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Quantum backreaction effects in macroscopic systems
Get PDFThis thesis is concerned with two effects in macroscopic systems that are only revealed when taking into account the system’s quantum nature. For these effects to become strong, a high microstate degeneracy is essential, which motivates investigating their manifestation in de Sitter and black holes (BHs).
The first part is concerned with the quantum description of phenomena of particle creation in a background. The common semiclassical treatment of such scenarios often allows for a nonperturbative method of analysis. We show that resolving the background as an N-particle state allows for a fully quantum perturbative analysis that produces the semiclassical nonperturbative results and allows to go beyond. In a model of two scalars as well as in scalar QED, we thus produce particle creation in time-dependent fields in terms of n -> 2 annihilation processes. Effects of backreaction in particular become dramatic within a single process in the case n ~ N, i.e., the near-classical system non-gradually transitions into a quantum state of a few highly energetic particles. We find that such “quantumization” is in general highly suppressed. By contrast, the reverse, “classicalizing” transitions, 2 -> N, may be unsuppressed because the degeneracy of the N-particle state can be sufficiently high in a consistent theory. For the case of N -> 2, such degeneracy is causing an enhancement only to the extent that the degenerate states are covered within an initial superposition. A BH described in terms of a bound state of N gravitons thus possesses a state unstable to single-process decay. We comment on the possibility of a near-classical BH generating the required level of superposition on relevant time scales.
The second part is concerned with the so-called memory burden effect, which is universal to systems of high memory capacity and stops any gradual decay of the system. We study a prototype model to investigate whether the effect may be avoided by rewriting stored quantum information from one set of degrees of freedom to another one. We find that such rewriting-facilitated decay can proceed only very slowly compared to the initial stage of decay, s.t. the decay effectively remains suppressed. In both de Sitter and BHs, the effect manifests in a deviation from the semiclassical evolution of thermal particle emission and becomes strong the latest after a number of emissions on the order of the entropy. The stored quantum information responsible for the effect constitutes a quantum hair and may start to get released around the onset. If inflation ended not long before that time, the imprints of that primordial information can be observable. For BHs, in the absence of other strong effects of destabilizing kind, the effective stabilization after half-decay opens a new window for small primordial BHs as dark matter
Dissecting conformational dynamics and ligand binding in substrate binding proteins using single-molecule Förster Resonance Energy Transfer
Get PDFThe effects of expectancy and control on the perception of ego-motion in space: a combined postural and electrophysiological study
Get PDFIn the beginning of this work was the scientific question: does the amount of control over visual self-motion cues influence their processing and/or perception? In Experiment 1, we tried to explore the possibility to use optic flow as a visual motion cue and see whether we can observe a sensory attenuation or modulation on the behavioural level in trials in which the optic flow was self-initiated using putative different levels of control by instructed or uninstructed button-presses compared to passive flow. This experiment, while not able to demonstrate a sensory modulation and with several important limitations (see below), was however an important basis for the planning of Experiment 2 and a proof-of-concept that this method has the potential to address our research question and is feasible given our facilities. In Experiment 2, we tried to overcome some of the limitations, further improved the re-producibility (e.g. stimuli and instructions) and extended our methodology to the measurement of neurophysiological and postural data to enquire about not only the behavioural level but also the processing on the physiological level. This experiment presented evidence that self-motion cues with the same physical properties are somehow processed differently