In addition to previous publications, the paper presents the analytical solution of a special boundary value problem which arises in the context of elasticity theory for an extended constitutive law and a non-conservative symmetric ansatz. Besides deriving the general analytical solution, a specific form for linear boundary conditions is given for user convenience.

Die Biomechanik der kaninen Lendenwirbelsäule wird durch die Durchführung von Partiellen Lateralen Korpektomien beeinflusst, so dass die Range of Motion bei Extension und Flexion sowie bei links- und rechtslateraler Biegung signifikant zunimmt. Werden in vitro an kaninen Lendenwirbelsäulensegmenten zwei Partielle Laterale Korpektomien an unmittelbar benachbarten Zwischenwirbelspalten durchgeführt, so hat die zweite Partielle Laterale Korpektomie bei einem Großteil der untersuchten Wirbelsäulensegmente einen kleineren Einfluss auf die Range of Motion als die erste Partielle Laterale Korpektomie.:1. Einleitung 1 2. Literaturübersicht 2 2.1 Bandscheibenvorfälle in der Tiermedizin 2 2.2 Die Bandscheibe 3 2.2.1 Anulus fibrosus 3 2.2.2 Nucleus pulposus 4 2.2.3 Endplatten 4 2.3 Diskopathie 4 2.3.1 Ein Überblick 4 2.3.2 Hansen Typ I Diskopathie – Extrusion des Nucleus pulposus 5 2.3.3 Hansen Typ II Diskopathie – Protrusion des Anulus fibrosus 6 2.3.4 Akute, nicht kompressive Nucleus pulposus Extrusion 6 2.3.5 Akute, kompressive Hydrated Nucleus pulposus Extrusion 6 2.3.6 Schmorl Knoten 7 2.4 Operationsmethoden an der Brust- und Lendenwirbelsäule des Hundes 7 2.4.1 Hemilaminektomie 7 2.4.2 Mini-Hemilaminektomie und Pedikelektomie 8 2.4.3 Foraminotomie 8 2.4.4 Dorsale Laminektomie 8 2.4.5 Partielle Laterale Korpektomie 9 2.4.5.1 Operationstechnik und Slot-Morphometrie bei der Durchführung einer Partiellen Lateralen Korpektomie 9 2.4.5.2 Ziele und Risiken der Partiellen Lateralen Korpektomie 11 2.4.5.3 Prognostische Faktoren und Outcome nach der Durchführung einer Partiellen Lateralen Korpektomie 13 2.5 Biomechanik der Wirbelsäule nach chirurgischen Eingriffen 15 2.5.1 Ventral Slot 16 2.5.2 Hemilaminektomie 19 2.5.3 Mini-Hemilaminektomie und Pedikelektomie 21 2.5.4 Dorsale Laminektomie 22 2.5.5 Partielle Laterale Korpektomie 23 3. Tiere, Material und Methoden 27 3.1 Arbeitshypothese 27 3.2 Patientengut 27 3.3 Präparation der Lendenwirbelsäulen 28 3.4 Einbettung der präparierten Lendenwirbelsäulen 29 3.5 Biomechanische Messung 32 3.5.1 Der Wirbelsäulenprüfstand 32 3.5.2 Nicht destruktive Tests 33 3.5.2.1 Testreihe 1: Biomechanische Messungen an den nativen Wirbelsäulensegmenten (ohne gefräste Partielle Laterale Korpektomie) 34 3.5.2.1.1 Extension und Flexion 34 3.5.2.1.2 Links- und rechtslaterale Biegung 34 3.5.2.1.3 Torsion nach links und rechts 35 3.5.2.2 Testreihe 2: Biomechanische Messungen an den operierten Wirbelsäulensegmenten mit einer Partiellen Lateralen Korpektomie zwischen L2 und L3 von rechts 35 3.5.2.3 Testreihe 3: Biomechanische Messungen an den operierten Wirbelsäulensegmenten mit zwei Partiellen Lateralen Korpektomien zwischen L2 und L3 sowie L3 und L4 von rechts 36 3.5.3 Destruktive Tests - Versagenstests 37 3.6 Postoperative Computertomographie 37 3.7 Statistische Auswertung 37 4. Ergebnisse 38 4.1 Nicht destruktive Tests 38 4.1.1 Gesamt-Range of Motion 38 4.1.2 Gegenüberstellung der Teil-Ranges of Motion: Extension vs. Flexion, linkslaterale Biegung vs. rechtslaterale Biegung und Torsion nach links vs. Torsion nach rechts 47 4.2 Einfluss der biomechanischen Testung auf die Range of Motion der Wirbelsäulensegmente 51 4.3 Destruktive Tests - Versagenstest 52 5. Diskussion 53 5.1 Hauptaussagen 53 5.1.1 Nicht destruktive Tests 53 5.1.1.1 Gesamt-Range of Motion 53 5.1.1.2 Teil-Ranges of Motion 55 5.1.2 Destruktive Tests - Versagenstests 56 5.2 Biomechanik der kaninen Lendenwirbelsäule nach Partiellen Lateralen Korpektomien – Ein Studienvergleich 57 5.3 Limitationen der Studie 61 5.4 Spinale Instabilität 65 5.5 Klinische Relevanz der Studienergebnisse und Schlussfolgerungen 69 6. Zusammenfassung 71 7. Summary 73 8. Literaturverzeichnis 75 9. Abbildungsverzeichnis 90 10. Tabellenverzeichnis 93 11. Finanzielle Förderung und Veröffentlichung der Studienergebnisse 94 12. Danksagung 95 / Einleitung Ziel neurochirurgischer Eingriffe zur Versorgung von Bandscheibenvorfällen ist es, das Rückenmark bei nur geringgradiger Manipulation möglichst vollständig zu dekomprimieren. Bei thorakolumbalen chronischen Bandscheibenvorfällen mit ventraler Myelokompression findet die Partielle Laterale Korpektomie ihren Einsatz. Bei dieser Operationsmethode wird das Rückenmark durch Einfräsen eines Spaltes (Slots) im