Verbesserung der Wundheilung durch wassergefiltertes Infrarot A (wIRA) bei Patienten mit chronischen venösen Unterschenkel-Ulzera einschließlich infrarot-thermographischer Beurteilung

Background: Water-filtered infrared-A (wIRA) is a special form of heat radiation with a high tissue-penetration and with a low thermal burden to the surface of the skin. wIRA is able to improve essential and energetically meaningful factors of wound healing by thermal and non-thermal effects. Aim of the study: prospective study (primarily planned randomised, controlled, blinded, de facto with one exception only one cohort possible) using wIRA in the treatment of patients with recalcitrant chronic venous stasis ulcers of the lower legs with thermographic follow-up. Methods: 10 patients (5 males, 5 females, median age 62 years) with 11 recalcitrant chronic venous stasis ulcers of the lower legs were treated with water-filtered infrared-A and visible light irradiation (wIRA(+VIS), Hydrosun® radiator type 501, 10 mm water cuvette, water-filtered spectrum 550–1400 nm) or visible light irradiation (VIS; only possible in one patient). The uncovered wounds of the patients were irradiated two to five times per week for 30 minutes at a standard distance of 25 cm (approximately 140 mW/cm2 wIRA and approximately 45 mW/cm2 VIS). Treatment continued for a period of up to 2 months (typically until closure or nearly closure of the ulcer). The main variable of interest was “percent change of ulcer size over time” including complete wound closure. Additional variables of interest were thermographic image analysis, patient’s feeling of pain in the wound, amount of pain medication, assessment of the effect of the irradiation (by patient and by clinical investigator), assessment of feeling of the wound area (by patient), assessment of wound healing (by clinical investigator) and assessment of the cosmetic state (by patient and by clinical investigator). For these assessments visual analogue scales (VAS) were used. Results: The study showed a complete or nearly complete healing of lower leg ulcers in 7 patients and a clear reduction of ulcer size in another 2 of 10 patients, a clear reduction of pain and pain medication consumption (e.g. from 15 to 0 pain tablets per day), and a normalization of the thermographic image (before the beginning of the therapy typically hyperthermic rim of the ulcer with relative hypothermic ulcer base, up to 4.5°C temperature difference). In one patient the therapy of an ulcer of one leg was performed with the fully active radiator (wIRA(+VIS)), while the therapy of an ulcer of the other leg was made with a control group radiator (only VIS without wIRA), showing a clear difference in favour of the wIRA treatment. All mentioned VAS ratings improved remarkably during the period of irradiation treatment, representing an increased quality of life. Failures of complete or nearly complete wound healing were seen only in patients with arterial insufficiency, in smokers or in patients who did not have venous compression garment therapy. Discussion and conclusions: wIRA can alleviate pain considerably (with an impressive decrease of the consumption of analgesics) and accelerate wound healing or improve a stagnating wound healing process and diminish an elevated wound exudation and inflammation both in acute and in chronic wounds (in this study shown in chronic venous stasis ulcers of the lower legs) and in problem wounds including infected wounds. In chronic recalcitrant wounds complete healing is achieved, which was not reached before. Other studies have shown that even without a disturbance of wound healing an acute wound healing process can be improved (e.g. reduced pain) by wIRA. wIRA is a contact-free, easily used and pleasantly felt procedure without consumption of material with a good penetration effect, which is similar to solar heat radiation on the surface of the earth in moderate climatic zones. Wound healing and infection defence (e.g. granulocyte function including antibacterial oxygen radical formation of the granulocytes) are critically dependent on a sufficient energy supply (and on sufficient oxygen). The good clinical effect of wIRA on wounds and also on problem wounds and wound infections can be explained by the improvement of both the energy supply and the oxygen supply (e.g. for the granulocyte function). wIRA causes as a thermal effect in the tissue an improvement in three decisive factors: tissue oxygen partial pressure, tissue temperature and tissue blood flow. Besides this non-thermal effects of infrared-A by direct stimulation of cells and cellular structures with reactions of the cells have also been described. It is concluded that wIRA can be used to improve wound healing, to reduce pain, exudation, and inflammation and to increase quality of life.Hintergrund: Wassergefiltertes Infrarot A (wIRA) ist eine spezielle