Im Freistaat Sachsen tritt jährlich mehr oder weniger ausgeprägt nach lokalen Starkregenereignissen Bodenerosion auf. In der Öffentlichkeit werden die Erosionsschäden meist erst beachtet, wenn über den Ackerboden hinaus Siedlungs- und Verkehrsbereiche betroffen sind. Bodenerosion kann eine schädliche Bodenveränderung begründen, die nach § 4 Bundesbodenschutzgesetz abzuwehren oder zu sanieren ist. Für die Frage, ob eine schädliche Bodenveränderung vorliegt, enthält die Arbeitshilfe Hinweise.

Im Jahr 2011 wurden Behörden und Institutionen unterschiedlicher Fachrichtungen über das Vorkommen und die Bekämpfung nicht einheimischer Pflanzen- und Tierarten befragt. Die Auswertung zeigt, dass von Neobiota naturschutzfachliche Risiken, wie die Verdrängung gefährdeter Arten oder die Gefährdung des Schutzzweckes von Naturdenkmalen und Naturschutzgebieten, aber auch zunehmend wirtschaftliche Schäden und gesundheitliche Gefährdungen ausgehen. Am häufigsten zählten Staudenknöterich-Sippen, Drüsiges Springkraut, Riesen-Bärenklau, Rot-Eiche, Weymouth-Kiefer, Späte Traubenkirsche sowie Gewöhnliche Robinie zu den problematischen Arten. Bei den Neozoen waren es Waschbär, Marderhund, Rosskastanien-Miniermotte, Bisam und Spanische Wegschnecke. Die Datenbasis lässt allerdings noch keine Aufwand-Kosten-Einschätzung zu.

As the wireless communication technologies evolve and the demand of wireless services increases, spectrum scarcity becomes a bottleneck that limits the introduction of new technologies and services. Spectrum sharing between primary and secondary users has been brought up to improve spectrum efficiency. In underlay spectrum sharing, the secondary user transmits simultaneously with the primary user, under the constraint that the interference induced at the primary receiver is below a certain threshold, or a certain primary rate requirement has to be satisfied. Specifically, in this thesis, the coexistence of a multiple-input single-output (MISO) primary link and a MISO/multiple-input multiple-output (MIMO) secondary link is studied. The primary transmitter employs maximum ratio transmission (MRT), and single-user decoding is deployed at the primary receiver. Three scenarios are investigated, in terms of the interference from the primary transmitter to the secondary receiver, namely, weak interference, strong interference and very strong interference, or equivalently three ranges of primary rate requirement. Rate splitting and successive decoding are deployed at the secondary transmitter and receiver, respectively, when it is feasible, and otherwise single-user decoding is deployed at the secondary receiver. For each scenario, optimal beamforming/precoding and power allocation at the secondary transmitter is derived, to maximize the achievable secondary rate while satisfying the primary rate requirement and the secondary power constraint. Numerical results show that rate splitting at the secondary transmitter and successive decoding at the secondary receiver does significantly increase the achievable secondary rate if feasible, compared with single-user decoding at the secondary receiver. In overlay spectrum sharing, different from underlay spectrum sharing, the secondary transmitter can utilize the knowledge of the primary message, which is acquired non-causally (i.e., known in advance before transmission) or causally (i.e., acquired in the first phase of a two-phase transmission), to help transmit the primary message besides its own message. Specifically, the coexistence of a MISO primary link and a MISO/MIMO secondary link is studied. When the secondary transmitter has non-causal knowledge of the primary message, dirty-paper coding (DPC) can be deployed at the secondary transmitter to precancel the interference (when decoding the secondary message at the secondary receiver), due to the transmission of the primary message from both transmitters. Alternatively, due to the high implementation complexity of DPC, linear precoding can be deployed at the secondary transmitter. In both cases, the primary transmitter employs MRT, and single-user decoding is deployed at the primary receiver; optimal beamforming/precoding and power allocation at the secondary transmitter is obtained, to maximize the achievable secondary rate while satisfying the primary rate requirement and the secondary power constraint. Numerical results show that with non-causal knowledge of the primary message and the deployment of DPC at the secondary transmitter, overlay spectrum sharing can achieve a significantly higher secondary rate than underlay spectrum sharing, while rate loss occurs with the deployment of linear precoding instead of DPC at the secondary transmitter. When the secondary transmitter does not have non-causal knowledge of the primary message, and still wants to help with the primary transmission in return for the access to the spectrum, it can relay the primary message in an amplify-and-forward (AF) or a decode-and-forward (DF) way in a two-phase transmission, while transmitting its own message. The primary link adapts its transmission strategy and cooperates with the secondary link to fulfill its rate requirement. To maximize the achievable secondary rate while satisfying the primary rate requirement and the primary and secondary power constraints, in the case of AF cooperative spectrum sharing, optimal relaying matrix and beamforming vector at the secondary transmitter is obtained; in