Supernova detection in a future extension of the IceCube neutrino telescope

Marking the final explosive burning stage of massive stars, supernovae are onernthe of most energetic celestial events. Apart from their enormous optical brightnessrnthey are also known to be associated with strong emission of MeV neutrinos—up tornnow the only proven source of extrasolar neutrinos.rnAlthough being designed for the detection of high energy neutrinos, the recentlyrncompleted IceCube neutrino telescope in the antarctic ice will have the highestrnsensitivity of all current experiments to measure the shape of the neutrino lightrncurve, which is in the MeV range. This measurement is crucial for the understandingrnof supernova dynamics.rnIn this thesis, the development of a Monte Carlo simulation for a future low energyrnextension of IceCube, called PINGU, is described that investigates the response ofrnPINGU to a supernova. Using this simulation, various detector configurations arernanalysed and optimised for supernova detection. The prospects of extracting notrnonly the total light curve, but also the direction of the supernova and the meanrnneutrino energy from the data are discussed. Finally the performance of PINGU isrncompared to the current capabilities of IceCube.

Direct electron transfer to cytochrome c oxidase investigated by electrochemistry and time-resolved surface-enhanced infrared absorption spectroscopy

Cytochrom c Oxidase (CcO), der Komplex IV der Atmungskette, ist eine der Häm-Kupfer enthaltenden Oxidasen und hat eine wichtige Funktion im Zellmetabolismus. Das Enzym enthält vier prosthetische Gruppen und befindet sich in der inneren Membran von Mitochondrien und in der Zellmembran einiger aerober Bakterien. Die CcO katalysiert den Elektronentransfer (ET) von Cytochrom c zu O2, wobei die eigentliche Reaktion am binuklearen Zentrum (CuB-Häm a3) erfolgt. Bei der Reduktion von O2 zu zwei H2O werden vier Protonen verbraucht. Zudem werden vier Protonen über die Membran transportiert, wodurch eine elektrochemische Potentialdifferenz dieser Ionen zwischen Matrix und Intermembranphase entsteht. Trotz ihrer Wichtigkeit sind Membranproteine wie die CcO noch wenig untersucht, weshalb auch der Mechanismus der Atmungskette noch nicht vollständig aufgeklärt ist. Das Ziel dieser Arbeit ist, einen Beitrag zum Verständnis der Funktion der CcO zu leisten. Hierzu wurde die CcO aus Rhodobacter sphaeroides über einen His-Anker, der am C-Terminus der Untereinheit II angebracht wurde, an eine funktionalisierte Metallelektrode in definierter Orientierung gebunden. Der erste Elektronenakzeptor, das CuA, liegt dabei am nächsten zur Metalloberfläche. Dann wurde eine Doppelschicht aus Lipiden insitu zwischen die gebundenen Proteine eingefügt, was zur sog. proteingebundenen Lipid-Doppelschicht Membran (ptBLM) führt. Dabei musste die optimale Oberflächenkonzentration der gebundenen Proteine herausgefunden werden. Elektrochemische Impedanzspektroskopie(EIS), Oberflächenplasmonenresonanzspektroskopie (SPR) und zyklische Voltammetrie (CV) wurden angewandt um die Aktivität der CcO als Funktion der Packungsdichte zu charakterisieren. Der Hauptteil der Arbeit betrifft die Untersuchung des direkten ET zur CcO unter anaeroben Bedingungen. Die Kombination aus zeitaufgelöster oberflächenverstärkter Infrarot-Absorptionsspektroskopie (tr-SEIRAS) und Elektrochemie hat sich dafür als besonders geeignet erwiesen. In einer ersten Studie wurde der ET mit Hilfe von fast scan CV untersucht, wobei CVs von nicht-aktivierter sowie aktivierter CcO mit verschiedenen Vorschubgeschwindigkeiten gemessen wurden. Die aktivierte Form wurde nach dem katalytischen Umsatz des Proteins in Anwesenheit von O2 erhalten. Ein vier-ET-modell wurde entwickelt um die CVs zu analysieren. Die Methode erlaubt zwischen dem Mechanismus des sequentiellen und des unabhängigen ET zu den vier Zentren CuA, Häm a, Häm a3 und CuB zu unterscheiden. Zudem lassen sich die Standardredoxpotentiale und die kinetischen Koeffizienten des ET bestimmen. In einer zweiten Studie wurde tr-SEIRAS im step scan Modus angewandt. Dafür wurden Rechteckpulse an die CcO angelegt und SEIRAS im ART-Modus verwendet um Spektren bei definierten Zeitscheiben aufzunehmen. Aus diesen Spektren wurden einzelne Banden isoliert, die Veränderungen von Vibrationsmoden der Aminosäuren und Peptidgruppen in Abhängigkeit des Redoxzustands der Zentren zeigen. Aufgrund von Zuordnungen aus der Literatur, die durch potentiometrische Titration der CcO ermittelt wurden, konnten die Banden versuchsweise den Redoxzentren zugeordnet werden. Die Bandenflächen gegen die Zeit aufgetragen geben dann die Redox-Kinetik der Zentren wieder und wurden wiederum mit dem vier-ET-Modell ausgewertet. Die Ergebnisse beider Studien erlauben die Schlussfolgerung, dass der ET zur CcO in einer ptBLM mit größter Wahrscheinlichkeit dem sequentiellen Mechanismus folgt, was dem natürlichen ET von Cytochrom c zur CcO entspricht.

