bluuebunny/crossref_metadata_2025 huggingface dataset:
Iterative approach to impedance model for small‐signal stability analysis
Authors: Wang Liang , Peng Jingyu , You Yuyang , Ma Hongwei
Published: August 2018

Impedance analysis has been widely used in small‐signal stability analysis of power systems and power electronic device. This study proposes an iterative approach to impedance model of individual device. The proposed method applies numerical iteration in the calculation of impedance model instead of complex mathematical derivation. It is easy to be implemented in computer programs. First, initial value of a key impedance/admittance of the target device is set. Second, an iterative algorithm is designed according to structure of the device and transfer functions of its components. Finally, the equivalent impedance is computed and stability characteristics of the whole system are analysed. The obtained model could include all elements of the target device, such as phase‐locked loop and shaft system. Thus, it could also be applied to the analysis of sub‐synchronous control interaction and torsional interaction. The proposed method could provide impedance contribution from different parts of the target device. This character will benefit the analysis and solution of system instability.
Recursive linear continuous quaternion attitude estimator from vector observations
Authors: Wu Jin , Zhou Zebo , Fourati Hassen , Liu Ming
Published: August 2018

Attitude estimation from vector observations is widely employed in aerospace applications for accurate integrated navigation using solutions to Wahba's problem. Wahba's solutions are practical but may corrupt facing critical cases in the presence of almost collinear reference vector measurements, which is inevitable in robotic applications with redundant sensor arrays or platforms with celestial vision sensors in similar directions. Different from existing algorithms, this study presents a novel sequential multiplicative quaternion attitude estimation method from various vector sensor outputs. The unique linear constitution of the algorithm leads to its specific name of Recursive Linear Quaternion Estimator (RLQE). The algorithm's architecture is designed to use each single pair of vector observation linearly so that the vector observations can be arbitrarily chosen and fused. The closed‐form covariance of the RLQE is derived that builds up the existence of a highly reliable RLQE Kalman filter. Simulations and experiments are carried out to give the performances of the authors’ algorithm and representative ones. Compared with other works, the proposed RLQE maintains good precision, better consistency and lower variance bounds. Moreover, the attitude estimation performance with critical cases is especially much better than conventional Wahba's solution on its continuity, accuracy and variance.
Efficient method for outlier removal in SAR image matching based on epipolar geometry
Authors: Ghannadi Mohammad Amin , Saadatseresht Mohammad
Published: August 2018

A method is proposed for removing falsely matched points after sparse matching in synthetic aperture radar (SAR) images. This method uses epipolar geometry as well as random sample consensus (RANSAC) to automatically remove false matches (outliers) among all points. The method randomly selects at least four points among all matched points. Then, using a bilinear equation, a generic relation is established between the pixel coordinates of a reference point in the master image and the parameters of the corresponding epipolar line in the slave image. Therefore, it is possible to calculate the epipolar line for all points using the bilinear function and then evaluate the accuracy of the matched points. Moreover, the proposed method is compared with the method that uses the RANSAC with an affine function, which is a common method for removing outliers. Here, the output of the scale‐invariant feature transform algorithm is used to conduct the experiments. Furthermore, the SAR image pairs from southern Iran are utilised to evaluate the performance of the method. Experiments are conducted on TerraSAR‐X images, and the results demonstrate that the proposed method has high reliability for removing false matches.
Guidance and navigation for rendezvous with an uncooperative target
Authors: Telaar J. , Schlaile C. , Sommer J.
Published: August 2018

This paper presents a guidance strategy for a rendezvous with an uncooperative target. In the applied design reference mission, a spiral approach is commanded ensuring a collision-free relative orbit due to e/i-vector separation. The dimensions of the relative orbit are successively reduced by Δv commands which at the same time improve the observability of the relative state. The navigation is based on line-of-sight measurements. The relative state is estimated by an extended Kalman filter (EKF). The performance of this guidance and navigation strategy is demonstrated by extensive Monte Carlo simulations taking into account all major uncertainties like measurement errors, Δv execution errors, and differential drag.
On active disturbance rejection based framework for flight control: principle and applications
Authors: Sun M. , Gao Z. , Du S. , Chen Z.
Published: August 2018

Active Disturbance Rejection Control (ADRC) offers a viable framework for flight control that both inherits what is right about proportional-integral-derivative (PID) controllers that makes it a long lasting industrial solution and addresses its weaknesses. Building on this foundation, ADRC as a way of thinking and a methodology can be understood and accepted by practicing engineers. Several flight control applications are used to show flexibility and applicability of the proposed framework in tackling diverse problems in flight control. It appears that such a solution is simple to understand, easy to implement, and convenient to tune, thus making it highly user friendly and effective.
Genetic algorithms for GNC settings and DACS design application to an asteroid Kinetic Impactor
Authors: Vernis P. , Oliviero V.
Published: August 2018

This paper deals with an application of Genetic Algorithm (GA) tools in order to perform and optimize the settings phase of the Guidance, Navigation, and Control (GNC) data set for the endgame phase of a Kinetic Impactor (KI) targeting a medium-size Near Earth Object (NEO). A coupled optimization of the GNC settings and of the GC-oriented design of the Divert and Attitude Control System (DACS) is also proposed. The illustration of the developed principles is made considering the NEOShield study frame.
Optimal control for the sun-powered airplane with taking into account efficiency of onboard accumulator charging-discharging and charge limits
Authors: Serokhvostov S.V. , Churkina T.E.
Published: August 2018

The problem of optimal control for the aircraft with the electric powerplant and solar cells for the multiday flight is investigated using the more precise equation of motion comparing to the previous investigations. The cases of some restrictions on aircraft energy storage and peculiarities of its charge and discharge are also analyzed. Pontryagin’s maximum principle is utilized. Optimal trajectories were obtained for the cases considered.
Analysis of generic reentry vehicle flight dynamics
Authors: Metsker Yu. , Weinand K. , Geulen G. , Haidn O. J.
Published: August 2018

