Im klinischen Alltag stellt die Diagnosestellung der Sepsis bei Schwerbrandverletzten eine Herausforderung dar. Ursächlich sind pathophysiologische Besonderheiten der Verbrennungskrankheit, die in ihrer klinischen Präsentation dem Bild einer Sepsis ähnelt und somit die differentialdiagnostische Abgrenzung erschwert. Es existieren aktuell keine Parameter, Scores, oder Sepsiskriterien, die mit ausreichender Kompetenz eine Sepsis bei Brandverletzten feststellen können. Traditionelle Infektionsparameter (WBC, CRP, Fieber) gelten als zu unspezifisch. Das in der allgemeinen Intensivmedizin weithin etablierte Procalcitonin wird bei Brandverletzten ebenfalls kontrovers diskutiert. Für die Sepsis-3-Definition unter Verwendung des SOFA-Scores konnten bislang keine ausreichende Sensitivität und Spezifität nachgewiesen werden. IL-6 ist ein etablierter Marker der Inflammation mit sehr rascher Induktion bei einer Sepsis. Während das Ergebnis von Blutkulturen häufig erst nach 24-48 Stunden vorliegt, ist die Bestimmung des IL-6 innerhalb weniger Stunden möglich. Der diagnostische Wert des IL6 in der Frühphase der Sepsis bei Brandverletzten ist bislang ungeklärt. Das Ziel unserer Studie war es, die mögliche Beziehung zwischen positiven Blutkulturen und Il- 6-Serumspiegel bei schwerbrandverletzten Patienten mit klinischem Verdacht auf eine Sepsis zu überprüfen und den prädiktiven Wert des IL-6 mit dem anderer Parameter (PCT, WBC, Tmax und SOFA Score) zu vergleichen. In einer retrospektiven Studie wurden über einen 7-Jahreszeitraum alle Patienten eingeschlossen, bei denen bei klinischem Verdacht auf eine Sepsis Blutkulturen abgenommen sowie IL6, PCT und WBC bestimmt wurden. Die Patienten mit vollständigen Daten wurden gemäß Blutkultur in zwei Gruppen eingeteilt: Blutkultur-positive (BSI) und Blutkultur-negative Gruppe (Non-BSI). Die Gruppen wurden für alle gemessenen Biomarker, SOFA-Score und die maximale Körpertemperatur (T max) verglichen. Insgesamt wurden 101 Patienten eingeschlossen (BSI= 39, non-BSI= 62). Beide Gruppen waren hinsichtlich demographischer Daten und der Verletzungsschwere vergleichbar. IL-6 war bei den Patienten der BSI-Gruppe signifikant höher [1047 (339,9; 9000,5) vs. 198,5 (112,43; 702,52) ng/ l; p = 0,001]. In einer ROC-Analyse ergab sich eine AUC von 0,7 (59; 80,8 %). Somit ist IL-6 ein Biomarker mit moderater Aussagekraft. Als optimaler Cut-Off Wert erwies sich ein IL-6-Serumspiegel von 312,8 ng/ l (Sensitivität 79,5 %, Spezifität 56,5 %). Hinsichtlich der PCT, WBC und der Tmax zeigten die Gruppen keine signifikanten Unterschiede. Der SOFA-Score in der BSI-Gruppe war signifikant höher, allerdings wurde ein Anstieg um mindestens 2 Punkte im Vergleich zum Vortag nicht erreicht. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, daß IL-6 bei klinischem Verdacht auf eine Sepsis bereits frühzeitig eine positive Blutkultur vorhersagen kann. In diesem Kontext sind andere getestete Parameter (WBC, T max, PCT, SOFA-Score) weniger geeignet. Der frühe Anstieg des IL-6 könnte im klinischen Alltag hilfreich sein, da die Ergebnisse der IL-6-Bestimmung im Gegensatz zur Kultivierung von Blutkulturen innerhalb weniger Stunden vorliegen. Insbesondere in unklaren Fällen und Situationen, bei denen ein Zuwarten bezüglich der Einleitung einer Antibiotikatherapie möglich erscheint (z.B. fehlende Organdysfunktion) kann