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Autoklav

Autoklav

Ein Autoklav ist ein luft- und dampfdicht verschließbarer Druckbehälter. Er wird für verschiedene Anwendungen in unterschiedlichen, jeweils angepassten Ausführungen verwendet.

Technik

Da Autoklaven sehr hohe Drücke aushalten müssen, besitzen sie aus Stabilitätsgründen einen rohr- beziehungsweise zylinderförmigen Aufbau. Zur Bestückung kann ein Ende des Rohres geöffnet werden. Als Anzeigeinstrumente verfügen sie zumindest über Thermometer und Manometer. Die Druckbeaufschlagung erfolgt durch Einleiten von gespanntem Dampf oder Erzeugen von Dampf im Autoklav selbst.

Anwendung

"Autoklavierung"

Es gibt zwei Haupttypen des Autoklavierverfahrens:
- Vakuumverfahren (Entfernung der Luft durch mehrmaliges Evakuieren (Leerpumpen) im Wechsel mit Dampfeinströmungen)
- Strömungs- beziehungsweise Gravitationsverfahren (Luft wird durch Sattdampf verdrängt (Dampfkochtopf-Prinzip).

Sterilisation

Autoklaven dienen vor allem zur Dampfdruck-Sterilisierung von Nährmedien, medizinischen Instrumenten, Operationswäsche, Tupfer u.ä. Solche Autoklaven werden daher manchmal auch als Dampfdruckapparate bezeichnet. Weiterhin werden Autoklaven in der Lebensmittel- und Tierfutterindustrie verwendet, um die entsprechenden Produkte (Suppen, Eintöpfe, Menüschalen usw.) ohne zusätzliche Kühlung lange haltbar zu machen. Eine Sterilisation ist dann notwendig, wenn das Produkt einen pH-Wert von über 4,5 aufweist. Bei niedrigeren pH-Werten (zum Beispiel Obstkonserven) ist eine Pasteurisation (< 100°C) ausreichend. Durch die Sterilisation können selbst Bakteriensporen (insbes. von Clostridium botulinum), die resistenten Dauerformen einiger Bakterien, abgetötet werden. Die Sterilisation ist nicht die garantierte Abtötung aller Keime, sondern die theoretische Wahrscheinlichkeit, dass die Anzahl der Keime auf dem sterilisierten Gegenstand um 6 Zehnerpotenzen (log-Stufen) reduziert wurde, d.h., dass bei einer theoretisch angenommenen Ausgangszahl von 1 Million Keimen nur einer davon die Sterilisation überlebt. Prionen, die Erreger der neuen Variante der Creutzfeldt-Jakob-Krankheit (vCJD), können nur mit einer Sterilisation bei 134 °C und einer Dauer von 18 Minuten zerstört werden. Das Autoklavieren als Sterilisationsmethode wird unter feuchter Hitze durchgeführt. Die Feuchtigkeit lässt vor allem die Sporen der Bakterien quellen, dadurch sind sie weniger resistent als bei trockener Hitze. Die Prozedur gliedert sich in vier Abschnitte. Der erste Abschnitt ist die Steigzeit, hier erreicht der Autoklav selbst die eingestellte Sterilisationstemperatur. Danach beginnt die Ausgleichszeit, nach dieser Zeit erreicht auch das zu sterilisierende Gut an jedem Punkt die nötige Temperatur, dann beginnt die eigentliche Sterilisationsphase (Sterilisationszeit). Welche Dauer gewählt wird, hängt von der Sterilisationstemperatur und den zu zerstörenden Mikroorganismen ab. Für eine erfolgreiche Sterilisation muss die gesamte Innenluft (Atmosphäre) durch Dampf bei 2 atm ersetzt werden. Abschließend wird das Sterilgut durch Vakuumphasen getrocknet. Nur trockene Gegenstände gelten bei Entnahme aus dem Sterilisator als steril.

Dampfhärtung

So genannte dampfgehärtete Baustoffe, zum Beispiel Kalksandstein und Porenbeton, werden in Autoklaven unter Sattdampfatmosphäre bei Temperaturen von etwa 180 bis 210 °C gehärtet.

Faserverbundherstellung

Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Herstellung von Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffen. In diesen Autoklaven werden üblicherweise Drücke von bis zu 10 bar und Temperaturen von bis zu 400 °C erzeugt. Die Druckbeaufschlagung erfolgt mittels Kompressoren. Oft werden auch Druckspeicher verwendet, um auch mit einem kleineren Kompressor bei Bedarf ausreichend Druckluft zur Verfügung zu haben. Der hohe Druck im Inneren wird genutzt, um die einzelnen Laminatschichten zu verpressen. Meist wird das Bauteil gleichzeitig evakuiert, um überschüssige Luft aus dem Verbund zu entfernen. Das Kunstharz im Faserverbund-Bauteil (meist Epoxidharz) wird dann bei hoher Temperatur (100-250 °C, je nach Harz) mehrere Stunden ausgehärtet. Wegen ihrer hohen Anschaffungskosten werden diese Autoklaven vorwiegend in der Hochtechnologie (zum Beispiel Luft- und Raumfahrt oder Motorsport) verwendet. In ihnen kommt hauptsächlich die Prepregtechnologie zur Anwendung.

Sonstige Anwendungsgebiete

Darüber hinaus werden Autoklaven zur Vulkanisation, zur hydrolytischen Spaltung von Fetten (zum Beispiel bei der Seifenherstellung) oder auch in der histologischen Diagnostik (Aufbereitung von histologischen Schnitten) sowie für andere chemische Prozesse eingesetzt und finden Verwendung in der Forschung bei verschiedenen Versuchsaufbauten und/oder Materialtests (zum Beispiel in der Meeresforschung).

Sonderbauformen

Sonderbauformen erlauben es, Drücke bis 7000 bar und Temperaturen von mehr als 650 °C zu erreichen. Kategorie:Dampfkessel Kategorie:Werkzeug ja:オートクレーブ

Druckbehälter

en]] Als Druckbehälter werden all diejenigen Behälter bezeichnet, deren Druck im Inneren - in der Regel - vom Umgebungsdruck / Luftdruck abweicht. Im Gegensatz zu Druckgasbehältern und Transportbehältern nach Verkehrsrecht, in denen Fluide befördert werden, ist der Betrieb von Druckbehälter einem bestimmten Aufstellungsort zugewiesen. Historisch wird noch unterschieden zwischen Dampfkesseln und Druckbehältern. Dampfkessel sind dadurch definiert, dass sie zur Erzeugung von Wasserdampf (Dampfdruck > 0,5 bar) oder Heißwasser (T > 110°C) mittels einer Feuerung, elektrischen Beheizung oder Abhitze eingesetzt werden. Rohrleitungen zum Befördern von Fluiden sind keine Druckbehälter. Druckbehälter sind dadurch definiert, dass ihnen eine bestimmte Funktion zugewiesen ist (Lagern, Filtern, Wärmeübertragung).

Druckgeräterichtlinie

Seit 2002 unterliegen Druckbehälter mit Betriebsdrücken über 0,5 bar (Überdruck) der EG-Richtlinie 97/23/EG (Druckgeräterichtlinie). Sie werden dort als Druckgerät bezeichnet und müssen mit einer Konformitätserklärung (CE-Zeichen) in Verkehr gebracht werden. In Abhängigkeit von dem Gefahrenpotential einer Druckgerätes (Kriterien: maximaler Betriebsdruck, Volumen, gasförmiges oder flüssiges Fluid) werden Druckgeräte in 4 Kategorien eingeteilt. Der Hersteller kann aus unterschiedlichen Konformitätsbewertungsverfahren (Qualitätsmanagementsysteme, Einzelprüfung) wählen, um den Anforderungen der Druckgeräterichtlinie zu genügen. Der Druckbehälter erhält ein Herstellschild, auf dem die individuelle Herstellnummer sowie die Betriebsdaten und das CE-Zeichen aufgeführt sind. Der Hersteller muss eine Gefahrenanalyse erstellen und eine Betriebsanleitung mit den Angabe von Einsatzbedingugnen und Restgefahren an den Verwender weiterleiten. Anforderungen an die Aufstellung und Prüfung von Druckbehältern sind in der nationalen Betriebssicherheitsverordnung spezifiziert.

Druckbehälterarten

Betriebssicherheitsverordnung] Druckbehälter können in Bezug auf die Funktion wie folgt eingeteilt werden:
- Lagerbehälter für Gase (Flüssiggaslagerbehälter, verflüssigte tiefkalt gelagerte Gase),
- Druckluftbehälter,
- Silos mit Druckluftbeaufschlagung zur pneumatischen Förderung von körnigen Gütern (Silobehälter auf LKW),
- Druckspeicherbehälter (Hydraulikspeicher, Membranausdehnungsbehälter),
- Erhitzer in einer Thermalölanlage,
- Abscheider, Sammler, Filter (Waserabscheider),
- Wärmetauscher (Kondensatoren, Verflüssiger),
- Verfahrenstechnische Behälter und Appparate (Rührwerksbehälter, Kolonnen),
- beheizte oder gekühlte Druckbehälter als Bestandteil einer Anlage (z.B. dampfbeheizte Zylinder in der Papierherstellung, Plattenfroster) Die Konstruktion und Dimensionierung von Druckbehältern wird in verschiedenen Regelwerken beschrieben. Die Druckgeräterichtinie lässt die Wahl des anzuwendenden Regelwerkes frei. In Deutschland wird meisten das AD-Regelwerk (AD-2000) angewandt; andere Regelwerke aus EG-Staaten dürfen ebenfalls verwendet werden (ASME, CODAP).

Betriebssicherheitsverordnung

Nach der Betriebssicherheitsverordnung (früher Druckbehälterverordnung) müssen Druckbehälter einer Prüfung vor Inbetriebnahme und wiederkehrenden Prüfungen (äußere, innere Prüfung, Druckprüfung) unterzogen werden. Diese Prüfung können bei kleineren Behältern (abhängig vom zulässigen Betriebsdruck und dem Behältervolumen) von einer befähigten Person; bei Behältern mit höherem Gefahrenpotenzial von einer zugelassenen Überwachungsstelle durchgeführt werden.