Bereich der betroffenen Bandscheibe und ihrer benachbarten Wirbelkörper untertunnelt. Im Rahmen verschiedener biomechanischer Studien konnte nachgewiesen werden, dass die Partielle Laterale Korpektomie zu einer Verminderung der Wirbelsäulenstabilität führt. Deswegen wurde in der Literatur bisher davon abgeraten, multiple Partielle Laterale Korpektomien durchzuführen. Gelegentlich ist es aufgrund der Lähmung eines Patienten infolge einer Myelokompression durch mehrere Bandscheibenvorfälle jedoch notwendig, multiple Partielle Laterale Korpektomien anzuwenden. Ziele der Untersuchungen In dieser Studie sollten die biomechanischen Konsequenzen von einer und einer zusätzlichen zweiten Partiellen Lateralen Korpektomie auf ein kanines Lendenwirbelsäulensegment evaluiert werden, um Schlüsse hinsichtlich der Durchführbarkeit multipler Partieller Lateraler Korpektomien bei Hunden ziehen zu können. Tiere, Material und Methoden Im Rahmen dieser Kadaverstudie wurden 11 kanine Lendenwirbelsäulensegmente (bestehend jeweils aus dem ersten bis fünften Lendenwirbel) untersucht. Nach Entfernung der paraspinalen Muskulatur und Einbettung der Wirbelsäulensegmente an ihren kranialen und kaudalen Enden in eine Halterung aus Gießharz und Metallringen wurde mithilfe eines eigens entwickelten Wirbelsäulenprüfstandes die Range of Motion bei Extension und Flexion, links- und rechtslateraler Biegung sowie Torsion nach links und rechts unter Anlegung eines Drehmoments von 2 Nm in drei verschiedenen Testreihen getestet. Während einer ersten Testreihe wurden alle Wirbelsäulensegmente in nativem Zustand untersucht. Für eine zweite Testreihe wurde eine Partielle Laterale Korpektomie zwischen dem zweiten und dritten Lendenwirbel von rechts eingefügt. Vor der dritten Testreihe wurde eine zweite Partielle Laterale Korpektomie zwischen dem dritten und vierten Lendenwirbel von rechts eingefügt. Eine Testreihe bestand aus jeweils 10 Bewegungszyklen, von denen die ersten fünf Bewegungszyklen zur Präkonditionierung des Gewebes und die darauffolgenden fünf für die statistische Auswertung genutzt wurden. Die entstandenen Messwerte wurden aggregiert und aufbereitet. Die weitere statistische Auswertung erfolgte unter Durchführung des Friedman- und Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Tests. Ergebnisse Sowohl bei Extension und Flexion als auch bei links- und rechtslateraler Biegung konnte im Vergleich zu den nativen Wirbelsäulensegmenten nach der Durchführung einer Partiellen Lateralen Korpektomie eine signifikante Zunahme der Range of Motion um einen Mittelwert von 22,6 % (Standardabweichung (SD) 16,1 %), bzw. 9,2 % (SD 7,4 %) festgestellt werden. Auch der Zuwachs der Range of Motion nach einer weiteren Partiellen Lateralen Korpektomie war für diese beiden Bewegungsrichtungen signifikant und betrug einen Mittelwert von weiteren 7,8 % (SD 14 %) bei Extension und Flexion sowie weiteren 6,1 % (SD 6,2 %) bei links- und rechtslateraler Biegung. Die Range of Motion nahm über die drei Testreihen hinweg nicht linear zu; so resultierte die größere Zunahme der Range of Motion bei einem Großteil der Wirbelsäulensegmente aus der Durchführung der ersten Partiellen Lateralen Korpektomie. Diese Tendenz konnte jedoch nicht als signifikant identifiziert werden. Die Range of Motion bei Torsion nach links und rechts nahm über die drei Testreihen hinweg nicht signifikant zu. Schlussfolgerungen In der vorliegenden Studie konnte nachgewiesen werden, dass jede Durchführung einer Partiellen Lateralen Korpektomie an einem kaninen Lendenwirbelsäulensegment mit zwei Zwischenwirbelspalten zu einer signifikanten Zunahme der Range of Motion bei Extension und Flexion sowie links- und rechtslateraler Biegung führt. Die Zunahme der Range of Motion ist Zeichen einer Verminderung der Stabilität der Wirbelsäulensegmente. Die Reduktion der spinalen Stabilität nimmt jedoch nicht mit jedem Einbringen einer weiteren Partiellen Korpektomie und denselben Faktor zu, sondern die zweite Partielle Laterale Korpektomie scheint einen kleineren destabilisierenden Effekt auf die Lendenwirbelsäulensegmente zu haben als die erste. Aufgrund dessen und da ein positives klinisches Outcome nach der Durchführung multipler Partieller Lateraler Korpektomien in vivo bereits in mehreren Studien gezeigt werden konnte, kann die Durchführung multipler Partieller Lateraler Korpektomien dennoch empfohlen werden.:1. Einleitung 1 2. Literaturübersicht 2 2.1 Bandscheibenvorfälle in der Tiermedizin 2 2.2 Die Bandscheibe 3 2.2.1 Anulus fibrosus 3 2.2.2 Nucleus pulposus 4 2.2.3 Endplatten 4 2.3 Diskopathie 4 2.3.1 Ein Überblick 4 2.3.2 Hansen Typ I Diskopathie – Extrusion des Nucleus pulposus 5 2.3.3 Hansen Typ II Diskopathie – Protrusion des Anulus fibrosus 6 2.3.4 Akute, nicht kompressive Nucleus pulposus Extrusion 6 2.3.5 Akute, kompressive Hydrated Nucleus pulposus Extrusion 6 2.3.6 Schmorl Knoten 7 2.4 Operationsmethoden an der Brust- und Lendenwirbelsäule des Hundes 7 2.4.1 Hemilaminektomie 7 2.4.2 Mini-Hemilaminektomie und Pedikelektomie 8 2.4.3 Foraminotomie 8 2.4.4 Dorsale Laminektomie 8 2.4.5 Partielle Laterale Korpektomie 9 2.4.5.1 Operationstechnik und Slot-Morphometrie bei der Durchführung einer Partiellen Lateralen Korpektomie 9 2.4.5.2 Ziele und Risiken der Partiellen Lateralen Korpektomie 11 2.4.5.3 Prognostische Faktoren und Outcome nach der Durchführung einer Partiellen Lateralen Korpektomie 13 2.5 Biomechanik der Wirbelsäule nach chirurgischen Eingriffen 15 2.5.1 Ventral Slot 16 2.5.2 Hemilaminektomie 19 2.5.3 Mini-Hemilaminektomie und Pedikelektomie 21 2.5.4 Dorsale Laminektomie 22 2.5.5 Partielle Laterale Korpektomie 23 3. Tiere, Material und Methoden 27 3.1 Arbeitshypothese 27 3.2 Patientengut 27 3.3 Präparation der Lendenwirbelsäulen 28 3.4 Einbettung der präparierten Lendenwirbelsäulen 29 3.5 Biomechanische Messung 32 3.5.1 Der Wirbelsäulenprüfstand 32 3.5.2 Nicht destruktive Tests 33 3.5.2.1 Testreihe 1: Biomechanische Messungen an den nativen Wirbelsäulensegmenten (ohne gefräste Partielle Laterale Korpektomie) 34 3.5.2.1.1 Extension und Flexion 34 3.5.2.1.2 Links- und rechtslaterale Biegung 34 3.5.2.1.3 Torsion nach links und rechts 35 3.5.2.2 Testreihe 2: Biomechanische Messungen an den operierten Wirbelsäulensegmenten mit einer Partiellen Lateralen Korpektomie zwischen L2 und L3 von rechts 35 3.5.2.3 Testreihe 3: Biomechanische Messungen an den operierten Wirbelsäulensegmenten mit zwei Partiellen Lateralen Korpektomien zwischen L2 und L3 sowie L3 und L4 von rechts 36 3.5.3 Destruktive Tests - Versagenstests 37 3.6 Postoperative Computertomographie 37 3.7 Statistische Auswertung 37 4. Ergebnisse 38 4.1 Nicht destruktive Tests 38 4.1.1 Gesamt-Range of Motion 38 4.1.2 Gegenüberstellung der Teil-Ranges of Motion: Extension vs. Flexion, linkslaterale Biegung vs. rechtslaterale Biegung und Torsion nach links vs. Torsion nach rechts 47 4.2 Einfluss der biomechanischen Testung auf die Range of Motion der Wirbelsäulensegmente 51 4.3 Destruktive Tests - Versagenstest 52 5. Diskussion 53 5.1 Hauptaussagen 53 5.1.1 Nicht destruktive Tests 53 5.1.1.1 Gesamt-Range of Motion 53 5.1.1.2 Teil-Ranges of Motion 55 5.1.2 Destruktive Tests - Versagenstests 56 5.2 Biomechanik der kaninen Lendenwirbelsäule nach Partiellen Lateralen Korpektomien – Ein Studienvergleich 57 5.3 Limitationen der Studie 61 5.4 Spinale Instabilität 65 5.5 Klinische Relevanz der Studienergebnisse und Schlussfolgerungen 69 6. Zusammenfassung 71 7. Summary 73 8. Literaturverzeichnis 75 9. Abbildungsverzeichnis 90 10. Tabellenverzeichnis 93 11. Finanzielle Förderung und Veröffentlichung der Studienergebnisse 94 12. Danksagung 95

Die vorliegende Arbeit widmet sich dem Entwurf von modellbasierten Folgeregelungen für den Vetical-Gradient-Freeze-Kristallzüchtungsprozess. Dieser ist ein modernes Verfahren zur Züchtung von Einkristallen, der Grundlage für nahezu alle integrierten elektronischen Schaltkreise. Die sukzessive Erstarrung der Schmelze zum Einkristall wird dabei durch geeignete Ansteuerung der als Aktoren in der Anlage zur Verfügung stehenden Heizer realisiert. Da für die Regelung die gesamte Temperaturverteilung in der Anlage von Interesse ist, stellt der Prozess einen Vertreter der sogenannten verteiltparametrischen Systeme dar, bei denen die betrachteten Größen nicht in wenigen Punkten konzentriert, sondern örtlich verteilt sind. In der Arbeit wird auf die Modellbildung des Prozesses eingegangen, welche auf ein Randwertproblem mit freiem Rand -- dem sogenannten Stefan-Problem -- führt. Um ein Simulationsmodell zu erhalten wird neben einem potenzreihenbasierten Verfahren eine Approximation mittels der Finite-Elemente-Methode vorgestellt. Mithilfe einer analytischen Lösung werden die Approximationen im Anschluss bezüglich ihrer Genauigkeit untersucht. Im Hauptteil der Arbeit werden verschiedene Konzepte zum Entwurf von Folgereglern betrachtet, dazu zählen ein flachheitsbasierter und ein modellprädiktiver Entwurf aus der Gruppe mit früher Approximation, sowie eine Randwertrückführung und zwei backtseppingbasierte Regler als Vertreter von Verfahren mit später Approximation. Anhand von Simulationsstudien werden abschließend die vorgestellten Entwürfe miteinander verglichen und ihre Eignung für verschiedene Anwendungsfälle diskutiert.