the case of DF cooperative spectrum sharing, a set of parameters are optimized, including time duration of the two phases, primary transmission strategies in the two phases and secondary transmission strategy in the second phase. Numerical results show that with the cooperation from the secondary link, the primary link can avoid outage effectively, especially when the number of antennas at the secondary transceiver is large, while the secondary link can achieve a significant rate. Power is another precious resource besides spectrum. Instead of spectrum efficiency, energy-efficient spectrum sharing focuses on the energy efficiency (EE) optimization of the secondary transmission. The EE of the secondary transmission is defined as the ratio of the achievable secondary rate and the secondary power consumption, which includes both the transmit power and the circuit power at the secondary transmitter. For simplicity, the circuit power is modeled as a constant. Specifically, the EE of a MIMO secondary link in underlay spectrum sharing is studied. Three transmission strategies are introduced based on the primary rate requirement and the channel conditions. Rate splitting and successive decoding are deployed at the secondary transmitter and receiver, respectively, when it is feasible, and otherwise single-user decoding is deployed at the secondary receiver. For each case, optimal transmit covariance matrices at the secondary transmitter are obtained, to maximize the EE of the secondary transmission while satisfying the primary rate requirement and the secondary power constraint. Based on this, an energy-efficient resource allocation algorithm is proposed. Numerical results show that MIMO underlay spectrum sharing with EE optimization can achieve a significantly higher EE compared with MIMO underlay spectrum sharing with rate optimization, at certain SNRs and with certain circuit power, at the cost of the achievable secondary rate, while saving the transmit power. With rate splitting at the secondary transmitter and successive decoding at the secondary receiver if feasible, a significantly higher EE can be achieved compared with the case when only single-user decoding is deployed at the secondary receiver. Moreover, the EE of a MIMO secondary link in overlay spectrum sharing is studied, where the secondary transmitter has non-causal knowledge of the primary message and employs DPC to obtain an interference-free secondary link. Energy-efficient precoding and power allocation is obtained to maximize the EE of the secondary transmission while satisfying the primary rate requirement and the secondary power constraint. Numerical results show that MIMO overlay spectrum sharing with EE optimization can achieve a significantly higher EE compared with MIMO overlay spectrum sharing with rate optimization, at certain SNRs and with certain circuit power, at the cost of the achievable secondary rate, while saving the transmit power. MIMO overlay spectrum sharing with EE optimization can achieve a higher EE compared with MIMO underlay spectrum sharing with EE optimization. / Aufgrund der rasanten Entwicklung im Bereich der drahtlosen Kommunikation und der ständig steigenden Nachfrage nach mobilen Anwendungen ist die Knappheit von Frequenzbändern ein entscheidender Engpass, der die Einführung neuer Funktechnologien behindert. Die gemeinsame Benutzung von Frequenzen (Spektrum-Sharing) durch primäre und sekundäre Nutzer ist eine Möglichkeit, die Effizienz bei der Verwendung des Spektrums zu verbessern. Bei der Methode des Underlay-Spektrum-Sharing sendet der sekundäre Nutzer zeitgleich mit dem primären Nutzer unter der Einschränkung, dass für den primären Nutzer die erzeugte Interferenz unterhalb eines Schwellwertes liegt oder gewisse Anforderungen an die Datenrate erfüllt werden. In diesem Zusammenhang wird in der Arbeit insbesondere die Koexistenz von Mehrantennensystemen untersucht. Dabei wird für die primäre Funkverbindung der Fall mit mehreren Sendeantennen und einer Empfangsantenne (MISO) angenommen. Für die sekundäre Funkverbindung werden mehrere Sendeantennen und sowohl eine als auch mehrere Empfangsantennen (MISO/MIMO) betrachtet. Der primäre Sender verwendet Maximum-Ratio-Transmission (MRT) und der primäre Empfänger Einzelnutzerdecodierung. Für den sekundären Nutzer werden außerdem am Sender eine Datenratenaufteilung (rate splitting) und am Empfänger entweder eine sukzessive Decodierung – sofern sinnvoll – oder andernfalls eine Einzelnutzerdecodierung verwendet. Im Unterschied zur Methode des Underlay-Spektrum-Sharing kann der sekundäre Nutzer beim Verfahren des Overlay-Spektrum-Sharing die Kenntnis über die Nachrichten des primären Nutzers einsetzen, um die Übertragung sowohl der eigenen als auch der primären Nachrichten zu unterstützen. Das Wissen über die Nachrichten erhält er entweder nicht-kausal, d.h. vor der Übertragung, oder kausal, d.h. während der ersten Phase einer zweistufigen Übertragung. In der Arbeit wird speziell die Koexistenz von primären MISO-Funkverbindungen und sekundären MISO/MIMO-Funkverbindungen untersucht. Bei nicht-kausaler Kenntnis über die primären Nachrichten kann der sekundäre Sender beispielsweise das Verfahren der Dirty-Paper-Codierung (DPC) verwenden, welches es ermöglicht, die Interferenz durch die primären Nachrichten bei der Decodierung der sekundären Nachrichten am sekundären Empfänger aufzuheben. Da die Implementierung der DPC mit