The knowledge of reentry vehicles (RV) flight characteristics regarding geometrical shape, dimensions, and mechanical properties is essential for precise prediction of their flight trajectory, impact point, and possible deviations according to simulation uncertainties. The flight characteristic estimations of existing RV require both body dimensions and mechanical properties of the objects. Due to comparatively simple and reliable methods of specifying the vehicle outer dimensions, e. g., photos and videomaterials, the estimation of mechanical properties is a subject of higher uncertainties. Within this study, a generic medium range ballistic missile (MRBM) RV was examined for several modifications such as center of gravity (CoG) position, weight moment of inertia, and initial reentry flight states. Combinations of these variables with constant aerodynamic properties for maximal lateral accelerations will be determined. Basing on these, potential evasion maneuver capabilities of the RV will be described.
ATV GNC flight performance and lessons learned
Authors: Mongrard O. , Cavrois B. , Ankersen F. , Dubois-Matra O. , Zink M. , Vergnol A. , Piquemal E. , Pionnier G. , Southivong U.
Published: August 2018

ESA’s fifth and final Automated Transfer Vehicle (ATV), Georges Lemaître, performed its fully automated rendezvous and docking with the International Space Station (ISS) on August 12, 2014. The ATV’s navigation sensors have shown their worth docking the 20-ton vehicles with aft port of the Space Station, manoeuvring into position and docking with an excellent accuracy. For the second consecutive time after ATV-4, the accuracy at docking was such that the ATV probe head was directly captured inside the Zvezda docking mechanism without contact with the receiving cone. From 30 km and down to a distance of 250 m, ATV uses GPS (Global Positioning System) information from its own receiver and the Station’s that is transmitted over a radiofrequency link. As it moves closer, ATV switches to laser navigation, using the reflection of laser pulses on reflectors mounted on the Space Station. This paper presents the achievements and performance of ATV GNC (Guidance, Navigation, and Control) across the 5 missions for both types of navigation. It will also discuss the observations made during the various flights regarding unforeseen conditions such as space environment or target pattern contamination having a potential impact on performance and how they were resolved.
AOCS operations preparation for the BepiColombo mission to mercury
Authors: Steiger C. , Altay A. , Montagnon E. , Companys V.
Published: August 2018

The 2018 ESA/JAXA BepiColombo mission to Mercury features a complex modular design, with two scientific Mercury orbiters and a cruise module. The spacecraft (S/C) and mission design lead to a number of challenges for the attitude and orbit control system (AOCS), including electric propulsion usage during cruise to Mercury, AOCS capability to deal with several S/C configurations, and strict attitude constraints owing to the harsh thermal environment. This paper presents the activities for AOCS operations preparation by ESA/ESOC, covering the current preparation status as well as an outlook on upcoming activities before launch.
Oxidative Kinetic Resolution of Some Naphtholic Alcohols Mediated by a Chiral Hypervalent Iodine Reagent
Authors: Ciufolini Marco , Jain Nikita
Published: August 2018

A chiral aryl iodide enables the catalytic, oxidative kinetic resolution of various 2-[(3-hydroxy-2-alkyl)propyl]naphthalen-1-ols.
Integrierter Versorgungsvertrag (IVONi) zur Früherkennung und Behandlung von Patienten mit Osteoporose in Niedersachsen nach § 140 a–d SGB V
Authors: Hinz C. , Schmidt S. , Diedrichsen R. , Demary W.
Published: August 2018

Der integrierte Versorgungsvertrag zur Erkennung und Behandlung von Patienten mit Osteoporose in Niedersachsen besteht seit 2010 als niedersachsenweite Erweiterung eines regionalen Vertrages (seit 2005) zwischen der Barmer GEK und den Kliniken Der Fürstenhof Bad Pyrmont, Anna-Stift Hannover und Friederikenstift Hannover. Das Versorgungskonzept sieht die hausärztliche Risikoerfassung und die zeitnahe Vorstellung zur spezifischen osteologischen Abklärung vor. Die Risikoerfassung, osteologische Abklärung und Therapieentscheidung erfolgen gemäß der DVO-Leitlinie. An eine dreijährige intensive Behandlungsphase schließt sich die Fortführung der Behandlung als Regelversorgung an. Ein Recallprogramm soll die Therapie - adhärenz günstig beeinflussen. Bislang wurden mehr als 17 000 Versicherte auf eine Osteoporose untersucht und 53 % als therapiebedürftig eingeschätzt. Erste Ergebnisse belegen, dass in der Vertragsregion mehr Patienten spezifisch behandelt werden als in einer Vergleichsregion. Das Risiko für neue Frakturen scheint im Vergleich mit einer aktuellen Studie zur Regelversorgung der Osteoporose (BEST) geringer zu sein. Damit bietet das Versorgungskonzept eine Option, die Osteoporoseversorgung zu verbessern.
Endocrine function of osteocytes
Authors: Yorgan T. , Schinke T.
Published: August 2018

Osteocytes represent the most abundant cell type of the skeletal system. They have access to a large cellular surface area within the lacuno-canalicular network. This network additionally provides connection to the vascular system, a prerequisite for secretion of endocrine regulators into the circulation. The best established endocrine function of the osteocyte network is the regulation of phosphate homeostasis by secretion of Fgf23, a hormone inhibiting renal phosphate reabsorption. Recently, several additional osteocyte-derived factors have been suggested to influence phosphate homeostasis, either directly or in an Fgf23-dependent manner. Moreover, osteocytes are also the major producers of Wnt signaling modulators, such as Sclerostin or Dkk1. Since these molecules primarily act as inhibitors of bone formation, there might be an additional influence of osteocyte-derived molecules on glucose handling and energy metabolism. In fact, osteocalcin, a long-known bone matrix protein and biomarker of bone formation, is now considered to act as a hormone controlling insulin production by pancreatic β-cells and insulin sensitivity of target organs. Since the endocrine functions of osteocytes are only beginning to be uncovered, it appears likely that additional osteocyte-derived molecules with systemic influences on whole body homeostasis might be identified in the future.
Karpale Osteonekrosen
Authors: Schmitt R.
Published: August 2018

