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Most in-hospital deaths secondary to infections in under-five deaths within sub-Saharan Africa (SSA) occur in the initial 24 hours of admission and shock has been identified as a major risk factor for the early deaths. However, controversies exist on the appropriate clinical diagnosis of shock, choice of ideal fluid for resuscitation (crystalloid or colloid), and safety of fluid resuscitation in severe malnutrition or severe malaria. This thesis investigates these aspects and also reviews the evidence base of current paediatric fluid resuscitation guidelines for children (aged >60 days and ≤12 years) with severe febrile illnesses. Capillary refill time >2 seconds, weak pulse volume, or bradycardia, in the presence of abnormal temperature and severe disease are predictive of impaired perfusion (defined by lactic acidosis) and death. Tachycardia and temperature gradient are neither associated with increased risk of death nor predictive of hypoperfusion. Existing international definitions of shock have low sensitivities (FEAST=44%, WHO=2%, and ACCM=59%) and high specificities (FEAST=82%, WHO=100%, and ACCM=66%) for diagnosis of impaired perfusion. Clinical criteria derived (called derived shock) had a sensitivity of 30% and specificity of 93%. Shock in children with severe febrile illnesses in Kilifi has a complex presentation but mainly presents with hyperdynamic circulation (high cardiac index) and vasodilatation. Cases with low cardiac index (myocardial dysfunction) are relatively rare but increase the risk of mortality when present. Synthetic colloids (gelofusine, hydroxyethyl starch 130/0.4 (HES), and dextran 70) are safe for use in fluid resuscitation in children with severe malaria. However, HES is the most promising compared to other synthetic colloids concerns still remain about its renal safety. However, further evaluation of synthetic colloids for treatment of shock is not warranted due to the findings of FEAST trial. A Pilot trial shows that bolus isotonic fluids are safe, have better efficacy, and produce faster resolution of shock compared to low-sodium solutions at volumes and rates recommended by WHO in children with severe malnutrition. Evidence available from all ten the trials in children with sepsis show that fluid resuscitation using crystalloids and colloids result in similar survival. However, fluid bolus resuscitation results in increased mortality compared to no bolus (control) in children in SSA. This finding excludes children with gastroenteritis, trauma, burns, and malnutrition. Colloids are better than crystalloids for severe dengue shock but both have similar efficacy in moderate dengue shock.

Ao contrário dos indicadores estáticos, como a pressão venosa central e a pressão de oclusão da artéria pulmonar, a variação da pressão de pulso arterial tem se mostrado um indicador hemodinâmico preciso para a determinação da responsividade à administração de fluido. Objetivo: Este estudo objetivou mensurar a variação da pressão de pulso em cadelas mecanicamente ventiladas submetidas a expansão volêmica durante procedimento cirúrgico eletivo (ovário-salpingo-histerectomia) e determinar a relação deste indicador com os dados hemodinâmicos obtidos por meio do exame ecodopplercardiográfico transesofágico. Material e método: Quinze cadelas foram distribuídas aleatoriamente em dois grupos: sem pressão positiva ao final da expiração (GI - ZEEP, n = 7) e com pressão positiva ao final da expiração de 5cmH2O (GII - PEEP, n = 8). As avaliações hemodinâmicas incluindo freqüência cardíaca (FC), pressão arterial média invasiva (PaM), variação da pressão de pulso (VPP), pressão venosa central (PVC), volume sistólico (VE), índice cardíaco (IC), velocidade do fluxo aórtico (VFA) e gradiente de pressão do fluxo aórtico (Grad); análise de gases sangüíneos e parâmetros do sistema respiratório incluindo freqüência respiratória (FR) e pressão de pico inspiratória (PIP), foram mensuradas antes da aplicação da PEEP em cadelas do GII (M0); imediatamente antes (M1) e cinco minutos após (M2) a expansão volêmica com 10ml/Kg de solução de Ringer Lactato. Os grupos e tempos foram comparados por meio da análise de variância (ANOVA) seguida do teste de Tukey, com nível de significância de 5%. Resultados: A utilização da PEEP ocasionou um significante aumento dos seguintes parâmetros: VPP (M0 - 9.5 ± 2.92 vs M1 - 12.1 ± 2.19, P < 0.05); PVC ( 4.9 ± 2.47 vs 6.5 ± 2.73, P < 0.05); PIP (9.9 ± 1.36 vs 13.0 ± 2.2, P < 0.05) e PaO2 (336.5 ± 64.04 vs 373.6 ± 97.82, P < 0.05). Os animais do GI apresentaram um significante aumento dos seguintes parâmetros depois da expansão volêmica: VE (25.4 ± 3.92 vs 19.1 ± 3.22, P < 0.05), IC (3.8 ± 0.99 vs 2.4 ± 0.47, P < 0.05), VFA (93.8 ± 17.60 vs 74.5 ± 14.66, P < 0.05) e Grad (3.6 ± 1.30 vs 2.3 ± 0.92, P < 0.05). Alterações significativas também foram observadas nos seguintes parâmetros do GII depois da expansão volêmica: PaM (108.6 ± 20.6 vs 96.9 ± 19.97, P < 0.05), VPP (5.2 ± 1.8 vs 12.1 ± 2.19, P < 0.05), VE (26.6 ± 8.18 vs 20 ± 5.15, P < 0.05), IC (3.6 ± 0.90 vs 2.4 ± 0.56, P < 0.05), VFA (97.6 ± 25.49 vs 83.6 ± 24.12, P < 0.05) e Grad (4.0 ± 2.01 vs 3.0 ± 1.64, P < 0.05). Quando comparado M1 do GI e do GII, diferença significativa foi observada com a VPP (7.1 ± 1.64 vs 12.1 ± 2.19, P < 0.05). A FR foi maior no GII quando comparada ao GI (FR GII M1 e GII M2 - 16.9 ± 1.36 vs GI M1 - 14.9 ± 1.35 e GI M2 - 15.3 ± 1.5, P < 0.05). PIP foi também maior no GII quando comparada ao GI (GII M1 - 13.0 ± 2.20 vs GI M1 - 7.3 ± 2.21; GII M2 - 13.4 ± 2.50 vs GI M2 - 7.7 ± 2.14, P < 0.05). Conclusão: Este estudo mostrou que a variação da pressão de pulso é um índice adequado para avaliar o estado hemodinâmico durante a instituição de PEEP, sendo a avaliação ecodopplercardiográfica transesofágica uma excelente técnica de monitoração do estado hemodinâmico nos pacientes submetidos a procedimento cirúrgico. / Contrary to static parameters such as central venous pressure and pulmonary capillary wedge pressure, pulse pressure variation has proven itself as an accurate hemodynamic tool for the determination of fluid responsiveness. Objective: To measure pulse pressure variation in mechanically-ventilated bitches submitted to volume load during elective surgery (ovariohysterectomy) and to determine its relationship with hemodynamic parameters obtained with transesophageal Doppler echocardiography. Material and Methods: Fifteen bitches were randomly distributed between two groups: with zero end-expiratory pressure (GI - ZEEP, n=7) and with positive end-expiratory pressure of 5cmH2O (GII - PEEP, n=8). Hemodynamic evaluations including heart rate (HR), invasive mean arterial pressure (MAP), pulse pressure variation (PPV), central venous pressure (CVP), stroke volume (SV), cardiac index (CI), aortic blood flow velocity and aortic flow pressure gradient; blood-gas analysis and ventilatory parameters including respiratory rate (RR) and peak inspiratory pressure (PIP), were measured before employment of PEEP in bitches from GII (M0); immediately before (M1) and five minutes after (M2) volume expansion using 10ml/Kg lacted Ringers solution. Statistical analysis was based on ANOVA for repeated measures followed by Turkeys t-test with significance level of 0.05. Results: The use of PEEP induced a significant increase in the following parameters: PPV (M0 - 9.5 ± 2.92 vs M1 - 12.1 ± 2.19, P < 0.05); CVP ( 4.9 ± 2.47 vs 6.5 ± 2.73, P < 0.05); PIP (9.9 ± 1.36 vs 13.0 ± 2.2, P < 0.05) and PaO2 (336.5 ± 64.04 vs 373.6 ± 97.82, P < 0.05). Animals in GI presented a significant increase in the following parameters after fluid load: SV (25.4 ± 3.92 vs 19.1 ± 3.22, P < 0.05), CI (3.8 ± 0.99 vs 2.4 ± 0.47, P < 0.05), aortic blood flow velocity (93.8 ± 17.60 vs 74.5 ± 14.66, P < 0.05) and aortic flow pressure gradient (3.6 ± 1.30 vs 2.3 ± 0.92, P < 0.05). Statistical significance of the following parameters were observed in GII after fluid load: MAP (108.6 ± 20.6 vs 96.9 ± 19.97, P < 0.05), PPV (5.2 ± 1.8 vs 12.1 ± 2.19, P < 0.05), SV (26.6 ± 8.18 vs 20 ± 5.15, P < 0.05), CI (3.6 ± 0.90 vs 2.4 ± 0.56, P < 0.05), aortic blood flow velocity (97.6 ± 25.49 vs 83.6 ± 24.12, P < 0.05) and aortic flow pressure gradient (4.0 ± 2.01 vs 3.0 ± 1.64, P < 0.05). When comparing M1 of GI and GII, a statistical significant difference was observed with PPV (7.1 ± 1.64 vs 12.1 ± 2.19, P < 0.05). Respiratory rate was greater in GII than in GI (RR GII M1 and GII M2 - 16.9 ± 1.36 vs GI M1 - 14.9 ± 1.35 and GI M2 - 15.3 ± 1.5, P < 0.05). Peak inspiratory pressure was also greater in GII than in GI (GII M1 - 13.0 ± 2.20 vs GI M1 - 7.3 ± 2.21; GII M2 - 13.4 ± 2.50 vs GI M2 - 7.7 ± 2.14, P < 0.05). Conclusion: This study showed that the pulse pressure variation is an adequate indicator to evaluate the hemodynamic status during PEEP application, being the transesophageal Doppler echocardiography evaluation a great tool in monitoring the hemodynamic status in patients undergoing surgery.