Form der Wärmestrahlung mit hoher Gewebepenetration bei geringer thermischer Oberflächenbelastung. wIRA vermag über thermische und nicht-thermische Effekte wesentliche und energetisch bedeutsame Faktoren der Wundheilung zu verbessern. Ziel der Studie: prospektive Studie (primär randomisiert, kontrolliert, verblindet geplant, de facto mit einer Ausnahme nur eine Kohorte möglich) mit wassergefiltertem Infrarot A (wIRA) in der Therapie von Patienten mit therapierefraktären chronischen venösen Unterschenkel-Ulzera mit thermographischer Verlaufskontrolle. Methoden: 10 Patienten (5 Männer, 5 Frauen, Median des Alters 62 Jahre) mit 11 therapierefraktären chronischen venösen Unterschenkel-Ulzera wurden mit wassergefiltertem Infrarot A und sichtbarem Licht (wIRA(+VIS), Hydrosun®-Strahler Typ 501, 10 mm Wasserküvette, wassergefiltertes Spektrum 550–1400 nm) oder mit sichtbarem Licht (VIS; nur bei einem Patienten möglich) bestrahlt. Die unbedeckten Wunden der Patienten wurden zwei- bis fünfmal pro Woche über bis zu 2 Monate (typischerweise bis zum Wundschluss oder Fast-Wundschluss des Ulkus) für jeweils 30 Minuten mit einem Standardabstand von 25 cm bestrahlt (ungefähr 140 mW/cm2 wIRA und ungefähr 45 mW/cm2 VIS). Hauptzielvariable war die „prozentuale Änderung der Ulkusgröße über die Zeit“ einschließlich des kompletten Wundschlusses. Zusätzliche Zielvariablen waren thermographische Bildanalyse, Schmerzempfinden des Patienten in der Wunde, Schmerzmittelverbrauch, Einschätzung des Effekts der Bestrahlung (durch Patient und durch klinischen Untersucher), Einschätzung des Patienten des Gefühls im Wundbereich, Einschätzung der Wundheilung durch den klinischen Untersucher sowie Einschätzung des kosmetischen Zustandes (durch Patienten und durch klinischen Untersucher). Für diese Erhebungen wurden visuelle Analogskalen (VAS) verwendet. Ergebnisse: Die Studie ergab eine vollständige oder fast vollständige Abheilung der Unterschenkel-Ulzera bei 7 Patienten sowie eine deutliche Ulkusverkleinerung bei 2 weiteren der 10 Patienten, eine bemerkenswerte Minderung der Schmerzen und des Schmerzmittelverbrauchs (von z.B. 15 auf 0 Schmerztabletten täglich) und eine Normalisierung des thermographischen Bildes (vor Therapiebeginn typischerweise hyperthermer Ulkusrandwall mit relativ hypothermem Ulkusgrund, bis zu 4,5°C Temperaturdifferenz). Bei einem Patienten wurde ein Ulkus an einem Bein mit dem Vollwirkstrahler (wIRA(+VIS)) therapiert, während ein Ulkus am anderen Bein mit einem Kontrollgruppenstrahler (nur VIS, ohne wIRA) behandelt wurde, was einen deutlichen Unterschied zugunsten der wIRA-Therapie zeigte. Alle aufgeführten VAS-Einschätzungen verbesserten sich während der Bestrahlungstherapie-Periode sehr stark, was einer verbesserten Lebensqualität entsprach. Ein kompletter oder fast kompletter Wundschluss wurde nur bei Patienten mit peripherer arterieller Verschlusskrankheit, Rauchern oder Patienten mit fehlender venöser Kompressionstherapie nicht erreicht. Diskussion und Schlussfolgerungen: wIRA kann sowohl bei akuten Wunden als auch bei chronischen Wunden (in dieser Studie für chronische venöse Unterschenkelulzera gezeigt) und Problemwunden einschließlich infizierter Wunden Schmerzen deutlich mindern (mit eindrucksvoller Abnahme des Schmerzmittelverbrauchs) und die Wundheilung beschleunigen oder einen stagnierenden Wundheilungsprozess verbessern sowie eine erhöhte Wundsekretion und Entzündung mindern. Bei chronischen therapierefraktären Wunden werden vollständige Abheilungen erreicht, die zuvor nicht erreicht wurden. Andere Studien haben sogar ohne Wundheilungsstörung eine Verbesserung (z.B. Schmerzreduktion) der akuten Wundheilung durch wIRA gezeigt. wIRA ist ein kontaktfreies, verbrauchsmaterialfreies, leicht anzuwendendes, als angenehm empfundenes Verfahren mit guter Tiefenwirkung, das der Sonnenwärmestrahlung auf der Erdoberfläche in gemäßigten Klimazonen nachempfunden ist. Wundheilung und Infektionsabwehr (z.B. Granulozytenfunktion einschließlich antibakterieller Sauerstoffradikalbildung der Granulozyten) hängen ganz entscheidend von einer ausreichenden Energieversorgung (und von ausreichend Sauerstoff) ab. Die gute klinische Wirkung von wIRA auf Wunden und auch auf Problemwunden und Wundinfektionen lässt sich über die Verbesserung sowohl der Energiebereitstellung als auch der Sauerstoffversorgung (z.B. für die Granulozytenfunktion) erklären. wIRA bewirkt als thermischen Effekt im Gewebe eine Verbesserung von drei entscheidenden Faktoren: Sauerstoffpartialdruck im Gewebe, Gewebetemperatur und Gewebedurchblutung. Daneben wurden auch nicht-thermische Effekte von Infrarot A durch direkte Reizsetzung auf Zellen und zelluläre Strukturen mit Reaktionen der Zellen beschrieben. Es wird geschlossen, dass wIRA verwendet werden kann, um Wundheilung zu verbessern, Schmerzen, Sekretion und Entzündung zu reduzieren und die Lebensqualität zu steigern