Ausrüstungsteile mit Sicherheitsfunktion

Druckbehälter müssen mit Ausrüstungsteilen mit Sicherheitsfunktion ausgerüstet werden, um den Behälter vor unzulässigen Betriebsbedingungen (Überschreitung des Auslegungsdrucks oder -temperatur) zu schützen. Ausrüstungsteile mit Sicherheitsfunktion sind:
- Sicherheitsventil (Druckentlastung in die Umgebung oder in ein Auffangsystem),
- Berstscheibe (Druckentlastung meist bei großen abzuführenden Massenströmen oder Einsatz bei geringen Ansprechdrücken),
- Druckbegrenzer (Abschalten des Druckerzeugers, z.B. Verdichter, Beheizung),
- Temperaturbegrenzer (Abschalten der Heizquelle),
- Flüssigkeitsmangelsicherung (bei befeuerten Druckbehälter als Schutz vor Überhitzung),
- Überfüllsicherung (Sicherstellung eines Gaspolsters über einem Flüssigkeitsstand zur Vermeidung eines Überdrucks durch thermische Flüssigkeitsausdehnung),
- Vakuumbrecher (Schutz vor äußerem Überdruck),
- Sonderanwendungen in der Verfahrenstechnik (Reaktionsblocker bei heftigen exothermen Reaktionen in einem Druckbehälter, Laufüberwachung eines Rührwerks um gleichmäßigen Reaktionsverlauf in einem Reaktor sicherzustellen).
- Wasserberieselungseinrichtungen (äußere Wärmezufuhr zur Kühlung z.B. im Brandfall). Wenn der Behälter mit der sicherheitstechnischen Ausrüstung von einem Hersteller als funktionelle Einheit in Verkehr gebracht wird, wird dies als Baugruppe bezeichnet. Er muss für diese Baugruppe eine Konformitätserklärung erstellen und die Einsatzgrenzen in der Betriebsanleitung beschreiben.

Betreiberverantwortung

Der Betreiber einer Druckbehälteranlage muss den sicheren Betrieb gewährleisten. Er muss eine Gefährdungsbeurteilung erstellen und Maßnahmen zur Vermeidung vor Gefährdungen vorsehen. Dies können sein:
- äußere Schutz des Behälters (Anfahrschutz),
- Zutrittsverbote,
- Warnschilder,
- Gebotsschilder (Tragen persönlicher Schutzausrüstung),
- Schulung und Unterweisung der Mitarbeiter,
- Verwendung nur zugelassener Ersatzteile (Dichtungen, Schrauben),
- regelmäßige Dichtheitsprüfungen bei Verwendung gefährlicher Fluide,
- regelmäßige Entwässerung von Druckluftbehältern,
- regelmäßige Kontrolle des Behälters aus Schäden,
- Funktionsprüfung der sicherheitstechnischen Ausrüstung,
- Schutz vor dem Berühren heißer Oberflächen,
- Notfallübungen ggf. mit externen Stellen (Feuerwehr),
- Regelmäßige Wartung. Die als notwendig ermittelten Maßnahmen werden in einer Betriebsanweisung aufgenommen.

Gefährdungen

Die Gefährdung durch Druckbehälter geht von der gespeicherten Energie in dem unter Druck stehenden Fluid aus. Die Energie ist die aufgebrachte Volumenänderungsarbeit, die von der Fluideigenschaft, dem Volumen des Behälters und dem Druck abhängt. Da die Kompressibilität (Formelzeichen: κ oder χ) von Flüssigkeiten gering ist, ist die gespeicherte Energie in Behältern mit Flüssigkeiten ohne Gaspolster gering. Das Gefahrenpotential ist gering, und die Anforderungen an diese Druckbehälter nach der Druckgeräterichtlinie und Betriebssicherheitsverordnung sind geringer. Bei sehr hohen Drücken (p > 100 bar) muss aber die Gefährdung bei Undichtigkeiten durch Flüssigkeitsstrahlen mit sehr hoher Geschwindigkeit berücksichtigt werden. Dagegen ist in Druckbehälter, die mit Gasen oder druckverflüssigten Gasen (Flüssigkeiten, die über den atmosphärischen Siedepunkt erhitzt sind), eine erhebliche Energie gespeichert. Bei druckverflüssigten Gasen, z.B. Heißwasser mit T > 100°C, Kältemitteln, Flüssiggasen ist bei dem Bersten eines Druckbehälters noch die Nachverdampfung der überhitzten Flüssigkeit zu berücksichtigen. Ist ein Druckbehälter erheblich in seiner Festigkeit geschädigt und führt dies im Betrieb zu einem wanddurchgreifenden Riss, dann treten an diesen Rissstellen erhebliche Spannungsspitzen auf, die zu einem weiteren Aufreißen des Behälters führen. Dieses Aufreißen kann dazu führen, dass der Behälter durch den austretenden Gasimpuls raketenartig mehrere zig- bis hundert Meter fortgeschleudert wird. Ferner treten erheblich Gefährdungen durch weggeschleuderte Trümmerteile auf. Beim Bersten größerer Behälter kommt es bei einer Aufstellung in Räumen zu Druckspitzen, die zu einer erhebliche Gebäudebeschädigung führen können. Weiter Gefährdungen, die ggf. zu berücksichtigen sind:
- Wegschleudern von ungesicherten Schnellschlüssen, die unter Druck geöffnet werden können,
- Freisetzung giftiger Fluide,
- Austreten heißer Fluide,
- Austreten druckverflüssigter Gase (Kälteverbrennungen),
- Bersten durch äußeren Überdruck, falls dieser Betriebsfall in der Auslegung nicht berücksichtigt wurde (Implosion),
- Bildung einer explosionsionsfähigen Atmosphäre,
- Dampfschläge bei der Entspannung von überhitzten Flüssigkeiten (spontanes Verdampfen) mit der Gefahr des Aufreißens von drucktragenden Verbindungen,
- Schneller Druckanstieg bei exothermer Reaktionen,
- Tieftemperaturversprödung bei unzulässig tiefen Temperaturen,
- Quetschungen durch bewegte Teile

Schäden an Druckbehältern

Schäden an Druckbehälter können durch mangelhafte Herstellung und / oder in Verbindung mit schädigenden Betriebsbedingungen auftreten. Soweit die Schädigung der Wandung lokal auftritt, kann dies z.B. bei einer Durchrostung zu einer Leckage führen. Solange die Wandungen neben einem lokal begrenzten Schadensbereich noch ausreichende Festigkeit aufweisen, führt eine Leckage nicht zu schlagartigen Risswachstum. Ist der geschädigte Bereich aber ausgedehnt, dann kann bei Unterschreitung der kritischen Schwelle der Riss schlagartig weiter wachsen, mit der Folge, dass der Behälter großflächig aufreißt. Dieses wird als Bersten bezeichnet. Wenn der Behälter mit kompressibelen Fluiden beaufschlagt ist, dann wird in Sekundenbruchteilen eine erhbliche Energie frei, die den Behälter beschleunigt und ggf. bilden abgrissene Bruchteile der Wandung gefährliche Geschosse.

Außenkorrosion

Die Korrosionen der äußeren Wandung kann durch eine aggressive Atmosphäre ausgelöst werden; z. B. Seewasser, halogenhaltige Reinigungsmittel oder durch säurebildende Gase. Behälter, deren Wandungen kälter sind als die Umgebungstemperatur, sind durch Außekorrosion gefährdet. Insbesondere bei schwarzen Behältern muss auf einen ausreichenden Korrosionsschutz und mänglefreie Ausführung des Dampfbremse geachtet werden. Mit Bersten wird das plötzliche, schlagartige Versagen eines Druckbehälters bezeichnet. Gründe hierfür können sein:
- absichtliches Beaufschlagen des Behälters mit dem sogenannten Berstdruck im Rahmen einer sicheren (Behälter wird mit Wasser gefüllt) Zerstörungsprüfung
- Durchrostung des unter Betriebsdruck stehenden Druckbehälters. Die Dimensionierung der Wandstärke eines Druckbehälters enthält einen Wandstärkezuschlag, den sogenannten Korrosionszuschlag
- äußere mechanische Gewalteinwirkung, der der Druckbehälter nicht standhält.
Beispiel: Treibgastank eines PKW bei Verkehrsunfall.
- thermischer Einfluss. Durch Erhitzung (Feuer, Brandschaden) oder auch nur durch Sonneneinstrahlung erwärmt sich das im Inneren des Behälters befindliche Medium. Die Wärmeausdehnung führt zu einem Druckanstieg über den Berstdruck.
- Vorausgegangenes Versagen verschiedener Sicherheitseinrichtungen. Nichtansprechen des Sicherheitsventils, Überdruckventils
- menschliches Versagen Kategorie:Behälter Kategorie:Gastechnik

Manometer

Druckmessgerät ist die Bezeichnung für eine Messeinrichtung zum Erfassen und Anzeigen des physikalischen Druckes eines Mediums (Flüssigkeit, Gas). Messgeräte zur Bestimmung des Gasdrucks in einem Vakuum nennt man Vakuummeter. Es gibt viele verschiedene Arten Druckmessgeräte, eine davon ist das Manometer ein analoges, rundes Zeigerinstrument. Es handelt sich hierbei um ein sogenanntes "Deformationsmessgerät", das Medium strömt in eine abgeschlossene Kammer und verformt eine Feder (ein gebogenes Rohr, eine Membrane...) die Größe der Bewegung, also der Federweg wird durch eine Mechanik in eine Drehbewegung umgesetzt, mit der der Zeiger dann bewegt wird. Der Begriff "Manometer" kommt aus dem griechischen manos = wacklig. Zur Bestimmung des Auflagendrucks wird die Definition des Druckes benutzt und auf eine Kraftmessung zurückgeführt. Es eignen sich somit sämtliche Messverfahren die auch für die Kraft- und Gewichtsmessung verwendet werden, wie Piezoelektrische Sensoren, Dehnungsmessstreifen aber auch Druckwaagen. Zur Bestimmung des Luftdruckes (siehe Barometer und Luftdruckmessung in der Luftfahrt) werden in der Regel Relativdruckmessgeräte eingesetzt, die den Druck gegenüber einem Referenzdruck messen. Dieser Druckunterschied führt wieder zu einer Kraft, die auf eine Fläche (meist eine Membran) ausgeübt wird und wieder mit Kraftmessung bestimmt werden können. Daneben existieren noch Absolutdruck-Messgeräte, die über andere physikalische Zusammenhänge den Druck in einem Volumen bestimmen. Diese werden insbesondere zur Vakuummessung eingesetzt:
- Pirani-Druckmessgerät, bestimmt den Absolutdruck anhand des Wärmetransportes des Gases. Piranimeter werden allerdings nur im Hochvakuumbereich eingesetzt (<1 mbar), größere Messbereiche werden auch hier mit Manometern, sog. Absolutdruckmanometern realisiert.
- Ionen-Druckmessgerät, bestimmt den Absolutdruck anhand der Ionisierfähigkeit des Gases
- Viskositätsmanometer, bestimmt den Absolutdruck anhand der Reibung eines Körpers im Gas.
- McLeod-Manometer, misst niedrige Drücke durch Kompression einer Portion Gas auf ein definiertes Volumen. Auch unsere Trommelfelle, die zu unserem Gehör gehören, sind Sensoren, die nur für Druck (Schallwechseldruck) empfindlich sind; desgleichen auch die Schalldruckempfänger, die Mikrofone mit der Richtcharakteristik Kugel. Siehe auch: Finimeter, Manometrische Saughöhe, Manometrie, Membranmanometer, Barorezeptoren Kategorie:Messgerät

Schnellkochtopf

Der Drucktopf oder Schnellkochtopf ist ein Kochtopf, in dem Gerichte unter erhöhtem Druck und damit mit Temperaturen über 100 °C gegart werden, wodurch sich die Kochzeit reduziert.