Ao contrário dos indicadores estáticos, como a pressão venosa central e a pressão de oclusão da artéria pulmonar, a variação da pressão de pulso arterial tem se mostrado um indicador hemodinâmico preciso para a determinação da responsividade à administração de fluido. Objetivo: Este estudo objetivou mensurar a variação da pressão de pulso em cadelas mecanicamente ventiladas submetidas a expansão volêmica durante procedimento cirúrgico eletivo (ovário-salpingo-histerectomia) e determinar a relação deste indicador com os dados hemodinâmicos obtidos por meio do exame ecodopplercardiográfico transesofágico. Material e método: Quinze cadelas foram distribuídas aleatoriamente em dois grupos: sem pressão positiva ao final da expiração (GI - ZEEP, n = 7) e com pressão positiva ao final da expiração de 5cmH2O (GII - PEEP, n = 8). As avaliações hemodinâmicas incluindo freqüência cardíaca (FC), pressão arterial média invasiva (PaM), variação da pressão de pulso (VPP), pressão venosa central (PVC), volume sistólico (VE), índice cardíaco (IC), velocidade do fluxo aórtico (VFA) e gradiente de pressão do fluxo aórtico (Grad); análise de gases sangüíneos e parâmetros do sistema respiratório incluindo freqüência respiratória (FR) e pressão de pico inspiratória (PIP), foram mensuradas antes da aplicação da PEEP em cadelas do GII (M0); imediatamente antes (M1) e cinco minutos após (M2) a expansão volêmica com 10ml/Kg de solução de Ringer Lactato. Os grupos e tempos foram comparados por meio da análise de variância (ANOVA) seguida do teste de Tukey, com nível de significância de 5%. Resultados: A utilização da PEEP ocasionou um significante aumento dos seguintes parâmetros: VPP (M0 - 9.5 ± 2.92 vs M1 - 12.1 ± 2.19, P < 0.05); PVC ( 4.9 ± 2.47 vs 6.5 ± 2.73, P < 0.05); PIP (9.9 ± 1.36 vs 13.0 ± 2.2, P < 0.05) e PaO2 (336.5 ± 64.04 vs 373.6 ± 97.82, P < 0.05). Os animais do GI apresentaram um significante aumento dos seguintes parâmetros depois da expansão volêmica: VE (25.4 ± 3.92 vs 19.1 ± 3.22, P < 0.05), IC (3.8 ± 0.99 vs 2.4 ± 0.47, P < 0.05), VFA (93.8 ± 17.60 vs 74.5 ± 14.66, P < 0.05) e Grad (3.6 ± 1.30 vs 2.3 ± 0.92, P < 0.05). Alterações significativas também foram observadas nos seguintes parâmetros do GII depois da expansão volêmica: PaM (108.6 ± 20.6 vs 96.9 ± 19.97, P < 0.05), VPP (5.2 ± 1.8 vs 12.1 ± 2.19, P < 0.05), VE (26.6 ± 8.18 vs 20 ± 5.15, P < 0.05), IC (3.6 ± 0.90 vs 2.4 ± 0.56, P < 0.05), VFA (97.6 ± 25.49 vs 83.6 ± 24.12, P < 0.05) e Grad (4.0 ± 2.01 vs 3.0 ± 1.64, P < 0.05). Quando comparado M1 do GI e do GII, diferença significativa foi observada com a VPP (7.1 ± 1.64 vs 12.1 ± 2.19, P < 0.05). A FR foi maior no GII quando comparada ao GI (FR GII M1 e GII M2 - 16.9 ± 1.36 vs GI M1 - 14.9 ± 1.35 e GI M2 - 15.3 ± 1.5, P < 0.05). PIP foi também maior no GII quando comparada ao GI (GII M1 - 13.0 ± 2.20 vs GI M1 - 7.3 ± 2.21; GII M2 - 13.4 ± 2.50 vs GI M2 - 7.7 ± 2.14, P < 0.05). Conclusão: Este estudo mostrou que a variação da pressão de pulso é um índice adequado para avaliar o estado hemodinâmico durante a instituição de PEEP, sendo a avaliação ecodopplercardiográfica transesofágica uma excelente técnica de