Laboruntersuchungen zur Aufnahme atmosphärischer Spurengase auf statischen und wachsenden Eisoberflächen

Der erste Teil dieser Arbeit befaßt sich mit der Adsorption von H2O2 auf nicht-wachsendem Eis. Die Experimente wurden in einem zylindrischen Strömungsreaktor mit massenspektrometrischer Detektion (Elektronenstoß und chemische Ionisation) ausgeführt. Die Daten einer zuvor bereits am Max Planck-Institut für Chemie (Mainz) von Dr. N. Pouvesle ausgeführten Laborstudie zur Adsorption von H2O2 auf Eis bei 203 bis 233 K wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit durch Coadsorptionsexperimente mit Ameisensäure und Verwendung unterschiedlicher Ionisationsmodi validiert. Zusätzlich wurde eine Korrelation der Langmuir-Konstanten und der Kondensationsenthalpie für H2O2 und andere Moleküle durchgeführt, welche die Ergebnisse der MPI-Studie ebenfalls stützt. Die Ergebnisse belegen, daß die Aufnahme von H2O2 in Eiswolken um bis zu 3 Größenordnungen höher ist als bisher angenommen. Anhand dieser Erkenntnisse wurde die atmosphärische Relevanz der Adsorption von H2O2 auf Eis in der oberen Troposphäre neu bewertet. Der zweite Teil der Arbeit widmet sich der Aufnahme verschiedener organischer Verbindungen (Ethanol, 1-Butanol, Ameisensäure, Trifluoressigsäure) und HCl auf Eis während dieses wächst. Der hierfür erstmals in Betrieb genommene Eiswachstumsreaktor wurde zunächst durch Messung der Adsorptionsisotherme von Ethanol und Butanol und Berechnung der Adsorptionsenthalpien aus experimentellen Daten evaluiert. Im Anschluß wurden die Ergebnisse der Wachstumsexperimente der oben aufgeführten Verbindungen vorgestellt, wobei jedoch nur Trifluoressigsäure und HCl eine erhöhte Aufnahme zeigen. Der Aufnahmekoeffizient g_trapp von HCl wurde bei Temperaturen zwischen 194,3 und 228 K und HCl-Gasphasenkonzentrationen von 6,4x10^9 bis 2,2x10^11 cm^-3 gemessen und war unter den untersuchten Bedingungen proportional zu Eiswachstumsgeschwindigkeit x und antikorreliert zum Bedeckungsgrad theta und der Eistemperatur T. Der vom wachsenden Eis aufgenommene Fluß von HCl-Molekülen war positiv mit x und negativ mit T korreliert, während theta keinen Einfluß hatte. Anhand der erzielten Resultate wurde eine Parametrisierung für g_trapp entwickelt, mit der die Aufnahme künftig in Abhängigkeit von x, T und [HCl]_gas leicht berechnet werden kann, beispielsweise in globalen Modellsimulation der troposphärischen Chemie. Abschließend wurden die Ergebnisse mit einem von Kärcher et al. (2009) entwickelten semiempirischen Modell verglichen und für die offenen Parameter des Modells wurden aus den experimentellen Daten ebenfalls Parametrisierungen entwickelt.

