noradrenalin, Adrenalin, Dobutamin und Vasopressin) dokumentiert. Zudem wurde die Kalziumkonzentration (freies, ionisiertes Ca2+) bestimmt und der Hämoglobin-Wert über eine Blutgasanalyse ausgewertet. Über einen festgelegten Transfusionsalgorithmus und Monitoring der Transfusionstrigger wie Tachykardie, Hypotension, EKG-Ischämie und Laktatazidose wurde die Menge der zu verabreichenden Kolloide, Kristalloide, Katecholamine, EK und FFP für beide Gruppen einheitlich gesteuert. Die von uns durchgeführte Untersuchung zeigt, dass sich die Hämodynamik in beiden Patientengruppen über die Dauer der Operation in vergleichbarer Weise entwickelte. Der MAD sank in beiden Kollektiven leicht, jedoch nicht signifikant über den Beobachtungszeitraum. Die vorbeschriebene hypotensive Wirkung von Humanalbumin konnte in dieser Studie daher nicht bestätigt werden. Auch der Ca2+-Spiegel verhielt sich in der HES-Gruppe ähnlich dem der Albumin Patienten und blieb nahezu konstant, stieg sogar minimal über die Dauer der Operation an. Dies ließ sich beispielhaft bei Patient Nr. 4 der Albumin-Gruppe beobachten, welcher mit einer Hypokalziämie von 0,72 mmol/l in die Operation startete (Normwert: 1,15 – 1,32 mmol/l). Dieser Patient erhielt über die Dauer des Eingriffes 1250 ml Humanalbumin (Median: 1750 ml), die Ca2+-Konzentration stieg jedoch bis t = 4 auf 0,82 mmol/l an. Die in der Literatur schon vorbeschriebenen Fälle von Hypokalziämie nach Infusion von Humanalbumin konnten somit in unserer Untersuchung nicht reproduziert werden. Daher war auch die mit einer Hypokalziämie einhergehende negative inotropische Wirkung in unserer Studie weder im HES- noch im Albumin-Kollektiv zu beobachten. Im Gegenteil konnte in beiden Gruppen sogar eine Steigerung des Herzzeitvolumens in Form einer signifikanten Erhöhung von CO (HES-Gruppe: Δ 0,9 l/min; Albumin-Gruppe: Δ 1,1 l/min) und CI (beide Gruppen: Δ 0,4 l/min/m2) über die Dauer des Eingriffes gemessen werden. Da sich die Vorlast in Form des ZVD in beiden Gruppen über die Zeit der Operation konstant hielt, die Nachlast in Form von SVR (HES-Gruppe: Δ 306 dyn-sec•cm-5, Albumin-Gruppe: Δ 270 dyn-sec•cm-5) und SVRI (HES-Gruppe: Δ 495dyn-sec/-5/m2; Albumin-Gruppe: Δ 543 dyn-sec/-5/m2) in beiden Kollektiven sogar signifikant gefallen war und sich das Schlagvolumen nahezu konstant hielt, bleibt als Ursache für das trotz allem steigende Herzzeitvolumen die signifikante Zunahme der Herzfrequenz in beiden Gruppen zu nennen (Δ 17/min). Die Schlagvolumenvariation (SVV) als Stellgröße für den Volumenbedarf hat sich am Ende der Operation in beiden Gruppen nicht signifikant von den Ausgangswerten zu Beginn unterschieden. Dies spricht dafür, dass Blutverluste über den zu Grunde liegenden Transfusionsalgorithmus adäquat ausgeglichen wurden und die SVV als Indikator zur Volumensubstitution hilfreich sein kann. Die vorbeschriebene erhöhte Blutungsneigung nach HES-Infusion konnten wir in unserer Studie nicht bestätigen. Es zeigte sich kein signifikanter Unterschied hinsichtlich des geschätzten Blutverlustes (Albumin: im Median 1100 ml; HES: 1250 ml) sowie des Bedarfs an EK und FFP zwischen den Gruppen. Auffällig war jedoch, dass der nach der Hämoglobin-Dilutionsmethode berechnete Blutverlust höher lag als der geschätzte (mittlere Differenz zwischen errechnetem und geschätztem Blutverlust im Median in der Albumin-Gruppe: 181 ml; HES-Gruppe: 340 ml). Die Menge der infundierten Kolloide und Kristalloide unterschied sich zwischen den Gruppen an zwei Zeitpunkten signifikant: Zwei Stunden nach Schnitt ist im HES-Kollektiv signifikant mehr Kolloid verabreicht worden. Zum Operationsende hin benötigte die Albumin-Gruppe eine signifikant größere Menge an Kristalloiden um die Hämodynamik aufrecht zu erhalten. Insgesamt sind bei Beendigung der Operation in der Albumin-Gruppe im Median 1750 ml Humanalbumin und 1800 ml Kristalloide verbreicht worden. Die Patienten der HES-Gruppe benötigten im selben Zeitraum 1990 ml HES und 1500 ml Kristalloide. Dies könnte zum einen daran liegen, dass unsere Studie unverblindet durchgeführt wurde und HES in unserer Klinik lange als Standard-Volumenersatzmittel etabliert war und von den Anästhesisten das teurere Albumin grundsätzlich etwas zurückhaltender eingesetzt