at the cortical level depending on whether they are self-initiated or not. In addition to overcoming certain limitations in Experiment 3 (e.g. having a no optic flow control condition and using the standard EEG setup besides the mobile setup from Experiment 2), we were able to reproduce our findings in different subjects, a larger population and under a different posture. We were also able to show that our results are highly robust (e.g. removal of half the participants from the analysis did not change the pattern). Further outcomes from our study are that the scientific community can put more trust into mobile EEG setups given robust effects and diligent artifact removal. Additionally, we contributed findings on the relationship of vection and VIMS and tried to bridge the gap between the highly relevant fields of research on visual motion perception and sense of agency. This might act as an exploratory foundation for further research which will be essential for the economical and medical applicability of VR devices and for a deeper understanding of locomotion and navigation per se. The ability to perceive self-motion cues and dissociate them from cues for motion in the environment is fundamental for being able to take actions in the complex, dynamic environments which are our daily lives. In fact, it could be seen as a classical example of the dynamic coupling of action and perception to reach goals which is one of the most fundamental abilities not only for humans, but throughout the animal kingdom which may have lain the evolutionary basis for the later development of the human brain with its complexity as we see it nowadays (Godfrey-Smith 2016).Den Grundstein für diese Arbeit legte die Frage: spielt es für die Wahrnehmung und Verarbeitung von visuellem Feedback, das in Folge von Eigenbewegung im Raum entsteht, eine Rolle wie viel Kontrolle wir über die Bewegung haben? Wird das Feedback von aktiven Bewegungen anders verarbeitet als das von passiven? Im ersten Experiment explorierten wir die Möglichkeit uns dieser Fragestellung mit optic flow als visuellem Stimulus zu nähern. Wir haben dazu ein Experiment entwickelt bei dem gesunde Proband:innen unterschiedlich viel Kontrolle über den optic flow haben und sie anschließend zu ihrem Bewegungsempfinden (Vection) befragt. Während dieses Experiment keine relevante Modulation nachweisen konnte, so stellte es doch eine wichtige methodologische Grundlage für die Entwicklung der weiteren Experimente dar. Die wichtigsten Änderungen in Experiment 2 umfassten zum einen Modifikationen an den Stimuli und eine ausgeprägtere Formalisierung der Instruktionen, zum anderen die zusätzliche Erhebung von neurophysiologischen und posturalen Daten. Diese Änderungen erlaubten uns nicht nur explizite Unterschiede in der Intensität der Wahrnehmung von Vection zu erfassen, sondern auch eventuelle Modifikationen in der Verarbeitung der Stimuli messbar zu machen. Dieses Experiment lieferte Hinweise darauf, dass Stimuli mit denselben physikalischen Eigenschaften auf kortikaler Ebene anders verarbeitet werden, je nachdem ob sie selbst initiiert oder Computer-generiert sind. In Experiment 3 führten wir klassische Kontrollbedingungen wie zum Beispiel Versuche mit statischen Stimuli ein. Wir veränderten weiterhin die Körperposition, so dass Proband:innen nun saßen und die Hälfte der Versuche mit einer Kinnstütze stattfand. Damit konnten wir das Risiko, das unsere neurophysiologischen Effekte Bewegungsartefakte sind, minimieren. Insgesamt waren wir dazu in der Lage die Haupteffekte von Experiment 2 (agency-abhängige Modulation der evozierten Desynchronisation und der Amplitude der evozierten Potentiale) in Experiment 3 zu reproduzieren, obwohl wir hier eine deutlich größere Kohorte sowie andere Pro-band:innen in einer anderen Körperhaltung testeten. Diese Resultate sind sehr robust, so dass sie weiterhin deutlich erkennbar sind, auch nachdem wir ver-suchsweise die Hälfte der Proband:innen aus der Analyse ausgeschlossen hatten. Zusätzlich zu unserer ursprünglichen Fragestellung zeigten unsere Experimente, dass die wissenschaftliche Community mehr auf die Ergebnisse von Studien, die ein mobiles EEG-Setup verwenden, vertrauen kann, solange es sich um robuste Effekte handelt und ausreichend auf die Identifikation und Entfernung von Bewegungsartefakten geachtet wird. Außerdem konnten wir mit unseren Daten dazu beitragen die Zusammenhänge zwischen Vection und visuell-induzierter Bewegungskrankheit besser zu verstehen.