In den vergangenen Jahren haben die Kenntnisse zur Gefäßanatomie, zur Biomechanik und zu den Reparationsmechanismen maßgeblich die bildgebende Diagnostik von Osteonekrosen des Skaphoids (Skaphoidpseudarthrose, Morbus Preiser), des Lunatums (Morbus Kienböck) und des Kapitatums (Kapitatumkopfnekrose) beeinflusst. Die kontrastverstärkte MRT eignet sich zuverlässig zur Bestimmung der Vitalität des Knochenmarks. Bei den Osteonekrosen können mit der MRT drei Zonen abgegrenzt werden: Proximal die Nekrosezone, in der Mitte die Reparationszone und distal die Zone der verbliebenen Knochenmarksvitalität. Voraussetzung für die Abgrenzung der Osteonekroseund Reparationszonen ist die intravenöse Gabe von Gadolinium. Die hochaufgelöste CT dient in den Frühstadien der Darstellung von Osteosklerosen und Insuffizienzfrakturen sowie in den Spätstadien dem Nachweis von arthrotischen Umbauten. Mit den dedizierten Schnittbildverfahren können alle Stadien der karpalen Osteonekrosen zur Abbildung gebracht werden, nämlich von den Vorstufen und Reparationsmechanismen über die Zwischenstufen mit Osteosklerose und proximalen Frakturen bis zu den Endstadien der Arthrose und des karpalen Kollapses.
Ganzkörper-Elektromyostimulation und Sarcopenic Obesity
Authors: von Stengel S. , Teschler M. , Weissenfels A. , Bebenek M. , Kohl M. , Freiberger E. , Bollheimer C. , Goisser S. , Sieber C. , Seefried L. , Jakob F. , Engelke K. , Kemmler W.
Published: August 2018

Ein aufwendiges und intensives Körpertraining zur Therapie der “Sarcopenic Obesity (SO)” kann oder möchte von vielen der älteren Betroffenen nicht mehr durchgeführt werden. Die zeiteffiziente, gelenkschonende und individualisierbare GanzkörperElektromyostimulation (WB-EMS) könnte hier eine geeignete Option darstellen.

75 selbstständig lebende Frauen mit einer SO wurden randomisiert einer WB-EMS-Gruppe (n = 25), einer WB-EMS-Gruppe mit proteinreichen Ernährungssupplementen (WB-EMS&P: n = 25) und einer nichttrainierenden Kontroll-Gruppe (KG: n = 25) zugeteilt. Die WB-EMS-Gruppen führten über 26 Wochen einmal je Woche eine niederfrequente WB-EMS-Applikation in liegender/sitzender Position durch. Primäre Studienendpunkte waren appendikuläre skelettale Muskelmasse (ASMM) und Körperfettmasse.

Beide WB-EMS-Gruppen zeigten vergleichbare (p = 0,532), signifikante Verbesserungen (p ≤ 0,003) der ASMM, die sich signifikant (p < 0,001) von den Ergebnissen in der KG (p = 0,050) unterschieden. Keine signifikanten Effekte (p = 0,628) konnten indes für die Körperfettmasse erfasst werden.

Die vorliegende Untersuchung zeigt signifikante Effekte einer WB-EMS- Applikation auf Sarkopeniegrößen, jedoch, im Gegensatz zu vorhergehenden Studien, keine korrespondierenden Effekte auf die Körperfettmasse.
Zelluläre Mechanismen der Gluko-kortikoid-induzierten Osteoporose und therapeutische Ansatzpunkte
Authors: Gasparini S.J. , Zhou H. , Hofbauer L.C. , Seibel M.J. , Henneicke H.
Published: August 2018

Der therapeutische Einsatz von Glukokortikoi-den ist aufgrund ihrer potenten immunmodu-latorischen Wirkung häufig unverzichtbar. Je-doch ist der klinische Nutzen aufgrund ihres Nebenwirkungsprofils oft begrenzt. Im Skelett-system führt eine länger dauernde systemische Therapie mit Glukokortikoiden zu einem rapi-den Verlust von Knochenmasse sowie einer deutlichen Steigerung des Frakturrisikosins-besondere an der Wirbelsäule. Im Verlauf der vergangenen Jahre hat sich das Verständnis der skelettalen Effekte von Glukokortikoiden durch den Einsatz genetisch modifizierter Mäu-se deutlich verbessert: Glukokortikoide intera-gieren mit allen Zellen im Knochen, jedoch werden die skelettalen Nebenwirkungen einer Glukokortikoidtherapie primär durch eine verminderte Osteoblasten- und Osteozytenfunkti-on verursacht. Aufgrund dieses Wirkmechanismus legen präklinische Studien in Modellorga-nismen als auch Studien bei Patienten mit Glu-kokortikoid-induzierter Osteoporose den Schluss nahe, dass eine osteoanabole Therapie einer Therapie mit Antiresorptiva langfristig überlegen sein kann. In diesem Artikel fassen wir neue Er-kenntnisse über die Glukokortikoidwirkung im Knochen systematisch zusammen und diskutie-ren deren Konsequenzen für die Therapie der Glukokortikoid-induzierten Osteoporose.
Zum Einfluss von Vitamin D und Kalzium auf die muskuloskelettale Gesundheit
Authors: Minne H. W. , Pfeifer M.
Published: August 2018

Bei älteren Menschen (etwa ab dem 65. Lebensjahr) kann eine Supplementation mit Vitamin D (800–1200 I.E. pro Tag) und Kalzium (800–1200 mg pro Tag) dazu beitragen, Stürze und sturzbedingte Knochenbrüche im Sinne einer Primärprävention zu verhindern. Inzwischen liegen hierzu zahlreiche randomisierte, placebokontrollierte und prospektive Doppelblindstudien vor, die zumindest für die Verminderung der Sturzrate eine Meta-Analyse erlauben, so dass nach den Kriterien einer auf Evidenz basierenden Medizin im Hinblick auf die Sturzprävention sowie für die Primärprävention von Schenkelhalsfrakturen von einer Evidenzstärke Grad Ia auszugehen ist, wobei die Wirkung bei Frauen mit einem 25-Hydroxy-Vitamin-D3-Serumspiegel unter 50 nmol/l besonders gut dokumentiert ist.
Bisphosphonattherapie bei renaler Osteopathie
Authors: Bergner R.
Published: August 2018

