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Hintergrund: Das Atemnotsyndrom stellt eines der häufigsten Krankheitsbilder in der Behandlung von Frühgeborenen dar. In den letzten Jahren werden betroffene Frühgeborene zunehmend nur noch mittels CPAP-Atemunterstützung versorgt. Bei erhöhtem Sauerstoff-Bedarf erhalten diese Kinder Surfactant, der minimal-invasiv intratracheal verabreicht wird. In dieser Arbeit wurde ein Medizinprodukt entwickelt, welches die minimal-invasive Gabe von Surfactant unter CPAP-Atemunterstützung erleichtern soll. Ausgehend von einem Katalog an Zielen, die das neue Medizinprodukt erreichen sollte (u.a. Verzicht auf die Verwendung einer Magillzange, einfache Möglichkeit zur Bewegung der Sonde, Verwendung von weichteilschonendem Material), wurden erste Schritte der Entwicklung und Prüfung dieses Medizinproduktes durchgeführt, die die Grundlage dieser Arbeit sind. Methoden: Die entwickelte Applikationshilfe (QuickSF) wurde während dieser Arbeit in zwei Erprobungsphasen am Mannequin von neonatologisch tätigen Ärzten erprobt und im Anschluss anonym in einem Fragebogen beurteilt. Primäre Zielvariable der Erprobungsphasen war der erfolgreiche Einsatz der Applikationshilfe am Mannequin. Dieser wurde definiert als erfolgreiche Intubation der Trachea des Mannequins mit der in die Applikationshilfe eingelegten Magensonde, innerhalb von 30 Sekunden. Als sekundäre Zielvariablen wurde die Dauer der Manipulation am Mannequin, die Einsatzdauer des Laryngoskops im Rachenraum des Mannequins und die Zufriedenheit der Probanden im Umgang mit der Applikationshilfe erhoben. Als Vergleich für die sekundären Endpunkte wurde die am Zentrum übliche und nasal modifizierte Methode zur Surfactantgabe nach Kribs et al. herangezogen. Die Arbeit endet mit dem Entwurf eines Prüfplans für die klinische Machbarkeitsprüfung an Frühgeborenen mit Atemnotsyndrom. Ergebnis: Als Ergebnis zeigte der erste Prototyp in der Erprobungsphase I eine Erfolgsquote von 90.9% (30 von 33 Messungen). Die durchschnittliche Intubationszeit betrug 13,5 ± 5,7 Sek. (Median 12,6 Sek.). Nach Weiterentwicklung der Applikationshilfe, zeigte diese in der Erprobungsphase II eine Erfolgsquote von 100% (27 Messungen). Es wurden keine Probleme beim Umgang mit dem Produkt beobachtet. Die durchschnittliche Intubationszeit des Endproduktes lag bei 11,0 ± 4,3 Sek. (Median 9,5 Sek.). Diese Ergebnisse wurden bereits in der Fachzeitschrift „Neonatology“ veröffentlicht (61). Schlussfolgerung: Das entwickelte Medizinprodukt stellt eine potentielle neue Behandlungsmöglichkeit für Neonatologen bei der Applikation von Surfactant in die kindliche Lunge dar. Eine Machbarkeitsstudie zur Anwendung ist geplant und soll dieser Arbeit folgen. Auf Grundlage der Ergebnisse dieser Machbarkeitsstudie soll eine Studie die Überlegenheit der Surfactant-Applikation mit dem neuen Medizinprodukt gegenüber dem klinischen Standard prüfen.

Das Forschende Lernen stellt für das Fach Forschungsmethoden einen höchst interessanten Ansatz dar, der Wissensermittlung, Wissenserfahrung und fächerübergreifende Kompetenzen miteinander vereint. Der Werkstattbericht beschäftigt sich mit der Erarbeitung und Umsetzung des Konzeptes des Forschenden Lernens in den Bewegungswissenschaften sowie dem Maschinenbau und dem Umweltengineering.