Unsere Experimente versuchen die Brücke zu schlagen zwischen den jeweils für sich gesehen hoch relevanten Forschungsfeldern rund um die visuelle Bewegung-swahrnehmung und den Sense of Agency. Diese Felder zusammenzubringen wird eine essenzielle Rolle spielen, sowohl um das volle Potential von VR-Applikationen zu entfalten als auch um Lokomotion und Navigation umfassender zu begreifen. Die Fähigkeit Eigenbewegung von Bewegungen in der Umgebung anhand von visuellen Informationen zu unterscheiden, ist entscheidend um in der komplexen, dynamischen Umwelt unseres täglichen Lebens erfolgreich agieren und navigieren zu können. Diese Fähigkeit ist ein schönes Beispiel für die dynamische Koppelung von Handlung und Wahrnehmung zum Erreichen unserer Ziele und vermutlich eine der fundamentalsten Fähigkeiten nicht nur für Menschen, sondern auch im übrigen Tierreich. Möglicherweise so fundamental, dass sie die evolutionäre Basis für die spätere Entwicklung des menschlichen Gehirns in all seiner Komplexität und Schönheit, gelegt haben könnte (Godfrey-Smith 2016)
From global to targeted chromatin proteomics: mapping the control unit of cellular identity
Get PDFCellular identity is established and maintained by the chromatome, which consists of transcriptional, epigenetic and structural regulators of the chromatin proteome. Serving as a control hub, the chromatome processes incoming signaling cues and modifies the transcriptional program, resulting in a specific cellular phenotype. To fully understand cell-type specific gene regulation, multi-level chromatome analysis is necessary. Chromatin-associated proteins can be explored using mass spectrometry (MS)-based proteomic methods to assess (i) total protein abundances, (ii) chromatin-associated individual complexes, (iii) global or (iv) locus-specific chromatin compositions, and (v) nucleotide and histone (post-translational) modifications.
Global chromatin proteomics trails behind other areas of proteomics in terms of data comprehensiveness, accuracy, and throughput. The main aim of this work was the development of an MS-based proteomic method, Chromatin Aggregation Capture followed by Data Independent Acquisition (ChAC-DIA), which enables the comprehensive identification and accurate quantification of chromatin regulators, including those present in low quantities, across different pluripotency stages. ChAC-DIA identified 2-3 times more chromatin-associated proteins with enhanced accuracy and efficiency, required 100-fold less sample material, and halved the MS data acquisition time compared to prior methods. By applying ChAC-DIA an extensive atlas was constructed that encompasses proteomes, chromatomes, and chromatin affinities across the three key phases of pluripotency. The data served not only to verify bona fide pluripotency regulators such as REX1, OCT6 and SOX1, but also to identify new phase-specific factors like JADE1/2/3, QSER1, SUV39H1/2 and FLYWCH1. Moreover, this study offers a straightforward strategy for distinguishing between translation-driven changes in chromatin binding and alterations in nuclear localization or chromatin affinity. Using this approach, we observed that certain heterochromatic proteins, such as HP1β, KAP1, and SUV39H1, exhibited enhanced chromatin affinities towards the exit from pluripotency, which we could demonstrate to be a conserved feature in both mouse and human.
In subsequent collaborative endeavors, chromatin proteomics was applied to study epigenetic regulations in several biological contexts. In three distinct projects, chromatin immunoprecipitation combined with MS was employed to analyze the interaction networks of the naive pluripotency marker DPPA3, the histone H3 lysine 9 trimethyl (H3K9me3) reader HP1β and the methylcytosine dioxygenase TET1. Moreover, the KAP1-dependent ubiquitinome was investigated, the composition of HP1β-driven phase-separated droplets was studied, and a proteomic workflow was developed to screen for the efficient incorporation of non-canonical amino acids into target proteins. This work also provided a detailed protocol for probing locus-specific chromatin composition as well as full proteome analyses upon genetic perturbations targeting epigenetic modifiers in an acute myeloid leukemia cell culture model and embryonic stem cells at various pluripotency stages. In a last collaboration, it was tested whether the histone methyltransferases SUV39H1/2 primarily contribute to H3K9me3 formation in visceral endoderm descendants.
In summary, this work provides a powerful method to study the global chromatome of any model in development and disease, sheds new light on dynamic rearrangements of pluripotency governing regulatory complexes and contributes to a broad range of epigenetic research by harnessing multi-level chromatome analyses
On some multiscale phenomena in quantum physics, classical field theory and spacetime geometry
Get PDFIn this thesis we deal with three instances of multiscale phenomena in, on a first glimpse, very distinct areas of theoretical physics: We consider the quantum statistical physics of Bose gases, the behaviour of classical field theories in the vicinity of cosmological singularities and the behaviour of gravity in extreme situations. In those treatments, the concept of infinite renormalization will be a leitmotif, since our approaches are all motivated by different aspects of renormalization theory. Especially we will see, how techniques and ideas which are standard in some areas of theoretical physics can lead to new perspectives and surprising results in other areas. In particular we will do the following:
– We will analyse the thermodynamic limit of an ideal Bose gas by QFT-inspired methods that rely on infinite renormalization and techniques from ζ-regularization. Thereby we will obtain as a new insight, that the phase structure of this system is interwoven with the singularity structure of the grand canonical potential and that the thermodynamic properties in the thermodynamic limit are encoded by asymptotic expansions that resemble heat kernel expansions. This structure was not described previously and especially suggests a new approach to weakly interacting Bose gases.