Bisphosphonate sind in der Therapie der Osteoporose und maligner Knochenerkrankungen inzwischen Standard. Da Bisphosphonate ausschließlich renal ausgeschieden werden, ist eine schwere Niereninsuffizienz eine Kontraindikation für den Einsatz der meisten Bisphosphonate. Bei Dialysepatienten liegen jedoch in der Regel ausgeprägte Veränderungen des Knochenstoffwechsels vor, die zumindest teilweise den Einsatz von Bisphosphonaten sinnvoll erscheinen lassen. Tierexperimentelle Studien belegen, dass durch die Gabe eines Bisphosphonats die Veränderungen eines hyperparathyreoiden Knochens verhindert werden konnten. Daten zu Clodronat, Pamidronat und Ibandronat zeigen, dass diese Bisphosphonate gut dialysabel sind und ein Einsatz bei Dialysepatienten von dieser Seite her möglich ist. In ersten Pilotstudien an Dialysepatienten konnte dieser positive Effekt aus den tierexperimentellen Studien bestätigt werden. Es fehlen jedoch derzeit größere placebokontrollierte Studien, die den Einsatz von Bisphosphonaten in der Therapie der renalen Osteopathie soweit belegen, dass dieser als allgemeine Therapieempfehlung ausgesprochen werden kann.
Differenzialindikative physikalische Schmerztherapie der Osteoporose
Authors: Uhlemann Ch. , Lange U.
Published: August 2018

Das Spektrum der physikalischen Schmerztherapie bei Osteoporose beinhaltet elektrische (Elektrotherapieverfahren), thermische (hydrothermisch, hochfrequenzthermisch, lichtthermisch) und mechanisch-dynamische (Massage, Krankengymnastik) Reize, die sowohl regional-lokal als auch ganzheitlich appliziert werden können. Dabei setzt jedoch eine effiziente Schmerztherapie unabdingbar eine Unterscheidung zwischen verschiedenen Schmerzzuständen voraus: Während beispielsweise beim akuten Schmerz der physikalischen Therapie die Funktion einer Immediatbehandlung gleichkommt (in der Regel Schonung und „milde” Kälteapplikationen), muss sie beim chronischen Schmerz die einer adaptiven Leistungstherapie neuronaler Strukturen erfüllen (formativ-adaptive Krankengymnastik, trophikverbessernde Wärmetherapie, Gleichstrom, transkutane elektrische Nervenstimulation = TENS). Aufgrund unterschiedlicher Schweregrade, Erscheinungsformen und Komplikationen der Osteoporose ist eine Funktionsdiagnostik sowohl unter pathomorphologischem als auch pathofunktionellem Aspekt indiziert und notwendig, da diese mit einem speziellen Schmerzverhalten assoziiert sind. Von essenzieller Bedeutung ist die Identifizierung des Schmerzes/der Empfindung bezüglich Ätiologie (Fehlfunktion, Destruktion, Degeneration) und Pathomechanismus (mechanisch, chemisch, psychosomatische Fehlspannung). Nur durch die entsprechende Differenzierung der Schmerzursache kann die korrekte und wirkungsphysiologische optimale Physiotherapie erfolgen. Denn: Eine physikalische Therapie der Osteoporose per se existiert nicht!
Aromatasehemmer-induzierte Osteoporose
Authors: Hadji P.
Published: August 2018

Mammakarzinom und Osteoporose gehören zu den häufigsten Erkrankungen der Frau und haben einen entscheidenden Einfluss auf Lebensqualität und Lebenserwartung. Neben vielen anderen Risikofaktoren spielen bei beiden Erkrankungen gewebsspezifische Wirkungen der Östrogene eine entscheidende Rolle. Sie wirken nicht nur auf das Brustdrüsengewebe, sondern üben auch einen entscheidenden Einfluss auf die Regulation des Knochenstoffwechsels aus. Hierbei stehen direkte rezeptorvermittelte Wirkungen auf Osteoblasten und Osteoklasten sowie in direkte Wirkungen über die Produktion von Zytokinen und weiteren Mediatoren im Vordergrund. Neben dem in der ersten Dekade nach der Menopause am stärksten ausgeprägten Knochenmasseverlust haben auch niedrigste Östrogenserumspiegel in der späten Postmenopause noch einen entscheidenden Einfluss auf die Knochengesundheit. Im Rahmen der adjuvanten endokrinen Therapie des hormonsensitiven Mammakarzinoms bei postmenopausalen Frauen ist der osteoprotektive Effekt von Tamoxifen hinlänglich belegt. Neue Therapieansätze mit Aromatasehemmern zeigen in Bezug auf den Knochenstoffwechsel, Knochendichte und osteoporosebedingte Frakturen deutlich nachteilige Wirkungen auf. Aufgrund dieser Zusammenhänge besteht ein wachsendes Interesse an Hintergrundinformationen über Sekundärfolgen adjuvanter, endokriner Therapieprinzipien des Mammakarzinoms. Zielsetzung der folgenden Arbeit ist es, einen aktuellen Überblick über diese Zusammenhänge zu geben und Möglichkeiten der Prävention und Therapie aufzuzeigen.
Mechanical influences on endothelial cell network formation in vitro
Authors: Kasper G. , van Scherpenzeel K. M. , Simon P. , Bail H. J. , Schütz M. A. , Groothuis A. , Wilson C. J. , Duda G. N.
Published: August 2018

While both the restoration of the blood supply and an appropriate local mechanical environment are critical for uneventful bone healing, their influence on each other remains unclear. Human bone fracture haematomas (< 72 h post-trauma) were cultivated for 3 days in fibrin matrices, with or without cyclic compression. Conditioned medium from these cultures enhanced the formation of vessel-like networks by HMEC-1 cells, and mechanical loading further elevated it, without affecting the cells’ metabolic activity. While haematomas released the angiogenesis-regulators, VEGF and TGF-β1, their concentrations were not affected by mechanical loading. However, direct cyclic stretching of the HMEC-1 cells decreased network formation. The appearance of the networks and a trend towards elevated VEGF under strain suggested physical disruption rather than biochemical modulation as the responsible mechanism. Thus, early fracture haematomas and their mechanical loading increase the paracrine stimulation of endothelial organisation in vitro, but direct periodic strains may disrupt or impair vessel assembly in otherwise favourable conditions.
Mechanotransduktion im Alter und bei Osteoporose
Authors: Seefried L. , Ebert R. , Müller-Deubert S. , Klotz B. , Kober M. , Liedert A. , Ignatius A. , Jakob F.
Published: August 2018