Der Anwendungsbereich plantarer Druckverteilungsmessungen ist vielfältig und reicht von der wissenschaftlichen Beschreibung des Abrollvorgangs über die Klassifizierung von Pathologien bis hin zur Empfehlung von Laufschuhen. Oftmals geht mit der Anwendung dieser Messungen ein an der Kinematik der vermessenen Person orientiertes Interpretationsschema der Druckverteilungsdaten einher. Dies schlägt sich in einer Vielzahl von Messgrößen nieder, welche mit dem Ziel entwickelt wurden, eine funktionale Interpretation von Druckmessdaten zu ermöglichen. Dabei besteht die generelle Annahme, dass sich ein Laufstil mit betonter Hüftadduktion und Pronation ("medialer Kollaps" in der Frontalebene) in Form einer medialisierten Lastverteilung im plantaren Druckbild niederschlägt. Ein wissenschaftlicher Beleg dieses Interpretationsansatzes wurde in der bisherigen Forschung jedoch nicht erbracht. Ziel dieser Arbeit ist daher, ein an der Kinematik orientiertes Interpretationsparadigma plantarer Druckverteilungsdaten kritisch zu überprüfen. Hierzu werden zunächst gängige und bereits publizierte Messgrößen der plantaren Druckverteilung auf Reproduzierbarkeit geprüft. Es zeigt sich ein in Abhängigkeit der Berechnungsweise begründbares Variabilitätsgefälle unterschiedlicher Messgrößen. Insbesondere die Messgrößen des Center of Pressure (CoP) erweisen sich als schlecht reproduzierbar und daher zur systematischen Differenzierung von Abrollmustern ungeeignet. Demgegenüber zeigt sich eine intrasubjektive Stabilität klassischer Druckmessgrößen. In einem weiteren Schritt wird ein möglicher Zusammenhang dieser Messgrößen zu kinematischen Variablen des Barfußlaufs untersucht. Für einen Großteil der bisher publizierten Druckmessgrößen – insbesondere jene des CoP - muss ein fehlender Zusammenhang zu kinematischen Variablen attestiert und eine dementsprechende Interpretationslogik verworfen werden. In einem dritten Schritt wird dann ein multivariater Zugang zur Auswertung und Interpretation der plantaren Druckdaten entwickelt. Auf Basis einer Clusteranalyse werden 5 Abrollmuster identifiziert, welche auf ihre Zusammenhänge zu kinematischen Charakteristika der Laufbewegung hin untersucht werden. Hier zeigen sich sehr deutliche Zusammenhänge zu kinematischen Variablen, welche jedoch nicht den o. g. klassischen Annahmen entsprechen. Eine detaillierte Analyse der entwickelten Clusterlösung zeigt, dass jene Druckverteilungsmuster, welche die größten Differenzen hinsichtlich der Kinematik der Frontalebene aufweisen, sich vornehmlich in der zeitlichen Abfolge biomechanischer Hauptmerkmale des Abrollvorgangs (Zeitpunkt des Fersenhubs, Zeitpunkt der maximalen Krafteinwirkung) unterscheiden, nicht jedoch hinsichtlich der medio-lateralen Lastverteilungscharakteristik. Aufgrund der durchgeführten Analysen der plantaren Druckverteilung sind eingangs erwähnte Interpretationslogiken nicht zu belegen. Im Gegenzug kann jedoch durch einen multivariaten Zugang zu plantaren Druckverteilungsdaten eine sehr robuste Interpretationsbasis geschaffen werden, welche auch für zukünftige Anwendungen plantarer Druckmessungen erfolgversprechende Resultate liefert.

