bluuebunny/crossref_metadata_2025 huggingface dataset:
Radiofrequenz-Kyphoplastie – ein neues Verfahren zur Augmentation von osteoporotischen Wirbelkörperfrakturen
Authors: Bayer-Helms H. , Böwe C. , Hartwig E. , Höhn W. , Jerosch J. , Jöllenbeck B , Maestretti G. , Vogler W. , Röllinghoff M. , Kurth A. A.
Published: August 2018

Einleitung: Die Radiofrequenz (RF)-Kyphoplastie ist ein neues Verfahren zur Augmentation von osteoporotischen Wirbelkörperfrakturen. Osteoplastische Verfahren der Wirbelsäule erlauben die mechanische Stabilisierung der frakturierten Wirbelkörper durch Knochenzement und reduzieren dadurch den Schmerz. Die Hauptkomplikationen dieser minimal invasiven Verfahren sind die Zementaustritte in das umgebende Gewebe, in den Spinalkanal und in die Gefäße. Diese werden für die Vertebroplastie in guten Studien bis zu 72 % und bei der Ballon-Kyphoplastie bis 27 % beschrieben. Der Hintergrund der vorliegenden Studie war es, das neue RF-Kyphoplastie-Verfahrens bei Neuanwendern zu evaluieren.

Patienten, Material und Methoden: Die ersten 20 RF-Kyphoplastien in den sieben verschiedenen Zentren in Deutschland und der Schweiz wurden in die Beobachtungsstudie mit einbezogen. Nach jeder Anwendung der RF-Kyphoplastie bearbeiteten die Chirurgen einen weitreichenden Fragebogen und stellten die Röntgenbilder zur Verfügung. Die Dokumentation beinhaltete Informationenüber die Grunderkrankung, die Höhe der Fraktur, den Zugang zum Wirbelkörper, das Alter der Fraktur, das applizierte Volumen, und Zementaustritte. Alle Dokumentationen wurden von einem unabhängigen Auswerter kontrolliert und die Röntgenbilder in Bezug auf den Schweregrad und die Zementaustritte ausgewertet. In den sieben Zentren wurden 138 Patienten in die Studie aufgenommen. Die Ursache für die Wirbelkörperfrakturen waren Osteoporose, sekundäre Osteoporose und maligne Erkrankungen des Knochens.

Ergebnisse: Von den 186 behandelten Wirbelkörpern wurden 73 % auf einer Höhe versorgt, 20 % auf zwei Höhen, 6 % auf drei Höhen und 1 % auf vier Höhen. Der gewählte Zugang war in 95 % unipedikulär. Zementaustritte wurden in 15,5 % auf den Röntgenbildern gefunden, aber ohne (0 %) klinische Komplikationen. Bei allen Patienten wurde eine signifikante Verbesserung der Zufriedenheit und der Funktion kurz nach der Intervention beschrieben. Minimal invasive perkutane Osteoplastie ist ein Standard der schmerzhaften osteoporotischen Kompressionsfrakturen. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie zeigen, dass die RF-Kyphoplastie mit hoch viskösem Knochenzement als sicheres Verfahren für den Patienten und den Anwender betrachtet werden kann. Zementaustritte waren geringer als in den randomisierten prospektiven Studien zur Vertebroplastie und Ballon-Kyphoplastie.

Schlussfolgerung: Das lässt die Schlussfolgerung zu, das selbst in Händen von neuen Anwendern des Verfahrens, nach einem Training, eine hohe Sicherheit für den Patienten und eine problemloses Handling für den Chirurgen besteht.
Avaskuläre Osteonekrosen der oberen Extremität bei Kindern und Jugendlichen
Authors: Wirth T.
Published: August 2018

Avaskuläre Osteonekrosen der oberen Extremität gehören zu den selteneren Prädilektionsstellen der ischämischen Knochenerkrankungen. Die häufigsten sind der Morbus Panner, die Osteochondrosis dissecans des Capitellum humeri und die Lunatummalazie. Einseitige sportliche Belastungen oder repetitiveÜberlastungen sind Hauptursache. Die Therapie erfolgt generell stadienabhängig und beinhaltet konservative Maßnahmen ebenso wie eine sehr breite und den gegebenen Befunden angepasste Palette chirurgischer Prozeduren. Bei rechtzeitiger Diagnose und stadiengerechter Therapie ist die Prognose sehr gut.
Ballonkyphoplastie – ein systematischer Überblick der Methode und Bewertung anhand von 4-Jahres-Ergebnissen
Authors: Buscher K. , Fuhs M. , Schulz J.-U.
Published: August 2018

Mit Zunahme der Lebenserwartung und einer veränderten Lebensführung im Zeitalter der Industrialisierung steigen die Prävalenz der Osteoporose und damit das Risiko, im Laufe des Lebens eine Fraktur eines Wirbelkörpers zu erleiden. Die klassischen Therapieoptionen mit einerseits medikamentöser Unterstützung des Knochenmetabolismus und Schmerztherapie sowie andererseits physikalischen Maßnahmen wie Steigerung des Aktivitätsgrads, Gangschulung, Sturzprophylaxe, Hilfsmittel-und Miederversorgung, werden in den letzten Jahren durch die operativen Verfahren der Vertebro-und Kyphoplastie ergänzt. Beide sind minimal invasive Operationsverfahren, die sich durch schnelle Beseitigung der Schmerzen und Verminderung der Kyphose auszeichnen. Besonders die Kyphoplastie erlaubt eine kontrollierte Stabilisierung des gebrochenen Wirbelkörpers durch Einbringen kontrastmittelgefüllter Ballone, mit denen der betroffene Wirbelkörper gezielt aufgerichtet und der entstandene Hohlraum kontrolliert mit Knochenzement aufgefüllt werden kann. In einem Kollektiv von nunmehr 389 operierten Wirbelkörpern bei 269 Patienten zeigten sich sowohl unmittelbar postoperativ als auch in der Nachsorge bis zu vier Jahre nach der Operation durchweg positive Resultate. Dabei beschränken sich die Ergebnisse nicht nur auf apparativ fassbare Ergebnisse wie Wirbelkörperhöhe, Kyphosewinkel und Zementlokalisation, sondern beziehen auch die Patientenzufriedenheit mit Steigerung des Aktivitätsgrads und Minderung der Schmerzen mit ein.
Infusionstherapie bei Hüftkopfnekrose und Knochenmarködemsyndrom
Authors: Schmidt T. , Baier C. , Springorum R. , Rath B. , Tingart M. , Grifka J. , Schaumburger J. , Beckmann J.
Published: August 2018

