Beatmung bei schwerem Lungenversagen

Der Oxygenator leitet das Blut aus dem Körper heraus, reichert es mit Sauerstoff an und führt es dem Körper wieder zu. (Bild: Mem02)

Klassische Beatmungsmethoden, zum Beispiel über eine Maske, kommen in manchen Fällen nicht in Frage, etwa weil sich ein Loch in der Lunge befindet oder der Brustkorb für eine Herzoperation geöffnet wurde. Mediziner setzen dann sogenannte Oxygenatoren ein, die das Blut aus dem Körper herausleiten, mit Sauerstoff anreichern und dem Körper wieder zuführen. Der Einsatz von herkömmlichen Oxygenatoren bedeutet für Säuglinge und Kleinkinder ein großes Risiko, weil sich während der Behandlung ein Großteil ihres Blutes außerhalb des Körpers befindet. Das vom Institut für Rettungsingenieurwesen und Gefahrenabwehr der TH Köln koordinierte Forschungsprojekt Mem02 (Membran-Optimierung zum Sauerstofftransfer) will dieses Risiko senken. Das Projekt wird über zwei Jahre durch das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) mit 600.000 Euro gefördert.

Bei der Behandlung mit dem Oxygenator wird das Blut aus dem Körper gepumpt und durch Bündel von Hohlfasern geleitet, die jeweils einen Durchmesser von 200 bis 380 Mikrometer haben. In den Fasern wird das Blut mit Sauerstoff angereichert und das Kohlenstoffdioxid verdrängt. "Ein Säugling verfügt etwa über einen halben Liter Blut", sagt Projektleiter Prof. Dr. Ompe Aimé Mudimu. "Bei der Behandlung mit dem Oxygenator befinden sich immer rund 300 Milliliter Blut im System. Je nach Gerätehersteller und Gewicht der Patienten muss mit einer bestimmten Menge Fremdblut gearbeitet werden. Das erhöht das Risiko von Transfusionszwischenfällen. Dazu zählt zum Beispiel eine Unverträglichkeitsreaktion, bei der eine Abwehrreaktion des Körpers auftritt. Nebenwirkungen sind etwa Übelkeit, Schüttelfrost oder Fieber", so Mudimu.

Durch Matten aus Hohlfasern wird das Blut zur Sauerstoffanreicherung geleitet. Das Projekt Mem02 soll den Faserdurchmesser auf 100 bis 150 Mikrometer (Bild: Mem02)

Das Ziel des Forschungsprojektes ist es, den Faserdurchmesser auf etwa 100 bis 150 Mikrometer zu verringern. Damit wären die Geräte kleiner, weniger Blut befände sich außerhalb des Körpers und das Risiko für Säuglinge und Kleinkinder bei der Behandlung würde sinken. Auch für erwachsene Patientinnen und Patienten hätten dünnere Fasern einen Vorteil, wie Projektmitarbeiter Thomas Säger erläutert: "Durch die Reduzierung der Faserwandstärke wird eine bessere Gastransferrate erwartet. Das Blut hätte weniger Kontakt mit den Fasern und das Risiko einer sogenannten Hämolyse, also der Auflösung von roten Blutkörperchen, sinkt."

Im Projekt Mem02 arbeitet das Institut mit der Forschungseinrichtung Faserinstitut Bremen e.V.  und zwei Mittelständlern zusammen. Das Unternehmen PS Materials GmbH aus Aachen entwickelt ein Kunststoffgranulat, aus dem das Faserinstitut die sehr feinen Hohlfasern herstellt. Die ebenfalls in Aachen angesiedelte 3T TextilTechnologieTransfer GmbH fertigt die Fasermatten, die das Herzstück von Oxygenatoren darstellen. Am Institut für Rettungsingenieurwesen und Gefahrenabwehr werden dann Testmodule gefertigt, die Produkteigenschaften etwa beim Gastransfer geprüft und ein Leistungsdatenblatt für künftige Oxygenatoren erstellt. Das Institut hat sich in den vergangenen Jahren durch Projekte wie ElmiCo2, bei dem die Kohlendioxideliminierung für eine tragbare, künstliche Lunge optimiert wurde, die nötige Expertise für die Forschung an künstlichen Lungen aufgebaut.