Ziel: Die partielle Ventrikulektomie (PLV) stellt eine chirurgische Therapieoption der terminalen Herzinsuffizienz dar. In dieser Arbeit wurde der Einfluss der PLV auf die kardiale Leistungsfähigkeit untersucht sowie eine Überlebensanalyse durchgeführt. Ferner sollte eine Aussage zum Verhalten der postoperativen linksventrikulären Funktion unter Belastung gemacht werden. Dabei wurden zwei Gruppen miteinander verglichen: 1. Patienten mit idiopathischer Kardiomyopathie (Gruppe ID) und 2. Patienten mit ischämischer Myopathie (Gruppe IS). Material und Methodik: Insgesamt wurden 75 Patienten, die sich im Zeitraum von 1995 bis 1999 in der Klinik für kardiovaskuläre Chirurgie der Charité einer PLV unterzogen hatten, berücksichtigt. Die postoperativen Untersuchungen erfolgten an 19 Patienten. Die linksventrikulären Funktionsparameter wurden mittels transthorakaler und transösophagealer Echokardiographie einschließlich Stressechokardiographie erhoben. Ergebnisse: In beiden Gruppen war postoperativ eine hochsignifikante Verbesserung der NYHA-Klassifikation zu registrieren. Die echokardiographischen Untersuchungen ergaben in beiden Gruppen eine Verbesserung der Ejektionsfraktion (EF) als Maß für die linksventrikuläre Funktion. Ferner war eine Verringerung des linksventrikulären enddiastolischen Durchmessers (LVEDD) und ein signifikanter Rückgang der Mitralinsuffizienz (MI) festzustellen. Die Stressechokardiographie zeigte für die Gruppe IS eine Steigerung der Kontraktilität unter Dobutamin mit tendenziell physiologischen Befunden. (signifikanter Anstieg von EF, cardiac index (CI), fractional area change (FAC) sowie Abnahme des linksventrikulären endsystolischen Volumenindex (LVESVI)). Für die Gruppe ID konnte dies nur bedingt gezeigt werden. Bei der Überlebensanalyse ergaben sich ebenfalls ein signifikant besseres Abschneiden der Gruppe IS, insgesamt lag die Überlebensrate hinsichtlich kardialer Todesursachen bei 69,9 % (1. Jahr) und 66,7 % (2. Jahr). Schlussfolgerungen: Beurteilend lässt sich feststellen, dass die überlebenden und zur Nachuntersuchung erschienenen Patienten mit einer Steigerung der körperlichen Belastbarkeit und Besserung der Ventrikelfunktionsparameter von der Operation profitieren konnten, wobei sich ein besseres Abschneiden der Gruppe IS zeigte. Dazu passend wies auch die stressechokardiographische Untersuchung vor allem für die Gruppe IS postoperativ auf myokardiale Reserven hin. Die hier aufgezeigten Unterschiede der Gruppen, die sich auch in den Überlebensraten widerspiegeln, machen die Bedeutung von guten Selektionskriterien deutlich, die in weiteren Studien noch differenzierter betrachtet werden müssen. Damit zusammenhängend kommt auch der Anpassung der mit der PLV kombinierten Eingriffe an die Ursachen der Myopathien besondere Wichtigkeit zu. / Aim: Partial left ventriculectomy (PLV) represents a surgical option for the treatment of end-stage-heart failure. The aim of this thesis was an investigation of the influence of PLV on LV-function and on clinical outcome and to analyse survival in a group of patients submitted to PLV: Also, post surgical left ventricular function under stress conditions was determined. Two groups served as a basis for comparison: 1. patients with idiopathic dilated cardiomyopathy (ID group) and 2. patients with ischemic myopathy (IS group). Methods: 75 patients undergoing PLV at the clinic for cardiovascular surgery at the Charité Berlin between 1995 and 1999 were considered. LV-function was determined by transthoracic and transesophageal echocardiography including stress echocardiography. Results: The NYHA-classification improved in both groups significantly after the surgery. The echocardiography showed a significant increase in ejection fraction (EF), a reduction of left ventricular enddiastolic diameter (LVEDD) and a significant decrease in mitral insufficiency (MI). The post surgical stress-echocardiography indicated a rise of left ventricular contractility under dobutamine with a tendency to physiological results (significant increase in EF, cardiac index (CI), fractional area change (FAC) and decrease in left ventricular enddiastolic volume index (LVEDVI)) in the IS group. Concerning the ID group, these results were only partially valid. Looking at the survival rates it turned out that they are significantly higher for the IS group than for the ID group. All in all, 1-year-survival was at 69,9 % and 2-year-survival was at 66,7 %. Conclusion: It can be concluded that survivors profited from the surgery which is shown by the improvement of physical capacity and left ventricular parameters. This applies especially to patients from the IS group, which conforms to the fact that also the post surgical stress echocardiography revealed myocardial reserves for this group. The differences between the groups which have been demonstrated in these investigations and which are also reflected in survival rates stress the importance of carefully chosen selection criteria and the need for further subtly differentiated research in this special field. Considering this, also the correlation between the intervention combined with PLV and the cause of the myopathy is of great importance.

