Biaxiale Ermüdung von reibrührgeschweißten Aluminiumstrukturen

Mittels Reibrührschweißen gefügte Blechstrukturen aus der Aluminium-Legierung EN-AW 2024-T3 wurden untersucht. Biaxiale Rissfortschrittsversuche wurden sowohl an stumpf verschweißten Blechen als auch an versteiften Strukturen mit überlappend aufgeschweißten Stringern durchgeführt, wobei das biaxiale Lastverhältnis λ und die Anrissgeometrie systematisch variiert wurden. Die Versuche dienten der Nachbildung der realen Belastungssituation von Flugzeugrumpfstrukturen, deren maßgebliche Beanspruchung während des Fluges durch den Innendruck der Kabine gegeben ist. Eine Erhöhung der Lastkomponente parallel zum Riss führte bei gleich bleibender Belastung normal zum Riss zu keiner signifikanten Lebensdauerzunahme, was wahrscheinlich mit der gleichzeitigen Zunahme der maximalen Hauptspannung zusammenhängt. Bei der Reduzierung der Normallast erreichten beide Probentypen dagegen rund drei- bis vierfach höhere Lebensdauern. Bei geringen biaxialen Lastverhältnissen verliefen die Risspfade i.W. in Verlängerung der als Anriss fungierenden Sägeschnitte. Bei λ > 1, für die Stumpfstoß-Proben bereits bei λ = 1, zeigten sich S-förmige Verläufe, deren Krümmung mit größerem Lastverhältnis zunahm. Aussagen von Cotterell und Rice [1] bezüglich der Richtungsstabilität der Risspfade konnten bestätigt werden. Eigenspannungen beeinflussten die Richtungsstabilität wie auch die Risswachstumsraten. Allerdings zeigten sich nennenswerte Einflüsse lediglich bei kurzen Rissen und beim Wachstum quer zur Naht. Die Versteifungselemente der Stringer-Proben wirkten sich nur bei λ = 2 und beim Risswachstum quer zum Stringer lebensdauerverlängernd aus. Zur Berechnung der Spannungsintensitätsfaktoren für da/dN–ΔK Kurven wurde ein Ansatz von Leevers et al. [2] verwendet. Dadurch konnten die Versuchsergebnisse trotz teils stark abweichender Rissverläufe und Wachstumsraten mit sehr geringer Abweichung in einem gemeinsamen Streuband abgebildet werden. [1] Cotterell, B., Rice, J. R. (1980) Int. J Fract. 16, 155. [2] Leevers, P. S., Radon, J. C., Culver, L. E. (1976) J. Mech. Phys. Sol. 24, 381

Development of a model of Acetaminophen-induced acute liver failure and comparison of liver replacement systems in pigs