IL-6 einen Beitrag bei der Diagnosestellung leisten und einen Hinweis geben, ob differentialdiagnostische Überlegungen weiter verfolgt werden müssen. Die Bestimmung des IL-6 könnte somit zur Vermeidung eines zu liberalen, unkritischen Antibiotikaeinsatzes und den damit assoziierten Folgen beitragen. Das retrospektive Design und die Fallzahl sind relevante Limitationen unserer Studie. Eine Aussage zu möglichen Unterschieden zwischen grampositiven und gramnegativen Keimen kann daher nicht sicher getroffen werden. Weitere prospektive Untersuchungen mit einer höheren Patientenzahl sind daher unbedingt zu empfehlen.:Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung…………………………………………………………………………..2 1.1 Epidemiologie der Schwerbrandverletzungen in Deutschland…...……..2 1.2 Pathophysiologie………………..……..…………………………….……….2 1.2.1 Verbrennungskrankheit………………………………….....…………….3 1.2.2 Schockphase……………....………………………………………..…….3 1.2.3 Phase der Ödemrückresorption…………………….………………..….4 1.2.4 Phase der Inflammation/ Infektion und des Hypermetabolismus…....4 1.2.5 Spätphase………………………………………………………......…..…4 1.3 Sepsis bei schwerbrandverletzten Patienten…………...…………………5 1.4 Stellenwert von Infektionsparametern und Scores in der Sepsis bei schwerbrandverletzten brandverletzten Patienten………………………..….6 1.5 Interleukin 6…………………………………..……………………………….7 1.5.1 Zelluläre Mechanismen und die Rolle von Interleukin 6 in der Verbrennungskrankheit……………..……………………………...………….7 1.5.2 Interleukin 6 in der Sepsis……………………...……………………….8 1.6 Material und Methoden………………...…………………...………………..9 1.7 Fragestellung und Zielsetzung des Forschungsvorhabens…………..…12 2. Publikation…………………………………………………………… ………….13 3. Zusammenfassung der Arbeit..…………………………..……………………..22 4. Literaturverzeichnis…………...……………….…………………………………25 5. Anlagen……………………………………………….…………………………...29 5.1 Erklärung über den wissenschaftlichen Beitrag des Promovenden zur Publikation………………………………………..……………………………….29 5.2 Erklärung über die eigenständige Abfassung der Arbeit…….……………….30 5.3 Lebenslauf…………………………….......………………………………...……31 5.4 Danksagung………………………………………......………………………….32

Durch die Verbrennung von Biomasse werden Partikel freigesetzt, die u.a. schwarzen Kohlenstoff enthalten. Dieser ist wesentlich für die Absorption der solaren Strahlung in der Atmosphäre verantwortlich. Um den Effekt der emmitierten Partikel auf den Strahlungshaushalt quantifizieren zu können, ist die Kenntnis der physikalischen und chemischen Eigenschaften dieser Partikel nötig. Diese sind aber nur zum Teil bekannt. Dieser Bericht beschreibt eine Methode, die optischen Eigenschaften solcher Partikel unter Verwendung bestimmter Annahmen zu berechnen. Auÿerdem wird ein erster Vergleich zwischen berechneten Größen und Messungen aus Laborfeuern durchgeführt. / Biomass burning is an important source for particles containing black carbon, which is known as a strong light absorbing substance. To quantify the effect of such emitted particles on the radiation budget, the knowledge of their physical and chemical properties is necessary. Until now these properties are only partly known. In the following we describe a possibility of calculating the optical properties of such particles using certain simplifications. Also a first comparison between the calculated values and measurements from lab experiments is shown.