Aufbau

Der Drucktopf gleicht einem normalen Kochtopf, mit der Ausnahme, dass der Rand stärker nach außen gebogen ist und häufig Aussparungen aufweist. Der Deckel weist einen ausgeprägten Rand auf, in welchen ein Gummiring eingelegt wird. Außerdem besitzt der Deckel ein Sicherheitsventil zur Begrenzung des Drucks. Daher kommt auch der Name Siko oder Sicherheitskochtopf, wie der Schnellkochtopf auch zum Teil genannt wird. Bei neueren Drucktöpfen ist das Ventil im Deckel integriert, bei älteren dagegen wird es eingeschraubt. In der Regel besitzt das Sicherheitsventil einen unter Druck aufsteigenden Stift, auf dem zur Anzeige des Drucks zwei Ringe aufgezeichnet sind. Für viele Drucktöpfe gibt es einen Siebeinsatz zum Garen von Gerichten, die nicht direkt mit Kochwasser in Berührung kommen sollen. Beim Schnellkochtopf ist das eigentliche Kochgefäß über einen Verschlussmechanismus (Bajonettverschluss) mit dem Deckel und einer Dichtung hermetisch verschlossen. Durch den daraus folgenden (Wasserdampf-)Druckaufbau ist es möglich, eine höhere Temperatur als normal zum Kochen zu erreichen und dadurch die Garzeiten zu verkürzen. Üblicherweise herrscht bei Betrieb im Topf circa 1 bar (100 kPa) Überdruck; das ist nicht besonders viel und dient lediglich dazu, die Siedetemperatur des Kochwassers zu erhöhen, auf etwa 120 °C. Erst dadurch bekommt man die kürzeren Kochzeiten. Mit dem Schnellkochtopf können auch in alpinen Gegenden, in denen Wasser unter normalen Bedingungen nicht auf 100 °C erhitzt werden kann, "Flachlandgerichte" gekocht werden. Ein Schnellkochtopf ist also ein Druckgefäß, das geprüft werden muss (etwa beim TÜV), bevor es in den Handel gebracht werden darf. Gegen die grundsätzlich unter Druck bestehende Explosionsgefahr hat ein Schnellkochtopf neben dem Regelventil immer ein Sicherheitsventil, das eventuellen Überdruck sicher abbauen kann. Eine Druckanzeige ist vom Prinzip her nicht zwingend notwendig, da aber die notwendige Druckregelung mit einfachsten Mitteln eine Anzeige hergibt, ist sie mit eingebaut. Meistens ist diese ein Stäbchen, das je nach Druck mehr oder weniger weit aus dem Deckel heraussteht. So ist die minimal notwendige Wärmezufuhr zum Druckerhalt leicht einzustellen. Die Druckanzeige besitzt meist zwei Stufen. Die zweite (höhere) Stufe ist die Normale, mit der die Zubereitungszeiten um etwa 50–70 % gesenkt werden, bei oben genanntem höheren Druck und höherer Temperatur. Für darauf empfindlich reagierende Lebensmittel ist die erste Stufe zu verwenden, bei der der Garvorgang etwas länger dauert, aber immer noch schneller als im üblichen Topf ist. Blumenkohlröschen auf 'Normal' (3–3,5 Minuten) sind kaum a point zu bekommen, auf Stufe eins ist der richtige Garzeitpunkt einfacher zu stoppen.

Anwendung

Zusätzlich zum Kochgut (Braten, Pellkartoffeln, Früchte zum Entsaften, ...) wird eine bestimmte Mindestmenge Wasser in den Topf gegeben, und der Deckel luftdicht verschlossen. Beim Erhitzen verdampft ein Teil des Wassers, und der Druck im Topf steigt. Vor dem Öffnen eines Drucktopfes muss zuerst der Druck abgebaut werden, entweder über das Ventil (Schnellentlüftung) oder durch Erkalten. Die Schnellentlüftung eignet sich nur für feste Speisen: flüssige Speisen würden verspritzen; Kartoffeln zerplatzen bei Schnellentlüftung. Der hauptsächliche Vorteil des Schnellkochtopfes ist neben der Zeitersparnis die Energieersparnis, die nicht nur durch die kürzere Zeit, sondern auch durch geringere Wärmeverluste (entweichender heißer Dampf) erzielt wird. Der Topf soll möglichst schnell seine Endtemperatur erreichen und diese dann für die Kochzeit möglichst konstant halten. Vor dem Öffnen muss der Druck im Topf wieder abgebaut werden. Wird lediglich die Wärmezufuhr abgestellt, hält sich der Druck und die Temperatur noch relativ lange und verlängert die Garzeit, was zuviel sein kann. Dieser Effekt lässt sich mit viel Übung zur weiteren Energieersparnis ausnutzen. Wird der Topf unter fließendem kalten Wasser abgeschreckt, wird der enthaltene Dampf sehr schnell abgekühlt, das Gargut bleibt annähernd auf Temperatur. Kartoffeln jedoch platzen bei diesem Druckabbau. In diesen Fällen ist langsamer Druckabbau angesagt, für den die meisten neueren Töpfe spezielle Handventile (Schieber, Hebel, o. s.), meist kombiniert mit der Verschlusssicherung, haben. Damit können Dampf und Druck langsam entlassen werden.

Geschichte

Denis Papin (1647-1712) erfand 1679 den Dampfdruckkochtopf, wie der Schnellkochtopf besser heißen würde. Allerdings wurde auch schon im ausgehenden 2. Jahrhundert in Alexandria mit einer Art Dampfkochtopf gekocht.

Weblinks

- [http://www.hann-muenden.net/spontan/papinbio.htm Kurzbiografie Denis Papin]
- [http://www.angelablohberger.de/schnellkochtopf.htm Garzeiten im Schnellkochtopf] Kategorie:Küchengerät ja:圧力鍋

Sterilisierung

Bei der Sterilisierung eines Produktes, Gerätes oder einer Lösung werden (im Idealfall) alle enthaltenen Mikroorganismen und deren Sporen abgetötet, sowie Viren, Plasmide und andere DNA-Fragmente zerstört. In der technischen Abgrenzung zur Desinfektion wird bei der Sterilisation um eine Größenordnung höher abgetötet/ inaktiviert. Es muss also auf höchstens 10^-6 keimbildende Einheiten reduziert werden, soll heißen: Von einer Million Keimen überlebt maximal einer. Man unterscheidet folgende Methoden:

Fraktionierte Sterilisation

Die Fraktionierte Sterilisation wird auch Tyndallisierung genannt: die zu sterilisierenden Geräte werden an mehreren aufeinanderfolgenden Tagen mehrfach erhitzt, dazwischen werden sie zur Sporenauskeimung bebrütet.

Heißdampf-Sterilisation

Dampfsterilisation wird auch Autoklavieren genannt, sie ist das Standardverfahren in den meisten Labors und bedeutet eine Erhitzung auf 121 bis 134 °C bei 2 bar für 15-20 Minuten, beispielsweise in einem Autoklav, siehe auch Sterilisator.

Heißluftsterilisation (Trockene Hitze)

- Das Ausglühen von metallischen Gegenständen durch Rotglut, etwa 500 °C, ist gebräuchlich bei mikrobiologischen Arbeiten.
- Das Abflammen (Flambieren) ist ein kurzes Ziehen des Gegenstandes durch eine Flamme.
- Heißluftsterilisation für Glas, Metalle, Porzellan ("backen"), bei
- 180 °C mindestens 30 Min.
- 170 °C mindestens 60 Min.
- 160 °C mindestens 120 Min. Geräte, die hierfür benutzt werden, heißen
- Heißluft-Sterilisationsschrank
- Heißluft-Sterilisationstunnel
- konventionelle Heizung, 240-320 °C
- eingedüste Heißluft, 300-400 °C
- Laminar-Flow-Heißluft

Nassaseptik

Die Abtötung der Mikroorganismen erfolgt durch Chemikalien, welche in flüssiger Form auf die zu sterilisierenden Gegenstände aufgebracht werden. Zum Beispiel in der Getränketechnologie im Einsatz sind Verfahren, welche mit Wasserstoffperoxid bzw. Peressigsäure funktionieren. Ein kritischer Parameter bei allen nassaseptischen Verfahren ist die Temperatur der sterilisierenden Lösung. In der Regel kann über höhere Temperatur die zur Sterilisation nötige Einwirkzeit drastisch verkürzt werden. Um die Chemikalien vom sterilisierten Objekt zu entfernen wird typischerweise anschließend ein Waschvorgang mit sterilem Wasser vorgenommen.

Strahlensterilisation

Sterilisation mit Ionisierender Strahlung: entweder mit UV-Licht, Elektronenbeschuss, Röntgen- oder Gammastrahlung.

Plasmasterilisation

Die sterilisierende Wirkung von Plasmen ist wissenschaftlich in einer Vielzahl von Untersuchungen prinzipiell nachgewiesen. Dies gilt für Niederdruckentladungen angeregt durch Hochfrequenz oder Mikrowelle bis hin zu Normaldruckentladungen. Die sterilisierende Wirkung ist dabei einerseits auf die im Plasma generierte UV-Strahlung andererseits auf die Bildung chemisch aggressiver Substanzen (freie Radikale) sowie den Beschuss der Mikrooganismen mit Ionen zurückzuführen. Trotz der prinzipiellen Eignung sind in der industriellen Realität Plasmaverfahren kaum verbreitet. Entsprechende kommerzielle Systeme die zur Sterilisation von medizinischen Gerätschaften eingesetzt werden, und Plasmageneratoren enthalten, verwenden als Reagenz dampfförmiges Wasserstoffperoxid so dass die Sterilisationswirkung in nennenswertem Umfang auf eine Gasphasensterilisation zurückgeht.

Gassterilisation

Gassterilisation erfolgt beispielsweise mit Formaldehyd, Ethylenoxid, Ozon oder Wasserstoffperoxid.

Sterilfiltration

Sterilfiltration ist Sterilisierung mittels einer Membran (Porenweite 0,22 µm). Nur kleine Moleküle können die Membran passieren, größere Partikel wie zum Beispiel Bakterienzellen werden zurückgehalten. Sterilfiltration wird oftmals zur Sterilisierung hitzeempfindlicher Lösungen, beispielsweise serumhaltiger Gewebekulturlösungen, eingesetzt. Hauptanwendungen sind die Sterilfiltration von wässrigen Lösungen, hitzeempfindliche Nährlösungen, Vitaminlösungen, Seren, Virusimpfstoffen, Plasmafraktionen und Proteinen. Zur Entfernung von Endo- Toxinen werden Aktivkohlefilter vor der Sterilfiltration verwendet, um zu verhindern, das pyrogene in das Produkt gelangen wird eine vorherige Tiefenfiltration (z.B. mit einem Faserfilter) empfohlen. Kategorie:Hygiene ja:殺菌

Nährmedien

]] Ein Nährmedium, auch als Substrat bezeichnet, dient zur Züchtung von Mikroorganismen und Gewebekulturen. Man unterscheidet zwischen flüssigen (Bouillon bzw. Nährbouillon) und festen Nährmedien (Nährboden).

