Sanftere künstliche Beatmung mit Sensor-Hilfe

Sauerstoffflasche und künstlich beatmeter Patient in Klinik
Beatmeter Patient: Künftiges Beatmungsgerät soll sich ohne Verzögerung an die Bedürfnisse des Patienten anpassen (Foto: © Yuriy Klochan/123RF.com)

In der intensivmedizinischen Pflege von Frühchen ist die künstliche Beatmung aufgrund unterentwickelter Lungen in einigen Fällen notwendig. Allerdings geht sie oft mit akuten oder chronischen Lungenschädigungen einher – besonders, wenn das Beatmungsgerät gegen den Patienten arbeitet. Forscher der Fraunhofer-Gesellschaft entwickeln derzeit ein schonenderes Verfahren.

Müssen Frühchen künstlich beatmet werden, können verschiedene Komplikationen auftreten: Ein Volutrauma entsteht, wenn das Beatmungsgerät zu viel Luft in die kleine Lunge presst. Zu einem Barotrauma kommt es, wenn der Apparat Luft mit zu hohem Druck einleitet, besonders wenn das Frühchen eigentlich gerade ausatmen möchte. Um beides zu vermeiden, haben sich Ärzte bisher mit einer Röhre durch Mund oder Nase beholfen, durch die beatmet wird. Sie lässt Platz in der Luftröhre, damit überschüssige Luft entweichen kann. Leider ist das nicht immer besonders schonend und auf die sich schnell ändernden Bedürfnisse der kleinen Patienten können Ärzte nur manuell reagieren. Ein automatisch regelbares Beatmungssystem wäre wünschenswert.

Jan Ringkamp und seine Kollegen von der Fraunhofer-Projektgruppe für Automatisierung in der Medizin und Biotechnologie (PAMB) 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 ist ein Beatmungsgerät in der Lage, sich ohne Verzögerung an die Wünsche des Patienten anzupassen.« Keine Volu- oder Barotraumata mehr – so die Vision.

Thorax-Monitoring erkennt Patienten-Bedürfnis

Das Thorax-Monitoring verwendet zwei Antennen, die auf dem Brustkorb des Patienten angebracht sind. Die eine sendet eine elektromagnetische Welle aus, die andere empfängt sie. Dabei machen es sich die Wissenschaftler zunutze, dass Muskeln, Fett und Gewebe andere dielektrische Eigenschaften besitzen als die Atemluft in der Lunge. Klingt kompliziert, ist aber eigentlich ganz einfach: Beim Einatmen füllen sich die Lungenflügel mit Luft und dehnen sich aus. Der veränderte Luftanteil im Thorax führt dazu, dass die elektro- magnetische Welle schnell vorankommt. Beim Ausatmen ist es umgekehrt: Die Lungen- flügel fallen in sich zusammen, die elektromagnetische Welle kommt im Gewebe langsamer vorwärts.

Erste gute Ergebnisse

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, hat das Auswirkungen auf den Signalverlauf. An Mäusen mit einem Lungenvolumen unter einem Milliliter haben wir bereits sehr gute Ergebnisse erzielt“, erklärt Ringkamp. „Thorax-Monitoring erkennt also sozusagen den Wunsch des Patienten und kann das Beatmungsgerät anweisen ihn dabei zu unterstützen.“ Einen Prototyp haben die Wissenschaftler bereits gebaut. Ende Juni 2019 stellen sie ihn auf der Fachmesse Sensor+Test in Nürnberg dem Publikum vor: Halle 5, Stand 248. 

Projektgruppe für Automatisierung in der Medizin und Biotechnologie (PAMB)
Die Projektgruppe für Automatisierung in der Medizin und Biotechnologie PAMB des Fraunhofer IPA an der Medizinischen Fakultät Mannheim der Universität Heidelberg wurde vom Land Baden-Württemberg und der Fraunhofer-Gesellschaft eingerichtet, um Automatisierungspotenziale in der Medizin und Biotechnologie zu erschließen.