wurde. Zum anderen muss aber auch die Möglichkeit in Betracht gezogen werden, dass geringere Mengen Humanalbumin nötig sind, um dieselbe hämodynamische Stabilität zu erreichen. Hinsichtlich des Katecholaminverbrauches zeigten sich zu keiner Zeit signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen. Der Bedarf an Noradrenalin war in beiden Kollektiven über die Dauer der Operation gestiegen. In der Albumin-Gruppe signifikant im Vergleich zum Ausgangswert. Zudem benötigten zwei Patienten aus dieser Gruppe zusätzliche Katecholamine wie Dobutamin und Epinephrin trotz vergleichbarer ASA-Ausgangssituation aller Patienten. Abschließend lässt sich sagen, dass die Auswirkungen von HES und Albumin auf die Hämodynamik in unserer Untersuchung nahezu identisch waren. Durch das monozentrische Studiendesign mit relativ kleiner Fallzahl kann eine endgültige Aussage, ob HES und Albumin als intraoperative Volumenersatzmittel bei kardiopulmonal stabilen Patienten hinsichtlich ihres Einflusses auf die Hämodynamik als definitiv gleichwertig anzusehen sind, noch nicht getroffen werden. Inwieweit das Vigileo®-System die beste Wahl für die Zwecke unserer Untersuchung war, konnte anhand der aktuellen Studienlage noch nicht abschließend geklärt werden. Über die Dauer unserer Studie konnte diese Methode jedoch zuverlässig zur Aufrechterhaltung einer stabilen Hämodynamik beitragen. Insbesondere vor dem Hintergrund, dass sie bei kardiopulmonal gesunden Patienten eingesetzt wurde, in deren Fall auf die Invasivität der anderen zur Verfügung stehenden Verfahren, wie z.B. der eines Pulmonaliskatheters, gerne verzichtet wurde.

Komplexe Plasmen sind Systeme bestehend aus schwach ionisierten Gasen und mesoskopischen Partikeln. Partikel in einem Plasma erhalten ihre Ladung hauptsächlich durch den Fluß von Ionen und Elektronen auf denen Oberflächen. Abhängig von der Teilchengröße und den Plasmabedinungen kann die Ladung pro Teilchen mehrere tausend Elementarladungen betragen. Da das Hintergrundgas sehr dünn ist, können Partikelsysteme unabhängig von dem Plasma betrachtet werden. In vielen Fällen kann das Partikelwechselwirkungspotential als Yukawapotential angenähert werden, welches im Wesentlichen ein abgeschirmtes Coulombpotential ist. Kapitel 1 ist eine kurze Einleitung in die theoretischen Konzepte komplexer Plasmen. Aufgrund der Bedeutung des Mechanismus, beginne ich diese Arbeit mit der Diskussion der Teilchenladung für zwei verschiedene Situationen in Kapitel 2. Zunächst beschreibe ich ein einzigartiges Experiment, die "Coulomb-Explosion", zur Messung der Teilchenladung tief in der Plasmarandschicht. Ein Hybrid-Analyseverfahren, bestehend aus Teilchenverfolgung, MD und PIC Simulationen, wurde angewendet um die Ladung im Anfangsstadium der Explosion abzuschätzen. Dieses wird mit einer theoretische Methode zur Bestimmung der Partikelladung im Bulk-Plasma bei verschiedenen Entladungsfrequenzen ergänzt. Die Abhängigkeit der Partikelladung von der Entladungsfrequenz wird bei drei verschiedenen Drücken gezeigt. Das verwendete Modell ist hilfreich um die Veränderung der Teilchenladung in Abhänigkeit der Entladungsfrequenz abzuschätzen. Die hohe Teilchenladung und die damit verbundene abstoßende Teilchenwechselwirkung verhindern Partikelagglomeration. In Kapitel 3 stelle ich ein Experiment vor, in dem Partikelagglomeration durch selbst-angeregte Wellen induziert wird. Innerhalb der Wellen werden die Teilchen derart beschleunigt, dass das abstoßende Potential durch die erhöhte kinetische Energie überwunden werden kann. Die resultierenden Agglomerate werden mit einem "Long-Distance" Mikroskop überprüft. Im Folgenden stelle ich ein System binärer komplexer Plasmen vor. Unter bestimmten Bedingungen können monodisperse Partikel in einer Monolage eingefangen werden. Die Teilchen ordnen sich in einem Dreiecksgitter mit hexagonaler Symmetrie an. Dies ist als 2D Plasmakristall bekannt. Wenn ein sich bewegendes, einzelnes Teilchen einer anderen Spezies in das System eingeführt wird, verursacht es eine Störung des Kristallgitters. In Kapitel 4 werden die Untersuchungen der Wechselwirkung des Kristallgitters mit einem sich oberhalb des Gitters (stromaufwärts des Ionenflusses) befindlichen Teilchens diskutiert. Dieses