Eine vermehrte Ansammlung von interstitieller Flüssigkeit kommt beim sogenannten Knochenmarködemsyndrom (KMÖ) wie auch bei Osteonekrosen (ON) vor. Der exakte Pathomechanismus bleibt unklar. Therapieoptionen sind meistens symptomatischer Art mit dem operativen Goldstandard der retrograden Anbohrung (sogenannte „core decompression”), die zu einer sofortigen Druckentlastung und damit Schmerzreduktion führt. In jüngerer Zeit konnte in einigen wenigen Arbeiten gezeigt werden, dass die intravenöse Applikation von Iloprost und Bisphosphonaten ebenfalls eine Reduktion derÖdeme und Schmerzen bewirken kann. In der vorliegenden Arbeit sollen die bisherigen Berichte durch eigene Erfahrungen zweier retrospektiver Studienüberprüft werden. Hierzu wurden jeweils zehn Patienten mit KMÖ des Knies und Fußes einer intravenösen Therapie mit Iloprost bzw. Ibandronat zugeführt. Ferner wurden je zwölf Patienten mit KMÖ der Hüfte einer Infusionstherapie mit Iloprost einer Anbohrung oder der Kombination aus Anbohrung und Infusion gegenübergestellt. Signifikante Verbesserungen der erhobenen Scores (WOMAC, SF-36, VAS) konnten in beiden Studien verzeichnet werden. DasÖdem konnte deutlich reduziert werden. Im Vergleich der Gruppen war der Effekt von Prostacyclin sowie der Kombinationstherapie rascher und stärker sowie anhaltender. Die intravenöse Applikation von Bisphosphonaten und Iloprost stellt eine effiziente therapeutische Option in der Therapie des KMÖ dar. Prostacyclin wirkt rascher und stärker, ferner stellt die Kombinationsmethode aus Anbohrung und Infusion eine weitere Optimierung dar, insbesondere auch für die ON.
Einfluss unterschiedlicher körperlicher Belastung in Beruf und Freizeit auf die Entwicklung der Peak Bone Mass junger Erwachsener
Authors: Bebenek M. , von Stengel S. , Bauer J. , Kemmler W.
Published: August 2018

Nur wenige Untersuchungen erfassen den Effekt körperlicher Aktivität oder körperlichen Trainings auf die Entwicklung der Peak Bone Mass (PBM) bei jungen Erwachsenen. Ziel der Untersuchung war es, den Einfluss beruflich bedingter hoher bzw. niedriger körperlicher Belastung auf die Entwicklung der Knochendichte (BMD) in dieser Lebensphase zu erfassen.

61 körperlich inaktive Zahnmedizin- (ZM: 21 ± 3 J.) vs. 53 körperlich hochaktive Sportlehramtsstudent( inn)en (SLS: 20 ± 2 J.) wurden studienbegleitend untersucht. Die BMD für Gesamtkörper, LWS und Hüfte wurde mittels DXA erfasst.

Nach 5-jährigem Untersuchungszeitraum stieg in der Gruppe der SLS die BMD an allen Regionen signifikant an, während diese bei den ZM stagnierte oder signifikant abnahm. Auch nach Adjustierung auf die unterschiedlichen basalen BMD-Daten der SLS vs. der ZM-Gruppe blieben die korrespondierenden Zwischengruppen-Unterschiede der BMD-Veränderung signifikant. Unterschiedliche körperliche Belastung im jungen Erwachsenenalter zeigt also auch bei weit-gehend realisierter PBM signifikanten Einfluss auf die Knochendichte.

Somit belegt die vorliegende Studie, dass adäquates Sporttreiben im jungen Erwachsenenalter ein wichtiger Faktor der “Knochengesundheit” darstellt.
Entzündung und Knochenaufbau
Authors: Syrbe U.
Published: August 2018

Der Morbus Bechterew (Spondylitis ankylosans), der Prototyp der Spondyloarthritiden, ist durch Entzündungen im Bereich des Achsenskeletts gekennzeichnet. Hauptsymptom ist der entzündliche Rückenschmerz; zusätzlich können periphere Gelenksymptome auftreten. Im Verlauf der Erkrankung kann es zu einer Verknöcherung vorwiegend der Sakro - iliakalgelenke und der Wirbelsäule kommen. Besonders die Bildung von Syndesmophyten im Bereich der Wirbelsäule führt zu einer irreversiblen Funktionsbeeinträchtigung. Ziel ist es daher, die Erkrankung schon in frühen Stadien zu erkennen und zu behandeln. Das Vorhandensein struktureller Schäden in der Wirbelsäule, aber auch eine hohe entzündliche Aktivität sind wichtige Prädiktoren für das Fortschreiten der aberranten Knochenneubildung. Andererseits kann eine zweijährige TNF- α-Inhibitor-Therapie, die effektiv Schmerzen und Entzündung verbessert, die Progression der Knochenneubildung nicht stoppen, was für eine Entkopplung von Entzündung und Gelenk umbau spricht. Im Gegensatz dazu scheint eine kontinuierliche Therapie mit nichtsteroidalen Antirheumatika den Progress der Knochenneubildung bei Spondylitis ankylosans zu verlangsamen, was für eine besondere Bedeutung der Prostaglandine für den Gelenk - umbau bei dieser Erkrankung spricht.
Vitamin D und Immunsystem
Authors: Zwerina J. , Husar-Memmer E.
Published: August 2018

Vitamin D ist ein essenzieller Mitspieler im Knochenstoffwechsel und notwendig für eine physiologische Knochenmineralisation. In den vergangenen Jahren wurden aber auch wichtige Erkenntnisse über die Rolle von Vitamin D im Immunsystem gewonnen. Vitamin D kann die Entwicklung und Funktion der unspezifischen und spezifischen Abwehr beeinflussen. So fördert Vitamin D die Produktion von antimikrobiellen Peptiden wie dem Cathelicidin. Auch die T-Zell-Entwicklung kann in experimentellen Systemen durch Vitamin D signifikant beeinflusst werden. Ein Vitamin-D-Mangel wird sowohl mit Abwehrschwäche als auch Anfälligkeit für die Entwicklung von Autoimmunerkrankungen in Zusammenhang gebracht. Prospektive Studien zeigten eine Assoziation von wenig Sonnenexposition oder reduzierter Vitamin-DZufuhr und der Entwicklung von Autoimmun - erkrankungen wie der Multiplen Sklerose. Im Gegensatz zu diesen experimentellen Studien und klinischen Beobachtungen ist allerdings unklar, ob eine therapeutische Beeinflussung des Vitamin-D-Stoffwechsels positive Effekte auf die vorgenannten Erkrankungen hat oder diese sogar verhindern kann. Randomisierte kontrollierte Studien zur Prophylaxe von Atemwegsinfektionen mit Vitamin D bei gesunden Erwachsenen haben großteils negative Ergebnisse gezeigt. Ob sich eine Vitamin-D-Gabe, abgesehen von Effekten auf den Knochenstoffwechsel, positiv auf Autoimmunerkrankungen wie die rheumatoide Arthritis oder Multiple Sklerose auswirkt, ist bisher nicht ausreichend untersucht.
Die chirurgisch-orthopädische Behandlung von Knochenmetastasen
Authors: Eberhardt C. , Kurth A. A.
Published: August 2018