Anwendung

Flüssige Nährmedien werden eingesetzt
- für biotechnologische Produktionsverfahren (siehe Bioreaktor)
- zur Kultivierung von Zellkulturen und Mikroorganismen zu Forschungszwecken
- zur Züchtung von lebendem Gewebe für den medizinischen Einsatz (z.B. Hauttransplantationen)
- für den Nachweis oder zur Voranreicherung von Mikroorganismen Feste Nährmedien werden vor allem zu Analysezwecken verwendet, denn sie ermöglichen auch eine quantitative Bestimmung: Da sich die sich vermehrenden Mikroorganismen nicht frei im Medium verteilen können, bildet sich um jeden Ausgangskeim ein sichtbarer Punkt bzw. Fleck. Die Anzahl dieser KbE (Koloniebildende Einheit, auch cfu - colony forming units) entspricht der ursprünglichen Anzahl von Keimen, ausgehend vom Volumen ersten Keimsuspension.

Zusammensetzung und Herstellung

Die Grundzusammensetzung eines Nährmediums besteht meist aus einem Hauptanteil Wasser, sowie einer für den jeweiligen Organismus verwertbaren Energiequelle (Licht,organische Substanzen,Schwefel,...), einer Kohlenstoff und eine Stickstoffquelle enthalten(organisch oder anorganisch), sowie andere essentielle Nährstoffe und Spurenelemente. Die Nährstoffe werden auch Substrate genannt und sind in den meisten Fällen Zucker, Proteine und Fettsäuren. Nährsalze liefern für dem Organismus lebenswichtige Ionen und Moleküle, wie z.B. Ammonium, Kalium, Natrium, Phosphat, Sulfat sowie Spurenelemente. Daneben können noch enthalten sein:
- Puffersubstanzen - Um den pH-Wert zu stabilisieren
- Indikatoren um Änderungen anzuzeigen, wie z.B. beim pH-Wert. Aber auch um gewisse Stoffwechselprodukte Stoffwechselaktivitäten zu detektieren.
- Farbstoffe bzw. deren Vorstufen (Mikroskopiefarbstoffe, chromogene Substrate)
- Hemmstoffe (Antibiotika) und selektive Agentien, um das Wachstum unerwünschter Keime zu verhindern (z.B. Chloramphenicol für Hefen/Schimmel-Nährböden)
- Wachstumshilfstoffe (Hormone, Vitamine etc.)
- Verdickungsmittel, wie Agar-Agar oder (seltener) Gelatine Zur Herstellung eines Nährmediums werden die Nähr- und Zusatzstoffe gemäß einer Rezeptur zusammengemischt und in demineralisiertem Wasser (ev. unter strömendem Dampf) gelöst. Anschließend erfolgt die Sterilisierung (meist im Autoklav). Zusatzsstoffe, die durch die Sterilisierung zerstört würden, können anschließend über einen Sterilfilter zugegeben werden.

Arten

Es gibt Festmedien und Flüssigmedien. Beide zielen auf unterschiedliche Anwendungsgebiete ab, bei Festmedien steht die Analyse der jeweiligen Bakterien im Vordergrund, bei Flüssigmedien oft die Züchtung von größeren Mengen. Die Zusammensetzungen des Nährmediums, sowie die Kulturbedingungen richten sich hier jeweils nach dem zu kultivierenden Bakterienstamm. Grundsätzlich gibt es zwei verschiedene Arten von Kulturmedien:
- definierte Medien :Sie beinhalten eine genau bestimmte Anzahl und Menge an Inhaltsstoffen, die chemisch aufgereingt werden um Spuren von anderen Substanzen auszuschließen. Sie dienen häufig zur Selektion des Wachstums bestimmter Mikroorganismen.
- komplexe Medien :Sie bestehen aus Nährstoffen deren Inhalte nicht chemisch bestimmt sind, wie zb: Rindfleisch, Casein, Hefeextrakt. Sie werden am Häufigsten verwendet und erlauben das Wachstum fast aller Mikroorganismen.
- minimal Medien :Sie sind eine Sonderform der definierten Medien und beinhalten nur die minimalst nötigen Substanzen für das Wachstum der Mikroorganismen, sie können auch als Selektivmedium dienen. Man verwendet Medien auch um anhand bestimmter Eigenschaften von Bakterien diese zu Selektieren, hier gibt es zwei Ansätze: Sterilfilter - Eine Kombination aus Selektiv und Differentialmedium]]
- Selektivmedium :Erlaubt nur das Wachstum von bestimmten Mikroorganismen, die besondere Eigenschaften aufweisen um im Medium zu überleben. Ein Beispiel sind Medien die mit Antibiotika angereichert sind, in Ihnen können nun nur solche Mikroorganismen wachsen, welche auch Resistenzen gegen das verwendete Antibiotikum tragen.
- Differentialmedium :Erlaubt das Wachstum von allen eingesetzten Mikroorganismen. Sie sind jedoch so zusammengesetzt, daß sich Kolonien bilden die durch Besitz bestimmter Eigenschaften sich von anderen Unterscheiden. So können mit Blutagar Stämme identifiziert werden, die zur Hämolyse fähig sind. Ein bekanntes Medium, das beide dieser Prinzipien vereint ist der MacKonkey-Agar. Er enthält Gallensalze und Kristallviolett und verhindert somit das Wachstum von Gram-positiven Bakterien und wirkt so als Selektivmedium. Für seine Wirkung als Differentialmedium ist Laktose und Neutralrot enthalten, so können Laktose fermentierende Bakterien anhand eines Farbumschlages des Neutralrotes als pH-Indikator identifiziert werden.

Liste der Nährmedia

Die Zusammensetzungen der Medien wird nach Anwendungsgebiet und dem zu kultivierenden Mikroorganismen ausgewählt, hier sind einige der bekanntesten Aufgeführt.
- LB-Medium
- MacConkey-Agar
- Minimalmedium 9
- Blutagar
- Brilliantgrün-Galle-Laktose Bouillon
- Fleischwasser
- Kochblutagar
- Nähragar
- YPD - Medium
- 2x TY-Medium
- D-MEM (Dulbecco's Modified Eagle's Medium)
- RPMI Kategorie:Mikrobiologie

Lebensmittelindustrie

Unter Lebensmittelindustrie oder auch Ernährungsindustrie versteht man die Gesamtheit der Firmen, die Lebensmittel herstellen oder verarbeiten. In Deutschland haben sich wichtige Firmen und Organisationen der Lebensmittelindustrie in der Bundesvereinigung der deutschen Ernährungsindustrie (BVE) organisiert. Nach Angaben dieses Verbandes sind in Deutschland 5.880 Unternehmen mit über einer halben Million Beschäftigten in der Lebensmittelindustrie tätig. Der Umsatz betrug im Jahr 2004 rund 130 Milliarden Euro, davon 21,6 % für den Export. In der Schweiz haben sich die Firmen der Lebensmittelindustrie in der Föderation der Schweizerischen Nahrungsmittel-Industrien (fial) organisiert. Die Nahrungsmittelindustrie in der Schweiz besteht aus etwa 200 Unternehmen, die in 250 Produktionsbetrieben etwa 33.000 Menschen beschäftigen. Der Gesamtumsatz von 13 Milliarden Schweizer Franken (ca. 8.5 Milliarden Euro) teilt sich auf in 2 Milliarden Franken Exporte und 11 Milliarden Inlandverkäufe. Auf europäischer Ebene wird die Lebensmittelindustrie u. a. durch den Europäischen Verband der Lebensmittelindustrie (CIAA) vertreten.

Einige Exponenten der Lebensmittelindustrie

- Danone (frz. Nahrungsmittelkonzern)
- Dr.Oetker (Holding)
- Givaudan (Aromenhersteller)
- Kraft Foods (Nahrungsmittelkonzern aus der Altria-Gruppe)
- Nestlé (größter Nahrungsmittelhersteller der Welt)
- Procter&Gamble (Nahrungsmittelkonzern)
- Unilever (Markenkonzern)
- Symrise (Aromenhersteller)
- Wild (Aromenhersteller)

Weblinks

- [http://www.bve-online.de BVE]
- [http://www.ciaa.be CIAA]
- [http://www.lebensmittel-verzeichnis.de Webkatalog der Lebensmittelindustrie] Kategorie:Lebensmittelindustrie

PH-Wert

Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der Oxoniumionenkonzentration und damit ein Maß für die Stärke der sauren bzw. basischen Wirkung einer Lösung. Der Begriff leitet sich von pondus Hydrogenii oder potentia Hydrogenii (lat. pondus = Gewicht; potentia = Kraft; hydrogenium = Wasserstoff) ab.
- pH <7 entspricht einer sauren Lösung
- pH 7 entspricht einer neutralen Lösung
- pH >7 entspricht einer alkalischen Lösung Genau bestimmt werden kann der pH-Wert mit Hilfe von bestimmten Messgeräten (pH-Elektrode) oder ungefähr mit einem Universal-Indikator und dem Vergleich mit einer Farbskala.

