High resolution study of local stress inside alumina - micro mechanical analysis using laser scanning confocal microscope

The aim of this work is to measure the stress inside a hard micro object under extreme compression. To measure the internal stress, we compressed ruby spheres (a-Al2O3: Cr3+, 150 ��m diameter) between two sapphire plates. Ruby fluorescence spectrum shifts to longer wavelengths under compression and can be related to the internal stress by a conversion coefficient. A confocal laser scanning microscope was used to excite and collect fluorescence at desired local spots inside the ruby sphere with spatial resolution of about 1 ��m3. Under static external loads, the stress distribution within the center plane of the ruby sphere was measured directly for the first time. The result agreed to Hertz���s law. The stress across the contact area showed a hemispherical profile. The measured contact radius was in accord with the calculation by Hertz���s equation. Stress-load curves showed spike-like decrease after entering non-elastic phase, indicating the formation and coalescence of microcracks, which led to relaxing of stress. In the vicinity of the contact area luminescence spectra with multiple peaks were observed. This indicated the presence of domains of different stress, which were mechanically decoupled. Repeated loading cycles were applied to study the fatigue of ruby at the contact region. Progressive fatigue was observed when the load exceeded 1 N. As long as the load did not exceed 2 N stress-load curves were still continuous and could be described by Hertz���s law with a reduced Young���s modulus. Once the load exceeded 2 N, periodical spike-like decreases of the stress could be observed, implying a ���memory effect��� under repeated loading cycles. Vibration loading with higher frequencies was applied by a piezo. Redistributions of intensity on the fluorescence spectra were observed and it was attributed to the repopulation of the micro domains of different elasticity. Two stages of under vibration loading were suggested. In the first stage continuous damage carried on until certain limit, by which the second stage, e.g. breakage, followed in a discontinuous manner.

Rolle des endothelialen kontraktilen Apparates bei der Entstehung eines Hirn��dems nach Sch��delhirntrauma und Subarachnoidalblutung

Zerebrale Erkrankungen, wie Sch��delhirntrauma (SHT) und Subarachnoidalblutung (SAB) sind mit einer hohen Morbidit��t und Mortalit��t vergesellschaftet und stellen eine ernsthafte medizinische und ��konomische Herausforderung dar. Grundlage f��r die Entwicklung neuer effektiver Therapieans��tze ist das Verst��ndnis der pathophysiologischen Mechanismen dieser Krankheiten. Das Entstehen eines vasogenen Hirn��dems ist eine schwere Komplikation nach SHT und SAB und beruht u.a. auf einem ��ffnen der Bluthirnschranke (BHS). Ein m��glicher zu Grunde liegender Mechanismus k��nnte die Aktivierung der Myosin-leichte-Kette-Kinase (MLCK) sein, was man therapeutisch unterbinden k��nnte.rnIn der vorliegenden Studie wurde in zwei unterschiedlichen experimentellen, zerebralen Schadensmodellen der Einfluss des kontraktilen Apparates auf die BHS St��rung untersucht. In dem Schadensmodell des SHT sind die Hauptergebnisse: 1.) die Myosin-leichte-Kette-Kinase (MLCK) wird durch das induzierte Sch��delhirntrauma hochreguliert. 2.) eine pharmakologische MLCK Inhibition stabilisiert die BHS, senkt den ICP und das Hirn��dem nach experimentellen SHT. 3.) die MLCK Inhibition f��hrte nicht zu einer Verbesserung des Hirnschadens, der neurologischen Funktion oder der zerebralen Inflammation 24 Stunden nach SHT, obwohl angenommen wird, dass die Entstehung eines Hirn��dems den sekund��ren Hirnschaden vergr����ert. In einer weitern Studie wurde untersucht, durch welchen Signalweg dieser zugrunde liegende Mechanismus aktiviert wird. In einem in-vitro BHS Model konnte gezeigt werden, dass C-reaktives Protein (CRP) ��ber die Bindung an Fc��-Rezeptoren den kontraktilen Apparat aktiviert und somit zu einem ��ffnen der BHS f��hrt. Obwohl der CRP Plasmaspiegel nach experimentellen SHT ansteigt, kommt es nicht zu einer Verringerungrndes Hirnwassergehaltes in Fc��R-/- M��usen. Die Entstehung des vasogenen Hirn��dems wird im murinen CCI Model somit nicht ��ber den Fc��-Rezeptor vermittelt. Die in-vitro gezeigte Fc�� vermittelte ��ffnung der BHS konnte in-vivo in dieser Studie nicht reproduziert werden. Mit der vorliegenden Studie kann nicht ausgeschlossen werden, dass CRP ��ber einen Fc�� unabh��ngigen Mechanismus eine ��ffnung der BHS vermittelt. Jedoch deuten die Daten daraufhin, das CRP im murinen CCI Model eine untergeordnete Rolle spielt. Die Fc��R-/- M��use zeigten allerdings ein deutlich reduziertes Kontusionsvolumen und eine reduzierte Mikroglia Aktivierung, was darauf hindeutet, dass Fc��R eine wesentliche Rolle bei der zerebralen Inflammation spielen.rnIn dem Schadensmodell der experimentellen SAB konnte gezeigt werden, dass die Inhibition der MLCK die Folgen einer SAB mindert. Sie f��hrt zu einer Senkung des Hirn��dems, des intrakraniellen Drucks und Verbesserung der neurologischen Erholung nach experimenteller SAB. Die Ergebnisse unterst��tzen die Hypothese, dass die MLCK einer der Endpunkteffektor f��r verschiedene Mechanismen ist, welche die endotheliale Permeabilit��t sowohl nach SHT als auch nach SAB erh��hen.rnZusammenfassend l��sst sich feststellen, dass in beiden zerebralen experimentellen Insulten die MLCK eine wichtige Rolle beim BHS Versagen spielt. Die Daten tragen dazu bei, den zugrundeliegenden Mechanismus der BHS ��ffnung, der durch eine Aktivierung der MLCK hervorgerufen werden k��nnte, besser zu verstehen. Dies k��nnte zu Entwicklung neuer Medikamente f��r eine Therapie des zerebralen Hirn��dems f��hren.