– We will cure the infinities which plague a classical scalar field theory in the vicinity of the big bang singularity by distributional techniques that are inspired by the Epstein-Glaser-approach to renormalization. This shows especially that renormalization ideas do not only apply on quantum field theories but are also of use in the context of classical field theories. Moreover this treatment suggests that the benign behaviour of quantum field theories in the vicinity of cosmological singularities that was observed in the literature could be merely a property of the classical background than a quantum feature.
– Motivated by the idea that the laws of gravity could be scale-dependent, we analyse and re- view the behaviour of general relativity in extreme situations. We thereby obtain as an in- teresting result, that the geodesics in the vicinity of the FLRW singularity exhibit some kind of ultrarelativistic behaviour, which was not described before. Moreover we give convincing arguments that this is a coordinate-invariant feature. In addition we will point out various oc- currences in literature, where gravity exhibits a similar ultrarelativistic behaviour in extreme situations. This motivates the claim that gravity could be described by an ultrarelativistic field theory on microscopic scales.
– To understand better which gauge symmetry groups could be relevant for ultrarelativistic theories of gravity, we will analyse the universal geometric structures and associated symmetries of microscopic tangent light cones. Thereby we will reveal surprisingly rich structures hidden in the theories of relativity and especially we will discover a microscopic symmetry group which contains infinitely many Lorentz groups and resembles structurally and conceptionally the well-known Bondi-Metzner-Sachs group. By this we have discovered a previously unknown fundamental microscopic symmetry of pseudo-Riemannian geometry.
Moreover, we will explain the relation of those investigations to the existing literature and will comment on possible drawbacks, implications, open questions and consecutive directions of research.Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit drei Instanzen von Vielskalen-Problemen in verschiedenen und auf den ersten Blick sehr unterschiedlichen Teilbereichen der theoretischen Physik: Wir betrachten die statistische Physik des idealen Bose-Gases, das Verhalten von klassischen Feldtheorien in der Umgebung kosmologischer Singularitäten und das Verhalten der Gravitation in extremen Situationen. In diesen Untersuchungen wird das Konzept der Renormierung ein Leitmotiv sein, da all unsere Herangehensweisen durch verschiedene Aspekte der Renormierungstheorie motiviert sind. Insbesondere werden wir sehen, wie Techniken und Ideen, welche in bestimten Bereichen der Physik zum Standardrepertoire gehören, zu neuen Perspektiven und verblüffenden Resultaten in anderen Bereichen führen können. Wir werden uns in dieser Arbeit konkret mit dem Folgenden beschäftigen:
– Wir werden den thermodynamischen Grenzfall eines idealen Bose-Gases mit Methoden untersuchen, welche von Ideen aus der relativistischen Quantenfeldtheorie inspiriert sind. Insbesondere werden wir hierfür unendliche Renormierungen und Zeta-Regularisierungsmethoden verwenden. Dabei werden wir verstehen, dass die Phasenstruktur dieses Systems eng mit den Singularitätseigenschaften des großkanonischen Potenials zusammenhängt und die thermodynamischen Eigenschaften dieses Systems durch asymptotische Entwicklungen ausgedrückt werden können, welche sogenannten Heat-Kernel-Entwicklungen ähneln. Diese Strukturen wurden zuvor nicht beschrieben und motivieren eine neue Herangehensweise an das Problem des schwach wechselwirkenden Bose-Gases.
– Wir behandeln die Unendlichkeiten, die im Kontext einer klassischen skalaren Feldtheorie in der Umgebung der Urknallsingularität auftreten können, mithilfe von distributionellen Techniken, welche durch die Epstein-Glaser-Renormierungstheorie motiviert sind. Dies zeigt, dass Renormierungstechniken nicht nur im Kontext von Quantenfeldtheorien auftreten, sondern auch im Kontext klassischer Feldtheorien nützlich sein können. Darüber hinaus legt diese Untersuchung nahe, dass das gutartige Verhalten von Quantenfeldtheorien in der Umgebung kosmologischer Singularitäten, welches in den letzten Jahren von verschiedenen Autoren beschrieben wurde, eher eine Eigenschaft der klassischen Hintergrundtheorie sein könnte.