Osteolytische Zerstörungen des Knochens aufgrund von Metastasen verursachen bei den Patienten signifikante Morbidität und Mortalität. Mit einem verbesserten Überleben durch die gegenwärtigen onkologischen Behandlungen wird eine frühzeitige Intervention zur effektiven Rekonstruktion von skelettalen Zerstörungen immer wichtiger. Neben der Versorgung mit Tumorendoprothesen spielt die Rekonstruktion des Knochens mit Zement eine wichtige Rolle. In Verbindung mit Osteosytheseverfahren können am Becken und an peripheren Knochen stabile Situationen erreicht werden, die durchaus eine Langzeitfunktionalität gewährleisten. Die Augmentation mit Zement an der Wirbelsäule hat als ein minimalinvasives Verfahren zunehmend an Akzeptanz bei der Behandlung von osteoporotischen und tumorbedingten Frakturen gewonnen. An der Wirbelsäule werden immer mehr thermische Ablationsverfahren zur Bekämpfung der Schmerzen und lokalen Tumorkontrolle eingesetzt. Die perkutane vertebrale Augmentation durch Zement, mit und ohne Ablation, wie auch die Verbund osteosynthese von Knochendefekten erbringen gute Erfolge in der palliativen Situation dieser schwerkranken Patienten und verbessern ihre Lebensqualität deutlich. Der Einsatz von modernen chirurgischen Verfahren zur Rekonstruktion von Knochendefekten entspricht den Zielen, die von einer palliativen Therapie gefordert werden müssen. Unkomplizierte Durchführung, schneller Wirkungs - eintritt, lang anhaltende Wirkung, geringe Morbidität.
Querschnittlähmung – ein osteologischer Problemfall
Authors: Roth A.
Published: August 2018

Nach Querschnittlähmung setzt rasch ein Verlust der Knochendichte unterhalb der Läsion ein, insbesondere am distalen Femur und an der proximalen Tibia beidseits. Der Knochenabbau, der mehrere Monate bis Jahre anhält und mit der Zeit langsamer verläuft, ist abhängig von der Höhe der Läsion; die Spongiosa ist mehr davon betroffen als die Kortikalis. Parallel zum Knochenverlust kann laborchemisch unter anderem ein Anstieg von Kalzium und Crosslinks im Urin nachgewiesen werden. Die Erkrankung geht mit einem erhöhten Frakturrisiko einher, typischerweise im Bereich des distalen Femurs und der proximalen Tibia. Frakturen können dort bei normalen Aktivitäten des Lebens ohne adäquates Trauma auftreten. Die Frakturhäufigkeit steigt mit dem Zeitintervall nach der Querschnittlähmung. Als Ursachen der Osteoporose bei Querschnitt werden neben der reinen mechanischen Entlastung vielmehr neurogene, vaskuläre und hormonelle Mechanismen diskutiert.
Osteoporose – was tun bei akuter Querschnittlähmung?
Authors: Frotzler A. , Kalke Y.-B. , Moosburger J.
Published: August 2018

Die Querschnittlähmung ist ein hochgradiger Risikofaktor für die Entstehung einer Osteoporose mit gehäuft pathologischen Frakturen der unteren Extremitäten. Bereits in der Akutphase der Lähmung sollte eine Basisdiagnostik durchgeführt werden, um eine unerkannte Osteoporose zu entdecken sowie Ausgangswerte für den weiteren Verlauf zu erhalten. Die Empfehlungen der Arbeitsgruppe Osteoporose der DMGP wurden in Anlehnung an die DVO-Leitlinie “Prophylaxe, Diag-nostik und Therapie der Osteoporose bei Männern ab dem 60. Lebensjahr und bei postmenopausalen Frauen” erarbeitet. Die DXA-Messung und die Bestimmung des Basislabors wird innerhalb von sechs bis acht Wochen nach Lähmungseintritt empfohlen. Als Schwellenwert zur Einleitung der spezifi-schen medikamentösen Osteoporosetherapie bei rollstuhlpflichtiger Querschnittlähmung wird ein T-Score von minus 2,0 oder darunter empfohlen, unabhängig von Alter und Geschlecht. Vitamin D3 und Kalzium sollten unter bestimmten Voraussetzungen substituiert werden, jedenfalls ab einem T-Wert von minus 1,0 oder darunter. Die Osteoporose -therapie bei Querschnittlähmung ist nur unzureichend evidenzbasiert. Insbesondere die Gabe von spezifischen Osteoporosepräpa-raten erfolgt gegebenenfalls “off-label”.
Biomaterialien und Oberflächen- beschichtungen von Implantaten zur Verbesserung der Implantat- Knochen-Interaktion
Authors: Michalke K. , Kurth A.A.
Published: August 2018

Seit mehreren Jahrzehnten werden metallische und keramische Implantate in den menschlichen Knochen eingebracht, um dort bestimmte Aufgaben und Funktionen dauerhaft zu erfüllen. Sie sollen über mehrere Jahre oder Jahrzehnte im menschlichen Organismus als Gellenkersatz oder Zahnersatz dienen. Um ihre Funktion zu erfüllen, müssen sie vom Körper angenommen und in den Knochen eingebaut werden. Diesen Vorgang nennt man Osseointegration. Das bedeutet, dass sich zwischen dem Knochen und der Implantatoberfläche ein fester Verbund ausbildet. Demzufolge sind bestimmte Voraussetzungen an das jeweilige Implantat, wie Biokompatibilität und mechanische Festigkeit gestellt. Der Kurz- und Langzeiterfolg von Implantaten ist abhängig von der Stabilität der Implantatverankerung im Knochengewebe. Da die Oberfläche eines Implantats in Kontakt mit dem umliegenden Gewebe steht, spielen Oberflächeneigenschaften wie z. B. chemische Zusammensetzung, Topografie, Rauigkeit, Porosität oder Oberflächenenergie eine entscheidende Rolle. Über die vergangenen Jahrzehnte wurde auf diesen Gebieten viel wissenschaftlicher Aufwand betrieben, um die Osseointegration von Implantaten zu beschleunigen und zu verbessern. Die neuesten Entwicklungen beinhalten bioaktive Oberflächenbearbeitung, die Verwendung von extrazellulären Matrixmolekülen und Wachstumsproteine wie z. B. BMPs, die auf die Implantatoberfläche aufgebracht werden. Ein Teil der neuen Methoden befindet sich in der klinischen Erprobung und ein Teil wird bereits sehr erfolgreich in der klinischen Routine der Endoprothetik eingesetzt.
Aktuelle Konzepte in der Hüftendoprothetik
Authors: Maurer F.
Published: August 2018