Exact solutions in Einstein-Yang-Mills-Dirac systems

We present exact solutions in Einstein-Yang-Mills-Dirac theories with gauge groups SU(2) and SU(4) in Robertson-Walker space-time $R \times S^3$, which are symmetric under the action of the group SO(4) of spatial rotations. Our approach is based on the dimensional reduction method for gauge and gravitational fields and relates symmetric solutions in EYMD theory to certain solutions of an effective dynamical system. We interpret our solutions as cosmological solutions with an oscillating Yang-Mills field passing between topologically distinct vacua. The explicit form of the solution for spinor field shows that its energy changes the sign during the evolution of the Yang-Mills field from one vacuum to the other, which can be considered as production or annihilation of fermions. Among the obtained solutions there is also a static sphaleron-like solution, which is a cosmological analogue of the first Bartnik-McKinnon solution in the presence of fermions.Comment: 18 pages, LaTeX 2

Properties of the close binary and circumbinary torus of the Red Rectangle

New diffraction-limited speckle images of the Red Rectangle in the wavelength range 2.1--3.3 microns with angular resolutions of 44--68 mas and previous speckle images at 0.7--2.2 microns revealed well-resolved bright bipolar outflow lobes and long X-shaped spikes originating deep inside the outflow cavities. This set of high-resolution images stimulated us to reanalyze all infrared observations of the Red Rectangle using our two-dimensional radiative transfer code. The new detailed modeling, together with estimates of the interstellar extinction in the direction of the Red Rectangle enabled us to more accurately determine one of the key parameters, the distance D=710 pc with model uncertainties of 70 pc, which is twice as far as the commonly used estimate of 330 pc. The central binary is surrounded by a compact, massive (M=1.2 Msun), very dense dusty torus with hydrogen densities reaching n_H=2.5x10^12 cm^-3 (dust-to-gas mass ratio rho_d/rho~0.01). The bright component of the spectroscopic binary HD 44179 is a post-AGB star with mass M*=0.57 Msun, luminosity L*=6000 Lsun, and effective temperature T*=7750 K. Based on the orbital elements of the binary, we identify its invisible component with a helium white dwarf with Mwd~0.35 Msun, Lwd~100 Lsun, and Twd~6x10^4 K. The hot white dwarf ionizes the low-density bipolar outflow cavities inside the dense torus, producing a small HII region observed at radio wavelengths. We propose an evolutionary scenario for the formation of the Red Rectangle nebula, in which the binary initially had 2.3 and 1.9 Msun components at a separation of 130 Rsun. The nebula was formed in the ejection of a common envelope after Roche lobe overflow by the present post-AGB star.Comment: 20 pages, 10 figures, accepted by Astronomy and Astrophysics, also available at http://www.mpifr-bonn.mpg.de/div/ir-interferometry/publications.htm

Directed percolation in aerodynamics: resolving laminar separation bubble on airfoils

In nature, phase transitions prevail amongst inherently different systems, while frequently showing a universal behavior at their critical point. As a fundamental phenomenon of fluid mechanics, recent studies suggested laminar-turbulent transition belonging to the universality class of directed percolation. Beyond, no indication was yet found that directed percolation is encountered in technical relevant fluid mechanics. Here, we present first evidence that the onset of a laminar separation bubble on an airfoil can be well characterized employing the directed percolation model on high fidelity particle image velocimetry data. In an extensive analysis, we show that the obtained critical exponents are robust against parameter fluctuations, namely threshold of turbulence intensity that distinguishes between ambient flow and laminar separation bubble. Our findings indicate a comprehensive significance of percolation models in fluid mechanics beyond fundamental flow phenomena, in particular, it enables the precise determination of the transition point of the laminar separation bubble. This opens a broad variety of new fields of application, ranging from experimental airfoil aerodynamics to computational fluid dynamics.Comment: 8 pages, 11 figure

Therapie chronischer Wunden mit wassergefiltertem Infrarot A (wIRA)