Das auch gegenwärtig noch mit einer hohen Letalität behaftete Krankheitsbild des akuten Lungenversagens (ARDS) wird heutzutage mit einer Vielzahl von einzelnen oder kombinierten Therapieansätzen wie drucklimitierter Beatmung mit PEEP, permissiver Hyperkapnie, ECMO oder NO-Inhalation behandelt. Die partielle Flüssigkeitsbeatmung (PLV) mit PFC, ein tierexperimenteller und vereinzelt am Patienten erprobter Therapieansatz, wurde in dieser Studie in Kombination mit additiver NO-Inhalation zur Behandlung des ARDS evaluiert. Bei 12 Schweinen wurde mittels saliner Lungenlavagen ein akutes Lungenversagen (ALI) induziert und eine PLV mit 30 ml PFC/kgKG initiiert. Im Anschluß wurden - jeweils zwischen zwei Kontrollphasen - 1 und 10 ppm NO dem Inspirationsgas zugemischt. Bezüglich der Effekte auf das Gesamtkollektiv kam es unter PLV zu einem signifikanten Anstieg des arteriellen Sauerstoffpartialdruckes, des pulmonalarteriellen und des arteriellen Mitteldruckes, des arteriellen Sauerstoffgehaltes, des arteriellen Kohlendioxidgehaltes und der arteriellen Sauerstoffsättigung des Hämoglobins. Signifikant gesenkt wurden die venöse Beimischung und das Herzzeitvolumen. Die additive NO-Therapie bewirkte bezogen auf das Gesamtkollektiv lediglich zwei signifikante Veränderungen; so wurde die venöse Beimischung unter 10 ppm NO signifikant gesenkt und der inspiratorische Spitzendruck stieg bei den letzten drei Meßzeitpunkten signifikant an. Alle übrigen untersuchten Parameter änderten sich innerhalb des Gesamtkollektives nicht signifikant. Bei Betrachtung der einzelnen Tiere fiel auf, daß 7 Tiere mit einer deutlichen Verbesserung des Gasaustausches unter PLV reagierten (Responder) und 5 Tiere diese Optimierung nicht zeigten (Nonresponder). So stiegen bei den Tieren der Responder-Gruppe der arterielle Sauerstoffpartialdruck, Sauerstoffgehalt und die Sauerstoffsättigung des Hämoglobins sowie der pulmonalarterielle Mitteldruck signifikant an; die venöse Beimischung fiel signifikant ab. Bei den Nonrespondern stieg der pulmonalarterielle Mitteldruck signifikant und deutlich stärker als bei den Respondern an, der Gasaustausch blieb unverändert schlecht. Bei den Tieren der Responder-Gruppe führten die NO-Gaben zu einer weiteren, abermals signifikanten Steigerung des arteriellen Sauerstoffpartialdruckes sowie zu einer signifikanten Senkung des pulmonalarteriellen Mitteldruckes unter 10 ppm NO. In der Nonresponder-Gruppe kam es unter den NO-Inhalationen zu keinen Veränderungen, die signifikant waren. Alle weiteren Parameter zeigten in den beiden Untergruppen keine signifikanten Veränderungen. Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß die partielle Flüssigkeitsbeatmung nicht bei allen Tieren mit lavageinduziertem Lungenversagen die arterielle Oxygenierung bessert. Eine additive NO-Inhalation verbessert jedoch bei den Tieren, die unter PLV einen Anstieg des PaO2 zeigen, den Gasaustausch und reduziert die pulmonale Hypertension. Somit ermöglicht die Kombination zweier experimenteller Therapieansätze - partielle Flüssigkeitsbeatmung und additive NO-Inhalation - ein neues, vielversprechendes therapeutisches Konzept. Allerdings erscheinen weitere Untersuchungen notwendig, um mehr über Wechselwirkungen mit anderen Organsystemen, chemische Reaktionen der beiden Substanzen sowie über Kurz- und Langzeitnebenwirkungen dieses kombinierten Therapieansatzes herauszufinden. / Background: Partial liquid ventilation (PLV) can improve PaO2 and pulmonary arterial pressure (PAP) in acute lung injury (ALI). To determine whether NO can further augment this effect we combined PLV and NO in a saline lung lavage model of ALI. Methods: ALI was induced in twelve pigs (25±5kg BW). After instillation of FC 3280®, 1 and 10 ppm NO were administered for 20 minutes each (on-phase), interrupted by 20 minutes without NO inhalation (off-phase). Changes due to NO were calculated as the difference between the on-phase values and the mean of the off-phase values. Results: Following PLV PaO2 increased from 52.1±16.9 mmHg to 134.7±107.8 mmHg (P£ 0.05). Subsequent inhalation of NO led to a significant improvement in PaO2 only in 7 animals who had responded to PLV with an increase in PaO2 ³ 25 mmHg (responder - 1 ppm NO: 181.4±110.5 mmHg vs. 217.5±123.8 mmHg, P£ 0.05; 10 ppm NO: 160.4±115.4 mmHg vs. 209.5±110.9 mmHg, P£ 0.05). Mean PAP increased from 24.8±5.1 mmHg to 32.0±7.4 mmHg (P£ 0.05) following initiation of PLV and decreased during inhalation of both NO doses (1 ppm NO: 32.4±6.8 mmHg vs.30.6±6.0; 10 ppm NO: 34.3±6.8 mmHg vs. 30.0±6.8 mmHg) with a significant improvement only after inhalation of 10 ppm NO when analyzing the responder group separately. Conclusions: PLV may not always improve PaO2 in ALI. Additional inhalation of NO can decrease PAP and further increase oxygenation in animals which demonstrated an improvement in PaO2 with PLV alone.