Hundertneunundzwanzig Xe NMR for investigations of complex and dynamic systems

In this work, the remarkable versatility and usefulness of applications of Xe-129 NMR experiments is further extended. The application of Xe-129 NMR spectroscopy to very different system is studied, including dynamic and static, solid and liquid, porous and non-porous systems. Using the large non-equilibrium polarization created by hyperpolarization of Xe-129, time-resolved NMR measurements can be used for the online-monitoring of dynamic systems. In the first part of this work, several improvements for medical applications of hyperpolarized Xe-129 are achieved and their feasibility shown experimentally. A large gain in speed and reproducibility of the accumulation process of Xe-129 as ice and an enhancement of the usable polarization in any experiment requiring prior accumulation are achieved. An enhancement of the longitudinal relaxation time of Xe-129 is realized by admixture of a buffer gas during the storage of hyperpolarized Xe-129. Pursuing the efforts of simplifying the accumulation process and enhancing the storage time of hyperpolarized Xe-129 will allow for a wider use of the hyperpolarized gas in (medical) MRI experiments. Concerning the use of hyperpolarized Xe-129 in MRI, the influence of the diffusion coefficient of the gas on parameters of the image contrast is experimentally demonstrated here by admixture of a buffer gas and thus changing the diffusion coefficient. In the second part of this work, a polymer system with unique features is probed by Xe-129 NMR spectroscopy, proving the method to be a valuable tool for the characterization of the anisotropic properties of semicrystalline, syndiotactic polystyrene films. The polymer films contain hollow cavities or channels with sizes in the sub-nanometer range, allowing for adsorption of Xe-129 and subsequent NMR measurements. Despite the use of a ’real-world’ system, the transfer of the anisotropic properties from the material to adsorbed Xe-129 atoms is shown, which was previously only known for fully crystalline materials. The anisotropic behavior towards atomar guests inside the polymer films is proven here for the first time for one of the phases. For the polymer phase containing nanochannels, the dominance of interactions between Xe-129 atoms in the channels compared to interactions between Xe atoms and the channel walls are proven by measurements of a powder sample of the polymer material and experiments including the rotation of the films in the external magnetic field as well as temperature-dependent measurements. The characterization of ’real-world’ systems showing very high degrees of anisotropy by Xe-129 are deemed to be very valuable in future applications. In the last part of this work, a new method for the online monitoring of chemical reactions has been proposed and its feasibility and validity are experimentally proven. The chemical shift dependence of dissolved Xe-129 on the composition of a reaction mixture is used for the online monitoring of free-radical miniemulsion polymerization reactions. Xe-129 NMR spectroscopy provides an excellent method for the online monitoring of polymerization reactions, due to the simplicity of the Xe-129 NMR spectra and the simple relationship between the Xe-129 chemical shift and the reaction conversion. The results of the time-resolved Xe-129 NMR measurements are compared to those from calorimetric measurements, showing a good qualitative agreement. The applicability of the new method to reactions other than polymerization reactions is investigated by the online monitoring of an enzymatic reaction in a miniemulsion. The successful combination of the large sensitivity of Xe-129, the NMR signal enhancements due to hyperpolarization, and the solubility of Xe-129 gives access to the large new field of investigations of chemical reaction kinetics in dynamic and complex systems like miniemulsions.

Massenspektrometrische Wasserdampfmessung in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre

Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung des flugzeuggetragenen Atmosphärischen Ionisations-Massenspektrometers AIMS-H2O zur Messung von Wasserdampf in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre (UTLS) und erste Flugzeugmessungen mit dem Instrument. Wasserdampf beeinflusst das Klima in der UTLS aufgrund seiner Strahlungseigenschaften und agiert als wichtiger Parameter bei der Bildung von Zirruswolken und Kondensstreifen. Deshalb sind genaue Wasserdampfmessungen für das Verständnis vieler atmosphärischer Prozesse unerlässlich. Instrumentenvergleiche wie sie im SPARC Report No. 2 und dem Bericht der AUQAVIT Kampagne zusammengefasst sind, haben gezeigt, dass große Abweichungen zwischen einzelnen Methoden und Instrumenten bestehen. Diese Unsicherheiten limitieren das Verständnis des Einflusses von Wasserdampf auf die Dynamik und die Strahlungseigenschaften in der UTLS. Die in dieser Arbeit vorgestellte Entwicklung einer neuen Messmethode für Wasserdampf mit dem Massenspektrometer AIMS-H2O ist deshalb auf die genaue Messung niedriger Wasserdampfkonzentrationen in der UTLS fokussiert. Mit AIMS H2O wird Umgebungsluft in einer neu entwickelten Gasentladungsquelle ionisiert. Durch eine Reihe von Ionen-Molekül-Reaktionen entstehen H3O+(H2O) und H3O+(H2O)2 Ionen. Diese Ionen werden genutzt, um die Wasserdampfkonzentration in der Atmosphäre zu bestimmen. Um die erforderliche hohe Genauigkeit zu erzielen, wird AIMS H2O im Flug kalibriert. In dem zu diesem Zweck aufgebauten Kalibrationsmodul wird die katalytische Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff auf einer Platinoberfläche genutzt, um definierte Wasserdampfkonzentrationen für die Kalibration im Flug zu erzeugen. Bei ersten Messungen auf der Falcon während der Kampagne CONCERT 2011 konnte dabei eine Genauigkeit von 8 bis 15% für die Messung der Wasserdampfkonzentration in einem Messbereich von 0,5 bis 250 ppmv erreicht werden. Die Messfrequenz betrug 4 Hz, was einer räumlichen Auflösung von etwa 50 m entspricht. Der Vergleich der Messung des Massenspektrometers mit dem Laserhygrometer Waran zeigt eine sehr gute Übereinstimmung im Rahmen der Unsicherheiten. Anhand zweier Fallstudien werden die Messungen von AIMS H2O während CONCERT 2011 detailliert analysiert. In der ersten Studie werden zwei Flüge in eine stratosphärische Intrusion über Nordeuropa untersucht. In dieser Situation wurde stratosphärische Luft bis hinunter auf 6 km Höhe transportiert und war dadurch mit der Falcon erreichbar. Es konnte gezeigt werden, dass AIMS-H2O sehr gut für die genaue Messung niedriger Wasserdampfkonzentrationen, in diesem Fall bis etwa 3,5 ppmv, geeignet ist. Der Vergleich der Messung mit Analysen des ECMWF Integrated Forecast Systems zeigt eine gute Übereinstimmung der gemessenen Wasserdampfstrukturen mit der dynamischen Tropopause. Unterschiede tauchen dagegen beim Vergleich der Wasserdampfkonzentrationen in der unteren Stratosphäre auf. Hier prognostiziert das Modell deutlich höhere Feuchten. Die zweite Fallstudie beschäftigt sich mit der Verteilung der relativen Feuchte in jungen Kondensstreifen im Vergleich zu ihrer direkten Umgebung. Dabei wurde für drei Messsequenzen im Abgasstrahl von Flugzeugen beobachtet, dass die relative Feuchte innerhalb des Kondensstreifens im Vergleich zur Umgebung sowohl bei unter- als auch übersättigten Umgebungsbedingungen in Richtung Sättigung verschoben ist. Die hohe Anzahl an Eispartikeln und die damit verbundene große Eisoberfläche in jungen Kondensstreifen führt also zu einer schnellen Relaxation von Gasphase und Eis in Richtung Gleichgewicht. In der Zukunft soll AIMS-H2O auch auf HALO für die genaue Messung von Wasserdampf bei ML-CIRRUS und weiteren Kampagnen eingesetzt werden.