The central portion of chronic wounds is often hypoxic and relatively hypothermic, representing a deficient energy supply of the tissue, which impedes wound healing or even makes it impossible. Water-filtered infrared-A (wIRA) is a special form of heat radiation with a high tissue penetration and a low thermal load to the skin surface. wIRA produces a therapeutically usable field of heat and increases temperature, oxygen partial pressure and perfusion of the tissue. These three factors are decisive for a sufficient tissue supply with energy and oxygen and consequently as well for wound healing, especially in chronic wounds, and infection defense. wIRA acts both by thermal and thermic as well as by non-thermal and non-thermic effects. wIRA can advance wound healing or improve an impaired wound healing process and can especially enable wound healing in non-healing chronic wounds. wIRA can considerably alleviate the pain and diminish wound exudation and inflammation and can show positive immunomodulatory effects. In a prospective, randomized, controlled study of 40 patients with chronic venous stasis ulcers of the lower legs irradiation with wIRA and visible light (VIS) accelerated the wound healing process (on average 18 vs. 42 days until complete wound closure, residual ulcer area after 42 days 0.4 cm² vs. 2.8 cm²) and led to a reduction of the required dose of pain medication in comparison to the control group of patients treated with the same standard care (wound cleansing, wound dressing with antibacterial gauze, and compression garment therapy) without the concomitant irradiation. Another prospective study of 10 patients with non-healing chronic venous stasis ulcers of the lower legs included extensive thermographic investigation. Therapy with wIRA(+VIS) resulted in a complete or almost complete wound healing in 7 patients and a marked reduction of the ulcer size in another 2 of the 10 patients, a clear reduction of pain and required dose of pain medication, and a normalization of the thermographic image. In a current prospective, randomized, controlled, blinded study patients with non-healing chronic venous stasis ulcers of the lower legs are treated with compression garment therapy, wound cleansing, wound dressings and 30 minutes irradiation five times per week over 9 weeks. A preliminary analysis of the first 23 patients of this study has shown in the group with wIRA(+VIS) compared to a control group with VIS an advanced wound healing, an improved granulation and in the later phase of treatment a decrease of the bacterial burden. Some case reports have demonstrated that wIRA can also be used for mixed arterial-venous ulcers or arterial ulcers, if irradiation intensity is chosen appropriately low and if irradiation is monitored carefully. wIRA can be used concerning decubital ulcers both in a preventive and in a therapeutic indication. wIRA can improve the resorption of topically applied substances also on wounds. An irradiation with VIS and wIRA presumably acts with endogenous protoporphyrin IX (or protoporphyrin IX of bacteria) virtually similar as a mild photodynamic therapy (endogenous PDT-like effect). This could lead to improved cell regeneration and wound healing and to antibacterial effects. In conclusion, these results indicate that wIRA generally should be considered for the treatment of chronic wounds.Das Zentrum von chronischen Wunden ist oft hypoxisch und relativ hypotherm. Dies entspricht