Beispiele für verschiedene pH-Werte

Bild:PH-Skala-Unviersalindikator mit Beispielen.png

Exakte Definition des pH im wässrigen Milieu

Die Definition: Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der Protonenkonzentration. bzw.

pH = -log_ \ c(H^+)

; Einheit: [1] genügt normalerweise, das Wesen des pH gedanklich zu erfassen. Wer sich jedoch etwas genauer damit befasst, benötigt drei kleine Korrekturen dieser Definition. Dies sind:
- Das Oxonium- bzw. Hydroniumion H⁺ • H₂O ≡ H₃O⁺ (Oxoniumion) H₃O⁺ • 3 H₂O ≡ H₉O₄⁺ (Hydroniumion)
- Die Aktivität pH = -log₁₀ a(H₃O⁺) a = f • c (a: Aktivität; f: Aktivitätskoeffizient) 0 < f < 1 (Ausnahmen: f > 1) daraus folgt a < c Vereinbarung für verdünnte Lösungen: a = c und f = 1, da Werte sehr ähnlich sind.
- Die Einheit

pH = -\log_ \ a(H_3O^+)

; Einheit: [mol/L] (ist unsinnig!) Richtig:

pH = -\log \frac

Einheit:

\left [-\log_ \frac = 1 \right ]

definitionsgemäße Vereinbarung: a(H₂O) = 1 mol/L (eigentlich jedoch 55,34 mol/L!) Daraus folgt die allgemein bekannte Vereinfachung zu

-\log\ c(H_3O^+)

mit der Einheit [1]. Aus a – c folgende korrigierte verbale Definition: Der pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus des Verhältnisses aus Aktivität der Hydroniumionen zur Aktivität von einem Mol Wasser. Und als Formel:

pH = -\log \frac

Zusammenhang mit Säuren und Basen

Werden Säuren oder Basen in Wasser gelöst, geben diese durch die Dissoziation Wasserstoffionen ab und verändern dadurch den pH-Wert. Damit wird der pH-Wert zu einem Maß der Menge an Säuren und Basen in einer Lösung. Je nach Stärke der Säure oder Base dissoziiert sie zu einem größeren Anteil und verändert somit den pH-Wert drastischer. Wie schon erwähnt, gibt man pH-Werte zwischen 0 (stark sauer) und 14 (stark alkalisch) an. Wie allerdings aus der Definition hervorgeht, kann er theoretisch bei sehr starken Basen auch größer als 14 und bei sehr starken Säuren auch kleiner als 0 sein. In der Praxis hat dies allerdings keine Bedeutung, da sich solche pH-Werte mit handelsüblichen Messgeräten nicht mehr messen lassen. Eine besondere Bedeutung haben Lösungen schwacher Säuren und Basen mit einem pH Wert nahe ihrer Säurekonstante. Sie dienen als sogenannte Pufferlösungen. Der pH-Wert solcher Pufferlösungen ändert sich bei Zugabe von Säuren und Basen in Abhängigkeit von der Pufferkapazität nur gering. Eine Aufnahme von einer Säure erfolgt beispielsweise auch dadurch, dass Kohlenstoffdioxid sehr gut in Wasser löslich ist. Lässt man Wasser an der Luft stehen, nimmt es aufgrund der sich durch Lösen von Kohlenstoffdioxid bildenden Kohlensäure einen pH-Wert von etwa 5 an. Dieser pH-Wert gilt als dermatologisch neutral.

Berechnung des pH-Wertes bei bekannter Konzentration an Säuren und Basen

Der pH-Wert Wert lässt sich bei bekannter Konzentration an Säuren und Basen in einer wässrigen Lösung auch berechnen. So entspricht der pH-Wert starker Säuren den negativen Dekadischen Logarithmus der Konzentration der Säure, da man davon ausgeht, dass die Konzentration der Säure der der Oxoniumionen entspricht und die Autoprotolyse des Wassers außer Acht lässt. Der pH-Wert von schwachen Säuren ist die Hälfte der Differenz von pKS-Wert und dem dekadischen Logarithmus der Säurekonzentration. Bei mehrprotonigen Säuren muss man diese Werte für jedes abgegebene Proton berechnen und anschließend addieren. Diese Berechnungen können für das Herstellen von Lösungen mit einem bestimmten pH-Wert sehr hilfreich sein. Für Lösungen eines Salzes einer Säure/Base lässt sich der pH-Wert über die sogenannte Henderson-Hasselbalch-Gleichung näherungungsweise berechnen. Sind jedoch verschiedene Salze oder Salze von mehrbasiger Säuren gelöst, verkompliziert sich diese Gleichung sehr rasch. Für eine genaue Berechnung muss zusätzlich noch die Aktivität (Chemie) berücksichtigt werden. Eine Lösung dieser Gleichungen ist dann nur noch über iterative Verfahren möglich.

Der pH-Wert bei anderen Lösungsmitteln

Eine Art "pH-Wert" ist auch für andere protische Lösungsmittel (also solche, die Protonen übertragen können) definiert und beruht ebenfalls auf der Autoprotolyse dieser Lösungsmittel. Die allgemeine Reaktion lautet: 2LH Bild:Gleichgewicht.png LH₂⁺ + L^- (allg. Formulierung der Autoprotolyse) LH₂⁺ = Lyonium-Ion; L^- = Lyat-Ion Die Gleichgewichtskonstante K ist hier im allgemeinen kleiner als beim Ionenprodukt des Wassers Der pH-Wert ist dann folgendermaßen definiert (der Index p weist darauf hin, dass es sich nicht um wässrige, aber protische Lösungen handelt): :pH_p = -log ₁₀ [LH₂⁺] Beispiele: 2HCOOH Bild:Gleichgewicht.png HCOOH₂⁺ + HCOO^- (wasserfreie) Ameisensäure 2NH₃ Bild:Gleichgewicht.png NH₂^- + NH₄⁺ Ammoniak 2CH₃COOH Bild:Gleichgewicht.png CH₃COO^- + CH₃COOH₂⁺ Eisessig 2C₂H₅OH Bild:Gleichgewicht.png C₂H₅OH₂⁺ + C₂H₅O^- Ethanol

Bedeutung des pH-Wertes

Die Auswirkung des pH-Werts auf das Wachstum von Pflanzen

Grundsätzlich beeinflusst der pH-Wert des Bodens die Verfügbarkeit der Nährsalze (zum Beispiel Eisenmangel bei neutralem und alkalischem pH-Wert). Zudem schädigen extreme pH-Werte die Pflanzenorgane (saurer Regen, Verätzungen). Für den Nährstoffhaushalt von Pflanzen ist (neben Phosphor, Schwefel und Kali) Stickstoff von besonderer Bedeutung. Stickstoff wird fast immer in Form von wasserlöslichem Ammonium (NH₄⁺ Ionen) oder häufiger als Nitrat (NO₃^- Ionen) aufgenommen. Ammonium und Nitrat stehen in Böden mit einem pH-Wert von 7 im Gleichgewicht. Bei sauren Böden überwiegen die NH₄⁺ Ionen, bei alkalischen Böden überwiegen die NO₃^- Ionen. Wenn nun eine Pflanze aufgrund der Durchlässigkeit der Wurzelmembranen nur NH₄⁺ aufnehmen kann, ist sie an saure Böden gebunden und dementsprechend obligat acidophil (säureliebend). Wenn sie nur Nitrat NO₃^- aufnehmen kann, kann sie nur auf basenreichen Böden wachsen (obligat basophil). Wenn sie jedoch sowohl Ammonium, als auch Nitrat aufnehmen kann, kann sie sowohl auf sauren als auch auf basenreichen Böden wachsen. In Mineraldüngern wird Ammoniumnitrat (NH₄NO₃) verwendet, ein Salz aus Ammonium- und Nitrat-Ionen. Viele Pflanzenarten bevorzugen einen bestimmten pH-Bereich. Wenn dieser Idealbereich nur leicht über- oder unterschritten wird, ist für die meisten Pflanzen ein normales Wachstum noch ohne weiteres möglich, zumal ein „falscher“ pH-Wert durch andere das Wachstum beeinflussende Faktoren ausgeglichen werden kann (zum Beispiel Sonneneinstrahlung, Nährstoffgehalt und so weiter). Bei übermäßig hohem oder niedrigem pH-Wert sind die Nährstoffe im Boden festgelegt und stehen somit für die Pflanzen nur noch unzureichend zur Verfügung. Außerdem werden bei einem sehr niedrigen pH-Wert für Pflanzen giftige Stoffe des Bodens freigesetzt. Dazu gehören Aluminium- und Mangan-Ionen. Siehe auch: Boden-pH, Bodenversauerung

Die Bedeutung des pH-Wertes beim Menschen. Ein Beispiel:

Auch bei der menschlichen Fortpflanzung hat der pH-Wert eine entscheidende Bedeutung. Während das Scheidenmilieu zur Abwehr von Krankheitserregern sauer ist, hat das Sperma des Mannes einen basischen pH-Wert. Die beim Geschlechtsakt einsetzende Neutralisationsreaktion, führt zu einem optimalen Milieu zur Bewegung der Spermien. Somit handelt es sich beim pH-Wert um keine abstrakte Größe, sondern um eine existenzielle "Größe". Auch ist die Haut des Menschen leicht sauer, dieser Säuremantel ist ein Schutz vor Krankheitserregern. Seifen, normalerweise basisch, "trocknen" somit die Haut aus, weil sie die Säureschicht zerstören, ein "pH-hautneutrale" Seife hat deswegen keinen neutralen pH-Wert, sondern einen leicht sauren.

Bedeutung des pH-Wertes für Aquarien

In Aquarien muss für die Pflanzen und Fische ein bestimmter pH-Wert gehalten werden. Die Lebewesen haben einen Toleranzbereich für den pH-Wert und können außerhalb von diesem nicht überleben. Meist haben Pflanzen im Aquarium einen größeren Toleranzbereich als Fische. Richtwerte von Aquarienfischen: Saures Wasser (pH ~ 6):
- Südamerikaner (Neon, Skalar, Diskus, L-Welse, etc.)
- Asiaten (Guaramis, Fadenfische, etc.) Neutrales Wasser (pH ~ 7)
- Mittelamerikaner (Feuermaulbuntbarsch, etc.) Alkalisches Wasser (ph ~ 8)
- Ostafrikanische Grabenseen (Buntbarsche aus dem Tanganjika- und Malawisee, etc.)

Weblinks

- http://chemometrix.uia.ac.be/dl/acidbase/acidbaselab.php
- http://www.bi.umist.ac.uk/users/mjfrbn/buffers/makebuf.asp
- http://www.fundgrube.priv.at/index.jsp?file=/chemie/saeurenBasen.xml
- http://www.chemlin.de/chemie/ph-wert.htm
- http://www.chemlin.de/markt/ph-meter.htm Kategorie:Chemie ja:水素イオン指数 ko:수소 이온 농도 simple:PH

Bakterie

Die Bakterien (Bacteria) (altgriechisch bakterion – Stäbchen) bilden neben den Eukaryoten und Archaeen eine der drei grundlegenden Domänen, in die heute alle Lebewesen eingeteilt werden. Traditionell wird die Bezeichnung „Bakterien“ in der Mikrobiologie für alle mikroskopisch kleinen, meistens einzelligen Organismen gebraucht, die keinen echten Zellkern besitzen und deshalb zu den Prokaryoten gehören. Hierzu zählen auch die Archaeen. Heute werden dagegen die Archaeen einer separaten Domäne zugeordnet. Zur Abgrenzung von dieser Gruppe spricht man manchmal auch von Eigentlichen Bakterien oder Echten Bakterien. Früher wurden sie zur Unterscheidung von den dann Archaebacteria genannten Archaeen mit wissenschaftlichem Namen auch Eubacteria genannt. Dies war eine unglückliche Benennung, weil es auch eine Bakteriengattung Eubacterium gab Da Bakterien Prokaryoten sind, ist ihre DNA nicht in einem vom Cytoplasma durch eine Doppelmembran abgegrenzten Zellkern enthalten wie bei Eukaryoten, sondern bei ihnen liegt die DNA wie bei allen Prokaryoten frei im Cytoplasma, und zwar in einem engen Raum zusammengedrängt (Kernäquivalent), auch Nucleoid genannt. Bakterien wurden erstmalig 1676 von Antoni van Leeuwenhoek mit Hilfe eines selbstgebauten Mikroskops in Gewässern und im menschlichen Speichel beobachtet und von ihm in Berichten an die Royal Society of London beschrieben. Im Jahr 1999 wurde das größte bislang bekannte Bakterium entdeckt: Die so genannte Schwefelperle von Namibia, Thiomargarita namibiensis, ist mit einem Durchmesser von bis zu einem dreiviertel Millimeter ein bereits mit bloßem Auge sichtbares Schwefelbakterium und gilt somit als Blauwal unter den Bakterien.