Development and application of mass-spectrometric methods for the quantification and characterization of organic compounds in ice cores

Eisbohrkerne stellen wertvolle Klimaarchive dar, da sie atmosphärisches Aerosol konservieren. Die Analyse chemischer Verbindungen als Bestandteil atmosphärischer Aerosole in Eisbohrkernen liefert wichtige Informationen über Umweltbedingungen und Klima der Vergangenheit. Zur Untersuchung der α-Dicarbonyle Glyoxal und Methylglyoxal in Eis- und Schneeproben wurde eine neue, sensitive Methode entwickelt, die die Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) mit der Hochleistungsflüssigchromatographie-Massenspektrometrie (HPLC-MS) kombiniert. Zur Analyse von Dicarbonsäuren in Eisbohrkernen wurde eine weitere Methode entwickelt, bei der die Festphasenextraktion mit starkem Anionenaustauscher zum Einsatz kommt. Die Methode erlaubt die Quantifizierung aliphatischer Dicarbonsäuren (≥ C6), einschließlich Pinsäure, sowie aromatischer Carbonsäuren (wie Phthalsäure und Vanillinsäure), wodurch die Bestimmung wichtiger Markerverbindungen für biogene und anthropogene Quellen ermöglicht wurde. Mit Hilfe der entwickelten Methoden wurde ein Eisbohrkern aus den Schweizer Alpen analysiert. Die ermittelten Konzentrationsverläufe der Analyten umfassen die Zeitspanne von 1942 bis 1993. Mittels einer Korrelations- und Hauptkomponentenanalyse konnte gezeigt werden, dass die organischen Verbindungen im Eis hauptsächlich durch Waldbrände und durch vom Menschen verursachte Schadstoffemissionen beeinflusst werden. Im Gegensatz dazu sind die Konzentrationsverläufe einiger Analyten auf den Mineralstaubtransport auf den Gletscher zurückzuführen. Zusätzlich wurde ein Screening der Eisbohrkernproben mittels ultrahochauflösender Massenspektrometrie durchgeführt. Zum ersten Mal wurden in diesem Rahmen auch Organosulfate und Nitrooxyorganosulfate in einem Eisbohrkern identifiziert.