monitoração do estado hemodinâmico nos pacientes submetidos a procedimento cirúrgico. / Contrary to static parameters such as central venous pressure and pulmonary capillary wedge pressure, pulse pressure variation has proven itself as an accurate hemodynamic tool for the determination of fluid responsiveness. Objective: To measure pulse pressure variation in mechanically-ventilated bitches submitted to volume load during elective surgery (ovariohysterectomy) and to determine its relationship with hemodynamic parameters obtained with transesophageal Doppler echocardiography. Material and Methods: Fifteen bitches were randomly distributed between two groups: with zero end-expiratory pressure (GI - ZEEP, n=7) and with positive end-expiratory pressure of 5cmH2O (GII - PEEP, n=8). Hemodynamic evaluations including heart rate (HR), invasive mean arterial pressure (MAP), pulse pressure variation (PPV), central venous pressure (CVP), stroke volume (SV), cardiac index (CI), aortic blood flow velocity and aortic flow pressure gradient; blood-gas analysis and ventilatory parameters including respiratory rate (RR) and peak inspiratory pressure (PIP), were measured before employment of PEEP in bitches from GII (M0); immediately before (M1) and five minutes after (M2) volume expansion using 10ml/Kg lacted Ringers solution. Statistical analysis was based on ANOVA for repeated measures followed by Turkeys t-test with significance level of 0.05. Results: The use of PEEP induced a significant increase in the following parameters: PPV (M0 - 9.5 ± 2.92 vs M1 - 12.1 ± 2.19, P < 0.05); CVP ( 4.9 ± 2.47 vs 6.5 ± 2.73, P < 0.05); PIP (9.9 ± 1.36 vs 13.0 ± 2.2, P < 0.05) and PaO2 (336.5 ± 64.04 vs 373.6 ± 97.82, P < 0.05). Animals in GI presented a significant increase in the following parameters after fluid load: SV (25.4 ± 3.92 vs 19.1 ± 3.22, P < 0.05), CI (3.8 ± 0.99 vs 2.4 ± 0.47, P < 0.05), aortic blood flow velocity (93.8 ± 17.60 vs 74.5 ± 14.66, P < 0.05) and aortic flow pressure gradient (3.6 ± 1.30 vs 2.3 ± 0.92, P < 0.05). Statistical significance of the following parameters were observed in GII after fluid load: MAP (108.6 ± 20.6 vs 96.9 ± 19.97, P < 0.05), PPV (5.2 ± 1.8 vs 12.1 ± 2.19, P < 0.05), SV (26.6 ± 8.18 vs 20 ± 5.15, P < 0.05), CI (3.6 ± 0.90 vs 2.4 ± 0.56, P < 0.05), aortic blood flow velocity (97.6 ± 25.49 vs 83.6 ± 24.12, P < 0.05) and aortic flow pressure gradient (4.0 ± 2.01 vs 3.0 ± 1.64, P < 0.05). When comparing M1 of GI and GII, a statistical significant difference was observed with PPV (7.1 ± 1.64 vs 12.1 ± 2.19, P < 0.05). Respiratory rate was greater in GII than in GI (RR GII M1 and GII M2 - 16.9 ± 1.36 vs GI M1 - 14.9 ± 1.35 and GI M2 - 15.3 ± 1.5, P < 0.05). Peak inspiratory pressure was also greater in GII than in GI (GII M1 - 13.0 ± 2.20 vs GI M1 - 7.3 ± 2.21; GII M2 - 13.4 ± 2.50 vs GI M2 - 7.7 ± 2.14, P < 0.05). Conclusion: This study showed that the pulse pressure variation is an adequate indicator to evaluate the hemodynamic status during PEEP application, being the transesophageal Doppler echocardiography evaluation a great tool in monitoring the hemodynamic status in patients undergoing surgery.

