Purpose of this thesis is to check influence of turbulent model used for simulation of flow close to primary elementi inserted into piping. The goal is to check if results computed by these models are equal and how precise is their prediction.

Der menschliche Gang und damit auch das Abrollverhalten und die Belastungssituation des Fußes wird von einer Vielzahl an extrinsischen und intrinsischen Faktoren beeinflusst. In dieser Arbeit soll der Einfluss des Körpergewichtes, im Speziellen der übermäßigen Körpermasse unter der Krankheit Adipositas sowie der Einfluss der plantaren, kutanen Sensorik auf den menschlichen Gang betrachtet werden. Die starken Auswirkungen von Übergewicht und Adipositas auf das muskuloskelettale System lassen sich vor allem an der hohen Prävalenz von Schmerzen an den unteren Extremitäten festmachen. Besonders häufig treten neben Schmerzen an Hüfte und Knie auch Beschwerden im Bereich des Fußes auf. Die Betrachtung kinetischer Auswirkungen von Übergewicht und Adipositas auf den Bewegungsapparat rückt daher zunehmend in den Fokus der bewegungswissenschaftlichen Forschung. Die aktuelle Studienlage lässt derzeit jedoch keine eindeutigen Schlussfolgerungen zu, in welcher Weise sich Adipositas mit steigendem Schweregrad auf das Gangmuster auswirkt. Besonders im Bereich des Fußes fehlen belastungsrelevante Informationen mit denen das Abrollverhalten des Fußes bestimmt und mögliche Fehlbelastungen erkannt werden können. Zur Behandlung von schweren Graden der Adiposits werden adipositaschirurgische Maßnahmen eingesetzt. Dadurch ist es möglich in kürzester Zeit einen starken Gewichtsverlust hervorzurufen. Unklar ist, ob sich das Gangbild nach einem entsprechenden Gewichtsverlust wieder normalisieren kann und Adaptationsvorgänge nach einem längeren Zeitraum nachweisbar sind. In zwei Studien soll daher das plantare Belastungsmuster unter Adipositas evaluiert werden. In Studie I wird dazu eine Kategorisierung nach dem Schweregrad der Adipositas vorgenommen und das plantare Belastungsmuster der jeweiligen Gruppen gegenüber dem einer normalgewichtigen Gruppe gestellt. Ein besonderes Augenmerk soll hier auf Belastungen im Fersen- und im Mittelfußbereich gelegt werden, da hier Schmerzen am häufigsten auftreten. Der Kenntnisgewinn aus dieser Studie soll vor allem zur theoretischen Herleitung der Entstehungsmuster von Schmerzen im Bereich des Fußes dienen, aber auch typische Gangmuster der einzelnen Adipositas Grade festhalten. In Studie II erfolgt die Betrachtung der plantaren Belastung nach einem adipositaschirurgischen Eingriff. Ziel dieser Studie ist es, Anpassungsprozesse nach einem massiven Gewichtsverlust im Gangverhalten zu bewerten und Faktoren, welche wesentlich zur Veränderung des Gangbildes beitragen, auszumachen. Die Ergebnisse können weiterhin Hinweise auf eine mögliche Notwendigkeit einer bewegungstherapeutischen Begleitung nach einem adipositaschirurgischen Eingriff liefern. Studie III beschäftigt sich mit den Auswirkungen einer Desensibilisierung der plantaren kutanen Sensorik auf das plantare Abrollmuster beim Gehen. Die kutanen Mechanorezeptoren sind wesentlich an der posturalen Kontrolle beim Stehen und bei dynamischen Bewegungsvorgängen beteiligt. Beeinträchtigungen in der Funktionsweise der plantaren kutanen Mechanorezeptoren bspw. in Folge einer diabetischen Polyneuropathie können zu Gangpathologien, einer erhöhten Sturzgefahr oder auch der Entstehung von Druckulzerationen führen. Die Stärke der Beteiligung der plantaren Sensorik am plantaren Belastungmuster ist jedoch nicht ausreichend erschlossen und soll daher in Studie III betrachtet werden.

