Sanftere künstliche Beatmung

In der Intensivmedizin ist die künstliche Beatmung häufig das letzte
Mittel, um das Leben eines Patienten zu retten. Leider kann sie mit akuten
oder chronischen Lungenschädigungen einhergehen – insbesondere wenn das
Beatmungsgerät gegen den Atemimpuls des Patienten arbeitet. Forscherinnen
und Forscher der Mannheimer Fraunhofer-Projektgruppe für Automatisierung
in der Medizin und Biotechnologie entwickeln einen neuartigen Sensor, mit
dessen Hilfe gerade bei Frühgeborenen und Kindern die Beatmung sanfter
gestaltet werden soll. Ein Prototyp des Sensors ist vom 18. bis 21.
November 2019 auf der MEDICA in Düsseldorf zu sehen (Halle 10, Stand G05).

In der intensivmedizinischen Pflege von Frühchen ist eine künstliche
Beatmung aufgrund der unterentwickelten Lunge häufiger notwendig. Dabei
können verschiedene Komplikationen auftreten: Ein Volutrauma entsteht,
wenn das Beatmungsgerät zu viel Luft in die kleine Lunge presst. Zu einem
sogenannten Barotrauma kommt es, wenn der Apparat Luft mit zu hohem Druck
einleitet, besonders wenn das Frühchen eigentlich gerade ausatmen möchte.
Um beides zu vermeiden, gehen die Ärzte bei den Kleinsten besonders
vorsichtig vor. Beispielsweise wird der Tubus nicht wie beim Erwachsenen
luftdicht mit der Luftröhre abgedichtet. So kann immer ein wenig Luft
entweichen und das Risiko eines Traumas wird verringert. Die optimale
Beatmung der kleinen Patienten wird dadurch jedoch erschwert.

Jan Ringkamp und Dr. Jens Langejürgen von der Fraunhofer-Projektgruppe für
Automatisierung in der Medizin und Biotechnologie PAMB des Fraunhofer-
Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA arbeiten deshalb
an einem sanfteren Verfahren. Thorax-Monitoring heißt der kleine Apparat,
den die Forscher entwickelt haben. »Im Prinzip ist das ein Messgerät, das
erkennt, ob ein künstlich beatmeter Patient gerade ein- oder ausatmen
möchte«, erklärt Ringkamp. »Damit wäre ein Beatmungsgerät in der Lage,
sich ohne Verzögerung an die Wünsche des Patienten anzupassen. Keine Volu-
oder Barotraumata mehr und eine optimale Beatmung – so die Vision.«,
ergänzt Langejürgen.

Thorax-Monitoring erkennt den Wunsch des Patienten

Das Thorax-Monitoring verwendet zwei Antennen, die sich auf oder neben dem
Brustkorb des Patienten anbringen lassen. Die eine sendet eine
elektromagnetische Welle aus, die andere empfängt sie. Dabei machen es
sich die Wissenschaftler zunutze, dass Muskeln, Fett und Gewebe andere
elektrische Eigenschaften besitzen als die Atemluft in der Lunge. Klingt
kompliziert, ist aber ganz einfach: Beim Einatmen füllen sich die
Lungenflügel mit Luft und dehnen sich aus. In der Luft kommt die
elektromagnetische Welle schneller voran als im Gewebe. Beim Ausatmen ist
es umgekehrt: Die Lungenflügel fallen in sich zusammen, die
elektromagnetische Welle muss sich vor allem durch Gewebe kämpfen und
kommt langsamer vorwärts.

Es gibt also einen deutlich messbaren Unterschied zwischen Ein- und
Ausatmen, den das Thorax-Monitoring registriert. Das funktioniert auch bei
Frühchen und anderen Patienten, die nicht selbst atmen können, dies aber
versuchen. »Selbst wenn sich die Lunge nur minimal ausdehnt oder
zusammenzieht, wirkt sich das auf den Signalverlauf aus. Wir können im
Labor nachstellen, dass wir Änderungen deutlich unter einem Milliliter
identifizieren können«, erklärt Ringkamp. »Thorax-Monitoring erkennt also
sozusagen den Wunsch des Patienten und kann das Beatmungsgerät anweisen,
ihn dabei zu unterstützen. Ein Vorteil unseres Ansatzes besteht darin,
dass wir den Patienten hierfür nicht berühren müssen. Dies ist gerade bei
der empfindlichen Haut von Frühchen wichtig«, so Langejürgen.

Einen frühen Prototyp haben die Wissenschaftler bereits gebaut und
getestet. Im November stellen sie ihn auf der MEDICA dem Fachpublikum in
Halle 10 am Stand G05 vor. Zu sehen ist auf dem Messestand eine kleine
Puppe, die an einen Beatmungsbeutel angeschlossen ist und von Besuchern
beatmet werden kann. Der Körper der Puppe ist mit Wasser gefüllt, ihre
künstliche Lunge verdrängt das Wasser im Körper, auf ihrem Brustkorb sind
die beiden Antennen angebracht. Ein Bildschirm zeigt das verarbeitete
Signal des Thorax-Monitoring.