Innerhalb der vorliegenden Arbeit wurden die gesundheitsrelevanten Charakteristika von Führung an Hochschulen aus Mitarbeiter- und Vorgesetztenperspektive untersucht. Auf Grundlage einer umfassenden einleitenden Betrachtung des Forschungsstandes zu den Themen Führung und Gesundheit, sowie der Betrachtung der Studienlage zu Führungsfaktoren an Hochschulen zeigt sich u.a., dass Vorgesetzte in vielerlei Hinsicht eine Schlüsselposition bei der Gesunderhaltung ihrer Mitarbeitenden einnehmen. Die theoretische Auseinandersetzung mit dem direkten und indirekten Führungseinfluss und den bestehenden Modellen zur gesundheitsförderlichen Führung ergab die Identifikation von intra- und interindividuellen Faktoren der Selbst- und Mitarbeiterführung. Zudem konnten vielfältige führungsseitige strukturelle und personelle Einflussmöglichkeiten im Hinblick auf die Arbeits- und Organisationsgestaltung und die Bereichskultur aufgezeigt werden. Innerhalb des empirischen Teils der Arbeit wurde das entwickelte Modell mittels verschiedener Analyseinstrumente der qualitativen Sozialforschung, einer schrittweisen induktiven Erweiterung und einer gleichzeitigen Spezifizierung für den Hochschulkontext unterzogen. Innerhalb des sich anschließenden Diskussionsteils wurden die Forschungsfragestellungen näher beleuchtet und methodische Limitationen erörtert. Die Arbeit schließt mit der Generierung von Implikationen für die Führungspraxis der hochschulbezogenen wissenschaftlichen und nicht-wissenschafflichen Bereiche.:1 Einleitung 2 Theoretischer Bezugsrahmen 3 Methodik 4 Ergebnisse 5 Diskussion 6 Schlussbetrachtungen 7 Anhang In the present work, the health-related characteristics of leadership at universities were examined from the perspective of employees and superiors. Based on a comprehensive examination of the state of research on the topics of leadership and health, as well as management factors at universities, it has been shown that superiors play a key role in keeping their employees healthy in different ways. The theoretical examination of the direct and indirect influence of leadership and the existing models for health-promoting leadership resulted in the identification of intra- and inter-individual factors of self-leadership and employee leadership. In addition, it was also possible to identify a wide range of management-related structural and personnel influence options with regard to work and organizational design and culture within different areas of the university. Within the empirical part of the work, the developed model was subjected to a step-wise inductive expansion and a simultaneous specification for the university context using various analytical instruments of qualitative social research. In the subsequent discussion, the research questions are examined in more detail and methodological limitations are discussed. The work concludes with the generation of implications for management practice in university-related scientific and non-scientific areas.:1 Einleitung 2 Theoretischer Bezugsrahmen 3 Methodik 4 Ergebnisse 5 Diskussion 6 Schlussbetrachtungen 7 Anhang

Mittels Infrarotthermografie können Veränderungen der Oberflächentemperatur der Haut dargestellt werden. Kraftbeanspruchungen führen zur Wärmeproduktion in der belasteten Muskulatur. Diese erzeugte Wärme wird zur Hautoberfläche weitergeleitet und daraus resultierende Veränderungen der Hauttemperatur können durch den Einsatz der Infrarotthermografie visualisiert und quantifiziert werden. Die vorliegende kumulativ angefertigte Arbeit umfasst Beiträge, die wesentliche Einflussfaktoren auf belastungsinduzierte Hauttemperaturveränderungen nach Kraftbeanspruchungen aufzeigen. Dazu wurden in einer Studie der Einfluss des Belastungsfaktors Trainingsintensität und in einer weiteren Untersuchung wesentliche Faktoren der Körperkomposition überprüft. Eine dritte Untersuchung zeigt einen Ansatz für eine effiziente automatische Messmethode zur Bestimmung der Hauttemperaturen mittels Fusion einer Infrarotkamera mit einer Tiefenbildkamera. Die Arbeit leistet somit einen Beitrag für die Anwendung der Infrarotthermografie im leistungsphysiologischen Kontext.

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die methodischen Aspekte bei der Entwicklung mechanischer Simulationen zur Messung der Funktionalitäten von Handballschuhen systematisch zu untersuchen und aus den Ergebnissen allgemeingültige Aussagen zum Abstraktionsgrad abzuleiten. Die Untersuchungen der vier methodischen Aspekte Messgerät, Auswertemodell, Einfluss- und Eingangsgröße haben ergeben, dass insgesamt drei Aspekte einen Einfluss auf den Messwert hatten. Mit Ausnahme der Ergebnisse zum Aspekt Eingangsgröße besaßen die untersuchten methodischen Aspekte jeweils einen Einfluss auf den Messwert. Anhand der Ergebnisse konnte abgeleitet werden, dass der Abstraktionsgrad einen Einfluss auf die Messwerte besitzt. The aim of the current work was to investigate systematically the methodological aspects used in the development of mechanical simulations, which are capable of measuring the functionalities of handball shoes, and to derive general conclusions about the proper degree of abstraction from the results. The investigations of the four methodological aspects, namely measuring instrument, evaluation model, influence quantity and input quantity, have shown that three aspects had an influence on the measurand. Except for the results on the aspect of input quantity, each of the examined methodological aspects had an influence on the measurand. Based on the results, it could be deduced that the degree of abstraction has an influence on the measurand.