Im Zuge systematisch durchgeführter thermografischer Untersuchungen an 95 Asiatischen Elefanten in europäischen Zoos konnten physiologische Wärmeprofile aller nicht von Fußkrankheiten betroffener Elefanten erstellt werden. Um eine objektivere Befundung zu ermöglichen, wurden dafür definierte Messbereiche an den Füßen festgelegt und deren Temperaturdaten als Wärmekurven für jeden Zeh dargestellt. Es zeigte sich, dass die Bandbreite von Temperaturen gleicher Messbereiche starken individuellen Schwankungen unterliegt, weshalb eine Befundung nicht anhand absoluter Temperaturwerte erfolgen sollte. So wurden über gleichen Messbereichen unterschiedlicher Elefanten Temperaturunterschiede von bis zu 8 °C festgestellt. Auch die Umgebungsfaktoren während der Untersuchung tragen zu dieser Varianz bei. Bei Umgebungstemperaturen zwischen 17,5 °C und 23 °C stellt sich durch Erhöhung der Außentemperatur um 1 °C eine um 0,5 °C erhöhte Wärmeabstrahlung über der Haut dar. Eine Erhöhung der Luftfeuchte um 1 % verursacht eine um 0,03 °C vermehrte Wärmeabstrahlung. Die Wärmeprofile stellten sich für die Kronsaum- und Hufwandbereiche der Zehen eines Fußes von medial nach lateral in einem parabelförmigen Verlauf dar, wobei die höchsten Temperaturen an den kranialen Zehen gemessen wurden. Die Differenz zwischen Kronsaum- und Hufwandbereichen blieb dabei konstant. Die Temperaturen der Zehenregion oberhalb des Kronsaums folgten nicht dieser Parabelform, lagen aber, außer an der jeweils medialen Seite, konstant unterhalb der Kronsaumtemperaturen. Bei Vergleich mit thermografischen Befunden erkrankter Zehen zeigte sich meist ein starker Anstieg der Zehenregiontemperatur weit über die Kronsaumtemperaturen hinaus, weshalb sich dieses Verhältnis als Indiz für ein akutes Enzündungsgeschehen nutzen lässt. Ein gleichmäßiges Wärmeprofil, welches möglichst dicht dem in dieser Arbeit entwickelten Profil gleicht und konstante Temperaturdifferenzen zwischen den einzelnen Messbereichen aufweist, ist ein gutes Indiz für einen gesunden Fuß. Thermografische Befundungen sollten immer mit Hilfe herkömmlicher visueller Auswertung und zusätzlich der Erstellung eines Wärmeprofils vorgenommen werden, um die Subjektivität zu minimieren. Erstmalig wurden in dieser Arbeit drei Elefanten mittels Pedografie untersucht, um Aufschlüsse über die Druckverteilung unter dem Elefantenfuß zu erhalten. Wie bei Menschen und pedografisch vermessenen Rindern fanden sich auch beim Elefanten charakteristische Druckprofile. Druckspitzenwerte tauchten hierbei vor allem im kranialen Bereich der Füße als Druckleiste, aber auch im kaudalen Bereich in Form zweier Druckpfeiler auf. Experimente mit einer Methode zur Simulierung weicheren Untergrundes schienen die Druckspitzenwerte etwas abzuschwächen und das allgemeine Druckprofil einzuebnen, waren aber nur schwer auszuwerten. Die Methode eignet sich ebenso zur Erfassung der tatsächlich belasteten Fläche der Füße, welche sich bei stärkerer Belastung, beispielsweise dreibeinigem Stehen, vergrößerte. Trotz noch einiger methodischer und technischer Probleme, eröffnet sich mit der Pedografie ein sicherlich lohnenswertes Forschungsfeld für weitere Studien, die einen besseren Einblick in die Druckphysiologie des Elefantenfußes gewähren könnten. Weiterhin wurden in dieser Arbeit Daten der Elefantenhaltungssysteme von 17 besuchten europäischen Zoos, sowie Daten über Häufigkeit und Art der Gliedmaßenkrankheiten und anderer gesundheitlicher Parameter aller 95 untersuchter Elefanten ausgewertet. Hierbei zeigte sich immer noch starker Verbesserungsbedarf im Hinblick auf Innengehegegrößen und die verwendeten Bodenmaterialien. Auch Bewegungsprogramme für den Aufenthalt im Außengehege wurden nur in weniger als der Hälfte der Zoos eingesetzt. Positiv fiel auf, dass die Elefanten in den besuchten Zoos kaum noch angekettet werden und falls doch, nur kurzzeitig zu Untersuchungszwecken. Den Daten der Haltungsanalysen entsprechend, fielen die Auswertungen zur Fußgesundheit aus: Nur 36 % der untersuchten Elefanten litten bisher noch niemals unter Fußerkrankungen. Allein zum Zeitpunkt der Untersuchung wurden bei 27 % der Tiere akute Erkrankungen festgestellt, die unter Behandlung standen. Hierbei handelte es sich hauptsächlich um Abszesse oder andere entzündliche Veränderungen im Bereich des Nagelbetts. Weiterhin wurden 30 % der Elefanten als übergewichtig eingeschätzt und 36 % der Tiere zeigten stereotype Bewegungsmuster. / A total of 95 Asiatic Elephants in 17 European zoos were systematically examined using a high resolution thermographic camera and physiologic heat profiles of elephant’s feet without known foot diseases were established. To allow a more objective evaluation of thermographic findings, the feet and toes were divided schematically into defined areas for measurement purposes, based on anatomical features for which the temperature data was then plotted to produce heat curves for each area. Measurements of temperatures pertaining to similar areas of different elephants showed strong individual fluctuation. Temperature variation was as high as 8 °C in similar areas between elephants. Thus, evaluation of thermographic findings should never be based on absolute temperature readings alone. This strong variation is partly caused by environmental factors during the examination. With environmental temperatures between 17,5 °C and 23 °C, a one degree increase of this temperature will cause a 0,5 °C increase of the heat radiation of the feet. An increase of air humidity by 1 % will cause an increase of 0,03 °C of the measured thermographical heat radiation. The physiological heat profiles for coronary and hoof wall areas of the toes showed an arched, parable-like shape when plotted from the medial over the cranial to the lateral toes. The highest temperature readings were found on the cranial toes. The difference between coronary and hoof wall temperatures of similar toes were constant all over the foot. The physiological heat profiles of the toe areas above the coronary region did not show this arched shape but stayed below the coronary temperature readings except on the medial toe. On comparison with thermographic findings of inflammated toes, a strong increase of this area above the coronary band was found which exceeded the temperature of the coronary region. This characteristic can be used as an indicator for acute inflammations. A regular heat profile, which resembles closely the physiological heat profile created in this study and which shows constant temperature differences between the defined areas of the single toes, is a good indicator of healthy foot. It is recommended that thermographic examinations always are evaluated using conventional observation of the heat patterns in conjunction with the additional creation of a heat profile to minimize subjectivity by the clinician. For the first time three elephants were examined in this study using a new pedographic method to gain information on the pressure distribution below the elephant’s foot. As found in humans as well as in pedographically examined cows, the pressure distribution in elephant’s feet showed a characteristic profile. Pressure peaks showed up especially in the cranial area of the foot, possibly the border between sole and pad, as well as in the caudal region in the shape of two pressure pillars. Experiments with a method to simulate softer ground seemed to lower the pressure peaks slightly in favor of a broader distribution, but were very difficult to evaluate, especially considering the small sample size. This method is also suited to register the actual area size put under pressure by the elephant, which was shown to rise under increased pressure, e. g. three legged standing. Despite some encountered methodical and technical problems, pedography of elephants is going to be a very promising field for further scientific studies in order to acquire more information on the physiology of pressure distribution. Data on husbandry conditions of the 17 visited zoos and as well as data on frequency and type of foot diseases and other health parameters of all 95 examined elephants were also collected and evaluated. A strong need for improvement was observed in terms of enclosure sizes and the surface materials used in indoor enclosures. Also, daily routines to increase activity of the elephants in the outdoor enclosures were found to be carried out only in half of the visited zoos. On a positive note, elephants in the evaluated zoos were hardly ever chained and if so, only for examination purposes. According to the data of the husbandry evaluation the information on the current status of foot health showed the need for improvement: Only in 36 % of the examined elephants foot problems were so far not encountered. On the time of examination 27 % of the animals were found to be under ongoing treatment for foot diseases. Mostly these were abscesses or other inflammation processes in the area of the nail’s laminar tissue. Out of the study sample, 30 % of the elephants were estimated to be overweight and 36 % showed stereotypic movement patterns.