Knochen wird permanent an die alltäglichen mechanischen Kräfte adaptiert, um für die natürlichen Gegebenheiten eine optimale Frakturresistenz zu gewährleisten. Osteoporose ist eine Erkrankung, bei der unter Alltagsbedingungen Fragilitätsfrakturen entstehen. Ursache dafür sind strukturelle und qualitative Defizite und eine Verminderung der Knochenmasse. Es handelt sich somit um eine Dysadaptation des Organs, verursacht entweder durch ungenügenden Krafteintrag oder durch eine Störung der Mechanosensitivität der Osteoblasten und Osteozyten. Kraft durch Dehnung, Kompression oder Flüssigkeits-Scher-Stress wird über Adhäsionsmoleküle, Rezeptoren, Kanäle und über das Zytoskelett auf die Zelle übertragen. Die Umwandlung in biologische Signale geschieht durch Signaltransduktionskaskaden bis hin zur Genregulation im Zellkern. Neben den membranständigen molekularen Strukturen werden auch subzelluläre Organell-Strukturen wie z.B. das primäre Zilium als Übermittler mechanischer Signale diskutiert. Bei Osteoporose sind häufig Signalwege gestört, die mit der Mechanotransduktion zusammenhängen, was man an den Hauptrisikofaktoren der Osteoporose ablesen kann. Östrogene wirken als Mechanosensitizer, so dass nach der Menopause die Gefahr der Dysadaptation steigt. Zelluläre Alterung ist mit Störungen der Mechanotransduktion verknüpft, wie am Beispiel von Laminopathien gezeigt werden konnte, präklinischen und klinischen Modellerkrankungen für vorzeitiges Altern. Die als Haupt-Risikogene für den genetischen Hintergrund der Osteoporose identifizierten Kandidaten sind fast sämtlich molekular in die Regulation der Mechanotransduktion eingebunden. Es gibt präklinische und klinische Evidenz dafür, dass z.B. die anabole Therapie mit Parathormon/Teriparatid nur unter Einwirkung mechanischer Kräfte wirklich wirksam ist. Ein überwältigender Hinweis für das Vorliegen fundamentaler Störungen der Regulation der Mechanosensitivität bei der Osteoporose ist die Tatsache, dass meistens der Gewinn von Knochenmasse durch die verfügbaren therapeutischen Prinzipien nicht wirklich nachhaltig ist. Antiresorptive und anabole Prinzipien der Therapie der Knochenmasse sind bereits auf dem Markt, weitere sind in der Entwicklung. Ein Medikament, das die Mechanosensitivität des Knochens beeinflusst, wäre das ideale Werkzeug, um per se anabol zu wirken und/oder den Therapieerfolg mit anderen Medikamenten zu erhalten. Die Forschung hierüber ist daher von hoher klinischer Relevanz.
Füllmaterialien und adjuvante Agenzien in der lokalen Behandlung benigner Knochentumoren und tumorähnlicher Läsionen
Authors: Kurth A. A. , Tonak M.
Published: August 2018

Benigne Knochentumoren sind als autonom und langsam wachsende Neoplasien definiert. Die nicht neoplastischen selbst limitierenden tumorähnlichen Läsionen der Knochen bestehen aus unterschiedlichen Gewebearten, die zur Aushöhlung oder Auftreibung des Knochens führen. Beide Entitäten bleiben lange klinisch stumm und werden meist als Zufallsbefunde diagnostiziert. Entsprechend ihres biologischen Verhaltens, das anhand bildgebender Verfahren häufig gut einschätzbar ist, erfolgt eine Einteilung in drei Stadien. Diese Unterteilung hat entscheidenden Einfluss auf die Behandlung, die von der einfachen Beobachtung bis zur Resektion in weiten Grenzen reicht. Problematisch bei der operativen Behandlung ist zum einen die Auffüllung der teils erheblichen Knochendefekte und zum anderen das Auftreten von Lokalrezidiven nach intraläsionaler Ausräumung. Die intraoperative Anwendung von Adjuvantien wie Phenol, flüssigem Stickstoff oder neuerdings Bisphosphonaten kann die Rezidivrate signifikant senken. Zur Auffüllung der Defekte stehen neben autologem Knochen zahlreiche Knochenersatzmaterialien und PMMAZement zur Verfügung.
Fracture of L2 with massive spinal epidural hematoma in a patient with ankylosing spondylitis
Authors: Chou C.-M. , Lien F.-C. , Huang Y.-H. , Chih W.-H. , Chao L.-Y.
Published: August 2018

It has been reported that even mild trauma may result in a fracture and a spinal epidural hematoma in patients with ankylosing spondylitis (AS). We herein presented a case of a patient with AS who sustained a fracture of L2 in an automobile accident and developed a massive spinal epidural hematoma.

Findings The patient had few neurological symptoms until numbness and pain developed 50 hours after the initial trauma. T2-weighted magnetic resonance imaging showed an epidural hematoma over the posterior aspect of the spinal canal, reaching from T12 to L4. Posterior decompression surgery was performed. The neurological deficits resolved completely after the surgery.

Conclusion Early surgical decompression of a massive epidural hematoma produced a favorable outcome in a patient with AS with neurological deficits.
Therapie des Morbus Paget
Authors: Kasperk Ch.
Published: August 2018

Da es keine ursächliche Therapie des Morbus Paget (MP) des Knochens gibt, orientieren sich die bisher verfügbaren medikamentösen Behandlungsoptionen an der klinischen Symptomatik vor allem an Knochenschmerzen im vom MP betroffenen Knochenareal, an einem erhöhten oder im Verlauf ansteigenden (knochenspezifischen) alkalische Phosphatase (AP)-Spiegel und an der skelettalen Nähe zu Strukturen wie z. B. Gelenken, Nervenaustrittspunkten und der Schädelbasis, die durch ein sich im Knochen ausbreitendes MP-Areal gefährdet werden könnten. Da die osteoklastäre Aktivität durch die typischen MP-Osteoklasten im MP-Areal deutlich gesteigert ist, gilt eine Bisphosphonatbehandlung als die Therapie der Wahl, die bedarfsabhängig oral oder üblicherweise i. v. verabreicht wird. Eine ausreichende Zahl von Endpunktstudien zur Bisphosphonat-Therapie eines MP liegt nicht vor, bei denen nicht nur die AP-Aktivität, sondern z. B. Knochendeformierung oder Frakturen im MP-Areal verlaufskontrolliert wurden. In jedem Fall ist bei jedem Patienten individuell zu prüfen, inwiefern der jeweilige Patient mit der individuell unterschiedlichen Verteilung der MP-Areale im Skelettsystem und einer vorliegenden klinischen Symptomatik von einer Bisphosphonat-Behandlung profitiert.
Activin-Antagonisten in der Therapie der Osteoporose
Authors: Klotz B. , Seefried L. , Ebert R. , Jakob F.
Published: August 2018