Aufbau der Bakterien

Blauwal Bakterien besitzen zumeist eine Zellwand, alle besitzen Cytoplasma mit Cytoplasmamembran und Ribosomen. Die DNA liegt als strangförmiges, in sich geschlossenes Molekül, als so genanntes Bakterienchromosom, frei im Cytoplasma vor. Häufig befindet sich im Cytoplasma weitere DNA in Form von ebenfalls strangförmigen, in sich geschlossenen Molekülen Plasmiden, die unabhängig vom Bakterienchromosom vervielfältigt und bei der Fortpflanzung weitergegeben werden oder von einem Individuum auf ein anderes übertragen werden können. Das Genom des Darmbakteriums Escherichia coli besteht aus knapp 4,7 Millionen Basenpaaren, deren Sequenz vollständig bekannt ist. Das DNA-Molekül ist etwa 1,4 Millimeter lang, aber nur 2 Nanometer breit und enthält rund 4400 Gene. Trotz seiner Länge von mehr als dem Tausendfachen des Zelldurchmessers ist es auf einen Bereich von etwa der Hälfte des Zelldurchmessers (vermutlich hochgeordnet) zusammengeknäult (Nucleoid). Neben dem Genom von E. coli sind auch von einer großen Anzahl weiterer Bakteriengenome die Nukleinsäurebasen-Sequenzen vollständig bekannt (siehe Sequenzierte Organismen).

Lebensweise der Bakterien

Lebensweise und Stoffwechsel der Bakterien können sehr verschieden sein. So gibt es Bakterien, die Sauerstoff benötigen (aerobe Bakterien oder Aerobier), Bakterien, für die Sauerstoff Gift ist (obligat anaerobe Bakterien oder obligate Anaerobier), und Bakterien, die sowohl Sauerstoff als auch Sauerstoffmangel aushalten (fakultative Anaerobier). Einige Bakterien sind zur Photosynthese fähig, also phototroph, zum Beispiel die früher auch Blaualgen genannten Cyanobakterien, die meisten sind dagegen chemotroph. Von den Chemotrophen sind die meisten heterotroph, einige jedoch chemoautotroph, und zwar lithoautotroph. Manche Bakterien bilden Dauerstadien (Sporen), die extreme Umweltbedingungen aushalten. Bakterien, die sich extremen Umweltbedingungen angepasst haben, nennt man Extremophile. Die Vermehrung der Bakterien erfolgt meistens asexuell durch Zellteilung, bei einigen durch Knospung. Auch Sexualvorgänge (Konjugation) kommen bei Bakterien vor und sie können so ihr Erbgut austauschen. Dazu produzieren sie so genannte Sexualpili (Proteinröhren), durch die DNA von einer Zelle zur anderen übertragen werden kann. Die DNA-Übertragung kann allerdings auch ohne diese Pili erfolgen, wenn sich zwei Bakterienzellen eng aneinander legen. Die weitaus meisten Bakterien leben in der Natur in Form von Biofilmen.

Bewegung

Bakterien bewegen sich meist frei im Flüssigmedium schwimmend durch Geißeln. Einige Bakterien bewegen sich durch Kriechen, zum Beispiel Myxobakterien und einige Cyanobakterien. Verschiedene Umweltfaktoren können die Bewegungsrichtung der Bakterien beeinflussen. Diese Reaktionen werden als Phototaxis, Chemotaxis, Mechanotaxis und Magnetotaxis bezeichnet.

Endosymbiontenhypothese

Man nimmt heute an, dass einige Organellen, die in den Zellen vieler Eukaryoten vorkommen, ursprünglich eigenständige Bakterien waren (Endosymbiontentheorie); dies betrifft die Chloroplasten und die Mitochondrien. Diese Organellen zeichnen sich durch eine doppelte Hüllmembran aus und enthalten eine eigene DNA.

Ökologische Bedeutung der Bakterien

Unverzichtbar für bedeutende geochemische Stoffkreisläufe sind viele Bodenbakterien, die als Destruenten wirken beziehungsweise Nährsalze für die Pflanzen verfügbar machen. Eine große Gruppe von Bakterien bilden die so genannten Cyanobakterien, die früher etwas irreführend auch als Blaualgen bezeichnet wurden. Da sie Prokaryonten sind, gehören sie nicht zu den Algen. Sie betreiben Photosynthese und sind entsprechend unabhängig von organischer Nahrung, brauchen jedoch Licht zur Energieversorgung. Gemeinsam mit den Grünalgen (Chlorophyta) und anderen Algengruppen bilden sie das Phytoplankton der Meere und Süßgewässer und so die Nahrungsgrundlage vieler Ökosysteme. Spezielle Bakterien kommen als Symbionten im Darm oder in anderen Organen vieler Lebewesen vor und wirken bei der Verdauung und weiteren physiologischen Vorgängen mit. Escherichia coli und Enterokokken sind die bekanntesten Vertreter dieser Gruppe. Aber auch anaerobe Bifidobakterien gehören dazu. Unter die Bakterien fallen auch viele Krankheitserreger. Gegen Bakterien wirken Antibiotika wie Penicilline, die durch Pilze der Gattung Penicillium gebildet werden. Penicillin stört die Synthese der Bakterien-Zellwand, daher wirkt es nur gegen wachsende Bakterien. Hierbei muss beachtet werden, dass auch körpereigene Bakterien durch das Penicillin gestört, bzw. getötet werden. Die Fähigkeit einer großen Anzahl von Bakterien, für den Menschen wichtige Stoffe wie Antibiotika und Enzyme zu produzieren, wird in der Biotechnik genutzt. Neben klassischen Verfahren in der Nahrungsmittelproduktion gehört auch die Nutzung ihrer Fähigkeiten zur Beseitigung problematischer Abfälle sowie zur Produktion von Medikamenten hierher. Häufig werden zu diesem Zweck nützliche Teile des Genoms bestimmter Bakterien in das Genom einfach zu haltender, einfach zu kultivierender und weitgehend ungefährlicher Bakterien wie Escherichia coli eingepflanzt (Gentechnik).

Klassifikation der Bakterien

Phylogenetisches System

Gentechnik Eine phylogenetische Klassifikation anhand morphologischer und stoffwechselphysiologischer Merkmale ist bei den Bakterien in der Regel nicht möglich, sie muss auf der Basis der molekularen Struktur dieser Organismen aufgebaut werden. Die Klassifizierung erfolgt hauptsächlich mit Hilfe phylogenetischer Marker. Solche Marker sind zelluläre Makromoleküle, deren Zusammensetzung sich mit abnehmendem Verwandtschaftsgrad verschiedener Organismen immer mehr unterscheidet. Zu den wichtigsten Molekülen dieser Art zählt derzeit die 16S-Untereinheit der ribosomalen RNA. Die Basensequenz dieser RNA soll die tatsächlichen evolutionären Beziehungen unter den Organismen widerspiegeln. Das derzeit "gültige" phylogenetische System der Bakterien ist das nach Garrity, G. M.; J. A. Bell und T. G. Lilburn: "Taxonomic Outline of the Prokaryotes. Bergey's Manual of Systematic Bacteriology", Second Edition, Release 5.0, Springer-Verlag, New York, 2004 (DOI: 10.1007/bergeysoutline200405), das gleichzeitig eine Klassifikation der Archaeen vornimmt. Nachstehend wird dieses System, beschränkt auf die Bakterien im eigentlichen Sinne (Domäne Bacteria) bis auf Ordnungsebene wiedergegeben.

Klassisches System

Aus praktischen Gründen werden Bakterien dennoch nach ihrer Form und ihrer Organisation unterteilt. Dabei werden kugelige Bakterien als Kokken, längliche, zylindrische Bakterien als Stäbchen und spiralige, wendelförmige Bakterien als Spirillen bezeichnet. Diese Grundformen können einzeln auftreten oder sich zu typischen Formen zusammenfinden (Haufenkokken = Staphylokokken, Kettenkokken = Streptokokken, Doppelkokken = Diplokokken). Des Weiteren bilden vor allem Stäbchenbakterien häufig, Spirillen immer eine oder mehrere Geißeln, so genannte Flagellen, aus, mit deren Hilfe sie sich fortbewegen können. Anzahl und Anordnung der Geißeln sind Unterscheidungsmerkmale. Einige Bakterien bilden Schleimhüllen, "Kapseln", aus, einige verschiedenartige Sporen. Weiterhin wichtig für die Klassifikation ist die Lebensweise, besonders der Stoffwechseltyp, sowie die Möglichkeit, die Bakterien auf bestimmte Weise zu färben. Die so genannte Gramfärbung (eingeführt vom dänischen Bakteriologen Gram) lässt Rückschlüsse auf die Zusammensetzung und Struktur der Zellwand zu; die so genannten grampositiven Bakterien bilden wahrscheinlich sogar eine natürliche Verwandtschaftsgruppe, ein monophyletisches Taxon. Serologisch unterscheidbare Variationen von Bakterien nennt man Serotypen.