Paracetamol (PCM) ist ein weit verbreitetes Antipyretikum und Analgetikum, von dem seit Jahren bekannt ist, dass es bei Überdosierung lebertoxisch wirkt und zu einem ALV, schlimmstenfalls bis zum Tode führen kann. Trotz großer Bemühungen war es bislang nicht möglich, die genauen Zusammenhänge der Toxizität zu klären, was eine zuverlässige Prognose des Krankheitsverlaufs bei einer Überdosierung erschwert. Nicht unbeteiligt hieran ist der Mangel an suffizienten Großtiermodellen, die es sowohl erlauben, Krankheitsbild und Behandlung mit der klinischen Situation zu vergleichen, als auch genauere Einblicke in die Initiation der Toxizität zu gewähren. Aus diesem Grund wurde in dieser Arbeit der Versuch unternommen, ein aussagekräftiges Tiermodell hinsichtlich des PCM- induzierten akuten Leberversagens (ALV) zu entwickeln, um daran artifizielle Leberersatzverfahren (LEV) klinisch auf ihre Relevanz hin untersuchen zu können. Zur Etablierung eines Tiermodells wurde bei 28 Schweinen mit der Gabe eines initialen Bolus und anschließender stündlicher Erhaltungsdosis von PCM unter maximaler intensivmedizinischer Überwachung ein ALV induziert. Nach Eintritt des LV wurden an den blockrandomisierten Studientieren ihrer Gruppenzugehörigkeit entsprechend die unterschiedlichen Dialyseverfahren geprüft. Zu jeder Zeit wurden Vital- und Blutparameter aufgezeichnet bzw. bestimmt und regelmäßig Keilbiopsien der Leber entnommen. Im Rahmen dieser Arbeit ist es gelungen, ein suffizientes Großtiermodell eines PCM-induzierten ALV am Schwein zu etablieren, welches für die Leberschädigung und die Dauer des LV reproduzierbare Ergebnisse gezeigt hat. Die in dieser Studie getesteten LEV zeigten jedoch nur geringen therapeutischen Erfolg. Während verglichen zur Kontrollgruppe die MARS- Variante A- Tiere eine wesentlich kürzere Überlebensdauer aufwiesen, wurde für die MARS- Variante B- Therapie zwar kein negativer Beitrag zum Allgemeinzustand der Tiere festgestellt, aufgrund mangelnder positiver Entwicklungen ist jedoch der Nutzen und somit der Einsatz dieser Therapieverfahren kritisch zu hinterfragen. Eine Sonderstellung nimmt hierbei die MARS- Variante C- Therapie ein, da sie zwar einen erheblichen Überlebensvorteil für die Tiere aufwies, dieser jedoch aufgrund der Kombination mit N- Acetyl- Cystein (NAC) nicht eindeutig dem Dialyseverfahren zuzuschreiben ist. Es ist daher empfehlenswert, diese Therapie nochmals gesondert auf ihren Beitrag zum Gesundheitszustand hin zu untersuchen. Die Analyse der Leberbiopsien hinsichtlich der Glutathion (GLU) - Konzentration ergab für diese in erster Linie eine drastische Depletion nach Intoxikation. Einzig die MARS- Variante C- Gruppe zeigte ab dem 2. POP einen nennenswerten Wiederanstieg von GLU, der sehr wahrscheinlich auf die Applikation von NAC zurückzuführen war. Dieser Umstand hebt erneut die Sonderstellung der MARS- Variante C- Therapie hervor und bestätigt die Notwendigkeit der getrennten Untersuchung des Dialyse-Systems. Abschließend ist festzustellen, dass dieses Großtiermodell zukünftig nicht nur die Möglichkeit eröffnet, neue Einblicke und ein genaueres Verständnis der PCM- Intoxikation zu gewinnen, sondern es erlaubt zusätzlich eine aussagekräftige Überprüfung innovativer LEV in einer mit der Klinik vergleichbaren Situation. Eine intensivere Erforschung des ALV ermöglicht die Entwicklung verbesserter therapeutischer Ansätze und trägt dazu bei, dem Ziel, dieses Krankheitsbild ohne Transplantation kurativ behandeln zu können, näher zu kommen.Acetaminophen is a widely used antpyretic and analgesic, of which a hepatotoxicity in case of excessive ingestion is known, which can lead to acute liver failure (ALF) and if the worst comes to the worst, to death. Despite every effort it was not possible to explain the correlation of the toxicity so far, which complicates a reliable prognosis of the course of the disease in case of overdose. Significant for this is the lack of a sufficient large animal model, which allows to compare the disease pattern and treatment with the clinical situation, as well as giving an insight into the initiation of the toxicity. On that account there was the attempt to develop a convincing animal model regarding Acetaminophen-induced ALF, in order to clinically examine the artificial liver replacement systems (LRS) concerning their relevance. For the establishment of an animal model, an ALF was induced in 28 pigs by giving them an initial bolus of acetaminophen, followed by an hourly conservation dose undergoing a maximum ICU treatment. After the induction of ALF at the block randomized trial animals, the analysis of the different dialysis processes, according to the affiliation of the study group, was started. The vital and blood parameters were recorded and determined at any time and wedge biopsies were extracted regularly. Within this thesis the establishment of a sufficient large animal model of acetaminophen-induced ALF in pigs succeeded, which showed reproducible results for liver injury and duration of liver failure. However, the LRS, which were tested in this trial, only showed minor therapeutic success. While, compared to the control group, the animals getting the MARS- Variation A- therapy showed a considerably shorter survival term, there was no negative effect on the general condition observable in the MARS- Variation B- group. Due to the fact that there was no positive trend either, the benefit and also the employment of this therapy method have to be scruntinized critically. The MARS- Variation C- therapy takes an exceptional position though. It showed a remarkable survival benefit, but because of the combination of the therapy with N- Acetyl- Cystein (NAC) this benefit can not explicitly be attributed to the dialysis system. Therefore it is recommendable to examine this therapy again for its contribution to the state of health. The analysis of the liver biopsies concerning the Glutathion (GLU) concentration showed first and foremost a drastic depletion after intoxication. Only in the MARS- Variation C- group a considerable recovery of GLU was registered from the 2. Post-operative day, which presumably is to put down to the application of NAC. This circumstance emphasizes the special position of the MARS- Variation C- therapy and confirms the necessity of a separate verification of this dialysis system. In conclusion, this large animal model not only offers the potential of gaining a new insight and a better understanding of the acetaminophen- intoxication in future, but also allows a significant examination of innovative LRS in a situation comparable to the clinic. A more intensive research of the ALF permits the development of improved therapeutic approaches and contributes to get closer to the aim of a curative treatment of this disease, without needing an organ transplant

Risswachstum in reibrührgeschweißten Aluminiumstrukturen unter phasengleicher biaxialer Belastung

Mittels Reibrührschweißen gefügte Blechstrukturen aus EN–AW 2024-T3 wurden untersucht. Biaxiale Rissfortschrittsversuche wurden sowohl an stumpf verschweißten Blechen als auch an versteiften Strukturen mit überlappend aufgeschweißten Stringern durchgeführt, wobei das biaxiale Lastverhältnis λ systematisch variiert wurde. Durch die Veränderung der Belastungen normal und parallel zum Ausgangsriss ergaben sich deutliche Auswirkungen auf die Lebensdauern sowie auf die Rissausbreitungspfade. Letztere nahmen mit zunehmendem λ stärker gekrümmte S-förmige Verläufe an. Ein Berechnungsansatz von Leevers et al. führte trotz dieser Unterschiede zu da/dN–ΔK Kurven in einem gemeinsamen Streuband