einer hohen Komplexität verbunden ist, kommt als Alternative auch eine lineare Vorcodierung zum Einsatz. In beiden Fällen verwendet der primäre Transmitter MRT und der primäre Empfänger Einzelnutzerdecodierung. Besitzt der sekundäre Nutzer keine nicht-kausale Kenntnis über die primären Nachrichten, so kann er als Gegenleistung für die Mitbenutzung des Spektrums dennoch die Übertragung der primären Nachrichten unterstützen. Hierfür leitet er die primären Nachrichten mit Hilfe der Amplify-And-Forward-Methode oder der Decode-And-Forward-Methode in einer zweitstufigen Übertragung weiter, währenddessen er seine eigenen Nachrichten sendet. Der primäre Nutzer passt seine Sendestrategie entsprechend an und kooperiert mit dem sekundären Nutzer, um die Anforderungen an die Datenrate zu erfüllen. Nicht nur das Spektrum sondern auch die Sendeleistung ist eine wichtige Ressource. Daher wird zusätzlich zur Effizienz bei der Verwendung des Spektrums auch die Energieeffizienz (EE) einer sekundären MIMO-Funkverbindung für das Underlay-Spektrum-Sharing-Verfahren analysiert. Wie zuvor wird für den sekundären Nutzer am Sender eine Datenratenaufteilung (rate splitting) und am Empfänger entweder eine sukzessive Decodierung oder eine Einzelnutzerdecodierung betrachtet. Weiterhin wird die EE einer sekundären MIMO-Funkverbindung für das Overlay-Spektrum-Sharing-Verfahren untersucht. Dabei nutzt der sekundäre Nutzer die nicht-kausale Kenntnis über die primären Nachrichten aus, um mittels DPC eine interferenzfreie sekundäre Funkverbindung zu erhalten.

Magnetismus ist ein Phänomen, das eine wichtige Rolle in einer Vielfalt technischer Anwendungen spielt. Ohne den Einsatz magnetischer Effekte und Materialen wäre der heutzutage erreichte technische Fortschritt unmöglich, da viele grundlegende Techniken wie Stromerzeugung, elektrischer Antrieb, Informationsübertragung und viele andere auf magnetische bzw. elektromagnetische Phänomene zurückzuführen sind. Dabei haben die ferromagnetischen Materialen stets zur Effizienz von elektrischen und elektronischen Anwendungen beigetragen, weswegen an diesen Materialen auch entsprechend viel geforscht worden ist. Moderne Technologien, insb. Massenspeicher basieren oft auf Ferromagneten und erfordern daher die weitere Erforschung und Anpassung ihrer Eigenschaften. Für die Funktionalität von Hochgeschwindigkeitsgeräten spielt das dynamische Verhalten dünner magnetischer Schichten eine kritische Rolle. In dieser Arbeit wird die Magnetisierungsdynamik dünner Schichtelemente mittels zeitaufgelöster Weitfeld- Kerrmikroskopie untersucht. Dies ist ein aktuelles Thema, an dem in den letzten Jahren sehr intensiv gearbeitet wird. Allerdings sind viele für die Anwendungen sehr wichtige Details des magnetischen Schaltens wegen ihre Vielfältigkeit und Komplexität doch nicht vollständig untersucht und verstanden. In dieser Arbeit werden überwiegend experimentelle Ergebnisse vorgestellt, die einen zusätzlichen Beitrag zum aktuellen Wissenstand leisten. In einem ferromagnetischen Körper bilden sich Bereiche mit spontaner Magnetisierung, die man als Domänen bezeichnet. Die spontane Magnetisierung entsteht aufgrund der Spin-Spin Wechselwirkung, und die Domänen bilden sich aufgrund der Energieminimierung des magnetisierten Körpers. Langsame Magnetisierungsprozesse werden im Wesentlichen getragen von Domänenumordnungen und Domänengrenzenverschiebungen. Solche Prozesse bezeichnet man als quasistatisch, da sich der Körper durch deren Langsamkeit immer im Gleichgewicht oder zumindest sehr nahe daran befindet. Mit zunehmender Anregungsgeschwindigkeit gilt diese Annahme nicht mehr, da die Präzessionsbewegung der magnetischen Momente das Schaltverhalten in diesem Fall definiert. Die Untersuchung der Magnetisierungsdynamik setzt die Möglichkeit voraus, nicht-unterbrochene Prozesse beobachten zu können. Dieses Ziel kann mittels stroboskopischer Abbildung erreicht werden. Dabei wird derselbe Prozess kontinuierlich wiederholt (vorausgesetzt, dass die Prozesse sich reproduzierbar wiederholen lassen), und zu definierten Zeitpunkten werden die entsprechenden Kerraufnahmen gemacht. Dafür wird eine CCD Kamera mit einem Photoverstärker benutzt, welcher als optischer Schalter fungiert. Die Zeitauflösung dieses Systems und damit auch das Vermögen, die Hochfrequenzvorgänge abzubilden, beträgt 250 ps. Die Eigenschaften des magnetischen Umschaltens hängen stark von der Elementgeometrie ab. Diese Unterschiede sind auf unterschiedliche Entmagnetisierungsfaktoren, und damit auf Unterschiede in den effektiven Feldern zurückzuführen. Solche Unterschiede werden auf zwei Weisen initiiert: ein quadratisches Element wird entlang unterschiedlicher Richtungen (entlang der Seite und der Diagonalen) angeregt; die Form des Elementes wird zwischen Quadrat und Rechteck mit unterschiedlichen Seitenverhältnissen variiert. Die beobachteten Schaltvorgänge werden miteinander verglichen und die Ergebnisse dargestellt. Dabei werden auch die dynamischen Vorgänge immer mit den quasistatischen verglichen. Aus dem Vergleich folgt, dass ein steigendes Seitenverhältnis zur geringeren Schaltgeschwindigkeit führt, und dass die dabei entstehenden Domänen zunehmend komplexer werden. Dabei gibt es wesentliche Unterschiede zwischen den dynamischen und quasistatischen Domänen, vor allem in der Domänenwandstruktur. Das Schalten an sich unterscheidet sich auch sehr stark. Quasistatisches Schalten erfolgt überwiegend durch