The production of fuel and chemicals is expected to be based on renewable energies in the next few years. However, combustion causes CO2 emission. Its reduction is one of the main focuses to regulate greenhouse effect, as expected by the Kyoto protocol. One combustion technology which could reduce CO2 emissions is chemical-looping combustion coupled to a CO2 capture device. This technique involves the use of a bed-material, with a size between 100 and 500 µm, composed of an oxide supported by a porous ceramic. This oxide acts as an oxygen carrier and circulates from a reducing atmosphere reactor, where oxygen reacts with CO to produce CO2, to an oxidising reactor, where combustion occurs. In order to improve the reactivity of this carrier, a fluidized bed reactor is used and involves gas velocity. Attrition resistant granulates are therefore needed because of the high impacts occurring in the reactors. Moreover, large pore network is expected to improve the reactivity of the carrier because of the higher accessibility of the gas. Granulates studied for oxygen carrier supports are frequently based on γ-alumina, which is highly mesoporous. In order to understand the importance of microstructure, three different routes were studied with samples composed of macropores, mesopores and a sample composed of both type of pores. Pore size could be successfully tailored with addition of diatomite, composed of pores in the micrometer range. This thesis aims to describe the tailoring of microstructure with addition of diatomite and at understanding its influence on attrition resistance. To be able to verify the performance of the developed supports, impregnation of copper oxide and looping experiments were performed.

Die Arbeit zeigt wichtige Nutzungswege von fester Biomasse in Form von Holzhackschnitzel (HHS). Einleitend wird das Potenzial und der derzeitige Stand dargestellt. Es werden die physikalischen und chemischen Eigenschaften mit dem Schwerpunkt Wassergehalt in bezug auf die energetische Nutzung der HHS behandelt. Kerne der Nutzungswege bilden dabei die Vergasung im Gleichstromvergaser und die Co-Verbrennung in der Zirkulierenden Wirbelschicht. Mit Hilfe eines Versuchsvergasers werden die Auswirkungen von HHS-Eigenschaften auf den Betrieb untersucht. Der Modellvergaser IGEL bietet durch seine Konstruktion die Möglichkeit, innere Vorgänge zu beleuchten und Messungen in verschiedenen Vergaserebenen durchzuführen. Die Auswirkungen von verschiedenen Brennstoffchargen mit unterschiedlichem Wassergehalt führten zu Änderungen in der Gaszusammensetzung. Eigene Untersuchungen ermittelten einen Grenzwassergehalt, mit dem der Vergaser noch betrieben werden kann. Die Experimente an der Pilotanlage mit zirkulierender atmosphärischer Wirbelschicht befass-ten sich mit der wichtigen Frage, ob und welches NOx-Minderungspotenzial beim Einsatz von Biomasse vorliegt. Die mathematische Modellierung verdeutlicht die Nutzbarkeit von Simulationsprogrammen bei der Untersuchung von Einflüssen der Co-Verbrennung auf die NOx-Bildung. Hier wurden die Gesichtspunkte der Luftzahl, der Luftstufung, des Wassergehaltes, das Mischungsverhältnis und die Brennstoffstufung betrachtet. Eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung führt zu dem Ergebnis, dass Anlagen zur reinen Stromerzeugung mit Biomasse nur nahe der gesetzlichen Höchstleistung von 20 MWel zur Einspeisevergütung von wirtschaftlich betrieben werden können. Die ökologisch und ökonomisch günstigste Variante stellt die Co-Verbrennung in vorhandenen Anlagen dar. Die Kalkulationen zu den in Deutschland benötigten 20-MWel-Anlagen verdeutlichen, dass bei den gegenwärtig geplanten Heizkraftwerken das Potenzial an HHS schnell aufgebraucht ist.