Auf dem Gebiet der Hüftendoprothetik waren die vergangenen Jahrzehnte gekennzeichnet durch raschen Fortschritt und Entwicklung neuer Techniken. Die Implantation einer Hüftendoprothese hat sich zu einer der sichersten und erfolgreichsten Operationen auf dem Gebiet der Orthopädie entwickelt. Aufgrund der hohen Zahl an Implantationen ist in Deutschland diese Operation auch zu einem wichtigen wirtschaftlichen Faktor im Budget einer Klinik geworden. Parallel zu der Zahl von Primärimplantationen sind aber auch die Erwartungen des Patienten gestiegen. Nach wie vor bleibt die korrekt implantierte zementierte Prothese der Standard, an dem sich alle Neuerungen messen lassen müssen. Die zementierte Hüftendoprothese besitzt eine lange Standzeit. Die Vorteile der zementfreien Prothese liegen in einer besseren Biologie; jüngste Entwicklungen gehen dabei in Richtung der Kurzschaftprothesen. Auch auf dem Gebiet der Tribologie wurden erhebliche Fortschritte gemacht. Die neuen Keramik- Keramik-Gleitpaarungen sind deutlich stabiler und besitzen den Vorteil, dass der Abrieb inert und geringer ist als bei den gängigen Metall-Metall-Gleitpaarungen. Gleichzeitig hat die ehemals so hoch gelobte Hüftkappenprothese (McMinn) innerhalb weniger Jahre an Bedeutung verloren. Minimalinvasive Implantationstechniken sind stark auf dem Vormarsch. Sie ermöglichen eine raschere Rehabilitation, aber auf lange Sicht sind die Ergebnisse nicht besser als beim üblichen Vorgehen. Parallel zu der steigenden Zahl an Primärimplantationen steigen auch die Revisionsfälle, auch aufgrund der periprothetischen Frakturen. Diese Entwicklung stellt die Herausforderung in der Zukunft dar.
Knochenumbaumarker
Authors: Obermayer-Pietsch B. , Schwetz V.
Published: August 2018

Knochenumbauparameter können zusätzliche Informationen zur Abschätzung der Dynamik des Knochenstoffwechsels in der Osteoporosediagnostik nebst Knochendichte, den klinischen Daten und Routine-Laborparametern liefern. Zu den Aufbaumarkern des Knochenstoffwechsels zählen Prokollagen Typ 1 N-terminales Propeptid (P1NP), die knochenspezifische alkalische Phosphatase (bALP) und Osteokalzin (OC), zu den Abbaumarkern des Knochenstoffwechsels gehören Pyridinolin (PYD) und Desoxypyridinolin (DPD), N-terminales Kollagen-Typ-I-Telopeptid (NTX) und C-terminales Kollagen-Typ-ITelopeptid (CTX), β-CrossLaps (β-CTX), die Tartrat-resistent saure Phosphatase (TRAP5b) sowie Cathepsin K. Das Einsatzgebiet liegt vor allem in der Verlaufsbeurteilung nach Einleitung einer Osteoporosetherapie und im Compliance-Monitoring. Knochenumbaumarker stellen jedoch derzeit keine alleinige Entscheidungsgrundlage zur Initiierung einer Therapie dar. In der Hämatoonkologie scheinen hohe Knochenabbaumarker mit einem höheren Rezidivrisiko bzw. einem höheren Risiko für skelettassoziierte Ereignisse verbunden zu sein.
Muskelbildgebung bei Sarkopenie
Authors: Grimm A. , Mühlberg A. , Friedberger A. , Chaudry O. , Museyko O. , Engelke K.
Published: August 2018

Dieser Beitrag gibt einen Überblick über das Potenzial und den Einsatz der bildgebenden Verfahren DXA, MRT und CT in der Sarkopenie. Ganzkörper-DXA ist neben der Bioimpedanzanalyse das Standardverfahren zur Bestimmung der appendikulären Muskelmasse, die Bestandteil der operationellen Definition der Sarkopenie ist. Im Vergleich zum projektiven DXA-Verfahren kann mit MRT oder CT das Muskelvolumen und die 3D-Verteilung des Fettgehaltes im Muskel bestimmt werden. Erste Studien zeigen, dass die Bestimmung der Fett- und Muskelmasse einen wichtigen Beitrag zur Frakturprädiktion leisten kann. Die Verknüpfung von Osteoporose und Sarkopenie zur Sarkoporose erscheint vielversprechend.
Sarkopenie
Authors: Jakob F. , Sieber C. , Kemmler W.
Published: August 2018

Sarkopenie ist eine altersassoziierte Erkrankung, deren Prävalenz mit der zunehmenden Lebenserwartung ansteigt. Der Verlust an Muskelmasse und Funktion geht mit einer erhöhten Mortalität und mit einem hohen Risiko der Behinderung und der Hospitalisierung einher. Die Angaben über die Häufigkeit in selbstständig lebenden Populationen sind sehr inkonsistent. Wichtige Risikofaktoren sind genetische/epigenetische Faktoren, Immobilisation, Fehl- und Mangelernährung, Hormonmangelzustände, chronische Entzündung und ein Anstieg der inhibitorischen Faktoren der Geweberegeneration. Trotz hoher Forschungsintensität und intensiver Diskussion in Konsensus-Konferenzen über die diagnostischen Kriterien besteht noch keine ein-heitliche Definition der Sarkopenie. Eine ganze Reihe von Interventionsstrategien werden klinisch getestet. Trainings-Regimes, Ernährungsprogramme, Hormonersatztherapien und pharmakologische Ansätze mit anabolen Prinzipien wie SARMs, Ghrelin/Wachstumshormon und Myostatin-Antagonisten sind in der klinischen Evaluationsphase. Aus den wenigen bereits publizierten Studienergebnissen wird deutlich, dass Trainingsprogramme und Medikamente ein hohes Potenzial haben. Nicht wenige Studien zeigen aber über die Verbesserungen der Surrogatparameter hinaus keine eindrucksvollen Funktionsverbesserungen. Zukünftige Strategien müssen multimodale Interventionen zum Inhalt haben und im Design verbessert werden.
Das Knochenmarködemsyndrom-Register
Authors: Roth A. , Maus U. , Peters K. M. , Randau T.
Published: August 2018