zusätzliche Partikel erzeugt einen Mach-Kegel, da es sich mit einer Geschwindigkeit, schneller als der Schall in dem System bewegt. Das stromaufwärts befindliche Teilchen neigt dazu sich zwischen Reihen von Teilchen in dem Gitter zu bewegen, was als "Channeling-Effekt" bekannt ist. Wenn Teilchen einer Spezies eine Partikelwolke einer anderen durchdringen, bilden sowohl die durchfliessende als auch die durchflossene Teilchenwolke Kettenstrukturen ("Lanes") aus. In komplexen Plasmen ist die Wechselwirkung verschiedener Partikel immer stärker abstoßend als das geometrische Mittel der Wechselwirkung gleicher Partikel. Diese Asymmetrie in der gegenseitigen Wechselwirkung heißt "Positive nicht-Additivität". Deren Grad wird von dem nicht-Additivitäts Parameter bestimmt. In Kapitel 5 beschreibe ich zuerst die Ergebnisse von Langevin-Simulationen, um die Abhängigkeit der "Lane - Formation" von dem nicht-Additivitäts Parameters zu studieren. Weiterhin wurde die Rolle des Anfangszustands numerisch untersucht. Zusätzlich wurde eine Reihe umfassender Experimente zur "Lane - Formation" an Bord der Internationalen Raumstation (ISS) durchgeführt. Die Auswertung der Experimente konzentrierte sich auf die Struktur der durchflossenen Teilchen. Der Einfluss der Partikeldichten und -größe wurden untersucht. Das Studium zweier aufeinanderfolgenden Durchdringungen offenbarte einen "Memory-Effekt" in der Kettenstruktur. Zusätzlich wurde ein Übergang von freier "Lane-Formation" zu einem, von Entmischung dominierten, Zustand des Nichtgleichgewichtsystems innerhalb einer Experimentreihe beobachtet. Schließlich stelle ich einen ergänzenden Versuch zur "Lane-Formation" in erdgebundenen Experimenten vor. Die Schwerkraft wurde hier durch thermophoretische Kräfte kompensiert. In dieser Versuchsreihe konnten die durch unregelmässige Teilchengeschwindigkeiten und Inhomgenitäten in der durchflossenen Teilchenwolke entstehenden Nachteile erfolgreich überwunden werden. Mit diesem Modell-System kann die "Lane-Formation" im Detail untersucht werden und die Ergebnisse mit denen numerischer Simulationen und denen aus Experimenten in Kolloiden verglichen werden.

Elektro- und magnetorheologische Effekte (ER/MR) sind in vielen physikalischen Systemen zu beobachten, unter anderem in Kolloiden und komplexen Plasmen. Der elektro- und magnetorheologische Effekt bietet die Möglichkeit, die strukturellen Eigenschaften durch äußere Einflüsse zu justieren. Dies ermöglicht den Einsatz in zahlreichen technologischen Anwendungen, etwa in der Photonik, in der Regelung von hydraulischen Schaltungen oder in der Medizintechnik. Die speziellen Eigenschaften finden ihren Ursprung in der anisotropen Wechselwirkung zwischen den Teilchen auf mikroskopischer Ebene, denn durch das äußere Feld werden parallel ausgerichtete, dipolartige Momente der Teilchen hervorgerufen. Die dipolartigen Wechselwirkungen können dabei der gewöhnlichen Dipol-Dipol-Wechselwirkung entsprechen oder denen einer negativ-dipolartigen Wechselwirkung. Unabhängig von der Ursache dieser Wechselwirkung wird ein gemeinsames mathematisches Modell verwendet. Bei der Untersuchung des Phasenverhaltens wurde das Augenmerk auf drei charakteristische Bereiche gerichtet, nämlich den Phasengrenzen zwischen festen Phasen, flüssige Phasen mit schwacher Anisotropie und schließlich flüssige Phasen mit langreichweitiger Ordnung. Übergänge zwischen festen Phasen wurden anhand eines variationstheoretischen Ansatzes, basierend auf der Bogoliubov-Ungleichung, bestimmt. Hierbei konnte das aus Simulationen und Experimenten bereits bekannte Verhalten qualitativ und teilweise quantitativ reproduziert werden. Zudem wurden drei Regime gefunden, die gemäß der Härte des sphärisch symmetrischen Anteils der Wechselwirkung als weiches, mittleres und hartes Regime zu klassifizieren sind; das mittlere Regime ist den bisher bekannten Bereich zuzuordnen, aufgrund des Ansatzes war es zudem möglich die Phasenübergänge auf kritische Phänomene zu untersuchen, sodass ein Kandidat für eine Lambda-Linie zwischen bco- und bct-Strukturen gefunden wurde. Ergänzend wurde das Phasendiagramm der Systeme mit negativ-dipolartigen Wechselwirkungen bestimmt. Dieses ermöglicht die Erzeugung kristalliner separierter Schichten.