Activin A ist ein Polypeptid mit vielfältigen biologischen Wirkungen auf die Regulation der Fertilität, die Pluripotenz und Differenzierung von Stammzellen, die Differenzierung von Neuronen, Inselzellen und Immunzellen und die Regulation des Stoffwechsels. Activin gehört zu den Liganden der Familie der TGFβ- Superfamilie. Die Activine A, B und C binden an die Typ-II-BMP-Rezeptoren (Activin-Rezeptor IIA [ActRIIA] und IIB [ActRIIB]) und rekrutieren spezifische Typ-I-Rezeptoren (activin receptor-like kinase 2 [ALK2], 4 [ALK4] und 7 ]ALK7]). Da der ActRIIB auch andere Faktoren wie z. B. Myostatin (GDF8) und die Bone Morphogenetic Proteins 7 und 2 (BMP-7, BMP-2) bindet, konkurrieren diese Liganden um den Rezeptor. Im Alter findet man erhöhte Activin- Spiegel im Serum. Activin-Antagonisten verändern die Balance zwischen den verschiedenen Liganden und verursachen eine veränderte Genregulation an allen Zellen, die entsprechende Signalsysteme exprimieren. Ein ACTIIIGG- Fusionsprotein mit Activin-antagonistischer Wirkung wird unter dem Namen Sotatercept (ACE-011) bereits klinisch als Medikament gegen die Tumor-induzierte und die Chemotherapie- induzierte Anämie erprobt und präklinisch für die Therapie der Osteoporose entwickelt. Am Knochen entfaltet der Antagonist eine duale Wirkung, er zeigt ausgeprägte anabole Effekte und verringert die Knochenresorption. In einem Mausmodell der Androgendefizienz werden zudem eine anabole Wirkung am Muskel und eine Verringerung des Fettgewebes beschrieben. Weitere Studien sind auf dem Weg, um sicherzustellen, dass das vielversprechende Medikament bei der Anwendung am Menschen neben der Effizienz auch ein gutes Sicherheits- und Nebenwirkungsprofil besitzt. Wenn es die Klinikreife erreicht, wird es unser therapeutisches Arsenal zur Behandlung der Osteoporose und möglicherweise auch der Sarkopenie wesentlich bereichern.
Behandlungsstrategien bei Charcot-Osteoarthropathie
Authors: Zwipp H. , Schneiders W. , Rammelt S.
Published: August 2018

Die neuropathische Osteoarthropathie („Charcot-Fuß”) ist eine schwere pathologische Alteration von Knochen, Gelenken und Weichteilen an Fuß und Sprunggelenk. Die Genese der Erkrankung ist multifaktoriell und noch nicht vollständig aufgeklärt. Ein entscheidender pathogenetischer Faktor ist der Verlust der Schutzsensibilität des Fußes; auslösend ist ein vom Patienten nicht immer wahrgenommenes, mitunter repetitives Trauma. Die frühe Phase der Erkrankung ist von einer entzündlichen Veränderung gekennzeichnet, die über proinflammatorische Zytokine vermittelt wird und von einer akuten Infektion beim diabetischen Fußsyndrom abgegrenzt werden muss. Der Diabetes mellitus ist die weitaus häufigste Ursache neuropathischer Veränderungen am Fuß, jedoch kann das Vollbild eines Charcot-Fußes bei Neuropathien jeder Genese und auch idiopathisch auftreten. Das Behandlungsziel beim Charcot- Fuß ist ein plantigrader, stabiler, infektfreier Fuß ohne Ulzeration und mit sicherer Gehfähigkeit in entsprechend angepasstem Schuhwerk. Aufgrund der unterschiedlichen Genese, des vielgestaltigen Krankheitsbildes und fehlender vergleichender oder gar randomisierter Studien gibt es keine höhergradige Evidenz zur Therapie. In vielen Fällen ist die konsequente Entlastung im Kontaktcast die Therapie der Wahl, um eine Konsolidierung der Knochen und Weichteile zu erzielen. Die Indikation zur operativen Stabilisierung ist gegeben bei hochgradiger Instabilität und Deformität, drohender Hautperforation durch knöcherne Prominenzen, therapierefraktären Ulzerationen und der Unmöglichkeit der orthopädischen Schuhversorgung. Zur Anwendung kommen stabile Arthrodeseverfahren, während konventionelle Osteosynthesen zwangsläufig zum Implantatversagen führen. Aufgrund des häufigen Versagens der konservativen Therapie insbesondere bei Befall des oberen Sprunggelenks wird die Indikation zur frühzeitigen Stabilisierung zunehmend großzügiger gestellt, um den Krankheits verlauf abzukürzen. Prolongierte Verläufe mit schwerwiegenden Komplikationen resultieren nach wie vor aus einer mangelnden Kenntnis des Krankheitsbildes mit verzögerter Diagnosestellung und inadäquater Therapie.
Komplexes regionales Schmerzsyndrom
Authors: Kraenzlin M. E.
Published: August 2018