Orientador: Francisco José Teixeira-Neto / Resumo: Objetivo – Determinar a acurácia diagnóstica da variação da pressão de pulso (ΔPP) mensurada em artéria periférica na predição de diferentes aumentos no volume sistólico induzidos por um desafio volêmico em cães. Metodologia – Foram incluídos 39 cães, fêmeas (19,3 ± 3,6 kg) submetidas à ovariohisterectomia eletiva. A anestesia foi mantida com isoflurano sob ventilação mecânica controlada a volume (volume corrente 12 mL/kg; pausa inspiratória durante 40% do tempo inspiratório; relação inspiração:expiração 1:1,5). O débito cardíaco foi obtido através da técnica de termodiluição transpulmonar (cateter na artéria femoral) e o ΔPP foi mensurado através de um cateter posicionado na artéria podal dorsal. A fluido-responsividade (FR) foi avaliada através da administração de um (n = 21) ou dois (n = 18) desafios volêmicos com solução de Ringer Lactato (RL, 20 mL/kg durante 15 minutos), antes do procedimento cirúrgico. A análise da curva “receiver operating characteristics” (ROC) e a zona de incerteza diagnóstica (“gray zone”) do ΔPP foram empregadas para avaliar a habilidade do índice preditivo em discriminar os respondedores ao último desafio volêmico. A fluido-reponsividade foi definida por diferentes porcentagens de aumento no índice de volume sistólico (IVS) mensurado pela técnica de termodiluição transpulmonar (IVS>10%, IVS>15%, IVS>20% e IVS>25%). Resultados – O número de respondedores ao último desafio volêmico foi de 25 (IVS>10%), 21 (IVS>15%), 18 (IVS>20%) e 14 (IVS>25%). A á... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Objective – To determine the accuracy of pulse pressure variation (PPV) measured from a peripheral artery to predict different percent increases in stroke volume induced by a fluid challenge in dogs. Methods – Were included 39 adult bitches (19.3 ± 3.6 kg) undergoing ovariohysterectomy. Anesthesia was maintained with isoflurane under volumecontrolled ventilation (tidal volume 12 mL kg-1 ; inspiratory pause during 40% of inspiratory time; inspiration:expiration ratio 1:1.5). Cardiac output was obtained by transpulmonary thermodilution (femoral artery catheter) and PPV was measured from a dorsal pedal artery catheter. Fluid responsiveness (FR) was evaluated by a fluid challenge with lactated Ringer´s solution (LRS, 20 mL kg-1 over 15 minutes) administered once (n = 21) or twice (n = 18) before surgery. Receiver operating characteristics (ROC) curve analysis and the zone of diagnostic uncertainty (gray zone) of PPV cutoff thresholds were employed to evaluate the ability of PPV to discriminate responders to the last fluid challenge, defined by different percentage increases in stroke volume index (SVI) measured by transpulmonary thermodilution (SVI>10% to SVI> 25%, with 5 % increments). Results – Number of responders to the last fluid challenge were 25 (SVI>10%), 21 (SVI>15%), 18 (SVI>20%), and 14 (SVI>25%). The area under the ROC curve (AUROC) of PPV was 0.897 (SVI>10%), 0.968 (SVI>15%), 0.923 (SVI>20%), and 0.891 (SVI>25%) (p <0.0001 from AUROC = 0.5). Gray zones of PPV cutoff ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Orientador: Francisco José Teixeira Neto / Resumo: Objetivo: Comparar a acurácia diagnóstica da variação da pressão de pulso (VPP), variação do volume sistólico mensurada através do análise de contorno de pulso (VVSACP), índice de variabilidade pletismográfica (IVP), pressão venosa central (PVC) e índice do volume diastólico final global mensurado pela técnica de termodiluição transpulmonar (GEDVITDTP) para predizer a fluido-responsividade em cães. Animais: Quarenta cadelas saudáveis (13,8–26,8 kg) submetidas a ovário-salpingo-histerectomia. Métodos: A anestesia foi mantida com isoflurano sob ventilação mecânica com volume controlado (volume corrente 12 mL/kg, pausa inspiratória 40%, relação inspiração/expiração: 1:1,5). O débito cardíaco e o volume sistólico foram obtidos pela técnica de termodiluição transpulmonar através de um cateter inserido na artéria femoral. A fluido-responsividade (FR) foi avaliada por uma prova de carga (solução de Ringer com lactato, 20 mL/kg durante 15 minutos), administrada uma vez (n = 21) ou duas vezes (n = 18) antes da cirurgia. Respondedores a volume foram definidos como indivíduos onde o VS mensurado pela técnica de termodiluição transpulmonar, elevou-se acima de 15% após a última prova de carga. Resultados: Dos 39 animais incluídos no estudo, 21 cães foram classificados como respondedores e 18 não respondedores ao último desafio volêmico. As áreas sob as curvas de características de operação do receptor (AUROC) foram de 0,976, 0,906, 0,868 e 0,821 para VPP, IVP, PVC e VVSACP, respectivament... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Objective: To compare the diagnostic accuracy of pulse pressure variation (PPV), stroke volume variation from pulse contour analysis (SVVPCA), plethysmographic variability index (PVI), central venous pressure (CVP) and global end-diastolic volume index measured by transpulmonary thermodilution (GEDVITPTD) to predict fluid responsiveness (FR) in dogs. Animals: A group of 40 bitches (13.8–26.8 kg) undergoing ovariohysterectomy. Methods: Anesthesia was maintained with isoflurane under volume-controlled ventilation (tidal volume 12 mL/kg; inspiratory pause during 40% of inspiratory time; inspiration: expiration ratio 1:1.5). Transpulmonary thermodilution cardiac output was recorded through a femoral artery catheter. FR was evaluated by a fluid challenge (lactated Ringer's, 20 mL kg over 15 minutes) administered once (n = 21) or twice (n = 18) before surgery. Individuals were responders if stroke volume index measured by transpulmonary thermodilution increased >15% after the last fluid challenge. Results: Of the 39 animals studied, 21 were responders and 18 were nonresponders. Area under the receiver operating characteristics curve (AUROC) was 0.976, 0.906, 0.868 and 0.821 for PPV, PVI, CVP and SVVPCA, respectively (p < 0.0001 from AUROC = 0.5). GEDVITPTD failed to predict FR (AUROC: 0.660, p = 0.078). Best cut-off thresholds discriminating responders and nonresponders, with respective zones of diagnostic uncertainty (gray zones) were: PPV >16% (15–16%), PVI >11% (10–13%), SVVPCA ... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Wasserstoff ist ein Energieträger, der CO2-neutrale Energiekreisläufe ermöglicht, wenn er über die Elektrolyse aus Wasser gewonnen wird und die notwendige Energie aus erneuerbaren Quellen stammt. Die Speicherung von Wasserstoff ist als Bindeglied zwischen der Erzeugung und Verwertung des Energieträgers von entscheidender Bedeutung. Neben Druckgas- und flüssigen Wasserstoffspeichern eignen sich besonders Sorptionsmaterialien, wie zum Beispiel Metallhydride, für die Speicherung von Wasserstoff. Die Bildung eines Metallhydrids aus gasförmigem Wasserstoff und einem Metall ist eine reversible exotherme Reaktion. Fortschrittliche pulvermetallurgisch hergestellte Metallhydrid-Verbundwerkstoffe (MHV) ermöglichen die Ab- und Desorption von Wasserstoff in wenigen Minuten. MHV enthalten neben der hydridbildenden Legierung weitere Phasen zur Steigerung der Wärmeleitfähigkeit, zur Verringerung der Porosität und für die Bildung formstabiler Körper. In dieser Arbeit wurde expandierter Naturgraphit (ENG) als Zweitphase eingesetzt. Während der reversiblen Bildung des Metallhydrids kommt es zu einer Volumenausdehnung des Kristallgitters, die die Stabilität des Speichermaterials negativ beeinflusst und spezielle Anforderungen an die Reaktortechnologie stellt. Die Volumenausdehnung der wasserstoffabsorbierenden Legierungen kann in zylindrischen Speicherbehältern unterschiedlich berücksichtigt werden. Es bestehen die folgenden drei Möglichkeiten: 1. die freie Expansion des Speichermaterials in nur partiell gefüllten Reaktoren, 2. die axial freie und radial beschränkte Expansion sowie 3. die axial beschränkte und radial beschränkte Expansion. Im letzten Fall würde die Volumenausdehnung des Kristallgitters in die Porosität des Speicherbetts eingeleitet werden. Als Folge entstehen Kräfte und Spannungen, die zu einer Verformung und zum Bersten des Speicherbehälters führen können, wenn