Stacked searches for high-energy neutrinos from blazars with IceCube

In the year 2013, the detection of a diffuse astrophysical neutrino flux with the IceCube neutrino telescope – constructed at the geographic South Pole – was announced by the IceCube collaboration. However, the origin of these neutrinos is still unknown as no sources have been identified to this day. Promising neutrino source candidates are blazars, which are a subclass of active galactic nuclei with radio jets pointing towards the Earth. In this thesis, the neutrino flux from blazars is tested with a maximum likelihood stacking approach, analyzing the combined emission from uniform groups of objects. The stacking enhances the sensitivity w.r.t. the still unsuccessful single source searches. The analysis utilizes four years of IceCube data including one year from the completed detector. As all results presented in this work are compatible with background, upper limits on the neutrino flux are given. It is shown that, under certain conditions, some hadronic blazar models can be challenged or even rejected. Moreover, the sensitivity of this analysis – and any other future IceCube point source search – was enhanced by the development of a new angular reconstruction method. It is based on a detailed simulation of the photon propagation in the Antarctic ice. The median resolution for muon tracks, induced by high-energy neutrinos, is improved for all neutrino energies above IceCube’s lower threshold at 0.1TeV. By reprocessing the detector data and simulation from the year 2010, it is shown that the new method improves IceCube’s discovery potential by 20% to 30% depending on the declination.

How different is water crystallization from polymer crystallization under confinement?

Ziel der vorliegenden Dissertation war es, Einblicke in das Kristallisationsverhalten weicher Materie („soft matter“), wie verschiedener Polymere oder Wasser, unter räumlicher Einschränkung („confinement“) zu erlangen. Dabei sollte untersucht werden, wie, weshalb und wann die Kristallisation in nanoporösen Strukturen eintritt. Desweiteren ist Kristallisation weicher Materie in nanoporösen Strukturen nicht nur aus Aspekten der Grundlagenforschung von großem Interesse, sondern es ergeben sich zahlreiche praktische Anwendungen. Durch die gezielte Steuerung der Kristallinität von Polymeren könnten somit Materialien mit verschiendenen mechanischen und optischen Eigenschaften erhalten werden. Desweiteren wurde auch räumlich eingeschränktes Wasser untersucht. Dieses spielt eine wichtige Rolle in der Molekularbiologie, z.B. für das globuläre Protein, und als Wolkenkondensationskeime in der Atmosphärenchemie und Physik. Auch im interstellaren Raum ist eingeschränktes Wasser in Form von Eispartikeln anzutreffen. Die Kristallisation von eingeschränktem Wasser zu verstehen und zu beeinflussen ist letztlich auch für die Haltbarkeit von Baumaterialien wie etwa Zement von großem Interesse.rnUm dies zu untersuchen wird Wasser in der Regel stark abgekühlt und das Kristallisationsverhalten in Abhängigkeit des Volumens untersucht. Dabei wurde beobachtet, dass Mikro- bzw. Nanometer große Volumina erst ab -38 °C bzw. -70 °C kristallisieren. Wasser unterliegt dabei in der Regel dem Prozess der homogenen Nukleation. In der Regel gefriert Wasser aber bei höheren Temperaturen, da durch Verunreinigungen eine vorzeitige, heterogene Nukleation eintritt.rnDie vorliegende Arbeit untersucht die sachdienlichen Phasendiagramme von kristallisierbaren Polymeren und Wasser unter räumlich eingeschränkten Bedingungen. Selbst ausgerichtetes Aluminiumoxid (AAO) mit Porengrößen im Bereich von 25 bis 400 nm wurden als räumliche Einschränkung sowohl für Polymere als auch für Wasser gewählt. Die AAO Nanoporen sind zylindrisch und parallel ausgerichtet. Außerdem besitzen sie eine gleichmäßige Porenlänge und einen gleichmäßigen Durchmesser. Daher eignen sie sich als Modelsystem um Kristallisationsprozesse unter wohldefinierter räumlicher Einschränkung zu untersuchen.rnEs wurden verschiedene halbkristalline Polymere verwendet, darunter Poly(ethylenoxid), Poly(ɛ-Caprolacton) und Diblockcopolymere aus PEO-b-PCL. Der Einfluss der Porengröße auf die Nukleation wurde aus verschiedenen Gesichtspunkten untersucht: (i) Einfluss auf den Nukleationmechanismus (heterogene gegenüber homogener Nukleation), (ii) Kristallorientierung und Kristallinitätsgrad und (iii) Zusammenhang zwischen Kristallisationstemperatur bei homogener Kristallisation und Glasübergangstemperatur.rnEs konnte gezeigt werden, dass die Kristallisation von Polymeren in Bulk durch heterogene Nukleation induziert wird und das die Kristallisation in kleinen Poren hauptsächlich über homogene Nukleation mit reduzierter und einstellbarer Kristallinität verläuft und eine hohe Kristallorientierung aufweist. Durch die AAOs konnte außerdem die kritische Keimgröße für die Kristallisation der Polymere abgeschätzt werden. Schließlich wurde der Einfluss der Polydispersität, von Oligomeren und anderen Zusatzstoffen auf den Nukleationsmechanismus untersucht.rn4rnDie Nukleation von Eis wurde in den selben AAOs untersucht und ein direkter Zusammenhang zwischen dem Nukleationstyp (heterogen bzw. homogen) und der gebildeten Eisphase konnte beobachtet werden. In größeren Poren verlief die Nukleation heterogen, wohingegen sie in kleineren Poren homogen verlief. Außerdem wurde eine Phasenumwandlung des Eises beobachtet. In den größeren Poren wurde hexagonales Eis nachgewiesen und unter einer Porengröße von 35 nm trat hauptsächlich kubisches Eis auf. Nennenswerter Weise handelte es sich bei dem kubischem Eis nicht um eine metastabile sondern eine stabile Phase. Abschließend wird ein Phasendiagramm für räumlich eingeschränktes Wasser vorgeschlagen. Dieses Phasendiagramm kann für technische Anwendungen von Bedeutung sein, so z.B. für Baumaterial wie Zement. Als weiteres Beispiel könnten AAOs, die die heterogene Nukleation unterdrücken (Porendurchmesser ≤ 35 nm) als Filter für Reinstwasser zum Einsatz kommen.rnNun zur Anfangs gestellten Frage: Wie unterschiedlich sind Wasser und Polymerkristallisation voneinander unter räumlicher Einschränkung? Durch Vergleich der beiden Phasendiagramme kommen wir zu dem Schluss, dass beide nicht fundamental verschieden sind. Dies ist zunächst verwunderlich, da Wasser ein kleines Molekül ist und wesentlich kleiner als die kleinste Porengröße ist. Wasser verfügt allerdings über starke Wasserstoffbrückenbindungen und verhält sich daher wie ein Polymer. Daher auch der Name „Polywasser“.