To gather further information on the issue of discomfort and its prevention during seated bicycle riding, different seating conditions were tested during short term indoor cycling trials. The pressure distribution on the bicycle saddle for an upright position on a wide, cushioned saddle and an inclined position on a narrow, sporty saddle as well as the riders’ subjective feedback revealed significant differences between these scenarios. / Um weitere Informationen zum Thema Unbehagen und dessen Vorbeugung beim sitzenden Radfahren zu erhalten, wurden verschiedene Sitzbedingungen während kurzfristiger Indoor-Radfahrversuche getestet. Die Druckverteilung auf dem Fahrradsattel bei einer aufrechten Position auf einem breiten, gepolsterten Sattel und einer geneigten Position auf einem schmalen, sportlichen Sattel sowie das subjektive Feedback der Fahrer zeigten signifikante Unterschiede zwischen diesen Szenarien.

Um den Diskomfort beim Rucksacktragen zu verringern, wurde ein Trekkingrucksack modifiziert und mithilfe der Druckverteilungsmessung untersucht. Es kam zu einer Reduzierung der Druckbelastungen im Bereich der Kreuzbeingelenke. Die Lastübertragung auf die Beckenflossen wurde verbessert. Der modifizierte Rucksack könnte langfristig der Entstehung von lumbo-sakralen Beschwerden auf Trekkingtouren vorbeugen. / To improve the mechanical comfort during load carriage, a trekking backpack was modified and examined by means of pressure distribution measurement. The modifications resulted in decreased pressure loads in the sacroiliac joint area. The load transfer to the pelvic belt was improved. The modified backpack could prevent the development of lumbo-sacral complaints on trekking tours in the long term.

Um den Einfluss des Sitzpolsters in Radhosen auf den mechanischen Komfort besser zu verstehen, wurden der Satteldruck und die Beckenbewegung in Abhängigkeit der Belastungsintensität sowie -dauer beim Radfahren analysiert. Die Ergebnisse der initialen Datenanalyse deuten darauf hin, dass weniger die Stabilitätsparameter, sondern eher die Druckwahrnehmung für die Beurteilung des mechanischen Komforts maßgeblich ist. / In order to better understand the influence of the seat pad in cycling shorts on mechanical comfort, saddle pressure and pelvic movement were analyzed as a function of load intensity as well as duration during cycling. The results of the initial data analysis indicate that it is not so much the stability parameters but rather the pressure perception that is decisive for the assessment of mechanical comfort.