sie in der Auslegung des Behälters nicht beachtet werden. In der vorliegenden Arbeit wurde das Volumenänderungsverhalten von Metallhydriden und Metallhydrid-Verbundwerkstoffen bei der zyklischen Wasserstoffab- und Wasserstoffdesorption untersucht. Es waren die Ziele, zwei hydridbildende intermetallische Legierungen (TiMn2-bas. Legierung und Mg90Ni5Ce5-Legierung) auf ihre technische Eignung zu untersuchen, das Volumenänderungsverhalten der Legierungen und die Folgen für Verbundwerkstoffe zu bewerten sowie Rückschlüsse für die Entwicklung sicherer und effizienter Speichersysteme zu entwickeln. Für die Realisierung wurden neben Standardverfahren hauptsächlich zwei neuartige Methoden eingesetzt: die in-situ Neutronenradiographie von Wasserstoffspeichermaterialien und die Analyse von mechanischen Spannungen, die bei der Hydrierung räumlich eingeschränkter poröser Verbundwerkstoffe entstehen.:Abkürzungen und Symbole IV 1 Einleitung 1 1.1 Motivation 1 1.1.1 Von fossilen zu erneuerbaren Energieträgern 1 1.1.2 Die Speicherung von Wasserstoff 2 1.2 Zielstellung und Gliederung dieser Arbeit 4 2 Stand der Wissenschaft und Technik 6 2.1 Metallhydride 6 2.1.1 Thermodynamik und Kinetik 6 2.1.2 Dilatation des Kristallgitters bei der Hydrierung 10 2.1.3 Einfluss von mechanischen Spannungen auf die Wasserstoffsorption 12 2.2 Von Pulverschüttungen zu Verbundwerkstoffen 15 2.2.1 Wärmeleitung und Wasserstofftransport 15 2.2.2 Folgen der Volumenänderung bei zyklischer Hydrierung 16 2.3 Metallhydridspeicher 19 2.3.1 Einordnung 19 2.3.2 Integration des Metallhydridbetts 19 2.3.3 Randbedingungen und Sicherheitsaspekte 20 2.3.4 Abschätzung des Füllstands 22 3 Experimentelle Durchführung 24 3.1 Materialaufbereitung 24 3.1.1 TiMn2-basierte Übergangsmetalllegierung 24 3.1.2 Mg90Ni5Ce5-Metalllegierung 26 3.2 Dichte und Porosität 28 3.3 Wärmeleitfähigkeit und Gaspermeabilität 28 3.4 Wasserstoffsorptionsmessungen 28 3.5 Mechanische Spannungsmessung an zylindrischen Verbundwerkstoffen 29 3.5.1 Reaktor 30 3.5.2 Axiale Raumrichtung 32 3.5.3 Radiale Raumrichtung 32 3.6 In-situ-Neutronenradiographie 33 3.6.1 Beamline 33 3.6.2 Radiographieauswertung 34 3.6.3 Raumtemperatur-Setup 38 3.6.4 Hochtemperatur-Setup 38 3.6.5 Mobiler Teststand 39 3.7 Weitere Methoden 42 4 Applikationsrelevante Eigenschaften der hydridbildenden Werkstoffe 44 4.1 TiMn2-basiertes Materialsystem 44 4.1.1 Wasserstoffsorption der Legierung 45 4.1.2 Mikrostruktur, Gas- und Wärmetransporteigenschaften der Verbundwerkstoffe 45 4.1.3 Wasserstoffsorption der Verbundwerkstoffe 48 4.2 Mg90Ni5Ce5-basiertes Materialsystem 52 4.2.1 Mikrostruktur der Legierung 52 4.2.2 Wasserstoffsorption der Legierung 53 4.2.3 Mikrostruktur, Gas- und Wärmetransporteigenschaften der Verbundwerkstoffe 58 4.2.4 Wasserstoffsorption der Verbundwerkstoffe 59 4.3 Schlussfolgerungen 61 5 Volumenänderungsverhalten von Metallhydrid-Verbundwerkstoffen während der Wasserstoffsorption 63 5.1 TiMn2-basiertes Materialsystem 63 5.1.1 Dekrepitation bei allseits freier Expansion 64 5.1.2 Ausdehnung bei radialer Begrenzung 66 5.1.3 Spannungsentwicklung bei axial und radial eingeschränkter Ausdehnung 70 5.2 Mg90Ni5Ce5-basiertes Materialsystem 79 5.2.1 Dekrepitation bei freier Expansion 79 5.2.2 Volumenausdehnung bei radialer Begrenzun 80 5.3 Schlussfolgerungen 87 6 Wechselwirkung zwischen Metallhydrid-Verbundwerkstoff und Reaktor 91 6.1 Wirkung von Kräften im Druckbehälter 91 6.2 Reaktorausrichtung und Positionierung des Ausdehnungsraums 96 6.2.1 Vertikale Ausrichtung 96 6.2.2 Horizontale Ausrichtung 100 6.3 Strukturelle Alterung der Verbundwerkstoffe und Auswirkungen auf das Speichersystem 104 6.3.1 Alterung bei freier Expansion 104 6.3.2 Alterung unter erhöhter Rückstellkraft 104 6.3.3 Alterung bei minimierter Volumenausdehnung 106 6.4 Schlussfolgerungen 109 7 Zusammenfassung und Ausblick 115 Anhang 121 A.1 Anhang zu Kapitel 3 121 A.2 Anhang zu Kapitel 4 128 A.3 Anhang zu Kapitel 5 129 Literaturverzeichnis 131 Abbildungsverzeichnis 149 Videoverzeichnis 153 Tabellenverzeichnis 154 Danksagung 155 Publikationsliste 157 Erklärung 159