The prevalence of vitamin D inadequacy amongst women with osteoporosis: an international epidemiological investigation

INTRODUCTION: Vitamin D is essential for calcium metabolism as well as for fracture prevention, and a recent review suggested that the optimal serum 25(OH)D lies in the region of 50-80 nmol L-1 (20-32 ng mL-1). A high prevalence of inadequacy has been reported in many studies but the prevalence of inadequacy amongst women with osteoporosis in different regions of the world has not been well characterized. SETTING AND SUBJECTS: A multinational study of 18 countries at various latitudes (range 64N-38S) was conducted in 2004 and 2005 to determine the average levels of serum 25(OH)D and the prevalence of vitamin D inadequacy. A total of 2606 postmenopausal women with osteoporosis (low bone mineral density, history of fragility fracture) seeking routine medical care were enrolled and serum 25(OH)D levels were measured at a single laboratory visit. RESULTS: Mean serum 25(OH)D level was 26.8 ng mL-1 (SE 0.3) and ranged from 7 to 243 ng mL-1. Regional mean values were highest in Latin America (29.6 ng mL-1, SE 0.6) and lowest in the Middle East (20.4 ng mL-1, SE 0.5). Overall, 64% of women had serum levels<30 ng mL-1. Serum parathyroid hormone reached a nadir at serum 25(OH)D levels>35 ng mL-1. In nonequatorial countries, women recruited during the winter months had somewhat lower serum 25(OH)D levels than those recruited during the summer months in some, but not all, countries. CONCLUSIONS: Low levels of serum 25(OH)D are common amongst women with osteoporosis. The results underscore the value of assuring vitamin D adequacy in these women.

Respiratory syncytial virus infection in 406 hospitalized premature infants: results from a prospective German multicentre database

Premature birth, chronic lung disease of prematurity (CLD), congenital heart disease and immunodeficiency predispose to a higher morbidity and mortality in respiratory syncytial virus (RSV) infection. This study describes the preterms hospitalised with RSV infection from the prospective German DSM RSV Paed database. The DMS RSV Paed database was designed for the prospective multicentre documentation and analysis of clinically relevant aspects of the management of inpatients with RSV infection. This study covers six consecutive RSV seasons (1999-2005); the surveillance took place in 14 paediatric hospitals in Germany. Of the 1,568 prospectively documented RSV infections, 26% (n=406) were observed in preterms [vs. 1,162 children born at term (74%)] and 3% (n=50) had CLD, of which 49 had received treatment in the last 6 months ('CLDplus'). A significantly higher proportion in the preterm group had congenital heart disease, nosocomial infection, and neuromuscular impairment. There were significantly more children older than 24 months in the preterm group. The attributable mortality was 0.2% (n=2) in children born at term vs. 1.2% (n=5) in the preterm group (p=0.015) [preterm plus CLD 8.0% (n=4 of 50); McIntosh grade 1, 8.6% (n=3 of 35) and McIntosh Grade 4, 15% (n=3 of 20)]. Eight patients were categorized as 'palivizumab failures'. In the multivariate analysis, premature birth, CLD(plus), and nosocomial infection were significantly and independently associated with the combined outcome 'complicated course of disease'. In conclusion, this is the first prospective multicentre study from Germany that confirms the increased risk for severe RSV disease in preterms, in particular in those with CLD treated in the last 6 months before the onset of the infection. From the perspective of our results, the statements of the German Society of Paediatric Infectious Diseases considering the use of passive immunisation (2003) seem reasonable.