Domänenwandbewegung, während das dynamische Schalten durch inkohärente Rotation der Magnetisierung im ganzen Element erfolgt. Das Hochfrequenzverhalten am Prototypen eines Mikroinduktors wird untersucht. Der Induktor besteht aus vielen magnetischen Elementen, die eine induzierte uniaxiale Anisotropie besitzen. Diese ist bei der Hälfte der Elemente entlang des Magnetfeldes, und bei der anderen Hälfte senkrecht zum Magnetfeld der Spule ausgerichtet. Das dynamische Verhalten der beiden Elementtypen unterscheidet sich stark, vor allem die Ummagnetisierungsgeschwindigkeit. Diese Unterschiede können zu einer Phasenverschiebung im elektrischen Signal führen, was die Effizienz des Induktors senkt. Durch die Untersuchung der Magnetisierungsdynamik in Wechselfeldern unterschiedlicher Frequenz ist auch festgestellt worden, dass bis 100 MHz die Magnetisierungsvorgänge überwiegend durch Domänenwandbewegung erfolgen, während ab 200 MHz- Rotationsprozesse stattfinden.

The thesis deals with the influence of cold plasma treatment of seeds such as stress factor to the photosynthesis rate, transpiration and stomatal conductance of brassica oilseed rape (Brassica napus L. var. napus). The theoretical part is focused on the cold plasma, its application and effects on plant physiology, photosynthetic process and description of examined oilseed rape crops. The literature review is followed by the experiment which studies the influence of cold plasma on the physiological processes of plants. The seeds of oilseed rape have been treated with cold plasma in various intervals and cultivated plants were subjected to measuring device Licor Li 6400 XT. The results show that cold plasma treatment of brassica oilseed rape influences the physiological processes depending on the length of exposure and the plant age.

Gibt es eine erhöhte Asthma-Mortalität Deutschlands im internationalen Vergleich? Im internationalen Vergleich der Asthmamortalitätsraten, die alle Altersgruppen berücksichtigen, ist Deutschland seit Ende der 60er Jahre führend. Im allgemeinen ist der Tod durch Asthma bronchiale eine relativ seltene Todesursache. In der Asthma-Poliklinik der Charité wurden zwischen den Jahren 1980 und 1999 nur 3 gesicherte und 7 wahrscheinliche Todesfälle durch Asthma bronchiale dokumentiert. Bezüglich der Asthmamortalitätsrate der 5-34jährigen verzeichnete Deutschland im weltweiten Vergleich durchschnittliche Werte. In der Altersgruppe der >60jährigen weist Deutschland eine zwischen drei- und sechsfach erhöhte Asthmamortalität gegenüber westlichen Vergleichsstaaten auf. Der Anteil der Asthmamortalität an der Gesamt-COPD-Mortalität Deutschlands ist überdurchschnittlich hoch. Hinsichtlich der Einflußfaktoren Prävalenz, Therapie, medizinische Versorgung und soziale Bevölkerungsungleichheiten gab es keinen Hinweis auf eine Ursache, die für das Vorliegen einer erhöhten wahren Asthmamortalität Deutschlands verantwortlich sein könnte. Es zeigte sich lediglich eine vergleichsweise geringfügig verstärkte Abneigung deutscher Ärzte bezüglich der Verordnung von Kortikosteroiden. Demgegenüber können insbesondere Fehldiagnosen auf Totenscheinen zu Verfälschungen von Asthmamortalitätsstatistiken führen. In 11 retrospektiven Untersuchungen zu Todesfällen im Zusammenhang mit Asthma bronchiale wurden bei ungefähr 40% falsche Todesursachen ermittelt. Waren bei den 70jährigen nur noch bei 50%. Deutsche Ärzte neigen überproportional häufig dazu, die Todesursache Asthma zu wählen. Zusammenfassend gibt es keinen Anhalt auf eine real vorliegende erhöhte Asthmamortalität Deutschlands. Alle Ergebnisse weisen auf eine Verfälschung der Asthmamortalitätsstatistiken durch unkorrekte Totenscheindiagnosen insbesondere bei Verstorbenen >60 Jahre hin. Zu epidemiologischen Zwecken sollten zukünftig nur noch die Asthmasterblichkeitsraten der 5-34jährigen gewählt werden. / Is there an increased german asthma mortality in the international comparison? Since the late 60's Germany has got the highest asthma mortality worldwide concerning all ages. Generally asthma as the cause of death is seldom. In the Asthma-Poliklinik of the Charité Berlin only 3 reliable and 7 probable asthma death were documented between 1980 and 1999. In difference to the asthma mortality of all ages german asthma mortality of the age 5-34 years is average. Concerning the age >60 years death of asthma in Germany are 3-6 times higher than in other western countries. The asthma-part of the german COPD-mortality is above the average. As to the most important influences on the true asthma mortality (prevalence, therapy, medical care and social inequalities) there is no indication of a cause of an increased german asthma mortality besides a slight aversion against corticosteroids of german physicians. Furtheron inaccuracies of death certification can lead to a falsification of asthma mortality statistics. There were 11 retrospective studies of death certificaion involving the word asthma showing in 40% wrong diagnosis of death. In the age 70 years only 50% were accurate. German physicians use the diagnosis asthma above-averaged. In conclusion there is no hint of a real increased german asthma mortality. All results point to a falsification of the international asthma mortality statistics as a consequence of inaccuracies in death certification especially in ages >60 years. For epidemiological purposes only asthma mortality rates of the ages 5-34 years should be used.