– Motiviert durch die Idee, dass die Gesetze der Gravitation skalenabhaängig sein könnten, analysieren wir das Verhalten der Allgemeinen Relativitätstheorie in extremen Situationen. Hierbei erhalten wir als ein interessantes Resultat, dass die Geodäten in der Umgebung der FLRW-Singularität ein ultrarelativistisches Verhaltenaufweisen, welches zuvor noch nicht beschrieben wurde. Darüber hinaus präsentieren wir überzeugende Argumente, dass dieses Verhalten eine koordinateninvariante Eigenschaft dieser Raumzeiten sein könnte. Außerdem weisen wir auf mehrere in der Literatur beschriebene Situationen hin, in welchen die Gravitation ein ähnliches ultrarelativistisches Verhalten in extremen Situationen aufweist. Diese Beobachtungen motivieren für uns die Behauptung, dass die Gravitation auf fundamentalen Skalen durch eine ultrarelativistische Feldtheorie beschrieben werden könnte.
– Um besser zuv erstehen, welche Eichsymmetriegruppen relevant für ultrarelativistische Gravitationstheorien sein könnten, analysieren wir die universellen geometrischen Strukturen und die assoziierten Symmetriegruppen mikroskopischer Tangentiallichtkegel. Hierbei werden wir überraschend reichhaltige Strukturen aufdecken, welche auch eine mikroskopische Symmetriegruppe umfassen, die unendlich viele Lorentz-Gruppen beinhaltet und konzeptionell wie strukturell der bekannten Bondi-Metzner-Sachs Gruppe ähnelt. Somit haben wir eine bisher unbekante fundamentale mikroskopische Symmetrie innerhalb der pseudo-Riemann’schen Geometrie entdeckt.
Außerdem werden wir erklären, wie das Verhältnis dieser Untersuchungen zur bereits existierenden Literatur ist und kommentieren außerdem problematische Aspekte, mögliche Implikationen, offene Fragen und konsekutive Forschungsrichtungen
Die kombinierte Expression der Chemokinrezeptoren CCR4 und CXCR6 in CD8-positiven Ovalbumin-spezifischen T-Lymphozyten zur Verbesserung der adoptiven T-Zell Therapie in einem murinen Pankreaskarzinom-Modell
Get PDFRange uncertainty reductions in proton therapy and associated benefits for patients with brain or skull base tumors
Get PDFConventional radiotherapy for cancer is generally photon-based, but the physical advantages of proton-based treatments, which may allow for superior dose conformality to the tumor and superior normal tissue sparing, have been recognized as early as the mid-1940s. However, only technological advancements in more recent decades rendered proton therapy more feasible, and proton treatments still face considerable hurdles. The possibly most significant of these are uncertainties in the in vivo proton range, which stem from factors such as the images on which treatment plans are created and variations in patient setup between different treatment fractions. Such range uncertainties currently prevent the potential advantages of proton therapy from being fully utilized. Many different approaches to reduce in vivo proton range uncertainties are therefore being investigated. This work aims to quantify the benefits of range uncertainty reductions while simultaneously contributing to methods which aim to achieve them.
This includes the quantification of direct benefits of range uncertainty reductions based on a set of ten cancer patients with clival tumors. Normal tissue metrics such as the dose to normal tissues as well as the probability of brainstem necrosis or blindness arising as a result of irradiation were determined as a function of range uncertainty. Patient-specific factors such as target volume, prescription dose, and distance between target and optic chiasm were linked to particularly high range uncertainty reduction benefits.
However, proton therapy beam arrangements are currently chosen conservatively in order to minimize the potential effects of uncertainties in the in vivo proton range. Indirect range uncertainty reduction benefits such as the feasibility of novel beam arrangements at lower levels of range uncertainty therefore also have to be considered. Such indirect benefits were quantified based on a data set of treatment plans for ten patients with brain or skull base tumors. This study confirmed the importance of patient-specific factors such as target volume and prescription dose. Indirect range uncertainty reduction benefits were observed to exceed the direct benefits of reductions in proton range uncertainties.