Nosocomial infection: A risk factor for a complicated course in children with respiratory syncytial virus infection - Results from a prospective multicenter German surveillance study

BACKGROUND: Nosocomially acquired respiratory syncytial virus infections (RSV-NI) may cause serious problems in hospitalized paediatric patients. Hitherto, prospectively collected representative data on RSV-NI from multicenter studies in Germany are limited. METHODS: The DMS RSV Ped database was designed for the prospective multicenter documentation and analysis of clinically relevant aspects of the management of inpatients with RSV-infection. The study covered six consecutive seasons (1999-2005); the surveillance took place in 14 paediatric hospitals in Germany. RESULTS: Of the 1568 prospectively documented RSV-infections, 6% (n=90) were NI and 94% (n=1478) were community acquired (CA). A significantly higher proportion in the NI group displayed additional risk factors like prematurity, chronic lung disease, mechanical ventilation (med. history), congenital heart disease, and neuromuscular impairment. Of all NI, 55% occurred in preterms (30.6% of all RSV-infections in preterms with severe chronic lung disease of prematurity were NI). Illness severity as well as the total mortality, but not the attributable mortality was significantly higher in the NI group. In the multivariate analysis, NI was significantly associated with the combined outcome 'complicated course of disease'. CONCLUSION: This is the first prospective multicenter study from Germany, which confirms the increased risk of a severe clinical course in nosocomially acquired RSV-infection. Of great concern is the high rate of (preventable) NI in preterms, in particular in those with severe chronic lung disease or with mechanical ventilation due to other reasons.

Hospitalized children with respiratory syncytial virus infection and neuromuscular impairment face an increased risk of a complicated course

BACKGROUND: Respiratory syncytial virus (RSV) infection is an important cause of viral respiratory tract infection in children. In contrast to other confirmed risk factors that predispose to a higher morbidity and mortality, the particular risk of a preexisting neuromuscular impairment (NMI) in hospitalized children with RSV infection has not been prospectively studied in a multicenter trial. METHODS: The DMS RSV Paed database was designed for the prospective multicenter documentation and analysis of all clinically relevant aspects of the management of inpatients with RSV infection. Patients with clinically relevant NMI were identified according to the specific comments of the attending physicians and compared with those without NMI. RESULTS: This study covers 6 consecutive seasons; the surveillance took place in 14 pediatric hospitals in Germany from 1999 to 2005. In total, 1568 RSV infections were prospectively documented in 1541 pediatric patients. Of these, 73 (4.7%) patients displayed a clinically relevant NMI; 41 (56%) NMI patients had at least 1 additional risk factor for a severe course of the infection (multiple risk factors in some patients; prematurity in 30, congenital heart disease in 19, chronic lung disease 6 and immunodeficiency in 8). Median age at diagnosis was higher in NMI patients (14 vs. 5 months); NMI patients had a greater risk of seizures (15.1% vs. 1.6%), and a higher proportion in the NMI group had to be mechanically ventilated (9.6% vs. 1.9%). Eventually, the attributable mortality was significantly higher in the NMI group (5.5% vs. 0.2%; P < 0.001 for all). Multivariate logistic regression confirmed that NMI was independently associated with pediatric intensive care unit (PICU) admission (OR, 4.94; 95% CI, 2.69-8.94; P < 0.001] and mechanical ventilation (OR, 3.85; 95% CI, 1.28-10.22; P = 0.017). CONCLUSION: This is the first prospective multicenter study confirming the hypothesis that children with clinically relevant NMI face an increased risk for severe RSV-disease. It seems reasonable to include NMI as a cofactor into the decision algorithm of passive immunization.

Verkehr und Kommunikation

Der Ständerat hat die FABI-Vorlage beraten und massiv ausgebaut. – Der Entscheid des Bundesrates, einen zweiten Gotthardstrassentunnel zu bauen, warf hohe Wellen. – Nach der Bereinigung der Differenzen wurden das Via-Sicura-Massnahmenpaket und der letzte Teil der Bahnreform 2 vom Parlament gutgeheissen. – Der Nationalrat wollte den Preis der Autobahnvignette auf 70 CHF erhöhen, der Ständerat auf 100 CHF. – Die Lizenzauktion für die Mobilfunkfrequenzen brachte der Bundeskasse 997 Mio. CHF ein. – Im Fluglärmstreit zwischen Deutschland und der Schweiz zeichnete sich überraschend eine Lösung ab, der ausgehandelte Staatsvertrag überzeugte jedoch nicht alle involvierten Parteien und wurde von Deutschland auf Eis gelegt.