Taxonomie medizinisch relevanter Bakterien

In der folgenden Übersicht werden die medizinisch relevanten Bakterien und ihre taxonomische Zuordnung dargestellt: Bakterien mit dünner Zellwand (meist gramnegativ)
- Spirochaetales - Spirochäten
- Spirochaetaceae
- Borrelia
- Treponema
- Cristispira
- Spirochaeta
- Brachyspira
- Leptospiraceae
- Leptospira
- Leptonema
- Turneria
- Gekrümmte und wendelförmige Bakterien
- Aquaspirillum
- Bdellovibrio
- Campylobacter
- Spirillum
- Aerobe Stäbchen und Kokken
- Pseudomonadaceae
- Pseudomonas
- Xanthomonas
- Legionellaceae
- Legionella
- Neisseriaceae
- Acinetobacter
- Branhanella
- Kingella
- Moraxella
- Neisseria
- N.N.
- Bordetella
- N.N.
- Brucella
- N.N.
- Flavobacterium
- N.N.
- Francisella
- Fakultativ anaerobe Stäbchen
- Enterobakterien (Enterobacteriaceae)
- Citrobacter
- Edwardsiella
- Enterobacter
- Erwinia
- Escherichia
- Hafnia
- Klebsiella
- Morganella
- Proteus
- Providencia
- Salmonella
- Serratia
- Shigella
- Yersinia
- Vibrionaceae
- Aeromonas
- Photobacterium
- Plesiomonas
- Vibrio
- Pasteurellaceae
- Actinobacillus
- Haemophilus
- Pasteurella
- N.N.
- Calymmatobacterium
- N.N.
- Cardiobacterium
- N.N.
- Chromobacterium
- N.N.
- Eikenella
- N.N.
- Gardnerella
- N.N.
- Streptobacillus
- N.N.
- Zymomonas, beispielsweise Zymomonas mobilis
- Anaerobe Stäbchen
- Bacteroidaceae
- Bacteroides
- Fusobacterium
- Leptotrichia
- Anaerobe Kokken
- Veillonellaceae
- Veillonella
- Peptococcaceae
- Peptococcus
- Peptostreptococcus
- Rickettsiales
- Rickettsiaceae
- Coxiella
- Rickettsia
- Rochalimeae
- Bartonellaceae
- Bartonella
- Bartonella baciliformis
- Bartonella quintana
- Bartonella schoenbuchensis
- Chlamydiales
- Chlamydiaceae
- Chlamydia Bakterien mit mehrlagiger Mureinschicht (Firmicutes, meist grampositiv)
- Aerobe und fakultativ anaerobe Kokken
- "Staphylococcaceae"
- Staphylococcus
- Gemella
- Macrococcus
- Streptococcaceae
- Streptococcus
- Lactococcus
- "Enterococcaceae"
- Enterococcus
- Endosporenbildende Stäbchen und Kokken
- Bacillaceae
- Bacillus
- Clostridium
- Aerobe Stäbchenbakterien
- Milchsäurebakterien - Lactobacillaceae
- Lactobacillus
- N.N.
- Listeria
- N.N.
- Erysipelothrix
- Unregelmäßig geformte Stäbchen
- Corynebacterium
- Eubacterium
- Propionibacterium
- Bakterien mit Neigung zu Verzweigungen beziehungsweise Fadenbildung (Actinomycetales)
- Actinomycetaceae
- Actinomyces
- Arachnia
- Bacterionema
- Bifidobacterium
- Micrococcaceae
- Micrococcus
- Kocuria
- Nesterenkonia
- Arthrobacter
- Rothia
- Dermatophilaceae
- Dermatophilus
- Kytococcus
- Mycobacteriaceae
- Mycobacterium
- Nocardiaceae
- Nocardia
- Pseudonocardia
- Streptomycetaceae
- Streptomyces Bakterien ohne feste Zellwand
- Mycoplasmatales
- Mycoplasmataceae
- Mycoplasma
- Ureaplasma
- Acholeplasmataceae
- Acholeplasma

Literatur

Bücher

- Albert Balows (Ed.): The Prokaryotes; a handbook on the biology of bacteria: ecophysiology, isolation, identification, applications, 4 Bände (Vol. 1 - 4), New York u. a., Springer-Verlag, 1992, ISBN 0-387-97258-7, ISBN 3-540-97258-7
- Michael T. Madigan, John M. Martinko, Jack Parker: BROCK - Mikrobiologie, Heidelberg, Spektrum Akademischer Verlag, 2000, ISBN 3-8274-0566-1

Aufsätze

- Herbert Zuber: Thermophile Bakterien. Chemie in unserer Zeit 13(6), S. 165 - 175 (1979),
- Birgit Sattler, Hans Puxbaum, Roland Psenner: Bakterien der Lüfte: Vom Winde verweht. Biologie in unserer Zeit 32(1), S. 42 - 49 (2002),
- Silke Wendler: Das Cytosklett der Bakterien. Biologie in unserer Zeit 32(1), S. 6 (2002),
- Hans-Curt Fleming, Jost Wingender: Biofilme - die bevorzugte Lebensform der Bakterien: Flocken, Filme und Schlämme. Biologie in unserer Zeit 31(3), S. 169 - 180 (2001),

Weblinks

- [http://141.150.157.117:8080/prokPUB/index.htm The Prokaryotes; an evolving electronic resource for the microbiological community ]
- [http://141.150.157.80/bergeysoutline/main.htm Bergey's phylogenetisches System der Prokaryoten ]
- [http://www.dsmz.de/bactnom/bactname.htm Liste aller Bakteriennamen, bei der "Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH" ]
- [http://www.intestinal.de/html/bakterien_im_darm.html Bakterien im Darm ]
- [http://www.bakteriologieatlas.de Atlas mit Bildern von Bakterienkulturen] Kategorie:Mikrobiologie Kategorie:Archaeen und Bakterien ja:真正細菌 ko:세균 th:แบคทีเรีย

Clostridium

Clostridien sind grampositive, stäbchenförmige Bakterien aus der Familie der Clostridiaceae, welche mehr oder weniger streng anaerob (unter Sauerstoffabschluss) wachsen, einen fermentativen Energiestoffwechsel betreiben und hitzefeste Endosporen bilden können. Clostridien sind mit Ausnahme von Cl. perfringens beweglich. Die Bakterien kommen überall (ubiquitär) vor, vor allem in Böden und im Verdauungstrakt von Menschen und Tieren. Unter dem Aspekt ihrer bevorzugten Energiequelle können Clostridien in drei große Gruppen eingeteilt werden: # Proteolytische C.: Spaltung von Eiweißen und/oder paarweise Umsetzung von Aminosäuren # Harnsäure-spaltende C., z.B. C. acidi-urici # Saccharolytische C.: Vergärung von Kohlenhydraten (Zucker, Zellulose, Stärke) Hauptgärungprodukte der saccharolytischen C. sind Buttersäure, Aceton und Butanol. Einige der 61 bekannten Clostridien-Arten sind gefährliche Krankheitserreger, vor allem aufgrund der von ihnen produzierten Toxine.

Medizinisch wichtige Clostridien-Arten:

- Clostridium botulinum, Erreger des Botulismus
- Clostridium chauvoei, Erreger von Rauschbrand bei Rind und Schaf
- Clostridium difficile, Erreger der durch Antibiotika induzierten Darmentzündung, der Pseudomembranösen Colitis. Bei den Erkrankten sind häufig Entero- und Cytotoxine nachweisbar
- Clostridium histolyticum, ein seltener und besonders gefährlicher Gasbranderreger
- Clostridium perfringens, der klassische Gasbranderreger, der auch bei Lebensmittelvergiftungen gefunden wird
- Clostridium septicum, ein Gasbranderreger bei Mensch und Tier
- Clostridium tetani, Erreger des Wundstarrkrampfes (Tetanus) Darüber hinaus gehören zur Gattung Clostridium viele apathogene Vertreter, die zum Teil von biotechnologischem Nutzen sind.
- Clostridium acetobutylicum ist in der Lage, Zucker zu den Lösemitteln Aceton, Butanol, Ethanol und zu den organischen Säuren Essigsäure und Buttersäure zu vergären. Das Bakterium wurde bis Mitte des 20. Jahrhunderts zur biologischen Produktion der genannten organischen Lösemittel im industriellen Maßstab genutzt. Das erste Mal beschrieben wurde es von Chaim Weizmann, dem ersten Präsidenten des Staates Israel. Kategorie:Archaeen und Bakterien Kategorie:Gastroenterologie

Creutzfeldt-Jakob-Krankheit

Die Creutzfeldt-Jakob-Krankheit (CJK) (engl. Creutzfeldt Jakob Disease, CJD) ist eine beim Menschen bislang sehr selten auftretende, tödlich verlaufende und durch atypische Eiweiße (siehe Prionen) gekennzeichnete transmissible Übertragbare spongiforme Enzephalopathie (TSE). Diese Prionerkrankung kommt beim Menschen als übertragene, genetische oder sporadische Form vor. Charakteristisch für die Krankheit ist, dass die abnorm gefalteten Prionproteine vor allem im Gehirn den dort normalerweise vorhandenen Vettern mit gesunder Struktur ihre veränderte Struktur aufzwingen und so dort einen verhängnisvollen biochemischen Prozess auslösen, der letztlich zu einer Degeneration des Gehirns führt. Die krankhaft gefalteten Proteine lagern sich in Nervenzellen zusammen und bilden Klumpen, die ständig wachsen und die befallene Zelle schließlich zerplatzen lassen. Bei fortschreitender Erkrankung nimmt das befallene Gehirn eine schwammartig durchlöcherte Struktur mit fadenförmigen, proteinhaltigen Ablagerungen an. Im Blut eines erkrankten Menschen sind jedoch nur kleinste Mengen der infektiösen Prionen vorhanden. Die Krankheit wurde zuerst von den beiden deutschen Neurologen Hans-Gerhard Creutzfeldt und Alfons Maria Jakob im Jahr 1920 beschrieben. = Varianten =

CJK/CJD

Diese Erkrankung ist insgesamt die häufigste beim Menschen vorkommende TSE. Diese klassische CJK wird in drei bisher bekannte Formen unterteilt:

1. Sporadische Prionerkrankung (sCJK)

Die sporadische Form der Creutzfeldt-Jakob-Krankheit ist außer im Vereinigten Königreich die häufigste weltweit beim Menschen auftretende Erkrankungsform.

Erreger

Die auslösenden Faktoren sind bislang nicht bekannt.

Häufigkeit

Die Erkrankung kommt weltweit mit einer ähnlichen Häufigkeit von etwa 1 Fall pro Jahr pro Million Einwohner vor.

Krankheitsverlauf/Symptome

Der Erkrankungsgipfel dieser Form liegt zwischen dem 60. und 70. Lebensjahr. Die Erkrankung beginnt zunächst schleichend, doch verliert ein Erkrankter unaufhaltsam und rasch fortschreitend seine geistigen Fähigkeiten. Nach und nach treten folgende Symptome auf: Schreckhaftigkeit, motorische Störungen mit Muskelzuckungen, Gedächtnisstörungen, Störungen der Wahrnehmung und Persönlichkeitsveränderungen, Kreislaufprobleme und Verwirrtheit bis hin zur Demenz. In der Regel führt die Erkrankung nach ca. sechs Monaten zum Tod.

2. Genetische Prionerkrankung

In dieser Form wird eine ganze Gruppe von familiär vererbaren Erkrankungen zusammengefasst. Bei all diesen Formen wird eine spezifische Mutation vererbt, welche zu einem fehlerhaften Prion-Protein führt. Diese Krankheitsgruppe ist sehr uneinheitlich (heterogen) und sie ist durch sehr variable klinische Symptome gekennzeichnet. Der Erkrankungsgipfel liegt hier insgesamt um das 50. Lebensjahr und damit früher als bei sporadischer Form. Auch die Erkrankungsdauer ist häufig länger. Zu diesen Erkrankungsformen zählen die familiäre/genetische Creutzfeldt-Jakob-Krankheit, das Gerstmann-Sträussler-Scheinker-Syndrom (GSS) und die tödliche familiäre Schlaflosigkeit (fatal familial insomnia, FFI).