Unter dem Begriff des Knochenmarködemsyndroms (KMÖS) subsumieren sich verschiedene Krankheitsbilder unterschiedlicher Ätiologie. Entsprechend dem Erscheinungsbild, den vorliegenden Risikofaktoren und den Begleitumständen wird die Erkrankung oft als Beginn einer Osteonekrose, als transiente Osteoporose oder als Begleitreaktion auf andere Knochenerkrankungen interpretiert. Auch als Folge eines traumatischen Geschehens (“bone bruise”) oder einer mechanischen Überlastung (“Stressfraktur”) wird häufig ein Knochenmarködem als MRT-Korrelat gesehen. Gemeinsam ist allen Formen der Knochenschmerz als Leitsymptom, der oft über Wochen oder Monate bestehen bleiben kann und den betroffenen Patienten relevant einschränkt. Entsprechend vielfältig sind die angebotenen und praktizierten Therapiemöglichkeiten. Neben verschiedenen konservativen Verfahren steht die medikamentöse The-rapie im Mittelpunkt, die aus Mangel an anderen Alternativen fast regelhaft als Offla-bel-Anwendung erfolgt. Allen Therapieformen gemein ist dabei ein Mangel an belastbarer Evidenz für oder gegen die praktizierten Konzepte. Vorbereitend zur Verbesserung der Evidenzlage mittels entsprechender Studien und gegebenenfalls langfristig der Entwicklung von Standards oder einer Leitlinie zur Behandlung dieses heterogenen Krankheitsbildes ist zunächst eine Bestandsaufnahme der aktuellen Situation im deutschsprachigen Raum sinnvoll. Mit einem Fallregister, initiiert von der DGOU und dem BVOU, soll die praktisch vorhandene Erfahrung in der Therapie des Knochenmarködemsyndroms gesammelt und gebündelt werden, um aus diesen Daten zukünftig eine valide Behandlungsempfehlung erstellen zu können. Der vorliegende Artikel beschreibt das Konzept und die Rationale dieses Registers und fasst die bisher vorhandene Evidenz kurz zusammen.
Management des renalen Hyperparathyreoidismus
Authors: Jehle D. , Jentzsch M. , Jehle P. M.
Published: August 2018

Unter CKD-MBD wird eine systemische Erkrankung des Mineralund Knochenstoffwechsels in Folge einer chronischen Niereninsuffizienz verstanden. Neben der regelmäßigen Messung von Kalzium und Phosphat ist die simultane Messung von Parathormon und knochenspezifischer alkalischer Phosphatase zu empfehlen. In unklaren Fällen sollte eine Knochenbiopsie durchgeführt werden. Durch die Therapie mit Kalzimimetika, Vitamin-D-Rezeptor-Aktivatoren und Phosphatbindern ist es nur bei ca. 50 Prozent der Patienten möglich, langfristig die Zielwerte für PTH, Kalzium und Phosphat zu erreichen. Die Kunst der Therapie besteht darin, den Knochenstoffwechsel zwischen den Extremen der Low-turnoverund der High-turnover-Osteopathie zu halten und die Fähigkeit des Knochens zum Einbau von Kalzium und Phosphat zu bewahren.
Sarkopenie und “Sarcopenic Obesity” in Nordbayern
Authors: von Stengel S. , Kemmler W.
Published: August 2018

Ziel der Untersuchung war es, die Prävalenz von Sarkopenie (SA) und Sarcopenic Obesity (SO) bei selbstständig lebenden Männern 70+ zu erfassen und die korrespon-dierende Varianz unterschiedlicher Vorgaben und messtechnischer Varianten zu evaluieren.

Insgesamt 965 Männer 70+ aus Nordbayern, Deutschland, wurden in die Untersuchung eingeschlossen. Die SA-Prävalenzrate wurde über die Definition der European Working Group on Sarcopenia in Older People (EWGSOP) diagnostiziert. Als Adipositaskriterium wurde ein Körperfettgehalt von > 28 % festgelegt. Die der EWGSOP-Definition inhärente Varianz wurde über verschiedene Grenzwerte und über messtechnische Variationen der funktionellen SA-Komponenten eingeschätzt.

Die Prävalenz der SA lag bei 5,1 %, die der SO bei 3,8 %. Die Varianz der SA- und SO-Prävalenz lag bei Anwendung der verschiedenen Vorgaben und messtechnischer Details bei 0,9 %–6,0 %; bzw. 0,5 %–4,1%.

Die Prävalenz der Sarkopenie gemäß EWGSOP liegt in einem etwas höheren Bereich als in Europäischen Nachbarländern. Die Anwendung unterschiedlicher Vorgaben und messtechnischer “Details” führt zu signifikanten Variationen der Prävalenzen, was die Notwendigkeit einer Standardisierung verdeutlicht.

ClinicalTrials.gov: NCT2857660
Effekte von Teriparatid auf knochenhistologische Parameter bei einer Patientin mit adynamer renaler Knochenerkrankung und Wirbelkörperfrakturen
Authors: Pfeil A. , Wolf G. , Lehmann G.
Published: August 2018

Humanes rekombinantes Teriparatid (1–34) ist ein Knochenaufbau-stimulierendes Peptidhormon. Die Behandlung mit Teriparatid führt zu einer Zunahme der Knochenmineraldichte und zu einer Steigerung des Knochenumbaus. In einer Dosierung von 20 µg – täglich subkutan appliziert – konnte eine Senkung des Frakturrisikos bei Frauen mit postmenopausaler Osteoporose, bei Männern mit idiopathischer oder hypogonadaler Osteo- porose und bei Patienten beiderlei Geschlechts mit Glukokortikoid-induzierter Osteoporose nachgewiesen werden. Wir berichten über eine 60-jährige Patientin mit einer chronischen Nierenfunktionseinschränkung im Stadium CKD-MBD 4 und multiplen Wirbelkörperfrakturen auf dem Boden einer adynamen renalen Knochenerkrankung nach Bisphosphonat- und Denosumab-Therapie, bei der die Behandlung mit Teriparatid über 20 Monate zu einer Zunahme des mineralisierten Knochens und des Knochenumbaus führte.
Das Problem der Osteitis bei der periprothetischen Gelenkinfektion
Authors: Koob S. , Schmolders J. , Zillekens A. , Strauss A. , Hischebeth G. , Randau T. , Gravius S. , Wirtz D. C.
Published: August 2018

Die Therapie der periprothetischen Osteitis im Rahmen einer Endoprotheseninfektion ist nicht nur ein Determinant der vollständigen Sanierung des Situs, sondern auch ein entscheidender Faktor für die Auswahl und Stabilität des Revisionsimplantats. Nach einer nur eingeschränkt möglichen präoperativen bildmorphologischen Detektion von osteitischen Arealen im periimplantären Gewebe ist die gründliche und vor allem radikale Resektion von avitalen, biofilmtragenden Knochensequestern die Grundlage für eine nachhaltige Keimfreiheit des Prothesenlagers. Des weiteren zählen ein adäquates Totraummanagement, z. B. durch antibiotikatragende Spacer, und die hochkonzentrierte systemische Antibiose zu den Grundpfeilern der Osteitistherapie. Der vorliegende Artikel beschreibt die zugrundeliegende Pathophysiologie, bildgebende Diagnostika im Osteitisnachweis und gibt einen Einblick in die zuvor genannten Therapiegrundsätze.
Tuberkulöse Spondylitis
Authors: Jäger M. , Peters K. M.
Published: August 2018