The quantified range uncertainty reduction benefits can be achieved in a multitude of different ways. Prompt gamma-ray spectroscopy - i.e., measurements of prompt gamma-rays emitted as a result of proton irradiation - allows proton ranges to be verified in real time. The elemental composition of the irradiated tissue can be determined simultaneously. A prototype for prompt gamma-ray spectroscopy-based proton range verification has been developed at Massachusetts General Hospital (MGH) in Boston. For this thesis, the detector prototype's performance was validated using a variety of tissue-mimicking and porcine samples. The mean measured range error was smaller than or equal to 1.2 mm for all samples, and the system was able to differentiate between samples of different elemental compositions accurately.
Proton therapy has experienced rapidly-growing interest in recent years. However, uncertainties in the in vivo proton range remain considerable hurdles. The studies conducted for the purpose of this thesis quantify the benefits and thereby emphasize the importance of reducing proton range uncertainties. At the same time, prompt gamma-ray spectroscopy measurements conducted for this thesis contribute towards eventually achieving the range uncertainty reductions studied
Prädiktion der Wirksamkeit von Akupunktur bei chronischen nicht-spezifischen Kreuzschmerzen anhand eines sensorischen Parameters der zentralen Sensibilisierung (temporal summation) - eine prospektive Kohortenstudie
Get PDFMultimodale Intervention bei Kindern mit Lernschwierigkeiten und gleichzeitig auftretenden Verhaltensauffälligkeiten
Get PDFLong-term care in community-dwelling older adults in Germany: needs and approaches
Get PDFBackground
Worldwide, demographic change is leading to aging populations. By 2030, one in six people will be ≥ 60 years of age. This trend is linked to expanding burdens on financial and social resources for health care systems, societies, and individuals. One cause of this trend is older adults’ considerable need for long-term care (LTC) services. Hence, health professionals and policy-makers must seek effective, need-based approaches to be able to provide adequate LTC or even prevent the necessity of utilization of LTC. The main objective of this thesis is to comprehensively identify relevant needs and approaches for target-oriented LTC for the important subpopulation of community-dwelling older adults and its vulnerable subgroups in Germany. Three articles contribute to this field of interest with the following aims:
(1) Identify determinants for utilization of informal and formal LTC in females and males in order to detect particular needs of relevant subgroups
(2) Examine the association of various types of physical activity with LTC to identify vulnerable subgroups with respect to utilization of LTC, and to detect promising approaches with respect to utilization of LTC
(3) Analyze the cost-effectiveness of a non-pharmacological intervention compared to care as usual, and thus identify a potentially promising approach for appropriate and cost-effective LTC for individuals with cognitive impairments in day care centers
Methods
All research questions addressed community-dwelling adults ≥ 65 years of age. Articles (1) and (2) derived data from the population-based Cooperative Health Research in the Region of Augsburg (KORA)-Age study in southern Germany at t1 (2011/12) and t2 (2016). Article (3) analyzed data from a randomized-controlled trial with waitlist group design in day care centers across Germany. The particularities of the underlying data were considered through adequate statistical models in each article:
(1) Potential determinants were selected based on Andersen’s Behavioral Model of Health Services Use. Generalized estimating equation (GEE) logistic models detected relevant determinants for utilization of informal and formal LTC in females and males at t1 and t2. Determinants for a transition to LTC between t1 and t2 were analyzed by a longitudinal logistic regression model. The amount of LTC was examined descriptively.
(2) GEE logistic models identified associations of walking, exercise, and walking+exercise with utilization of LTC at t1 and t2 in the entire cohort and stratified by females and males. The proportion of individuals meeting the suggested minimum values in the German National Physical Activity Recommendations for older adults was examined descriptively.
(3) A cost-effectiveness analysis from a societal perspective regarding the effects of cognitive abilities and capabilities to perform activities of daily living, as well as costs, was conducted. To obtain cost-effectiveness acceptability curves and cost-effectiveness planes, incremental differences in both effects and costs were simultaneously bootstrapped. Incremental differences were calculated via generalized linear models.