Als Werkzeuge der virtuellen Ergonomie dienen arbeitswissenschaftliche digitale Menschmodelle zur ergonomischen Gestaltung von Produkten und Arbeitsplätzen. Hohen Weiterentwicklungsbedarf bestimmen ihre Anwender vor allem für die integrierten Kraftanalysen. Eine Möglichkeit zur gelenkwinkel- und kraftrichtungsabhängigen Berechnung statischer Aktionskräfte ohne komplexe Muskelmodellierung basiert auf Muskelmomenten, welche in Maximalmomentkörpern modelliert werden. Die Arbeit schildert und diskutiert detailliert die Berechnung solcher Maximalmomentkörper am rechten Oberarm. Zwei separate Studien ermöglichen die Erstellung und Evaluierung. Im Rahmen der ersten Studie werden maximale Muskelmomente der Hauptbewegungen von Ellenbogen und Schulter in Abhängigkeit der Gelenkwinkelstellungen erfasst und in Polynomen interpoliert. Durch diese gelenkwinkelabhängigen Momente können die Maximalmomentkörper modelliert werden. Im Rahmen der zweiten Studie werden wirkenden Muskelmomente mit den prognostizierten verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Maximalmomentkörper die wirkenden Muskelmomente bei maximalen Kraftaufbringungen im Mittel auf etwa 2 % genau vorhersagen, wobei einen Streubereich von etwa 50 % zu beachten ist. Der Streubereich ist dabei durch eine kritische Diskussion erklärbar und unter anderem den psychophysischen Verfahren einer Maximalkraftmessung zurechenbar. Digital human models as tools of virtual ergonomics serve for the design of products and workplaces. High demands for further development determine their users, for the integrated force analyzes. One way to calculate joint-angle- and force-direction-dependent static forces without complex muscle modeling is based on muscle torques, which are modeled in maximum torque bodies known as “M-Potatos”. This work describes and discusses the calculation of such maximum torque bodies for the right upper arm. Two separate studies allow the preparation and evaluation. The first study explore the maximum muscle torques within the main movement directions of the elbow and shoulder and interpolate them as polynomials of the joint angle position. With these polynomials, the maximum torque bodies can be modeled. The second study compared effective muscle torques with those predicted. The results show that the maximum torque bodies predict the effective muscle moments at maximum isometric force application on average at about 2%, with a range of about 50% to be considered. The range can be explained by a critical discussion and, among other things, attributable to the psychophysical method of a maximum force measurement.

Die Fortbewegung des Menschen – ob gehend oder laufend – war und ist bis zum heutigen Tag im Fokus des wissenschaftlichen Interesses. Dabei gehört die Durchführung von etwaigen Studien im Labor zu einer anerkannten methodischen Verfahrensweise. Durch die stete technologische Weiterentwicklung von Messsystemen, bestehen nunmehr veränderte Möglichkeiten, wodurch das Laufen des Menschen in seinem natürlichen Bewegungsraum quantifiziert werden kann. Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluss des Experimentalraums auf das Laufen zu untersuchen. Zusätzlich wurde dabei die Rolle von drei Laufschuhen unterschiedlicher Kategorien genauer betrachtet. Für die Erhebung der zum Vergleich notwendigen Messgrößen diente zum einen ein Inertialsensor-System, um die Kinematik der Läufer zu erfassen und zum anderen EMG-System, um Rückschlüsse auf deren muskulären Status ziehen zu können. In den Ergebnissen zeigte sich, dass nicht nur der Laufschuh sondern auch der Experimentalraum mit seinen jeweiligen Gegebenheiten Einfluss auf den Laufstil der Probanden nahmen. Generell kann aus den Ergebnissen abgeleitet werden, dass auf Grund der besseren Laufrhythmik im Feld, die Läufer einen messbar effizienteren Laufstil aufwiesen.