Die Zahl der tuberkulösen Neuerkrankungen ist in Deutschland inzwischen gering. Bei nicht eingeschränkter Immunkompetenz kommt es nur in etwa 3–5 % aller Tuberkulosefälle zu einer skelettalen Manifestation. Bei immungeschwächten Patienten, wie HIV-Infizierten, Diabetikern oder bei medikamentös indizierter Immunsupression steigt der Anteil der ossären Manifestation einer Tuberkulose aber erheblich an. Deshalb sollte bei jedem immunsupprimierten Patienten mit Rückenschmerzen frühzeitig auch an eine tuberkulöse Infektion gedacht werden.
Reduktion des Frakturrisikos unter Denosumab bei postmenopausalen Frauen in Abhängigkeit der Behandlungsbedürftigkeit nach DVO-Leitlinie 2009
Authors: Bock O. , Resch H. , Kraenzlin M. , Wang A , Steinle T. , Eisen C , Hadji P.
Published: August 2018

In der FREEDOM-Studie konnte gezeigt werden, dass Denosumab 60 mg s. c. alle sechs Monate vs. Placebo bei postmenopausalen Frauen mit Osteoporose nach 36 Monaten das relative Risiko für vertebrale und nonvertebrale Frakturen sowie proximale Femurfrakturen um 68 %, 20 % und 40 % senkt (1). In einer Post-hoc-Analyse wurden nun die Teilnehmerinnen der FREEDOM-Studie entsprechend DVO-Leitlinie als behandlungsbedürftig (81 %) bzw. nicht behandlungs-bedürftig (19 %) eingestuft. Für die behandlungsbedürftige Subgruppe ergaben sich hierbei mit 67 %, 23 % und 41 % vergleichbare relative Risikoreduktionen. Auch in der nicht behandlungsbedürftigen Subgruppe reduzierte Denosumab das relative Risiko für neue vertebrale Frakturen um 75 % vs. Placebo (p = 0,0004); die Zahl der nonvertebralen Frakturen und proximalen Femurfrakturen unterschied sich hier zwischen den Behandlungsarmen nicht signifikant. Diese Auswertung zeigt, dass mehr als 80 % der FREEDOM-Population auch nach DVO-Leitlinie behandlungsbedürftig war und die für Denosumab gezeigten Frakturreduktionen auch unter Anwendung der DVO-Leitlinie in der täglichen Praxis erwartet werden können. Die deutliche Reduktion des Risikos für neue vertebrale Frakturen unter Denosumab auch in der Gruppe der nicht behandlungsbedürftigen Patienten ist ein bemerkenswerter Befund, der im Hinblick auf mögliche Konsequenzen für den Schwellenwert der DVO-Leitlinie bzw. für einen frühzeitigen effektiven Einsatz von Denosumab näher analysiert werden sollte.
FE-Simulation in der klinischen Osteoporoseforschung
Authors: Zysset P. K. , Pahr D. H.
Published: August 2018

Altersbedingte Osteoporose erhöht des Frakturrisiko. Übliche Diagnoseverfahren basieren auf DXA. Leider sind diese ungenau und erklären oft nicht die Effekte von Behandlungen. Eine neue Methode zur Bestimmung der Knochenfestigkeit beginnt derzeit, sich zu etablieren – die Finite-Elemente-Methode (FEM). Diese universelle, im Bereich der Technik weit verbreitete, Methode erlaubt es, die Diagnose und den Behandlungserfolg besser vorauszusagen als DXA. CT-basierende FEModelle sind stark von der Bildauflösung abhängig. In diesem Überblicksartikel werden drei unterschiedliche Modelltypen (μCT, HRpQCT, QCT) vorgestellt und die Ergebnisse von densitometrischen und FE-Analysen verglichen. Dabei waren die FE-Ergebnisse den densitometrischen immer überlegen. Darüber hinaus erlaubt die FEM die Angabe eines biomechanischen Frakturrisikos. Dieser Vorteil der FE-Methode muss jedoch im Licht der höheren Röntgendosen und Betriebskosten der CT-Bildgebung betrachtet werden. Zukünftig wird die FE-Methode klinisch eine weite Verbreitung finden – die Frage ist nur wann und wie!
Effekte der Ganzkörper-Elektro-myostimulation auf die Knochendichte eines Hochrisikokollektivs für Osteoporose
Authors: Bebenek M. , von Stengel S. , Kemmler W.
Published: August 2018

Ziel: Intensives körperliches Training zum Erhalt der Knochendichte kann oder möchte von vielen älteren Menschen nicht durchgeführt werden. Ganzkörper-Elektromyostimulation (WB-EMS) könnte hier eine geeignete Option zur Frakturprophylaxe sein.

Methodik: Inaktive, schlanke und osteopenische Frauen (75 ± 4 Jahre; BMI: 22 ± 1 kg/m2) wurden randomisiert einer WB-EMS- (n = 38) und einer Kontrollgruppe (KG: n = 38) zugeteilt. Die WB-EMS-Gruppe führte über 54 Wochen eine EMS-Applikation (1,5 x 20 min/Woche, 85 Hz) durch. Studienendpunkte waren die Knochendichte (BMD) an der Lendenwirbelsäule (LS) und am Schenkelhals (SH). Es wurde eine Intentionto- Treat (ITT)- und eine Per-Protokoll-Analyse (PPA) durchgeführt.

Ergebnisse: Die ITT-Analyse zeigte für die BMD-LS (WB-EMS: 0,6 ± 2,5 % vs. KG: −0,7 ± 2,5 %, p = 0,050) im Gegensatz zur BMD-SH (−0,3 ± 2,2 % vs. −0,6 ± 2,8 %, p = 0,768) einen “grenzwertig” signifikanten Zwischengruppenunterschied. Die PPA bestätigte dieses Ergebnis (BMD-LS: 0,9 ± 2,1 vs. −0,6 ± 2,5 %, p = 0,015; BMD-SH: 0,1 ± 2,5 % vs. −0,5 ± 2,6%, p = 0,476) mit höherer Effektstärke.