Zielstellung des Forschungsprojekts ist es, halm- und stengelförmige biogene Brennstoffe so zu einer handlings- und verkaufsfähigen Form mit hoher Energiedichte aufzubereiten, die für Verbrennungsanlagen kleinerer Leistung geeignet ist und gegenüber bisher verwendeten Brennstofformen, z.B. Häcksel, eine wesentliche Verbesserung des Abbrand-, Emissions- und Ascheverhaltens erreicht wird. Ein Funktionsmuster zur kontinuierlichen Aufbereitung von hochverdichteten, abriebfesten und formstabilen Briketts ist zu erstellen. In Kopplung mit Verbrennungsuntersuchungen werden die spezifischen Anforderungen an die Briketts abgeleitet und der Verfahrensablauf für die Aufbereitung optimiert. Bei der Erstellung eines Konzeptes für ein Demonstrationsobjekt für die zukünftige Verwertung von Biomassebriketts bildet die Wirtschaftlichkeit einen besonderen Schwerpunkt. Die Arbeiten zur Entwicklung des Brikettierverfahrens zeigen, daß eine Herstellung von stabilen Briketts aus Stroh oder Heu ohne zusätzliche Bindemittel möglich ist. Mit Hilfe experimenteller Untersuchungen konnten die erforderlichen Verfahrensparameter ermittelt werden. Um dauerhaft haltbare Briketts gleichbleibender Qualität herzustellen, muß das zu verarbeitende Halmgut unzerkleinert und mit einem Feuchtegehalt von 12 bis 15 % vorliegen. In der Verformung der unzerkleinerten Halme sowohl in Längsrichtung als auch in der Ebene des Stengelquerschnitts ist die Ursache für den Bindemechanismus in den Briketts zu finden. Unter Einwirkung von Preßdrücken von 100 bis 160 MPa liegt die Dichte der hergestellten Briketts je nach Gutart, bei 0,8 bis 1,2 g/cm3. Der Abriebanteil der Briketts, ermittelt nach ASAE S.269.4, liegt bei max. 5%. Ein Funktionsmuster zur Brikettierung (Brikettpresse mit vorgeschalteter Strangformungsstufe) für 25-mm - Briketts wurde konstruiert, gebaut und getestet. Mittels Elementar-, Immediat-, Chlor- und Schwermetallanalyse wurden die Eigenschaften für zehn verschiedene biogene Brennstoffe, vorwiegend Halmgüter (Getreide- und Rapsstroh, Wiesenheu, Miscanthus) charakterisiert. Die Abbranduntersuchungen der Briketts im Vergleich zum Häcksel zeigen, daß die Reaktionsphasen der Flüchtigenverbrennung und des Restkoksabbrandes gleichzeitig ablaufen. Eine wesentliche Verlängerung der Abbrandzeit ist zu verzeichnen, die mit zunehmender Brikettgröße und -dichte noch steigt. Während der gesamten Brennzeit werden die Schadstoffe gleichmäßig freigesetzt. Durch längere Verweilzeiten der Briketts im Reaktor wird der Kohlenstoffanteil des Brennstoffs vollständiger oxidiert, was sich in den wesentlich geringeren CO-Emissionen im Vergleich zum Häcksel widerspiegelt. Im Vergleich mit der TA Luft liegen die CO- und SO2-Emissionen der Biomassebriketts durchgängig unter den Grenzwerten. Durch eine luftgestufte Verfahrensführung (60% Primärluft, 40% Sekundärluft) ist es möglich, die NOx-Werte ebenfalls unter den Grenzwert der TA Luft abzusenken. Fallstudien zu möglichen Demonstrationsvorhaben belegen, daß eine wirtschaftliche Lösung für das Brikettieren in Verbindung mit einer energetischen Nutzung in kleinen Anlagen erreichbar ist. Die Leistung der Brikettieranlage bestimmt deutlich deren Wirtschaftlichkeit. Dabei muß eine Tagesproduktion von 8 bis 10 t erreicht werden (250 Betriebstage im Jahr). Gegenüber dem Funktionsmuster muß jedoch eine Vergrößerung des Brikettdurchmessers erfolgen.