einer defizitären Energiebereitstellung im Gewebe, die die Wundheilung behindert oder unmöglich macht. Wassergefiltertes Infrarot A (wIRA) ist eine spezielle Form der Wärmestrahlung mit hohem Eindringvermögen in das Gewebe bei geringer thermischer Oberflächenbelastung. wIRA erzeugt ein therapeutisch nutzbares Wärmefeld und steigert Temperatur, Sauerstoffpartialdruck sowie die Durchblutung im Gewebe. Diese drei Faktoren sind entscheidend für eine ausreichende Versorgung des Gewebes mit Energie und Sauerstoff und deshalb auch für die Wundheilung, speziell bei chronischen Wunden, und die Infektionsabwehr. wIRA wirkt sowohl über thermische und temperaturabhängige als auch über nicht-thermische und temperaturunabhängige Effekte. wIRA kann die Wundheilung beschleunigen oder einen stagnierenden Wundheilungsprozess verbessern und insbesondere bei nicht-heilenden chronischen Wunden eine Wundheilung ermöglichen. wIRA vermag Schmerzen deutlich zu mindern und die Wundsekretion sowie Entzündung zu reduzieren sowie positive immunmodulierende Effekte zu zeigen. In einer prospektiven, randomisierten, kontrollierten Studie mit 40 Patienten mit chronischen venösen Unterschenkelulzera führte eine Bestrahlung mit wIRA und sichtbarem Licht (VIS) zu einer schnelleren Wundheilung (im Durchschnitt 18 vs. 42 Tage bis zum kompletten Wundschluss, Restulkusfläche nach 42 Tagen 0,4 cm² vs. 2,8 cm²) und einem geringeren Schmerzmittelverbrauch gegenüber einer in gleicher Form (Wundsäuberung, antibakterielle Wundauflagen und Kompressionstherapie) therapierten, aber nicht bestrahlten Kontrollgruppe. Eine weitere prospektive Studie mit 10 Patienten mit aufwändiger thermographischer Verlaufskontrolle ergab unter Therapie mit wIRA(+VIS) eine vollständige oder fast vollständige Abheilung therapierefraktärer chronischer Unterschenkelulzera bei 7 sowie eine deutliche Ulkusverkleinerung bei 2 weiteren der 10 Patienten, eine ausgeprägte Minderung der Schmerzen und des Schmerzmittelverbrauchs und eine Normalisierung des thermographischen Bildes. In einer laufenden prospektiven, randomisierten, kontrollierten, verblindeten Studie werden Patienten mit nicht-heilenden chronischen venösen Unterschenkelulzera mit Kompressionstherapie, Wundsäuberung und nicht-adhäsiven Wundauflagen sowie 30 Minuten Bestrahlung fünfmal pro Woche über 9 Wochen behandelt. Eine vorläufige Auswertung der ersten 23 Patienten zeigte, dass die Gruppe mit wIRA(+VIS) verglichen mit einer Kontrollgruppe mit VIS eine schnellere Wundheilung, eine bessere Granulation und in der späteren Phase der Behandlung eine Abnahme der bakteriellen Last der Wunden aufwies. Einige Fallberichte haben gezeigt, dass wIRA selbst bei gemischt arteriell-venösen Ulzera oder arteriellen Ulzera eingesetzt werden kann, wenn die Bestrahlungsstärke angemessen niedrig gewählt und die Bestrahlung sorgfältig überwacht wird. wIRA kann bei Dekubitalulzera sowohl präventiv als auch therapeutisch eingesetzt werden. wIRA kann die Resorption topisch applizierter Substanzen auch auf Wunden verbessern. Eine Bestrahlung mit VIS und wIRA wirkt vermutlich in Verbindung mit endogenem Protoporphyrin IX (oder Protoporphyrin IX von Bakterien) quasi ähnlich wie eine milde photodynamische Therapie (endogener PDT-ähnlicher Effekt). Dies kann die Zellregeneration und Wundheilung fördern und antibakteriell wirken. Zusammengefasst zeigen die Ergebnisse, dass wIRA generell für die Behandlung chronischer Wunden erwogen werden sollte