Fazit: Bei älteren Menschen mit Vorbehalten gegen ein intensives Körpertraining kann WB-EMS zumindest als Option zur (vertebralen) Frakturprophylaxe in Betracht gezogen werden.
Klinische Verwendung osteo logischer Biomaterialien
Authors: Maier G. S. , Gelinsky M. , Hose D. , Schnettler R. , Heiß C.
Published: August 2018

Im klinischen Alltag finden sich die unterschiedlichsten Fachdisziplinen der Traumatologie und operativen Orthopädie sowie der Mund-Kiefer-Gesichtschirurgie und Neurochirurgie täglich mit der Frage nach einer möglichst optimalen Deckung bzw. Auffüllung knöcherner Defekte konfrontiert. Trotz einer Fülle kommerziell verfügbarer Knochenersatzmaterialien, die sich derzeit auf dem Weltmarkt befinden, ist die autologe Knochentransplantation (Spongiosaplastik) weiterhin der uneingeschränkte Goldstandard, doch die begrenzte Verfügbarkeit und Entnahmemorbidität/-komplikationen limitieren die klinische Anwendung. Ziel dieser Übersichtsarbeit ist es, die alternativen Ersatzmöglichkeiten in Form von Knochen - ersatzmaterialien für knöcherne Defekte und ihre klinische Anwendung aufzuzeigen.
Bioreaktoren für Knochen-Tissue-Engineering
Authors: Hsu H.-H. , Goepfert C. , Pörtner R.
Published: August 2018

Zur medizinischen Behandlung großer Knochendefekte oder Verletzungen werden als Alternative zu etablierten Behandlungs-methoden neue Konzepte des Tissue Engineering (TE) diskutiert. Beim Knochen-TE ist es das Ziel, eine mit Zellen besiedelte drei-dimensionale (3D), biologisch abbaubare Struktur am Ort der Verletzung zu implantieren. Techniken für die organotypische Kultivierung von Knochenzellen in vitro beruhen auf der Kultivierung von Gewebezellen in Bioreaktoren in einem definierten Kultur-medium auf porösen Matrizes (Scaffolds), um ein gewebeähnliches Wachstum in 3D-Strukturen zu ermöglichen. Ein wichtiger Faktor für die erfolgreiche 3D-Kultur ist die Schaffung adäquater Strömungsbedingungen, die wiederum Einfluss auf die biochemischen und biophysikalischen (z. B. mechanische) Reize haben, denen die Zellen ausgesetzt sind. Hier müssen neben Schereffekten auch Stofftransportlimitierungen berücksichtigt werden. Der Beitrag fasst den aktuellen Stand bei der Entwicklung von Bioreaktoren für die Generierung von Knochenersatzmaterialien zusammen.
Osteoklastäre Resorption osteologischer Biomaterialien
Authors: Wu L. , Wojtas N. , Kleinmichel F. , Günter C. I. , Machens H.-G. , Schilling A. F. , Grünherz L.
Published: August 2018

Knochen ist ein lebendiges dynamisches Gewebe, das ständigem zellulär vermitteltem Umbau unterliegt. Dieser physiologische Prozess führt dazu, dass nach Implantation von Knochenersatz-Biomaterialien die Knochenzellen beginnen, mit dem Implantat zu interagieren und sowohl das Material als auch den umgebenden Knochen zu verändern. Dieser Prozess ist für die Lebensdauer des Implantates und damit für den klinischen Erfolg von besonderer Bedeutung. In diesem Artikel geben wir einen Überblick über die aktuellen Entwicklungen in diesem Zusammenhang. Es werden insbesondere die physiologische Notwendigkeit des Remodelings, die Resorption von Biomaterialien, die Aktivierung von Osteoklasten durch Materialpartikel sowie die Effekte der medikamentösen Regulierung des osteoklastären Knochenabbaus betrachtet.
Therapeutic options in male osteoporosis
Authors: Farahmand P. , Ringe J. D.
Published: August 2018

Osteoporosis in men is increasingly recognized as an important public health problem but affected patients are still under-diagnosed and -treated. As in women the diagnostic and therapeutic strategy has to be adapted to the individual case. In the practical management it is very important to detect possible causes of secondary osteoporosis, to explain the possibilities of basic therapy counteracting individual risk factors and communicate that osteoporosis is a chronic disease and adherence to a long-term treatment is crucial. In established severe osteoporosis a careful analgesic therapy is important to avoid further bone loss related to immobility. In elderly men with increased risk of falling insufficient Vitamin D supply or impaired activation of Vitamin D due to renal insufficiency must be taken into consideration. Specific medications available today for the treatment of male osteoporosis comprise among antiresorptive drugs the bis phosphonates alendronate, risedronate and zoledronic acid. Denosumab, the first biological therapy is approved for men with androgen deprivation therapy for prostate cancer. An important advantage of this potent antiresorptive drug is the increased adherence due to the comfortable application by sixmonthly subcutaneous injections. Study results from the 2-year multi-center randomized controlled ADAMO-Study will very soon allow the use of denosumab in all types of male osteoporosis. Teriparatide, the 34 N-terminal amino acid sequence of parathyroid hormone was approved for men with osteoporosis as an anabolic agent based on proven efficacy by different studies. Among drugs with other modes of action the D-hormone pro-drug alfacalcidol can be used in men alone or in combination with the advantage of pleiotropic effects on calcium absorption, parathyroids, bone and muscle. Recently also Strontium-ranelate was approved for male patients with the limitation to exclude men with clinical relevant cardiovascular risk factors. In general the possibilities to treat male osteoporosis have considerably improved during recent years. Today there is a choice of a spectrum of drugs from mild to strong potency with different modes of action on bone turnover to design strategies for individual male patients.
The influence of gonadal hormones on skeletal health in men
Authors: Kraenzlin M. E. , Meier C.
Published: August 2018

Osteoporosis in men has only recently begun to receive more attention despite it being estimated that about one third of all osteoporotic fractures occur in men and that the residual lifetime fracture risk in a man aged 60 years may be as high as 30 %. Accrual of bone mass and age-related bone loss in aging healthy men are multifactorial processes involving hormonal, environmental, and genetic factors. This review will summarise the effects of gonadal steroids on bone turnover and bone mass in both, men with over hypogonadism and healthy elderly men with age-related androgen deficiency.
Effekt eines körperlichen Trainings auf die Knochendichte bei Männern
Authors: Shojaa M. , von Stengel S. , Kemmler W.
Published: August 2018

Die vorliegende Übersichtsarbeit hat das primäre Ziel, Evidenzen für ein körperliches Training mit Endpunkt Knochendichte (BMD) unter Berücksichtigung der “Angemessenheit” der Studienintervention bei Männern zusammenzufassen und idealerweise auf der Basis dieser Daten Empfehlungen für ein optimiertes Körpertraining zu formulieren.

Nach Literaturrecherche gemäß PRISMA konnten final acht Untersuchungen identifiziert werden, die unsere Eligibilitätskriterien erfüllten. Alle Untersuchungen waren randomisierte kontrollierte Trainingsstudien (RCT) mit einer Fallzahl von ≥ n = 8/Studienarm, die die BMD bei gesunden Männern 50+ nach mindestens sechs Monaten Interventionsdauer erfassten.

Die methodische und interventionsspezifische Qualität variiert zwischen den RCTs sehr deutlich. Zusammenfassend berichten nur drei Studien signifikante Effekte auf die BMD des proximalen Femurs, kein RCT erfasst signifikante Effekte an der LWS.