Results
(1) The determinants higher age, multimorbidity, and disability had statistically significant associations with utilization of and transition to LTC. In both females and males, living alone showed a statistically significant association with utilization of LTC. Regarding living alone, the strength of association was twice as strong in males compared to females. Males used a higher amount of informal LTC than females, whereas females used a higher amount of formal LTC than males.
(2) Walking, exercise, and walking+exercise all had a statistically significant association with non-utilization of LTC. In the entire cohort and in males, walking+exercise showed the strongest associations; in females, exercise showed the strongest associations.
(3) The non-pharmacological intervention was determined to be a cost-effective approach for individuals with cognitive impairments. Six months post baseline, the results showed better effects in the intervention group in comparison to the control group, as well as lower costs.
Conclusion
This thesis gives detailed insight into the connections of needs and approaches with utilization of LTC in the highly relevant subpopulation of community-dwelling older adults. To successfully reach vulnerable subgroups, the particular needs detected in females and males, as well as in older adults with specific characteristics, must be considered in the planning of approaches. Such approaches should integrate physical activity and non-pharmacological interventions similar to the one analyzed in this thesis as promising strategies. Further advantages of those are their cost-effectiveness and relatively low costs. Altogether, these detailed analyses of the large cohorts pertaining to research on LTC trends help health professionals and policy-makers in Germany and countries with comparable LTC systems to precisely plan for future needs in LTC and develop sustainable, demand-oriented approaches. In the long-term, this will allow provision of accessible, economical, and valuable LTC with a focus on aging with dignity.Hintergrund
Weltweit führt der demographische Wandel zu einer alternden Bevölkerung. Bis 2030 wird jeder sechste Mensch 60 Jahre oder älter sein. Diese Entwicklung ist mit einer zunehmenden Belastung der finanziellen und sozialen Ressourcen für Gesundheitssysteme, für die Gesellschaft und für den Einzelnen verbunden. Eine Ursache für diese Entwicklung ist der erhebliche Bedarf älterer Menschen an Pflegeleistungen. Gesundheitsfachkräfte und politische Entscheidungsträger*innen müssen folglich nach effektiven, bedarfsgerechten Ansätzen suchen, um eine adäquate Pflege zu gewährleisten oder sogar der Notwendigkeit einer Inanspruchnahme von Pflege vorzubeugen. Das Hauptziel dieser Arbeit besteht darin, relevante Bedarfe und Ansätze für zielgruppenorientierte Pflege für die wichtige Subpopulation der im häuslichen Setting lebenden („community-dwelling“) älteren Personen und ihrer besonders hilfebedürftigen Subgruppen in Deutschland umfassend zu identifizieren. Drei Artikel tragen mit folgenden Zielen zu diesem Interessensfeld bei:
(1) Identifikation von Determinanten für die Inanspruchnahme von informeller und formeller Pflege bei Frauen und Männern, um die besonderen Bedarfe relevanter Subgruppen zu ermitteln
(2) Untersuchung der Assoziation verschiedener Bewegungsarten mit Pflege, um besonders hilfebedürftige Subgruppen im Hinblick auf die Inanspruchnahme von Pflege zu identifizieren und zukunftsweisende Ansätze hinsichtlich einer Inanspruchnahme von Pflege zu ermitteln
(3) Analyse der Kosteneffektivität einer nicht-pharmakologischen Intervention im Vergleich zur Standardversorgung und somit die Identifikation eines potenziell zukunftsweisenden Ansatzes für angemessene und kosteneffektive Pflege für Personen mit kognitiven Einschränkungen in Tagespflegeeinrichtungen
Methodik
Alle Forschungsfragen adressierten Personen im Alter von mindestes 65 Jahren, die im häuslichen Setting leben. Artikel (1) und (2) basierten auf Daten der populationsbasierten Kooperativen Gesundheitsforschung in der Region Augsburg (KORA)-Altersstudie in Süddeutschland zu t1 (2011/12) und t2 (2016). Artikel (3) analysierte Daten einer randomisiert-kontrollierten Studie mit Wartegruppen-Design von Tagespflegeeinrichtungen in ganz Deutschland. Die Besonderheiten der zugrunde liegenden Daten wurden in jedem Artikel durch adäquate statistische Modelle berücksichtigt:
(1) Potenzielle Determinanten wurden mit Hilfe des Andersen’s Behavioral Model of Health Services Use ausgewählt. Logistische GEE-Modelle („generalized estimating equations models“) identifizierten Determinanten für die Inanspruchnahme informeller und formeller Pflege bei Frauen und Männern zu t1 und t2. Die Determinanten für einen Übergang zu Pflege zwischen t1 und t2 wurden anhand eines longitudinalen, logistischen Regressionsmodells analysiert. Der in Anspruch genommene Pflegeumfang wurde deskriptiv erfasst.