3. Übertragene Formen

Eine direkte Übertragung des Erregers von Mensch zu Mensch ist bisher nur auf iatrogenem Wege (durch Ärzte verursacht) über Kontakt mit infektiösem Gewebe nachgewiesen worden. Dies geschah besonders früher durch Hypophysentransplantate, sowie Hirnhaut- und Augenhornhauttransplantate, wobei möglicherweise auch die neurochirurgischen Instrumente unzureichend sterilisiert wurden. Außerdem wurde eine direkte Übertragung bei aus Leichenhypophysen extrahierten Wachstumshormonen bzw. Gonadotropinen beobachtet. Weltweit sind insgesamt 132 Fälle einer Infektion durch Wachstumshormonpräperate bekannt, wobei die meisten dieser Fälle aus Frankreich und Großbritannien berichtet wurden.

vCJD

Großbritannien gab am 20. März 1996 bekannt, dass mehrere junge Menschen an einer neuen Variante von CJD gestorben waren.

Übertragung

Es wurde vermutet, dass diese Variante (heute als vCJD bekannt) durch den Verzehr von BSE-verseuchtem Rindfleisch hervorgerufen wird. Heute ist man sich dessen zu 99 % sicher. Menschen können auch über Bluttransfusionen mit der neuen Variante der Creutzfeld-Jakob-Krankheit (vCJD) infiziert werden.

Diagnose

Im August 2005 gaben der Neurologe Claudio Soto und seine Kollegen von der University of Texas (USA) bekannt, dass nunmehr die Rinderseuche BSE und die neue Variante der Creutzfeld-Jakob-Krankheit mit einem Bluttest zu diagnostizieren ist. Die Eigenschaft der abnorm veränderten infektiösen Prionen ihre Struktur anderen gesunden Prionen aufzuzwingen, nutzten die Forscher aus, um die im Blut von Erkrankten nur in verschwindend geringer Zahl vorhandenen infektiösen Prionen um den Faktor zehn Millionen zu vermehren und damit leicht nachweisbar zu machen. In Versuchsreihen mit Hamstern ließen sich so die infektiösen Prionen mit einer Zuverlässigkeit von 89 % und ohne Fehlalarm nachweisen. An der Anwendbarkeit auch für die Diagnose beim Menschen und einer Kontrolle von Blutspenden wird gearbeitet.

Krankheitsverlauf/Symptome

vCJD unterscheidet sich von klassischer CJD durch das Alter der Patienten von im Durchschnitt 28 Jahren im Vergleich zu 65 Jahren bei der klassischen CJD, durch andere Symptome und einen längeren Krankheitsverlauf von 14 Monaten im Vergleich zu 6 Monaten bei klassischer CJD. Für den Fall, daß die Krankheit durch den Verzehr von Rindfleisch übertragen wird, rechnen Epidemologen mit einer durchschnittlichen Inkubationszeit von 12,6 Jahren. Die Erkrankten zeigen meistens zunächst psychische Symptome, wie Depressionen, Wahnvorstellungen, Stimmungsschwankungen oder Angstzustände. Bereits in diesem Anfangsstadium ist das Kurzzeitgedächtnis gestört. Die Patienten klagen über Müdigkeit und die psychischen Symptome verschlechtern sich progressiv und sprechen meist nicht auf medikamentöse Behandlung an. Nach einigen Monaten kommt es meist in den meisten Fällen zu andauernden schmerzhaften Mißempfindungen (Dysästhesien) am ganzen Körper. Auch kommt es zu Schwindel und Übelkeit. Nun treten Koordinationsprobleme (Ataxie) und andere Bewegungsstörungen wie Zittern, Nystagmus, Dystonie, Lähmungen oder unwillkürliche Muskelzuckungen und -bewegungen (Faszikulationen, Myoklonien, Chorea) sowie epileptische Anfälle auf. Außerdem kommt es zu Inkontinenz. Eine Fehlregulation des Muskeltonus bewirkt Gliederschmerzen. Jetzt tritt auch die für CJD typische, anfangs schleichende, später rasch fortschreitende Demenz in den Vordergrund. Es kommt zu Verwirrtheit und Halluzinationen. Oft werden nahe Verwandte nicht mehr erkannt. Die Erkrankung verläuft nun akut und führt in nur wenigen Monaten zum vollständigen Zerfall aller Gehirnfunktionen. Die Patienten verweigern die Nahrungsaufnahme und werden durch eine Magensonde ernährt. Gelegentlich sterben die Patienten in dieser Phase an vegetativen Störungen oder fallen ins Koma. Im Endstadium von vCJD haben die Opfer der Krankheit keinerlei Möglichkeit mehr, mit ihrer Umwelt Kontakt aufzunehmen und umgekehrt. Darum werden vCJD-Kranke im Endstadium der Krankheit oft als „The Living Dead“ (Die lebenden Toten) bezeichnet. Manchmal tritt hierbei eine vollständige spastische Lähmung des Körpers, die sogenannte Enthirnungsstarre, ein. Die Patienten verweilen recht lange in diesem Endzustand der Erkrankung (terminalen Zustand), bis sie entweder an einer Lungenentzündung oder durch Atemlähmung sterben.

Häufigkeit

Bis zum November 2005 sind in Großbritannien 152 Menschen an vCJD gestorben, 6 Patienten leben noch. Die Zahl der Erkrankungen nimmt derzeit ab, daher gilt die Gefahr als gebannt. Es wurde jedoch vermutet, dass in den nächsten 10 Jahren eine massive Epidemie des „menschlichen Rinderwahnsinns“ Großbritannien heimsuchen wird und womöglich viele Tausend Menschen dieser Krankheit erliegen werden. Erhärtet wurde dieser Vermutung auch durch eine Studie, bei der durch Untersuchungen von entferntem Mandel- und Blinddarmgewebe festgestellt wurde, daß mehrere Tausend Briten den vCJD-Erreger in sich tragen müssen. Die BBC berichtete allerdings am 12.1.05 von Ergebnissen einer Gruppe von Wissenschaftlern, nach denen eine große Epidemie unwahrscheinlich ist. Dies wird u. a. dadurch gestützt, dass die Zahl der Todesfälle in Großbritannien von 28 im Jahr 2000 auf 9 im Jahr 2004 zurückgegangen ist. Ein erneuter Anstieg der Todesfälle kann jedoch nicht ausgeschlossen werden. Auch in Frankreich sind bereits offiziell 15 Menschen an vCJD erkrankt. Epidemologen führen die Erkrankungen fast ausschließlich auf importiertes britisches Rindfleisch zurück. Sie erwarten für Frankreich insgesamt etwa 50 Todesfälle. Als größter Risikofaktor gilt hierbei der Verzehr von Fast Food mit Separatorenfleisch-Bestandteil (Hamburger, Kebab). Ein Großteil der Betroffenen wird voraussichtlich innerhalb der nächsten 2 Jahre sterben und dürfte bereits jetzt (November 2005) erste Symptome zeigen. Darüberhinaus sind in letzter Zeit in einigen weiteren Europäischen Ländern (Spanien, Italien, Niederlande) erstmals vCJD-Fälle aufgetreten. Die am meisten gefährdeten Menschen sind zwischen 1980 und 1990 geboren.

Weblinks

- [http://www.dgn.org/44.0.html Deutsche Gesellschaft für Neurologie: Creutzfeldt-Jakob-Krankheit]
- [http://www.uni-duesseldorf.de/WWW/AWMF/ll/030-042.htm Uni Düsseldorf: Creutzfeldt-Jakob-Krankheit]
- [http://news.bbc.co.uk/1/hi/health/4162749.stm BBC-Bericht (englisch) über die Wahrscheinlichkeit einer größeren Epidemie]
- [http://ije.oxfordjournals.org/cgi/content/full/34/1/46 Voraussage der Entwicklung der nvCJD-Fallzahlen in Frankreich (derzeit das am stärksten betroffene Land)] Kategorie:Neurologie Kategorie:Viren, Viroide und Prionen Kategorie:Meldepflichtige Krankheit ja:クロイツフェルト・ヤコブ病

Hitze

Das Wort Hitze bezeichnet allgemein eine hohe Temperatur, kann jedoch auch, meist in Anlehnung hieran, eine gesonderte Bedeutung haben. Hitze ist dabei die negative besetzte Steigerungsform des umgangssprachlichen Wärmebegriffs bzw. das Gegenteil von Kälte. Im Kontext der Körpertemperatur ist sie meist ein Synonym für Fieber. Das Wort Hitze wird aber auch in Bezug auf die „innere Hitze“ (Hitzigkeit oder umgangssprachlich Hitzkopf) eines Menschen angewandt, also um einen Gefühlszustand wie Aufregung oder Wut bzw. ganz allgemein eine Erregung zu beschreiben. Dies gilt jedoch eingeschränkt auch für andere Lebewesen, weshalb Hitze zum Beispiel in der Jägersprache für die Zeit der Empfängnisbereitschaft weiblicher Hunde und Füchse steht.

Lufttemperatur

Hitze bezeichnet in der Regel eine hohe Lufttemperatur, häufig auftretend in der Natur und besonders in Tropen und Wüsten, in den jeweiligen Sommermonaten jedoch auch noch in Subtropen und gemäßigten Breiten. Der Begriff wird dabei ganz allgemein als Ausdruck für ungewöhnlich hohe Temperaturen verwendet, wurde jedoch auch früher durch eine Tageshöchsttemperatur von über 25° Celsius definiert, wobei man dann von einem Hitzetag sprach. Diese Bezeichnung ist jedoch veraltet und würde durch den Begriff des Sommertags bzw. auch durch den des heißen Tages ersetzt. Eine ungewöhnlich lange Phase von direkt aufeinander folgenden heißen Tagen bezeichnet man auch als Hitzewelle. Diese können wie im Falle der Hitzewelle von 2003 große Schäden anrichten und im Extremfall auch eine Sommeranomalie bzw. sogar einen „Jahrhundertsommer“ bedingen. Die letztendlich als solche wahrgenommene Hitze ist jedoch vielmehr ein Ausdruck für die gefühlte Temperatur, welche von der gemessenen Lufttemperatur, aber auch zusätzlich unter anderem von der Windgeschwindigkeit (Windchill) und der Luftfeuchtigkeit (Hitzeindex) abhängt. Die gefühlte Temperatur ist bei Windstille und/oder feuchter Luft dabei deutlich höher als im Falle einer trockenen, bewegten Luft. Erstere werden als schwüle Hitze empfunden. Zudem bezeichnet jeder Mensch aufgrund seines subjektiven Temperaturempfindens eine andere Temperatur als Hitze, Kälte oder angenehme Temperatur, wobei Temperaturen über 26 °C in vielen Fällen als „zu warm“ empfunden werden und typische Optimalwerte im Bereich von 20 bis 22 °C und 50 bis 60 % relativer Luftfeuchte liegen. Bei zu hoher Wärmebelastung besteht die Gefahr eines Hitzeschadens. Kategorie:Meteorologie