Diese Dissertation beschäftigt sich mit theoretischen Untersuchung der elektronischen und magnetischen Eigenschaften von 4f-Systemen mit Filmgeometrie. Die vorgestellte Theorie basiert auf dem s-f-Modell, welches durch einen intra-atomaren Austausch zwischen einem System lokaler magnetischer Momente und den Leitungselektronen charakterisiert ist. Das Modell wird für den Fall des leeren Leitungsbandes untersucht. Der untersuchte Spezialfall ist anwendbar auf die Klasse der ferromagnetischen Halbleiter mit den Europiumchalkogeniden EuO und EuS als Prototypen solcher Substanzen. Für den Grenzfall ferromagnetischer Sättigung des Systems lokaler magnetischer Momente existiert eine exakte Lösung für das Problem. Für endliche Temperaturen wird eine Methode vorgestellt, die auf einer momentenerhaltenden Entkopplungsprozedur für passend definierte Green-Funktionen basiert. Die Theorie für endliche Temperaturen leitet sich dabei übergangslos aus dem exakt lösbaren Grenzfall ab. Mit Hilfe der vorgestellten Theorie wird das temperaturabhängige Quasiteilchenspektrum eines ferromagnetischen Modellfilmes berechnet. Die Rechnungen zeigen ein deutliches korrelationsinduziertes Aufspalten der Spektren, das in der Existenz eines neuen Quasiteilchens, des magnetischen Polarons, resultiert. Der zweite Teil der Dissertation beschäftigt sich mit der Berechnung der elektronischen und magnetischen Eigenschaften eines realen ferromagnetischen Halbleiterfilms. Um den vielfachen Leitungsbändern eines realen Systems Rechnung tragen zu können, wird das ursprüngliche s-f-Modell zu einem Mehrbandmodell erweitert. Das so erweiterte s-f-Modell wird dazu benutzt, die temperaturabhängige Bandstruktur von Volumen-EuO und von EuO(100)-Filmen zu berechnen. Die T=0-Bandstrukturen, die als Input für die Modellrechnungen dienen, werden hierbei mittels einer TB-LMTO-ASA-Bandstrukturrechnung berechnet. Die spezielle Struktur der Lösung des s-f-Modells für den exakt lösbaren Grenzfall von T=0 verhindert dabei das Auftreten von Doppelzählungen relevanter Wechselwirkungen bei der Kombination von ab-initio-Rechnungen und s-f-Modellrechnungen. Die erhaltenen temperaturabhängigen Bandstrukturen geben wertvolle Einblicke in das Wechselspiel zwischen elektronischen und magnetischen Eigenschaften in EuO-Systemen und gestatten es, verifizierbare Vorhersagen für künftige Experimente zu machen. Insbesondere wird die Existenz eines EuO(100)-Oberflächenzustandes vorhergesagt, der das Auftreten eines Oberflächen-Metall-Isolator-Übergangs induzieren kann. / This dissertation is concerned with the theoretical investigation of the electronic and magnetic properties of 4f systems with film geometry. The presented theory is based on the s-f model which features an intra-atomic exchange between a system of localized magnetic moments and the conduction electrons. The model is investigated for the special case of zero band occupation of the conduction bands which is applicable to the situation in ferromagnetic semiconductors such as the europium chalcogenides EuO and EuS. For the special case of ferromagnetic saturation of the local-moment system the problem is exactly solvable. For finite temperatures, the presented approach is based on a moment-conserving decoupling approximation for suitably defined Green functions and evolves continuously from the exact limiting case. The theory is used to calculate the temperature-dependent quasiparticle spectrum of a ferromagnetic model film. Within these calculations, one finds a marked correlation-induced splitting of the spectra resulting in the existence of a new quasiparticle, the magnetic polaron. The second part of the thesis is devoted to the calculation of the electronic and magnetic properties of a real ferromagnetic semiconductor film. The original s-f model is extended to a multi-band s-f model to account for the multiple conduction bands in a real system. Based on the resulting model, the temperature-dependent band structures of bulk EuO and EuO(100) films are calculated. Here, the T=0 band structures of the systems, which have to be taken as input for the model calculations, are calculated using the TB-LMTO-ASA band-structure technique. Due to the special form of the solution of the s-f model for the exactly solvable limiting case of T=0 the employed approach for combining the first-principles calculations with the model calculations prevents the problem of double counting of relevant interactions. The calculated temperature-dependent band structures yield a valuable insight into the temperature-dependent interplay between the magnetic and electronic properties in the EuO systems and allow to make verifiable predictions for future experiments. In particular, the existence of a EuO(100) surface state has been predicted and been shown to possibly induce a surface insulator-metal transition.