(2) Logistische GEE-Modelle identifizierten die Assoziation von Spazierengehen, Sport und Spazierengehen+Sport mit einer Inanspruchnahme von Pflege zu t1 und t2 in der Gesamtkohorte und stratifiziert nach Frauen und Männern. Der Anteil an Personen, der die empfohlenen Mindestwerte der Nationalen Empfehlungen für Bewegung für Ältere erfüllt, wurde deskriptiv untersucht.
(3) Eine Kosteneffektivitäts-Analyse aus gesamtgesellschaftlicher Perspektive untersuchte die Effekte kognitive Fähigkeiten, die Fähigkeit, die Aktivitäten des täglichen Lebens selbstständig durchzuführen sowie die Kosten. Die Kosteneffektivitäts-Akzeptanz-Kurven und Kosteneffektivitäts-Ebenen wurden durch gleichzeitiges Bootstrapping der inkrementellen Differenzen der Effekt-Parameter und der Kosten ermittelt. Die inkrementellen Differenzen wurden durch Generalisierte Lineare Modelle berechnet.
Ergebnisse
(1) Die Determinanten höheres Alter, Multimorbidität und Behinderung zeigten statistisch signifikante Assoziationen mit einer Inanspruchnahme von Pflege und einem Übergang zu Pflege. Sowohl bei Frauen als auch bei Männern bestand eine statistisch signifikante Assoziation zwischen alleinlebend und der Inanspruchnahme von Pflege. Bei Männern war die Assoziation der Determinante alleinlebend doppelt so hoch wie bei Frauen. Männer nahmen mehr informelle Pflege in Anspruch als Frauen, während Frauen mehr formelle Pflege in Anspruch nahmen als Männer.
(2) Spazierengehen, Sport und Spazierengehen+Sport wiesen alle eine statistisch signifikante Assoziation mit der Nicht-Inanspruchnahme von Pflege auf. In der Gesamtkohorte sowie bei den Männern zeigte Spazierengehen+Sport die stärkste Assoziation; bei Frauen zeigte Sport die stärkste Assoziation.
(3) Die nicht-pharmakologische Intervention wurde als kosteneffektiver Ansatz für Menschen mit kognitiven Einschränkungen ermittelt. Sechs Monate nach Studienbeginn zeigten sich für die Interventionsgruppe bessere Effekt-Parameter und geringere Kosten im Vergleich zur Kontrollgruppe.
Schlussfolgerung
Diese Arbeit gibt einen detaillierten Einblick in die Bedarfe und Ansätze hinsichtlich der Inanspruchnahme von Pflege in der hochrelevanten Subpopulation der im häuslichen Setting lebenden älteren Personen. Um besonders hilfebedürftige Subgruppen erfolgreich zu erreichen, müssen bei der Planung von Ansätzen die ermittelten speziellen Bedarfe von Frauen und Männern, ebenso wie von älteren Menschen mit besonderen Charakteristika, beachtet werden. Solche Ansätze sollten Bewegung und nicht-pharmakologische Interventionen, welche ähnlich zu der in dieser Arbeit analysierten sind, integrieren. Weitere Vorteile dieser Ansätze sind deren Kosten-Effektivität und relativ niedrigen Kosten. Insgesamt unterstützen diese detaillierten Analysen der großen Kohorten, die Pflegetrends erforschen, Gesundheitsfachkräfte und politische Entscheidungsträger*innen dabei, in Deutschland und in Ländern mit vergleichbaren Pflegesystemen den zukünftigen Pflegebedarf präzise zu planen und nachhaltige, bedarfsorientierte Ansätze zu entwickeln. Langfristig wird dies die Bereitstellung einer leicht zugänglichen, wirtschaftlichen und wertvollen Pflege ermöglichen, bei der Altern in Würde im Mittelpunkt steht