Im Mittelpunkt dieser kumulativ angefertigten Arbeit stehen fünf verschiedenartige biomechanische Untersuchungen faseriger Bindegewebe, welche in einer Gesamtschau zusammengeführt werden. Die einzelnen Beiträge setzen sich zusammen aus Untersuchungen zum Einfluss zellulärer Bestandteile auf die mechanischen Eigenschaften faseriger Bindegewebe und die Beeinflussung dieser Ergebnisse durch Messfehler, speziell am Beispiel des Materialschlupfs. Über diese beiden Beiträge wird eine Verbindung hergestellt zur rechnergestützten Simulation der Wirkung eines Beckenkompressionsgurts auf die Bänder des Beckenrings und dem Transmissionsverhalten faseriger Bindegewebe bei Zugbelastung. Im fünften Beitrag wird am Beispiel des Zusammenwirkens von Achillessehne, Fersenfettpolster und Plantarfaszie in vitro die Komplexität der Betrachtung faseriger Bindegewebe aufgezeigt. Die Zusammenführung der einzelnen Untersuchungen wird begleitet von der Frage, ob die bestehenden biomechanischen Untersuchungsansätze ausreichend sind, um ein umfassendes Verständnis zur funktionellen Bedeutung faseriger Bindegewebe aufbauen zu können.

Ein Sturz ist ein Ereignis, das jeder Mensch im Laufe seines Lebens mehrfach erfährt, ob als Kind, Jugendlicher, Erwachsener oder Senior. Was sich über die Lebensspanne ändert, sind die durch Stürze verursachten Folgen. Gerade bei älteren Menschen sind diese oft schwerwiegend. Auf Grund der demographischen Entwicklung kommt der Altersgruppe der Senioren und dem Thema Sturz eine gestiegene Bedeutung zu. Stürze stellen eine große Gefahr für den Selbständigkeitserhalt im Alter dar. Deren Folgen wirken sich nicht nur auf den physischen Bereich aus sondern sehr häufig auch auf den psychischen und sozialen, was einer multifaktoriellen und ganzheitlichen Betrachtungsweise und Analyse bedarf. Das neuartige Ganzkörpererlebnis Drums Alive, in seiner auf die Zielgruppe Senioren ausgerichteten Version Golden Beats, wurde auf seine Wirkungen und Effekte in Bezug auf Sturzprävention im Rahmen eines Modellprojektes mit dem Ansatz einer randomisierten kontrollierten Längsschnittstudie evaluiert. Um zu überprüfen, inwieweit die Intervention Effekte bzgl. der Parameter Sturzanzahl und –häufigkeit (Stolpern, Fallen, Stürzen), Kraftfähigkeit, Gleichgewicht, Mobilität, habituelle Ganggeschwindigkeit, Sturzangst, soziale Indikatoren, körperliche Aktivität und Sinnesfunktionen hervorzurufen vermag, wurde ein zehnwöchiges (20 Einheiten) Interventionsprogramm mit einer Interventions- und Kontrollgruppe durchgeführt. Die Ergebnisse der Studie mit älteren Menschen mit einem niedrigen bis moderaten Sturzrisiko zeigen unmittelbare und längerfristig günstige Wirkungseffekte für die Parameter Stolperhäufigkeit, Gleichgewichtsfähigkeit, motorische Mobilität, intensive körperliche Aktivität sowie für eine verbesserte Einschätzung der sturzrelevanten Sinnesfunktionen. Für die Parameter Sturzhäufigkeit, Kognition und Angst vor Stürzen, die betrachteten sozialen Indikatoren, die Dimensionen leichte, moderate und gesamte körperliche Aktivität sowie die Parameter Kraftfähigkeit und habituelle Ganggeschwindigkeit konnten weder kurz- noch langfristig positive Veränderungen konstatiert werden.