Im vorliegenden Spannungsfeld liegt ein auffälliger Mangel an gut designten “state of the art”-Trainingsstudien vor. Auch Untersuchungen, welche mögliche geschlechtsspezifische Unterschiede in der ossären Adaption auf Körpertraining erfassen, erscheinen unbedingt nötig.
Knochengesundheit: Status Quo der Forschung
Authors: Freitag-Ziegler Gabriela
Published: August 2018

Trockenpflaumen sind allgemein als „gut für die Verdauung” bekannt. Tatsächlich sind sie das einzige natürliche Obst, für das die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) die Verwendung eines Health Claims – also einer gesundheitsbezogenen Angabe – genehmigt hat. Er lautet: „Der tägliche Verzehr von 100 g Trockenpflaumen trägt zu einer normalen Verdauung bei.” Weniger bekannt ist der Effekt von Trockenpflaumen auf die Knochengesundheit. In den letzten Jahren häufen sich jedoch die Erkenntnisse aus wissenschaftlichen Studien, dass der regelmäßige Genuss von Trockenpflaumen einen günstigen Einfluss auf die Knochendichte hat und somit eine wichtige Rolle bei der Prävention und Therapie von Osteoporose haben könnte. Damit eröffnen sich neue Perspektiven für konkrete Lebensmittelempfehlungen im Rahmen einer knochengesunden Ernährungs- und Lebensweise.
Der Einfluss der Gesamt-Ernährung auf die Knochengesundheit
Authors: Burckhardt P.
Published: August 2018

Die Ernährungs-Forschung im Gebiet der Osteologie hat über Jahrzehnte die Wirkung von verschiedenen Nahrungsmitteln und Nährsubstanzen auf den Knochen aufgezeigt, und dies in allen Altersklassen. Das hat zur Erkenntnis geführt, dass z. Bsp. Milchprodukte, Früchte und Gemüse, genügend Protein und Kalziumreiche Mineralwasser der Knochendichte förderlich sind. Aber davon praktische Ernährungs-Empfehlungen abzuleiten, bleibt schwierig.

Nun sind aber in den letzten 15 Jahren zahlreiche Arbeiten – auch gross angelegte epidemiologische Studien - erschienen, welche verschiedene Ernährungs-Profile in Bezug auf die Knochengesundheit untersucht haben. Daraus ging hervor, dass eine Ernährung mit viel Früchten und Gemüsen, fettarmen Milchprodukten und mässig Fleisch die Knochendichte und sogar die Häufigkeit von Hüftfrakturen günstig beeinfllusst. Darunter findet sich auch die Mittelmeerdiät, während die vegetarische, und vor allem die veganische Diät die Gefahr von Osteoporose erhöhen wegen ihres niedrigen Kalzium- und Proteingehaltes.
Neutron scattering studies on short- and long-range layer structures and related dynamics in imidazolium-based ionic liquids
Authors: Nemoto Fumiya , Kofu Maiko , Nagao Michihiro , Ohishi Kazuki , Takata Shin-ichi , Suzuki Jun-ichi , Yamada Takeshi , Shibata Kaoru , Ueki Takeshi , Kitazawa Yuzo , Watanabe Masayoshi , Yamamuro Osamu
Published: August 2018

Alkyl-methyl-imidazolium ionic liquids CnmimX (n: alkyl-carbon number, X: anion) have short-range layer structures consisting of ionic and neutral (alkylchain) domains. To investigate the temperature dependences of the interlayer, interionic group, and inter-alkylchain correlations, we have measured the neutron diffraction (ND) of C16mimPF6, C9.5mimPF6, and C8mimPF6 in the temperature region from 4 K to 470 K. The quasielastic neutron scattering (QENS) of C16mimPF6 was also measured to study the dynamics of each correlation. C16mimPF6 shows a first-order transition between the liquid (L) and liquid crystalline (LC) phases at Tc = 394 K. C8mimPF6 exhibits a glass transition at Tg = 200 K. C9.5mimPF6, which is a 1:3 mixture between C8mimPF6 and C10mimPF6, has both transitions at Tc = 225 K and Tg = 203 K. In the ND experiments, all samples exhibit three peaks corresponding to the correlations mentioned above. The widths of the interlayer peak at ca. 0.2 Å−1 changed drastically at the L-LC transitions, while the interionic peaks at ca. 1 Å−1 exhibited a small jump at Tc. The peak position and area of the three peaks did not change much at the transition. The structural changes were minimal at Tg. The QENS experiments demonstrated that the relaxation time of the interlayer motion increased tenfold at Tc, while those of other motions were monotonous in the whole temperature region. The structural and dynamical changes mentioned above are characteristic of the L-LC transition in imidazolium-based ionic liquids.
Vibrational modes prediction for water-air bubbles trapped in circular microcavities
Authors: Gritsenko Dmitry , Lin Yang , Hovorka Vladimir , Zhang Zhifeng , Ahmadianyazdi Alireza , Xu Jie
Published: August 2018

Oscillating bubbles have proven to be a versatile tool for various microfluidic applications. Despite the existence of the extensive literature on the behavior of acoustically actuated bubbles, a ready-to-use approach, capable of predicting the oscillatory motion for the bubbles trapped in the circular microcavities, is still missing. In this study, we propose a theoretical model to quantify the resonant frequencies and viscous dissipation factors for a single trapped bubble and verify it experimentally. We further investigate an interaction of two coupled bubbles of equal and different radii. For the identical bubble pair, coupling results in controllable frequency shift from the modes of a single bubble, whereas the non-identical one can operate as a flow switch.
Information carried by a surface-plasmon-polariton wave across a gap
Authors: Agrahari Rajan , Lakhtakia Akhlesh , Jain Pradip K.
Published: August 2018

Faster communication between electronic devices inside a semiconductor chip may be enabled by optical interconnects based on surface-plasmon-polariton (SPP) waves, as their high localization overcomes the size mismatch between optical and electronic devices. Hence, we solved the Maxwell equations in the time domain to investigate the jump of a pulse-modulated carrier SPP wave across a semi-infinite gap on the metallic side of a planar metal/dielectric interface. The Drude model was used for the susceptibility of the metal and the air was taken as the dielectric material in our calculations. The Pearson correlation coefficient of the appropriate component of the Poynting vector at two points on either side of the gap was calculated. After an abrupt termination of the metal, reflection was very low and the signal continued to propagate in air as a precursor followed by a somewhat distorted version of the launched pulse. Information encoded as the existence of a pulse was found to be strongly and positively correlated with the transmitted signal. When the metal/air interface was restored after a gap of width equal to the carrier wavelength in free space, the signal received across the gap still comprised a precursor and a main pulse that were still strongly and positively correlated with the transmitted signal. Thus, information continued to propagate in the forward direction for a long distance after the gap, a promising result for SPP-wave-based optical interconnects.