Transplantate von nichtverwandten Lebendspendern zeigen unabhängig von der immunologischen Kompatibilität eine signifikant bessere Kurzzeit- und Langzeitfunktion im Vergleich zu Transplantaten von hirntoten Organspendern. Die Tatsache, dass das Überleben von Nierentransplantaten von nichtverwandten Lebendspendern identisch mit dem Organüberleben von verwandten Lebendspendern ist, demonstriert die Bedeutung Antigen-unabhängiger Faktoren und relativiert die Rolle von HLA-Unterschieden. Die Vermutung, dass das unterschiedliche Organüberleben nach Transplantation von Leichen- und Lebendspenderorganen auf pathophysiologischen und weniger auf genetischen Unterschieden beruht, führte zu Untersuchungen funktioneller und struktureller Veränderungen, assoziiert mit unspezifischer Organschädigung. Unsere Untersuchungen zeigten, dass Transplantate sowohl von marginalen Spendern als auch von hirntoten Organspendern zum Zeitpunkt der Entnahme immunologisch aktiviert sind. Somit initiieren oder amplifizieren sie zum Zeitpunkt der Transplantation die Immunantwort des Organempfängers. Das potenziell aktivierte Organ provoziert eine Interaktion zwischen unspezifischen proinflammatorischen Schäden und der zum Zeitpunkt der Reperfusion einsetzenden Immunantwort. Die Trigger dieser Interaktion können Spender-assoziierte Risikofaktoren wie z.B. Alter, Hypertension, Diabetes mellitus oder die systemischen Effekte des Spender-Hirntodes darstellen. Der Hirntod stellt einen Antigen-unabhängigen Leichenspender-spezifischen Risikofaktor dar, der bislang unzureichend berücksichtigt wurde. In nahezu allen experimentellen Studien zu transplantationsrelevanten Fragestellungen dienen junge, gesunde Lebendspendertiere als Organspender, im Gegensatz zur klinischen Situation, in der überwiegend Organe hirntoter Organspender zur Transplantation zur Verfügung stehen. Der hirntote Organspender erleidet typischerweise eine plötzliche, irreversible und ausgeprägte Schädigung des zentralnervösen Systems. In Tiermodellen wurde demonstriert, dass die Funktion und Struktur peripherer Organe durch den Faktor Hirntod signifikant beeinflusst wird und von der Genese des Hirntodes abhängt. In einer Serie experimenteller Arbeiten wurden die Mechanismen der Schädigung und die Auswirkungen des Hirntodes auf die Transplantatqualität sowie auf das Ergebnis nach Transplantation untersucht. Diese Studien trugen wesentlich zum Verständnis des Risikofaktors Hirntod bei. Wir zeigten erstmalig in experimentellen Modellen, dass der Hirntod des Spenders den Ischämie/Reperfusionsschaden sowie die Frequenz und Intensität sowohl der akuten als auch der chronischen Abstossungsreaktion nach allogener Nierentransplantation signifikant beeinflusst. Pathophysiologisch konnte ein Prozess postuliert werden, bei dem der unspezifischen Aktivierung durch den Spender-Hirntod eine verstärkte immunologische Empfängerantwort nach Transplantation folgt. Dieser Mechanismus zeigt die enge Interaktion zwischen Antigen-unabhängigen und -abhängigen Faktoren in der Destruktion des Transplantates. Die vorgestellten experimentellen Ergebnisse werden durch eine Reihe klinischer Untersuchungen bestätigt. Morphologische Untersuchungen nach klinischer Nierentransplantation demonstrieren anhand von Biopsien, dass die Frequenz akuter Abstossungsreaktionen nach Transplantation von Leichennieren im Vergleich zu Lebendspendernieren signifikant höher ist. Eigene klinische Untersuchungen an sequentiellen humanen Leberbiopsien bestätigen ebenfalls die experimentellen Beobachtungen. In einem Konzept der Vorbehandlung des hirntoten Spenders wurden erste experimentelle Therapieansätze zur Optimierung der Spenderorganqualität untersucht. Hierbei zeigten sich vielversprechende Ergebnisse bei der Vorbehandlung mit Steroiden, der Blockade von Adhäsionsmolekülen und der Induktion protektiver Gene. Durch Vorbehandlungsstrategien kann die Organqualität signifikant verbessert werden, jedoch nicht der optimale Organstatus nach Lebendspende erreicht werden. Zur Zeit erfolgt die Evaluierung der Therapieansätze in klinischen Studien. Zusammengefasst trugen unsere Untersuchungen wesentlich zu einem besseren Verständnis der Transplantatqualität bei. Unsere Befunde erklären teilweise die klinische Beobachtung, dass Transplantate von Lebendspendern trotz eines ausgeprägteren MHC-mismatches einen besseren Kurz- und Langzeitverlauf zeigen. Die Definition der durch den Spenderhirntod verursachten Veränderungen sowie deren Therapie ermöglichen eine gezielte Verbesserung der Transplantatqualität und somit des Transplantationsergebnisses. / The ultimate goal in transplantation - to provide long-term treatment for an irreversible process - has not been achieved; the rate of attrition over time has not changed appreciably throughout the entire experience. Although recurrent disease, de novo infections, malignancies and other factors may contribute to late graft deterioration, brain death of the donor remains one of the factors which is not investigated yet. Despite well-characterized functional and morphological changes, the mechanisms leading to chronic rejection remain poorly understood. Its pathophysiology has been conceptualized as stemming from both antigen-dependent and independent risk factors. Whereas immune-mediated events are considered to be primarily responsible for the late graft changes it appears increasingly that the