Das komplexe regionale Schmerzsyndrom (CRPS) umschreibt eine Vielzahl von schmerzhaften Zuständen, die charakterisiert sind durch anhaltende Schmerzen, die die Dauer und Intensität des normalerweise zu erwartenden Verlaufs übersteigen. Zwischen zwei Typen kann unterschieden werden: Das CRPS Typ 1 entwickelt sich nach einem Trauma oder einer Fraktur, eine eigentliche Nervenläsion liegt nicht vor. Beim CRPS Typ 2 (Causalgia) liegt eine definierbare Nerven läsion vor. Epidemiologische, genetische und experimentelle Studien lassen darauf schließen, dass die Pathophysiologie des CRPS multifaktoriell ist. Drei Mechanismen sind für die Entwicklung des CRPS verantwortlich: neurogene Entzündung, autonome Dysfunktion und neuroplastische Veränderungen im ZNS. Die Symptomatik des CRPS umfasst autonome, sensorische, motorische und trophische Störungen. Die Hauptsymptome sind spontane Schmerzen, Hyperalgesie, Allodynie, abnormale vasomotorische Aktivität und abnormale sudomotorische Aktivität. Die Diagnose ist klinisch und basiert auf der Anamnese und klinischen Befunden mit Anwendung der diagnostischen Kriterien der Internationalen Gesellschaft zum Studium des Schmerzes (IASP) und kann durch zusätzliche diagnostische Interventionen, wie das konventionelle Röntgenbild, 3-Phasen-Skelett-Szintigrafie und MRI unterstützt werden. Die Therapie ist multidisziplinär. Nicht medikamentöse Therapien umfassen insbesondere Physio-/Ergotherapie, physikalische Maßnahmen und psychologische Betreuung. Medikamentöse Therapien orientieren sich an der individuellen Symptomkonstellation und umfassen Pharmakotherapie der neuropathischen Schmerzen und Substanzen, die in den Knochenstoffwechsel eingreifen. Auch Glukokortikoide und Radikalfänger können zum Einsatz kommen. Zu den invasiven Maßnahmen zählen Sympathikusblockaden, die bei Vorliegen eines sympathisch unterhaltenen Schmerzsyndroms eingesetzt werden können, und die rückenmarksnahe Elektrostimulation.
Systemic dihydrotestosterone enhances periimplant mineralization around titanium implants
Authors: Lühmann M. , Andereya S. , Schmidt H. , Zombory G. , Siebert C. , Niedhart C. , Maus U.
Published: August 2018

Trotz Verbesserungen der Einheilung von Titan-implantaten durch Oberflächenmodifikationen kann die postoperative Rehabilitation durch Phasen der Ent- oder Teilbelastung verzögert sein, um eine Osseointegration der Implantate ermöglichen. Außerdem wird die postoperative Rehabilitation gerade bei älteren Patienten durch die reduzierte Muskelfunktion beeinflusst. Androgene spielen eine wichtige Rolleals anabole Substanzen des Knochenstoffwechsels und erhöhen Muskelkraft und Aktivität. Ziel der vorliegenden Studie war die Evaluation der Effekte einer systemischen Vorbehandlung mit Androgenen auf die Osseointegration von Ti6Al4VA-Implantaten bei 20 Sprague-Dawley Ratten. Zur Vorbehandlung wurde den Tieren zwei Tage vor der Operation entweder ein Placebo oder 1 mg 5β-Androstan-17β-ol-one (DHT) subkutan injiziert. Die Ti6Al4VA-Implantate wurden beidseits pressfit in die Femura implantiert. Nach 14 Tagen wurden die Tiere euthanisiert, die Proben in Methylmetacrylat eingebettet und histologisch sowie histomorphometrisch untersucht. Die biomechanische Untersuchung mittels Ausrissversuch ergab inkonsistente Ergebnisse ohne signifikante Unterschiede. Die histologische Untersuchung ergab einen direkten Kontakt zwischen mineralisiertem Knochen bzw. Osteoid und Implantatoberfläche. In der Gruppe, die mit DHT vorbehandelt wurde, zeigte sich ein signifikant höherer Anteil an mineralisiertem Gewebe am Knochen-Implantat-Interface (51,24 ±10,48 % vs. 39,50 ±9,31 %, p < 0,05), während der Anteil an Osteoid signifikant geringer war (33,11 ±7,76 % vs. 47,59 ±7,76 %, p < 0,01). Die präoperative Vorbehandlung mit DHT führte zu einer verbesserten Mineralisation des periimplantären Osteoids um Ti6Al4VAImplantate. Die systemische Applikation von DHT könnte daher eine mögliche Option darstellen, um gleichzeitig die Osseointegration der Implantate zu verbessern und die postoperative Rehabilitation durch die Erhöhung der Muskelkraft zu verkürzen.
Verfahren zur Behandlung vertebraler Frakturen
Authors: Bornemann R. , Koch E. M. W. , Pflugmacher R.
Published: August 2018

Verminderungen der Knochendichte und pathologische Veränderungen der Knochenstruktur sind mit einem erhöhten Risiko für Frakturen verbunden, die zu entscheidenden Funktionseinschränkungen, Schmerzen und weiteren Komplikationen führen können. Bei der konservativen Versorgung dieser Patienten ist die oft unzureichende Compliance zu beachten. Als Alternative kommen operative Eingriffe in Betracht, um eine sofortige und auch dauerhafte Schmerzlinderung und Verbesserung der Funktionsbeeinträchtigungen zu erreichen. Als erstes Verfahren zur Wirbelkörper-Augmentation wurde die Vertebroplastie unter Verwendung von PMMA eingeführt. Unter dem Aspekt einer größeren Sicherheit wurde der transpedikuläre Zugang entwickelt. Das PMMA wird meist bipedikulär appliziert und durchdringt den gesamten Wirbelkörper. Für die Vertebroplastie stehen die Systeme mehrerer Firmen zur Verfügung. Ergänzend wurde die Ballon-Kyphoplastie (Medtronic) eingeführt. Bei diesem Verfahren werden wieder mindestens 70 % der ursprünglichen Wirbelkörperhöhe erreicht, und es kommt zu weniger Zementaustritten als bei der Vertebroplastie. Das System wurde durch die Entwicklungen anderer Firmen variiert. Die Resultate umfangreicher Studien haben Wirksamkeit und Sicherheit der Ballon-Kyphoplastie eindrucksvoll bestätigt. Als Nachteil dieser Methode wird die Zerstörung der verbliebenen Spongiosastrukturen angesehen. Als Alternative kommt die Radiofrequenz-Kyphoplastie (DFine) infrage, bei der ein ultravisköser Zement verwendet wird, der sehr gezielt eingeführt werden kann und sich mit der Spongiosa verbindet. Dadurch werden Wirbelkörperstrukturen erhalten und das Risiko von Extravasaten weiter verringert. Seit einiger Zeit werden Systeme angeboten, bei denen zusätzlich Implantate eingesetzt werden. Entscheidend für einen nachhaltigen Erfolg der unterschiedlichen operativen Verfahren wird immer die interdisziplinär vereinbarte und individuell angepasste Vorgehensweise sein.
Osteonekrosen der unteren Extremitäten
Authors: Sachse A. , Peters K. M.
Published: August 2018