In der vorliegenden Arbeit wird das Entstehen von Singularitäten an Oberflächen von dünnen Flüssigkeitsfilmen studiert. Unter einer Singularität versteht man hier das plötzliche Aufreißen einer Flüssigkeitsoberfläche an einer Stelle. Nach einer Diskussion physikalischer Phänomene, wird ein 2D Modell zur Beschreibung von Flüssigkeitsfilmen hergeleitet. Dieses Modell beinhaltet u.a. Oberflächenspannung, van der Waals''sche Kräfte und eine Navier-slip Randbedingung (Schlupf-Randbedingung) zwischen Substrat und Flüssigkeit, d.h. die Flüssigkeite haftet nicht an der Grenzfläche zum Substrat. Dieses Phänomen wird vor allen Dingen im Nano- und Mikrometerbereich beobachtet. Dieses Modell wird vereinfacht und man erhält die sogenannte "strong-slip" Gleichung. In dieser Dissertation werden verschiedene Ansätze verfolgt, um die Singularität der Flüssigkeitsoberfläche zu beschreiben. Der Entstehungsprozess der Singularität wird durch die lineare Stabilitätsuntersuchung beschrieben. Da die Linearisierung schnell ihre Gültigkeit verliert, wird das nichtlineare Verhalten der Singularität mit einem numerischen Verfahren beschrieben. Das dazu hier konstruierte Finite-Differenzen-Schema besitzt eine hohe räumliche und zeitliche Genauigkeit. Dadurch können verschiedene Regime, in denen die Singularität eine selbstähnliche Dynamik besitzt, untersucht und beschrieben werden. Im zweiten Teil der Arbeit werden die Gleichungen weiter vereinfacht. Dadurch können qualitative Eigenschaften der Singularitätsentstehung bewiesen werden. Weiterhin kann so eine Verbindung zu Modellen der Ostwald-Reifung hergestellt werden und man gelangt zu ähnlichen mathematischen Aussagen wie für selbstähnliche Vergröberungsprozesse. Insbesondere wird in der Arbeit gezeigt, dass die Singularität nach endlicher Zeit auftritt. Für das vereinfachte Problem werden hinreichende und notwendige Bedingungen für selbstähnliches Verhalten angegeben. / In this thesis we study the formation of surface singularites of thin liquid films, i.e., rupture of thin liquid films. First, important physical phenomena are discussed and a two-dimensional model for thin-film rupture is derived . That model contains surface tension, van der Waals forces between a liquid and a underlying substrate, and a Navier-slip condition. Using the thin-film hypothesis, this model is simplified and one obtains the so-called strong-slip equation. The phenomenon slip, where the velocity of the liquid is non-zero at a fluid-solid interface, is particularly important at microscopic length scales. In this text we study interfacial singularities with various approaches. The creation of a singularity is described by a linear stability analysis. The non-linear behavior is investigated by a numerical analysis. A finite-difference scheme is used to study the non-linear self-similar dynamics of the singularity. In the second part of this thesis the equations are further simplified. This allows to study qualitative properties of the singularity formation. Furthermore, we can establish a correspondence to models for Ostwald rippending and obtain similar mathematical statements as they are known for self-similar coarsening processes. In particular it is shown that rupture happens after a finite time. In addition, necessary and sufficient condition for self-similar rupture are proven.