influence of non-immunological events has been underestimated. This concept has been emphasized by recent pooled UNOS data which show that the survival rates of kidneys from living unrelated and one haplotype-matched living related donors are identical despite potentially important differences in genetic relationship with the given recipient. In addition, organs from all living donors demonstrate consistently superior results to those from cadaver sources over both the short-and long-term. Various non-immunological factors which might explain this striking discrepancy include the effects of initial ischemia/reperfusion injury, inadequate functioning nephron mass, viral infections and drug toxicity. Brain death is a rarely considered risk factor uniquely relevant to the cadaver donor, the primary source of solid organs for transplantation. Such individuals have suffered extensive and irreversible central nervous system damage secondary to trauma, hemorrhage or infarction. Multivariate analysis has emphasized that both initial and long-term results of engrafted cadaver organs may be dependent upon donor demographics and the etiology of the central injury. The observation that insults occurring around the time of organ transplantation, regardless of whether they are antigen-dependent or independent, become risk factors for late allograft failure suggests that the long-term changes may be programmed early in the process. It has been conceptualized that the events surrounding brain death, occurring before organ removal, may be important. In addition, non-specific events relating to circumstances surrounding the donor and the perfusion and storage of organs, may initiate an inflammatory response which in turn may acutely increase host immunological activity. We showed that as a consequence, organs from brain-dead donors could experience increased and more severe episodes of acute rejection after transplantation due to increased cytokine expression after brain death induction. This assumption would explain the apparent correlation noted clinically between the effects of initial delayed graft function and acute rejection episodes, as well as the different outcome of organs originating from brain-dead in comparison to living donors. In further experiments we investigated the effects of donor treatment on the outcome and the frequency of acute rejections after kidney transplantation. In summary our experiments partly explaine the observed difference in survival and function between living- and brain-dead donor grafts. Definition and understanding of these potential alterations may suggest therapeutic approaches that could be initiated even before the transplantation procedure itself.

Ziel der Arbeit ist die Beurteilung der biochemischen Stoffwechselaktivität eines hybriden, extrakorporalen Leberunterstützungssystems während initialer therapeutischer Anwendungen. Das System basiert auf der Nutzung porciner Hepatozyten, die in einem Bioreaktor kultiviert werden. Acht Patienten in akutem Leberversagen, Komagrad III-IV, wurden unter kontinuierlicher Plasmaseparation mit dem System behandelt. Es wird ein Modell zur Bestimmung der Netto-Stoffwechselbilanz des Bioreaktors vorgestellt. Dieses Modell basiert auf der gleichzeitigen Bestimmung von Stoffkonzentrationen im Patientenplasma, gewonnen vom Patienten direkt und nach Durchfließen des Bioreaktors in bestimmten Zeitintervallen. Die Stoffwechselaktivität des Bioreaktors bezüglich der Stoffe Ammonium, Glutamin, Harnstoff, porcines Albumin, Glucose und Laktat wird dargestellt. Fünf der sieben eingesetzten Bioreaktoren nahmen kontinuierlich Ammonium auf, sechs von sieben Bioreaktoren synthetisierten Harnstoff und alle Bioreaktoren synthetisierten porcines Albumin. Die Ergebnisse zeigen, daß die Parameter Harnstoff und Ammonium am besten geeignet sind, Aussagen über die Stoffwechselaktivität der Bioreaktoren während der Therapie zu liefern. Porcines Albumin kann retrospektiv als Kontrolle der Syntheseleistung eingesetzt werden, steht aber nicht während der Therapie zur Verfügung. Die Bilanzierung von Glucose wird am stärksten durch äußere Einflußfaktoren gestört. Laktat stellt sich als ungeeignet für eine Verlaufskontrolle heraus, weil die Bioreaktoren die stark schwankenden Patientenplasmaspiegel nur unwesentlich beeinflussen konnten. / A hybrid liver support system based on porcine liver cells was investigated in patients suffering from acute liver failure, coma stage III-IV. The biochemical activity of the system during the application was studied. Patient plasma was drawn systemically and after circulation through the bioreactor system at four hour intervals. A method is introduced that takes into account the rate of plasma flow and the differences in plasma concentration systemically and after circulation through the liver support system to determine the net release or uptake of metabolites such as ammonia, urea and glucose, glutamine, porcine albumine, lactate. Urea release was seen in 6 out of 7 bioreactors at all time points during treatment. Continuous ammonia uptake was seen in 5 out of 7 bioreactors used for treatment. Porcine albumine was seen in all patients. An active role of the system in glucose metabolism was observed. Lactate levels did not yield any information on bioreactor metabolic activity. All patients were bridged successfully to liver transplantation.