The contribution of glacial archaeology to our knowledge of alpine passages - L'apport de l'archéologie des glaciers dans la connaissance des voies de passage alpins

Die europäischen Alpen sind in den Hochlagen trotz einem immensen Rückgang in den letzten Jahrzehnten immer noch stark vergletschert. Früher dachte man, dass die alpine Zone über rund 2000 m über Meer vom prähistorischen Menschen nicht begangen wurde. 1991 zeigte die Entdeckung des Mannes aus dem Eis beim Tisenjoch („Ötzi“) in über 3000 m Höhe, dass schon im Neolithikum Vorstösse bis in die vergletscherten Gebiete der Alpen stattgefunden haben. Die ältesten Spuren am Schnidejoch, einem Pass in den Berner Alpen der Schweiz, reichen bis in die Zeit zwischen 4800 und 4500 v.Chr. zurück. Der Pass wurde auch in der Frühen Bronzezeit benutzt, wie zahlreiche Objekte aus der Zeit zwischen etwa 2200 und 1600 v.Chr. belegen. Frühbronzezeitliche Funde liegen auch vom Lötschenpass, einem zweiten Passübergang in den Berner Alpen vor. Nördlich dieser Übergänge befinden sich die bekannten frühbronzezeitlichen Gräber des Berner Oberlandes (Region des unteren Thunersees), südlich davon stammen zahlreiche frühbronzezeitliche Funde aus Gräbern und Nekropolen im Rhonetal. Dank der Erhaltung von organischem Material bieten die Eisfundstellen wertvolle Einblicke zur Frequentierung der Hochalpen. Neben Bohlenwegen, Strassen und Brücken bilden Pässe wichtige Elemente des prähistorischen terrestrischen Transportsystems.

Schnidejoch und Lötschenpass. Archäologische Forschungen in den Berner Alpen. Schnidejoch et Lötschenpass. Investigations archéologiques dans les Alpes bernoises.

Archäologie in den Hochalpen: Vom Rückgang der Gletscher sind auch archäologische Objekte betroffen. Über Jahrtausende hinweg haben sie im Eis überdauert, nun kommen sie zum Vorschein. Im Hitzesommer 2003 fand eine Wanderin am Schnidejoch ein fremdartiges Objekt aus Birkenrinde. Es erwies sich als Teil eines 4800 Jahre alten Bogenfutterals. In den Jahren 2004 bis 2011 unternahm der Archäologische Dienst des Kantons Bern über 30 Begehungen der Nordseite und – zusammen mit der Walliser Kantonsarchäologie – auch der Südseite des Schnidejochs. Zahlreiche weitere Funde aus Holz, Leder und Metall konnten geborgen und wissenschaftlich untersucht werden. Einzigartige Funde Zu den spektakulärsten Funden vom Schnidejoch zählt das Bogenfutteral aus Birkenrinde. Weiter stechen aus den rund 900 Funden ein Pfeilbogen, mehrere vollständige Pfeile und Fragmente einer Schale aus Ulmenholz hervor. Es handelt sich dabei um das älteste Holzgefäss der Schweiz. Weitere herausragende Funde sind ein bronzezeitliches Holzgefäss aus Birkenrinde, eine bronzezeitliche Gewandnadel sowie Bekleidung und Schuhe aus Leder. Archéologie dans les Alpes bernoises Le recul des glaciers a aussi un impact sur les découvertes archéologiques. Il fait réapparaître des objets préservés dans les glaces depuis des millénaires. Pendant l’été caniculaire de 2003, une randonneuse a découvert un objet singulier en écorce de bouleau, qui s’est avéré être un morceau de carquois vieux de 4800 ans. De 2004 à 2011, le Service archéologique du canton de Berne s’est rendu plus de trente fois sur le versant nord du Schnidejoch et, en collaboration avec le Service d’archéologie du canton du Valais, sur le versant sud de ce col. De nombreux autres objets en bois, cuir et métal ont pu être mis au jour et étudiés scientifiquement. Des découvertes uniques Le carquois en écorce de bouleau constitue l’une des découvertes les plus sensationnelles du Schnidejoch. Parmi les quelque 900 objets mis au jour figurent un arc, plusieurs flèches complètes et les fragments d’un bol en bois d’orme. Ce bol est le plus ancien récipient en bois de Suisse. D’autres trouvailles spectaculaires ont été faites, notamment un récipient en écorce de bouleau et une épingle à vêtements datant de l’Âge du Bronze ainsi que des vêtements et des chaussures en cuir.