In der Arbeit befassen wir uns mit der Potenznutzenmaximierung des Endvermögens, wenn die Aktienpreise stetigen Semimartingaldynamiken genügen und die Strategien des Agenten Investitions- und Informationsrestriktionen unterworfen sind. Hauptaugenmerk liegt auf der stochastischen Rückwärtsgleichung (BSDE) für den dynamischen Wertprozess und auf der Übertragung von neuen Ergebnissen zu quadratischen Semimartingal-BSDEs auf das Investitionsproblem. Dieses gelingt unter der Annahme endlicher exponentiellen Momente des Mean-Variance Tradeoff und verallgemeinert frühere Resultate, die Beschränktheit fordern. Wir betrachten dabei zunächst die Beziehung zwischen den Dualitäts- und BSDE-Ansätzen zur Lösung des Problems und gehen dann über zum Studium der quadratischen Semimartingal-BSDE, wenn der Marktpreis des Risikos vom BMO-Typ ist. Wir zeigen, dass es stets ein Kontinuum verschiedener BSDE-Lösungen mit quadratisch integrierbarem Martingalteil gibt. Wir stellen dann eine neue scharfe Bedingung an geeignete dynamische exponentielle Momente vor, die die Beschränktheit der BSDE-Lösungen in einer allgemeinen Filtration garantiert. In weiterer Folge weisen wir Existenz-, Eindeutigkeits-, Stabilitäts- und Maßwechselresultate für allgemeine quadratische stetige BSDEs unter exponentiellen Momenten nach. Diese Ergebnisse verwenden wir, um das Investitionsproblem für den Fall konischer Investitionsrestriktionen zu untersuchen. Ausgehend von der Zerlegung von Elementen des dualen Gebietes erhalten wir die zugehörige BSDE und beweisen, dass der Wertprozess in einem Raum liegt, in dem Lösungen quadratischer BSDEs eindeutig sind. Als Folgerung aus dem Stabilitätsresultat für BSDEs erhalten wir die Stetigkeit der Optimierer in der Semimartingaltopologie in den Parametern des Modells. Schließlich betrachten wir das Investitionsproblem unter exponentiellen Momenten, kompakten Handelsrestriktionen und eingeschränkter Information. Hierbei benutzen wir ausschließlich BSDE-Resultate. / In this thesis we consider the problem of maximizing the power utility from terminal wealth when the stocks have continuous semimartingale dynamics and there are investment and information constraints on the agent''s strategies. The main focus is on the backward stochastic differential equation (BSDE) that encodes the dynamic value process and on transferring new results on quadratic semimartingale BSDEs to the portfolio choice problem. This is accomplished under the assumption of finite exponential moments of the mean-variance tradeoff, generalizing previous results which require boundedness. We first recall the relationship between the duality and BSDE approaches to solving the problem and then study the associated quadratic semimartingale when the market price of risk is of BMO type. We show that there is always a continuum of distinct solutions to this BSDE with square-integrable martingale part. We then provide a new sharp condition on the dynamic exponential moments of the mean-variance tradeoff which guarantees the boundedness of BSDE solutions in a general filtration. In a subsequent step we establish existence, uniqueness, stability and measure change results for general quadratic continuous BSDEs under an exponential moments condition. We use these results to study the portfolio selection problem when there are conic investment constraints. Building on a decomposition result for the elements of the so-called dual domain we derive the associated BSDE and show that the value process is contained in a specific space in which BSDE solutions are unique. A consequence of the stability result for BSDEs is then the continuity of the optimizers with respect to the input parameters of the model in the semimartingale topology. Finally, we study the optimal investment problem under exponential moments, compact constraints and restricted information. This is done by referring to BSDE results only.

Die Dissertation beschäftigt sich mit den Auswirkungen verschiedener Politikoptionen auf den Weltzuckermarkt. Dazu wird ein räumliches Preisgleichgewichtsmodell wie von Takayama und Judge vorgeschlagen mit hoher Abdeckung von Regionen und Politiken erstellt. Der Vorteil dieses Modelltyps gegenüber den in bisherigen Analysen verwendeten besteht in seiner Fähigkeit, die Annahme der Ursprungshomogenität (im Gegensatz zu Modellen, die auf dem Armington Ansatz basieren) mit der Möglichkeit zu kombinieren, bilaterale Handelsströme explizit abzubilden. Ein wesentlicher Nachteil ist die quasi-normative Natur des Ansatzes. Nach der Einführung wird zunächst in Kapitel zwei der Weltzuckermarkt detailliert beschrieben und von anderen Agrarmärkten abgegrenzt sowie die Anforderungen an ein Gleichgewichtsmodell des Weltzuckermarktes diskutiert. Dann wird im dritten Kapitel eine Übersicht über verschiedene in der Vergangenheit verwendete Modellansätze gegeben und deren Ergebnisse ausgewertet. Im vierten Kapitel wird ein Überblick die theoretische Entwicklung des Modellansatzes gegeben und schließlich das in der Dissertation verwendete Modell beschrieben. Das Modell umfasst 104 Zucker produzierende und 90 Zucker konsumierende Regionen. Nationale Handels- und Agrarpolitiken sowie eine Vielzahl regionaler und präferentieller Handelsabkommen sind im Modell berücksichtigt. Im zweiten Teil von Kapitel vier wird eine Analyse von vier Szenarien mit dem Modell durchgeführt. Diese umfassen eine Fortführung gegenwärtiger Politiken, ein WTO Abkommen, eine einseitige Liberalisierung des Zuckermarktes der EU sowie eine Liberalisierung der Zuckermärkte aller im Modell vertretenen Länder. Im Abschlusskapitel werden einige Kernergebnisse zusammengefasst und eine Weiterentwicklung des Ansatzes diskutiert. Hier wird insbesondere auf das Problem der Quasi-Normativität eingegangen. / The Dissertation at hand investigates the effects of different policy options on the world sugar market. A Spatial Price Equilibrium Model as suggested by Takayama and Judge is established. This model type has one considerable advantage over previously ap-plied types which is its ability to combine the assumption of homogeneous goods regardless of origin (as opposed to Armington-based models) with the possibility to model bilateral trade flows explicitly. One major drawback of the approach is that is behaves in part like a normative model. After the introductory chapter, a detailed description of the world sugar market and how it distinguishes from markets for other agricultural commodities is given. In this frame-work requirements of a valid equilibrium model of the world sugar market are discussed. In the third chapter various studies of the world sugar market based on equilibrium models are surveyed. In the chapter four the development of the approach of spatial equilibrium modeling finally the model applied in this dissertation are described The model covers 104 sugar pro-ducing and 90 sugar consuming regions. National agricultural and trade policies as well as numerous regional and preferential trade agreements are accounted for. In the second part of chapter four, four scenarios are simulated with the model. These are a reference scenario in which current policies are maintained, a WTO agreement, a unilateral liberalization of sugar policies on the part of the EU as well as a multilateral liberalization of the sugar markets of all countries. In the final chapter, some core results are summarized and further development of the applied approach especially possible solutions for the problem of quasi-normativity are dis-cussed.