Asthma Bronchiale (AB) ist eine chronisch- obstruktive, teilweise reversible Entzündung der Atemwege, deren klinisches Korellat die bronchiale Hyperreagibilität (BHR) ist. Es lassen sich aufgrund ethiologischer Faktoren extrinsiches und intrinsisches AB unterscheiden, wobei ersteres auf einer allergischen Sensibilisierung und letzteres auf irritativen oder infektbedingten entzündlichen Prozessen beruht. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluß von bakteriellem Superantigen auf die Entzündungsreaktion und die bronchiale Hyperreagibilität untersucht. Stapylococcal enterotoxin B (SEB) wurde hierbei als Modellsubstanz in einem Mausmodell eingesetzt, da SEB produzierende Staphylokokken im Nasenrachenraum von Asthmatikern nachgewiesen werden konnten. Nasale Applikation von SEB induzierte in C57BL/6 Mäusen eine Entzündungsreaktion mit Influx von Lymphozyen und eosinophilen Granulozyten sowie gesteigerte Produktion von IL-4, IL-5 und TNF-alpha in der Lunge, welches in der Histologie und Bronchiallavage nachgewiesen wurde. Desweiteren führt SEB allergenunabhängig zur Ausbildung von BHR. SEB Applikation in einem Mausmodell der allergischen Sensibilisierung (gegen Ovalbumin in C57BL/6 Mäusen) verstärkt die allergische Entzündung in der Lunge und die BHR. CD23 (Low-Affinity IgE Rezeptor) Knock out Tiere zeigen nach allergischer Sensibilisierung und SEB Behandlung keinen Anstieg der TNF-alpha Produktion und keine Hyperreagibilität. Aus diesen Ergebnisse läßt sich schlußfolgern: I. Bakterielles Superantigen induziert das Vollbild des intrinsischen AB im Tiermodell. II. Bakterielles Superantigen kann das extrinsische, allergische AB verstärken. III. Der CD23 Rezeptor ist essentiell für die TNF-alpha Produktion und die Induktion von BHR. Diese Resultate sollten in klinischen Studien am Patienten überprüft werden, da aufgrund der hier vorliegenden Daten zu erwarten ist, daß Antibiotikatherapie, und damit Elimination superantigenproduzierender Bakterien im Nasenrachenraum, die klinische Symptomatik des AB reduzieren kann. / Asthma bronchiale (AB) is an obstructive, partially reversible chronic inflammatatory disease of the small airways, which clinical correlate is represented by airway hyperreactivity. Based on etiological factors, AB can be divided in extrinsic and intrinsic AB, where the first depends on an allergic sensitization and the latter on airway irritation by environmental factors or airway inflammation due to viral or bacterial infection. In this thesis, the role of bacterial superantigens in airway inflammation and -hyperreactivity is analyzed. Staphylococcal enterotoxin B (SEB) was used as a prototypic substance, since SEB producing Staphylo-coccal aureus can be found in the nose and pharynx of asthmatic patients. Nasal application of SEB in C57BL/6 mice resulted in airway inflammation characterized by an influx of lymphocytes and eosinophil granulocytes and increased production of IL-4, IL-5, and TNF-alpha, which was analyzed by histology and bronchiolalveolar lavage. Furthermore, SEB induced independent of aller-gens airway hyperreactivity. SEB application in a mouse-model of allergic sensitization (to ovalbumin in C57BL/6 mice) boosts the allergen-induced allergic inflammation and airway hyperreactivity. CD23 (low-affinity IgE receptor) knock out mice showed no increased TNF-alpha production and no air-way hyperreactivity after allergic sensitization and SEB treatment. These results demonstrate: I. Bacterial superantigen can induce intrinsic AB in a mouse model. II. Bacte-rial superantigen can significantly boost the allergic, extrinsic AB. III. The CD23 receptor is essential for TNF-alpha production and for the induction of airway hyperreactivity. Based on these findings, clinical surveys should be performed, since one could expect, that eradication of nasal bacterial carriage and therefore local superantigen sezernation should improve the AB- symptoms in affected patients.