Zur Verringerung von Schadstoffemissionen werden in Kaminöfen oft Keramikfilter integriert, die Staub und Ruß aus dem Abgas entfernen sollen. Die Filter beeinflussen jedoch die strömungsmechanischen, energetischen und chemischen Vorgänge im Feuerraum. Für die Auslegung und die praktische Anwendung der Filter ist die Kenntnis der Einflussgrößen und deren Umfang nötig. Mit Hilfe von experimentellen und numerischen Untersuchungen wurden die Stoff- und Energietransportvorgänge von zwei Kaminöfen charakterisiert. Zur Bestimmung der Massenabnahme von Holzscheiten kam eine neue, praktisch leicht umsetzbare Methode, basierend auf einer Schockkühlung mit flüssigem Stickstoff, zum Einsatz. Parallel dazu wurde die Massenabnahme der Holzscheite mit Hilfe einer Online-Massenbestimmung mittels Waage aufgezeichnet und ein Verfahren zur Bestimmung der Abbrandkinetik entwickelt. Die Schwierigkeiten der messtechnischen Erfassung und Auswertung der instationären Vorgänge wurden dargestellt und diskutiert. Für die zwei Kaminöfen sind numerische Simulationen mit der Software ANSYS CFX erstellt worden, die weitgehend auf realen Geometrien beruhen. Vergleichende null- und eindimensionale Simulationen mit unterschiedlichen Reaktionsmechanismen und gasförmigen Brennstoffen wurden realisiert und hinsichtlich ihrer Eignung für die Berechnung von Kaminöfen untersucht. Nach erfolgter Validierung wurde ein parametrisches Simulationsmodell eines Kaminofens erstellt. Mit diesem wurde eine Parameterstudie zur Untersuchung der Veränderung der Zielgrößen Heizleistung, Kohlenmonoxid- und Rußkonzentration sowie Gesamt- und Sekundärluftmassenstrom in Abhängigkeit der Parameter durchgeführt.

Techn. Universiẗat, Diss., 2003--Darmstadt.

Universiẗat, Diss., 2004--Heidelberg.

In dieser Arbeit sollte im Tierversuch die lokale Gewebeverträglichkeit der neuen, mit PVVV 80/20 beschichteten, hoch hydrophilen Expander (osmed GmbH, Ilmenau, Deutschland) getestet werden und allgemeine Indikationen für die Anwendung von Hydrogelexpandern erstellt werden. Material und Methoden: Für den Versuch standen 24 Kaninchen als Versuchstiere zur Verfügung, welche in vier Gruppen unterteilt wurden, wobei die Gruppe 1 als Kontrollgruppe (Expander mit Silikonhülle) diente. Die Gruppen 2 - 4 wurden mit den neu entwickelten Hydrogelexpandern („Cylinder M4 x 12“) beschickt. Die Implantation der Expander erfolgte bei allen Versuchstieren in die linke Kniefalte. Nach einem zeitlich vorbestimmten Explantationsplan (nach 10, 21 und 90 Tagen) wurden die Expander entnommen, gewogen und das, den Expander direkt umgebene Gewebe entnommen, histologisch aufbereitet und untersucht. Zusätzlich wurden Proben aus der rechten, nicht implantierten Kniefalte, als Referenzprobe entnommen. Desweiteren wurde die Anwendbarkeit von Hydrogelexpandern anhand von zwei Fallbeispielen vorgestellt und untersucht. Ergebnisse: Histologisch konnte bei beiden Expandertypen eine lokale Fremdkörperreaktion (Entzündungszellinfiltration, Granulationsgewebe), im Sinne einer Kapselbildung, nachgewiesen werden. Die Alterationen des direkt angrenzenden Gewebes der beschichteten Expander sind insgesamt nur geringgradig stärker ausgeprägt als in den Proben mit Verwendung des Implantats mit Silikonhülle. Somit ist die Gewebeverträglichkeit der neu entwickelten Expander mit den silikonumhüllten Expandern