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Forschung

Lungenmodell für schonendere künstliche Beatmung

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Symbolbild(c) APA/AFP/KAROLY ARVAI (KAROLY ARVAI)
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Die TU München hat ein digitales Lungenmodells entwickelt, das die Zahl der Todesfälle bei akutem Lungenversagen wie bei Covid-19-Erkrankungen deutlich reduziert könnte. Dabei wird ein digitaler Zwilling des Organs erzeugt.

Künstliche Beatmung kann Leben retten, auch bei Covid-19-Patienten. Die Druckbeatmung bedeutet aber auch eine extreme Belastung für das Lungengewebe. Ist das Atemorgan vorgeschädigt, kann dies tödliche Folgen haben. Die Technische Universität München hat nun ein digitales Lungenmodell entwickelt, das eine schonendere Beatmung ermöglicht und so die Überlebenschancen deutlich erhöhen könnte.

Für Patienten mit akutem Lungenversagen (Acute Respiratory Distress Syndrome, kurz ARDS) ist die künstliche Beatmung die Rettung. Doch während die Mediziner versuchen, mit Druck die Lunge offen zu halten und den Austausch von Sauerstoff und Kohlendioxid weiter zu ermöglichen, kann der Druck in Teilen der Lunge zu Überdehnungen führen - mit Folgeschäden, die bis zum Tod führen können. Gleichzeitig muss ein wiederholtes Öffnen und Schließen einzelner Lungenbereiche vermieden werden. Denn das Gewebe reagiert auf den mechanischen Reiz in beiden Fällen mit einer Entzündung.

Überdehnung nicht feststellbar

"Die Krux dabei ist, dass die Behandelnden bisher keine Möglichkeit hatten, eine Überdehnung zu erkennen", erklärte der Österreicher Wolfgang Wall, Professor für Numerische Mechanik an der TU München, in einer Aussendung der Universität. "Von der Luftröhre bis in die feinsten Verästelungen besitzt die Lunge mehr als 20 Stufen der Verzweigung, und es gibt keine Messmethode, um festzustellen, was auf der Mikroebene der Lunge während der Beatmung passiert."

Die Lunge sei im Bereich der "Lungenbläschen", die in vielen Fachbüchern noch immer fälschlicherweise wie Weinreben dargestellt werden, in Wahrheit ein schwammartiges Gewebe, über dessen feinste Wände der Austausch zwischen der Luft und dem Blut erfolgt. Die mechanischen Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Gewebearten, der strömenden Luft und dem Flüssigkeitsfilm auf dem Gewebe seien dabei extrem komplex.

Behandlung ohne Schäden

Nun hat eine Arbeitsgruppe um Wall nach Jahren der Forschung und Versuchen an Gewebeproben ein Programm entwickelt, mit dem die behandelnden Ärzte Beatmungsgeräte so einstellen können, dass sie keine Schäden in der Lunge verursachen. Ein Computer errechnet aus den Druck- und Volumenänderungen während eines Atemzuges Werte für die mechanischen Eigenschaften der Lunge eines Patienten - und erzeugt damit einen digitalen Zwilling des Organs. Das Modell ist laut Wall dabei so präzise, dass das Programm voraussagen kann, welche Einstellungen zu Schäden führen würden.

Ausgehend von den Daten eines Computer-Tomogramms des Brustkorbs und der Analyse eines Atemzuges zeigt es dem Behandelnden, welche Einstellungen des Beatmungsgeräts zu welchen Belastungen auf der Mikroebene der Lunge führen. Entsprechend kann dieser die Einstellungen anpassen.

"Über 80 Prozent der Todesfälle infolge von Covid-19 sind auf akutes Lungenversagen zurückzuführen. Bei längerfristiger künstlicher Beatmung von Patienten sinkt die Überlebensrate derzeit auf etwa 50 Prozent", erklärte Wall in der Aussendung. "Ziel unserer Arbeiten ist es, dass in Zukunft an jedem Beatmungsplatz ein digitales Lungenmodell bei der optimalen Einstellung der Beatmung hilft und wir so die Überlebenschance deutlich erhöhen können."

(APA)