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Introdução: Prever a capacidade de resposta a fluidos continua sendo um desafio para os médicos que lidam com pacientes instáveis hemodinamicamente. A utilização de parâmetros estáticos, como pressão venosa central (PVC) tem sido usada por décadas, mas não é confiável, evidências robustas sugerem que seu uso deve ser abandonado. Ao longo dos últimos 15 anos, foram desenvolvidos vários testes dinâmicos, baseados no princípio de alteração da pré-carga cardíaca, usando as interações coração-pulmão, e, consequentemente do débito cardíaco. A elevação passiva das pernas (EPP), a infusão de pequenos volumes de fluidos, a variação da pressão de pulso (ΔPP), as variações nos diâmetros de grandes veias tem sido muito utilizados para avaliação de fluidoresponsividade (FR), neste contexto. Objetivo: Analisar e comparar medidas estáticas e dinâmicas antes, após EPP e após infusão de SF, verificando qual delas apresentam melhor FR. Métodos: Trinta e um pacientes instáveis hemodinamicamente e sob ventilação mecânica (VM) foram incluídos no estudo. Foram avaliados VTIFAO, VTIFMi, IDVCI, ΔPP, PVC, PAM antes de qualquer intervenção, após EPP e após infusão de 500ml SF. As variações dos parâmetros foram calculados para todos os pacientes. Resultados: Após EPP e infusão de SF o VTIFAO aumentou em 10% ou mais em 14 (45%) e 18 (58%) pacientes respectivamente, definidos como FR. A EPP previu a capacidade de resposta a fluidos com uma sensibilidade de 77,7%, especificidade de 100%, valor preditivo positivo de 100% e probabilidade de falso positivo de 0%. O parâmetro utilizado como padrão para FR foi o VTIFAO após SF. A PVC, o IDVCI, o ΔPP, PAM e avaliação médica não se mostraram capazes de avaliar adequadamente FR. Conclusão: Em pacientes instáveis hemodinamicamente e sob VM, a EPP foi capaz de avaliar FR com adequada sensibilidade e especificidade, podendo ser usada com segurança, antes da administração de fluidos. / Introduction: Predictig fluid responsiveness remains a constant challenge for physicians dealing with hemodynamically unstable patients. The use of static parameters, such as central venous pressure (CVP), although used for decades is not a trustworthy source, and the suggestion derived from more robust evidence suggests that the use of such should be abandoned. Over the last 15 years, various dynamic tests have been developed based on the principle of altering the cardiac preload, by using the heart-lung interactions and consequently cardiac output. Hence, Passive Leg Raising (PLR), the intake of small amounts of fluid, the variation of pulse pressure, variations in the diameter of large veins have all been widely used for evaluating fluid responsiveness (FR), within this context. Objective: The underlying objective behind this study was to test, if the non-invasive evaluation with transthoracic echocardiography, the Subaortic velocity time integral (VTI), the Distensibility Index of the Inferior Vena Cava (dIVC), the mitral velocity time integral (MTI), the (CVP) and the change in pulse pressure (ΔPP) after (PLR) and fluid infusion (500ml of saline solution) are able to predict the responsiveness of fluid therapy. Methods: Thirty one hemodynamically unstable patients, under mechanical ventilation (MV) were included in the study. Evaluations were made of VTI, MTI, DIVC), ΔPP and CVP before any intervention, after PLR and after infusion of 500ml saline solution. The variations of the parameters were calculated for all patients. Results: After PLR and infusion of saline solution, the VTI increased by 10% or more in 14 (45%) and 18 (58%) patients, respectively, defined as fluid responders. The PLR predicted a response capacity to fluids with a sensibility of 77,7%, specificity of 100%, a positive predictive value of 100% and a false positive probability of 0%. The CVP, dIVC, ΔPP, PAM and the medical evaluation were not capable of providing an adequate FR evaluation. Conclusion: In hemodynamically unstable patients under MV, PLR were capable of precisely predicting the capacity of FR. / Dissertação (Mestrado)