vergleichbar. Diese Arbeit konnten weiterhin zeigen, dass die „Cylinder M4 x 12“-Expander mit der PVVV 80/20-Beschichtung ein deutlich höheres Quellverhalten aufweisen als die herkömmlichen, mit Silikonhülle umgebenen, Expander. Die in den Fallbeispielen verwendeten Hydrogelexpander, zeigten in beiden Fällen das gewünschte kosmetische Endergebnis. Schlussfolgerung: Für beide Expandertypen lässt sich eine gute lokale Verträglichkeit ableiten. Damit bieten die getesteten Expander „Cylinder M4 x 12“ mit der PVVV 80/20-Beschichtung die Möglichkeit, die Silikonhülle in ausgewählten Indikationen zu ersetzen und neue Einsatzmöglichkeiten zu erschließen. Zudem bieten die beschichteten Expander den Vorteil, dass es durch ihre minimale Größe nur einer kleinen Inzision für die Implantation bedarf und sie damit besonders für den Einsatz in der minimal invasiven Chirurgie geeignet erscheinen. Einsatzmöglichkeiten der Hydrogelexpander in der Veterinärmedizin sind unter medizinischen und ästhetischen Gesichtspunkten zu betrachten. Im Vordergrund der medizinischen Indikationen stehen vor allem Wunden mit erheblichem Gewebeverlust (z. Bsp. nach Traumata, Verbrennungen u.a.), bei denen eine plastische Operation keine spannungsarme Adaptation der Wundränder gewährleisten kann. Auch die kosmetische Indikation gewinnt immer mehr an Bedeutung. Möglich ist der Einsatz des Expanders zum Beispiel als Hodenimplantat oder als Dauerimplantat nach Enukleatio bulbi und zur Narbenkorrektur. Ihr klinischer Einsatz bedarf jedoch weiterer experimenteller – vor allem – in-vivo-Untersuchungen, um ihre Einsatzmöglichkeiten beim Tier - und in Zukunft auch beim Menschen – zu evaluieren.

Zur Verringerung von Schadstoffemissionen werden in Kaminöfen oft Keramikfilter integriert, die Staub und Ruß aus dem Abgas entfernen sollen. Die Filter beeinflussen jedoch die strömungsmechanischen, energetischen und chemischen Vorgänge im Feuerraum. Für die Auslegung und die praktische Anwendung der Filter ist die Kenntnis der Einflussgrößen und deren Umfang nötig. Mit Hilfe von experimentellen und numerischen Untersuchungen wurden die Stoff- und Energietransportvorgänge von zwei Kaminöfen charakterisiert. Zur Bestimmung der Massenabnahme von Holzscheiten kam eine neue, praktisch leicht umsetzbare Methode, basierend auf einer Schockkühlung mit flüssigem Stickstoff, zum Einsatz. Parallel dazu wurde die Massenabnahme der Holzscheite mit Hilfe einer Online-Massenbestimmung mittels Waage aufgezeichnet und ein Verfahren zur Bestimmung der Abbrandkinetik entwickelt. Die Schwierigkeiten der messtechnischen Erfassung und Auswertung der instationären Vorgänge wurden dargestellt und diskutiert. Für die zwei Kaminöfen sind numerische Simulationen mit der Software ANSYS CFX erstellt worden, die weitgehend auf realen Geometrien beruhen. Vergleichende null- und eindimensionale Simulationen mit unterschiedlichen Reaktionsmechanismen und gasförmigen Brennstoffen wurden realisiert und hinsichtlich ihrer Eignung für die Berechnung von Kaminöfen untersucht. Nach erfolgter Validierung wurde ein parametrisches Simulationsmodell eines Kaminofens erstellt. Mit diesem wurde eine Parameterstudie zur Untersuchung der Veränderung der Zielgrößen Heizleistung, Kohlenmonoxid- und Rußkonzentration sowie Gesamt- und Sekundärluftmassenstrom in Abhängigkeit der Parameter durchgeführt.