Osteonekrosen der unteren Extremitäten lassen sich grundsätzlich in juvenile und adulte Formen einteilen. Sie haben zum Teil unterschiedliche Ätiologien. Die Diagnostik erfordert in der Regel eine Röntgenaufnahme. Zur Detektion von frühen Stadien oder bei unklaren Befunden ist jedoch in vielen Fällen die MRT unentbehrlich (Osteochondrosis dissecans, M. Osgood-Schlatter, M. Sinding-Larsen-Johansson, Knocheninfarkt). Die Therapie erfolgt bei den juvenilen Ostenekrosen bis auf den M. Blount zunächst konservativ und gegebenenfalls operativ, bei den adulten Formen meist operativ.
Adaptation of trabecular bone to very high mechanical loads
Authors: Reusch M. , Wehner T. , Dürselen L. , Ignatius A. , Claes L.
Published: August 2018

It is well known that bone adapts to increased mechanical loading by the apposition of newly formed bone. The correlation between load-induced bone stress and strain with bone formation has often been investigated in cortical bone, however, little is known about this relationship in trabecular bone. In particular, nothing is known about trabecular bone adaptation in response to very high mechanical loading close to its fatigue load. Here, we investigated trabecular bone formation in a sheep osteotomy model of the femoral condyle in a region of interest close to the osteotomy, where local stresses in the range of the fatigue strength of trabecular bone occurred. After eight weeks, the trabecular bone volume and the mineral apposition rate increased two-fold and threefold, respectively, at this highly loaded location, compared to the corresponding region of interest in intact femoral condyles under physiological loading. This study demonstrated, for the first time, the remarkable capability of trabecular bone to adapt to stress and strain close to its failure load.
Alterung und Immunität
Authors: Wagner U. , Krasselt M. L.
Published: August 2018

Das Altern ist mit einer Zunahme der Häufigkeit degenerativer Erkrankungen ebenso assoziiert wie mit dem vermehrten Auftreten von Autoimmun- und Krebserkrankungen. Die Untersuchungen der vergangenen Jahre unterstützen eindeutig die These eines Immunsystems, das einem physiologischen Alterungsprozess unterliegt. Bezeichnend für diese Immunseneszenz sind zudem Defekte in der zellulären Immunität mit resultierender vermehrter Infektanfälligkeit, dem Verlust zuvor erworbener spezifischer Immunität sowie einer verminderten Effektivität von Impfungen. Hier liegt jedoch auch die Krux: Die Unterscheidung zwischen der physiologischen Alterung einerseits und altersassoziierten Erkrankungen andererseits ist außerordentlich schwierig. Dieser Artikel wird versuchen, den Prozess der Immunseneszenz näher zu charakterisieren und auf die Veränderungen des Immunsystems einzugehen, die möglicherweise eine Rolle bei der Entwicklung von Autoimmunerkrankungen spielen. Es werden auch vielversprechende Ausblicke auf mögliche therapeutische Optionen zur Korrektur dieser Veränderungen gegeben.
Strahlentherapie von Skelettmetastasen
Authors: Reis T. , Wenz F. , Gauter-Fleckenstein B.
Published: August 2018

Die Strahlentherapie der Knochenmetastasen ermöglicht eine suffiziente Analgesie bei den meisten behandelten Patienten, wobei diese in bis zu 50 % aller Fälle noch nach einem Jahr anhält. Im Verlauf von Wochen kommt es nach erfolgter Strahlentherapie auch zur Rekalzifizierung, so dass auch eine Stabilisierung osteolytischer Metastasen möglich ist. Die Therapie kann sowohl von einem bis wenige Tage als auch über mehrere Wochen dauern, wobei hierbei gleichwertig Analgesie, bei den protrahierten Regimen aber vermehrt Stabilität erreicht wird. Durch moderne Techniken, wie zum Beispiel externe stereotaktische intensitätsmodulierte Strahlentherapie oder aber auch durch kombinierte operative Verfahren wie Kyphoplastie mit intraoperativer Radiatio mit 50 kV-Photonen lassen sich auch Bestrahlungen komplizierter Volumina in der Nähe von Risikoorganen realisieren. Daher werden damit auch kurzfristige ReBestrahlungen möglich. Wenn indiziert, sollten immer eine antiresorptive Therapie und eine Hormontherapie (bei Mammaund Prostatakarzinom) durchgeführt werden. Falls eine operative Stabilisierung oder Tumordebulking (bei Rückenmarkkompression) notwendig wird, sollte im Anschluss die Radiotherapie zur Tumorzellsterilisation erfolgen.
Radionuklidtherapie im Behandlungskonzept von Knochenmetastasen
Authors: Müller M. , Todenhöfer T.
Published: August 2018

Die durch Knochenmetastasen hervorgerufenen Komplikationen und Schmerzen führen zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Lebensqualität. Im Rahmen eines multimodalen Therapiekonzeptes für die Behandlung von Knochenmetastasen ist eine effektive Analgesie unverzichtbar. β-Strahler wie Strontium-89-Chlorid und Samarium- 153-EDTMP können vor allem bei Patienten mit osteoblastisch metastasierten Tumoren eine signifikante Schmerzreduktion erzielen. Die mit der Substanzgruppe verbundene Hämatotoxizität hat jedoch bisher zu einem zurückhaltenden Einsatz der Substanzen geführt. Des Weiteren ist diese Zurückhaltung auch auf die geringe Anzahl an prospektiv randomisierten Studien zurückzuführen. Für den β-Strahler Radium-223-Chlorid konnte in einer großen randomisierten Studie neben einer Schmerzreduktion eine Verlängerung des medianen Gesamtüberlebens von Patienten mit kastrationsrefraktärem Prostatakarzinom um 2,8 Monate (14 vs. 11,2 Monate im Placeboarm) beobachtet werden. Diese Effekte waren mit einer im Vergleich zu β-Strahlern deutlich niedrigeren Hämatotoxizität assoziiert. Die vielversprechenden Ergebnisse von Radium-223-Chlorid lassen einen vermehrten Einsatz von Radionukliden bei Patienten mit Prostatakarzinom erwarten.