„Nun sag, wie hast du’s mit der Messung im Labor?“ So oder ähnlich lautet die sich anhand dieser Arbeit ergebende Gretchenfrage bezüglich biomechanischer Auswertungen und Studien des Laufsports, welche unter Laborbedingungen durchgeführt werden. Hierbei wird angenommen, dass eine Messung im Labor eine valide experimentelle Operationalisierung des Ausdauerlaufens darstellt. Aufgrund der räumlichen Begrenzung kann lediglich eine vergleichsweise geringe Anzahl an einzelnen Versuchen aufgezeichnet werden. Für die statistische Auswertung werden dann zumeist einzelne Parameter der Zeitreihen berechnet, welche wiederum zusammengefasst durch Mittelwerte den Probanden repräsentieren müssen. Bei der Verwendung von diskreten Parametern reduziert sich die aufgenommene Information der Zeitreihe dabei erheblich. Damit einhergehend muss die Frage geklärt werden, ob die Variabilität eines Probanden anhand diskreter Werte oder anhand der gesamten Kurve Beachtung finden muss. Des Weiteren stellt sich die Frage inwieweit das arithmetische Mittel über eine große Anzahl an Versuchen als die den Probanden repräsentierende Kennzahl verwendet und dessen Variabilität mittels einer endlichen Anzahl an Wiederholungen charakterisiert werden kann. Für die Untersuchungen wurden zunächst zwei Studien durchgeführt, wobei die Aufzeichnung von Bodenreaktionskräften und der Winkelgeschwindigkeit bei 100 Läufen an je zwei Messtagen im Labor erfolgte. Die statistischen Auswertungen umfassen sowohl die Betrachtung der Konvergenz von Folgen kumulierter Mittelwerte, Standardabweichungen und Root Mean Square Errors für diskrete Parameter und die gesamten aufgezeichneten Signale der Bodenreaktionskräfte und Winkelgeschwindigkeit als auch die Untersuchung von Prädiktionsbändern. Zudem wurden unterschiedliche Algorithmen zur Bestimmung der minimalen Anzahl an aufzuzeichnenden Versuchen entwickelt. Diese beinhalten nichtlineare Regressionsmodelle für die Anpassung der kumulierten Fläche der Prädiktionsbänder gesamter Kurven und die Analyse der Differenzen aufeinanderfolgender Standardabweichungskurven. Zusammenfassend geht aus dieser Arbeit hervor, dass die postulierte ausreichende und stabile Charakterisierung eines Probanden anhand des arithmetischen Mittels sowie der vollständigen und soliden Beschreibung der Variabilität für diskrete Parameter nicht nachgewiesen werden konnte. Für gesamte Kurven ergab sich ein anderes Bild. Die Probanden konnten anhand der mittleren vertikalen Bodenreaktionskräfte sowie der Bodenreaktionskräfte in anterior-posterior Richtung stabil und ausreichend charakterisiert werden. Für die Bodenreaktionskräfte in mediolateraler Richtung und die Kurve der Winkelgeschwindigkeit wurde dies nicht bestätigt. Die Möglichkeit der Charakterisierung der Variabilität eines Probanden konnte zudem verifiziert werden. Durch Beibehaltung der ursprünglichen Messprozedur ist die Wahrscheinlichkeit sehr hoch, dass der begangene Fehler den Ausgang der statistischen Auswertung beeinflusst und damit Eigenschaften der vorliegenden Grundgesamtheit unter Umständen falsch widerspiegelt. Von einer Verwendung des Mittelwertes diskreter Parameter sollte daher abgesehen werden. Der Fehler sowie dessen unbekanntes Ausmaß sind zum Teil unkontrollierbar und dessen Auswirkungen auf weitere biomechanische Kenngrößen nicht überprüfbar. Die Annahme, dass eine Labormessung als valide experimentelle Operationalisierung des Ausdauerlaufens angesehen werden kann, ist damit hinfällig. Es ist zukünftig notwendig, die Erforschung neuer Aufnahme- und Auswerteprozeduren, die alternative Verwendung gesamter Kurven und die Entwicklung neuer Testverfahren zu forcieren.