Cette étude visait à évaluer le potentiel de différentes stratégies d'aménagement forestier à réduire les émissions de CO₂ vers l'atmosphère. Une étude de cas a été réalisée au Québec, à la Forêt Montmorency, une sapinière boréale de l'est du Canada. Différents scénarios avec des variations dans les volumes récoltés ainsi que dans l'utilisation de la coupe partielle et de la plantation ont été modélisés afin d'évaluer les flux de carbone de l'écosystème forestier et des produits du bois récoltés (système Forêt-Produits). Nos résultats ont montré qu'à court (10 à 20 ans) et moyen terme (20 à 50 ans), une réduction des niveaux de récolte permet d'augmenter de manière importante le puits de carbone en forêt. La coupe partielle et la plantation sont des pratiques permettant d'augmenter la séquestration de carbone en forêt et réduire les émissions de CO₂ vers l'atmosphère. À long terme (plus de 50 ans), les stratégies de conservation de la forêt entrainent une séquestration moindre en forêt en raison d'une productivité forestière moindre. Les importantes émissions de gaz à effet de serre (GES) associées aux produits du bois suggèrent qu'une réduction des niveaux de récolte est souhaitable bien que cela peut réduire la séquestration à long terme en forêt. Les analyses de sensibilité ont montré qu'améliorer l'efficacité des scieries doit être une priorité; augmenter la proportion de produits du bois à longue durée de vie peut fortement réduire les émissions de GES. Ces analyses ont aussi révélé que les distances de transport entre la forêt et les usines de transformation ont un impact marginal sur les émissions totales du système Forêt-Produits. Notre étude souligne que les caractéristiques actuelles de la forêt ont un impact important sur les résultats. La poursuite de ce projet sur des forêts matures et avec l'inclusion des perturbations naturelles pourrait augmenter l'applicabilité des résultats à la forêt boréale du Québec. Les étapes suivantes devraient aussi inclure une analyse financière des différentes actions testées afin de fournir des estimations de coût d'atténuation par tonne de CO₂ évitée.

Cette thèse est composée de deux parties, chacune portant sur un sous-domaine de l'optimisation combinatoire a priori distant de l'autre. Le premier thème de recherche abordé est la programmation biniveau stochastique. Se cachent derrière ce terme deux sujets de recherche relativement peu étudiés conjointement, à savoir d'un côté la programmation stochastique, et de l'autre la programmation biniveau. La programmation mathématique (PM) regroupe un ensemble de méthodes de modélisation et de résolution, pouvant être utilisées pour traiter des problèmes pratiques que se posent des décideurs. La programmation stochastique et la programmation biniveau sont deux sous-domaines de la PM, permettant chacun de modéliser un aspect particulier de ces problèmes pratiques. Nous élaborons un modèle mathématique issu d'un problème appliqué, où les aspects biniveau et stochastique sont tous deux sollicités, puis procédons à une série de transformations du modèle. Une méthode de résolution est proposée pour le PM résultant. Nous démontrons alors théoriquement et vérifions expérimentalement la convergence de cette méthode. Cet algorithme peut être utilisé pour résoudre d'autres programmes biniveaux que celui qui est proposé.Le second thème de recherche de cette thèse s'intitule "problèmes de coupe et de couverture partielles dans les graphes". Les problèmes de coupe et de couverture sont parmi les problèmes de graphe les plus étudiés du point de vue complexité et algorithmique. Nous considérons certains de ces problèmes dans une variante partielle, c'est-à-dire que la propriété de coupe ou de couverture dont il est question doit être vérifiée partiellement, selon un paramètre donné, et non plus complètement comme c'est le cas pour les problèmes originels. Précisément, les problèmes étudiés sont le problème de multicoupe partielle, de coupe multiterminale partielle, et de l'ensemble dominant partiel. Les versions sommets des ces problèmes sont également considérés. Notons que les problèmes en variante partielle généralisent les problèmes non partiels. Nous donnons des algorithmes exacts lorsque cela est possible, prouvons la NP-difficulté de certaines variantes, et fournissons des algorithmes approchés dans des cas assez généraux. / This thesis is composed of two parts, each part belonging to a sub-domain of combinatorial optimization a priori distant from the other. The first research subject is stochastic bilevel programming. This term regroups two research subject rarely studied together, namely stochastic programming on the one hand, and bilevel programming on the other hand. Mathematical Programming (MP) is a set of modelisation and resolution methods, that can be used to tackle practical problems and help take decisions. Stochastic programming and bilevel programming are two sub-domains of MP, each one of them being able to model a specific aspect of these practical problems. Starting from a practical problem, we design a mathematical model where the bilevel and stochastic aspects are used together, then apply a series of transformations to this model. A resolution method is proposed for the resulting MP. We then theoretically prove and numerically verify that this method converges. This algorithm can be used to solve other bilevel programs than the ones we study.The second research subject in this thesis is called "partial cut and cover problems in graphs". Cut and cover problems are among the most studied from the complexity and algorithmical point of view. We consider some of these problems in a partial variant, which means that the cut or cover property that is looked into must be verified partially, according to a given parameter, and not completely, as it was the case with the original problems. More precisely, the problems that we study are the partial multicut, the partial multiterminal cut, and the partial dominating set. Versions of these problems were vertices are