Nonlinear and Quantum Optics with Whispering Gallery Resonators

Optical Whispering Gallery Modes (WGMs) derive their name from a famous acoustic phenomenon of guiding a wave by a curved boundary observed nearly a century ago. This phenomenon has a rather general nature, equally applicable to sound and all other waves. It enables resonators of unique properties attractive both in science and engineering. Very high quality factors of optical WGM resonators persisting in a wide wavelength range spanning from radio frequencies to ultraviolet light, their small mode volume, and tunable in- and out- coupling make them exceptionally efficient for nonlinear optical applications. Nonlinear optics facilitates interaction of photons with each other and with other physical systems, and is of prime importance in quantum optics. In this paper we review numerous applications of WGM resonators in nonlinear and quantum optics. We outline the current areas of interest, summarize progress, highlight difficulties, and discuss possible future development trends in these areas.Comment: This is a review paper with 615 references, submitted to J. Op

Effects of Substituents on the Length of Central C(sp^3)-C(sp^3) Bond in Anthracene Photodimers and Related Molecules

Effects of substituents on the lengths of the central C–C single bond in the butterfly-shaped anthracene photodimers (1)–(7) and lepidopterenes (8) are studied. X-Ray analysis of the photodimer (10) of 9,10-difluoroanthracene gave a C(9)–C(10′) bond length of 1.631 (3)Å. An attempt to re-determine molecular structure of the photoisomer (5) of [2.2](9,10) anthracenophane (12) by neutron diffraction analysis is also reported [C(9)–C(10′): obs. 1.64(1), calc. 1.63(1)Å]. The D_2 structure that had been proposed for the minimum-energy conformation of (5) is questioned and the D_(2h) symmetric conformation is suggested on the basis of the diffraction results and MNDO calculations. The experimentally determined distances of the long central C–C bonds in these butterfly compounds including dianthronyl (9) are well reproduced by MNDO calculations with a standard deviation of 0.013 Å. Small but significant further elongation of the central C–C bond by up to 0.07 Å resulting from annulation of cyclobutane or cyclopentane ring in anthracene photodimers and from remote chlorine substitution in lepidopterene are interpreted in terms of the increased π→σ^* orbital interaction