Dieses Lungenmodell wird im Projekt für die Simulation verwendet.
In der Science-Fiction ist das Verfahren schon längst Realität, in der Akutmedizin kommt sie selten zum Einsatz: Bei der sogenannten Flüssigkeitsbeatmung befindet sich in der Lunge keine Luft sondern eine Flüssigkeit. So können sehr hohe Mengen an Sauerstoff transportiert werden, während der Druck auf die Lunge gering ist.
Das Projekt „Instationärer Gastransport während der Flüssigkeitsbeatmung“ untersucht das Strömungsverhalten der Flüssigkeit in der Lunge – und liefert so wichtige Parameter für die Anwendung in der Medizin.
Flüssigkeitsbeatmung ist keine Science-Fiction
Flüssigkeitsbeatmung ist bereits aus dem Science-Fiction-Film „Abyss“ von 1989 bekannt. Darin konnten Taucher mittels Flüssigkeitsbeatmung in Meerestiefen vordringen, die noch kein Mensch zuvor erreicht hatte. Denn mit Flüssigkeit in den Lungen wurde sie mit zunehmendem Wasserdruck in der Tiefe nicht zusammengedrückt.
Dieses Prinzip macht sich heute auch die Akutmedizin zu eigen: „Patienten mit Erkrankungen der Lunge können von der Flüssigkeitsbeatmung profitieren. Denn sie arbeitet mit weitaus geringeren Drücken als es bei der Überdruckbeatmung der Fall ist, die heute bei Atemnot meist angewandt wird“, erklärt Dr. Katrin Bauer vom Institut für Mechanik und Fluiddynamik.
Flüssigkeit in der Lunge – das mag zunächst ungewöhnlich klingen. Doch auch ein Fötus im Mutterleib hat solange er wächst Flüssigkeit in der Lunge. Forscher gehen also davon aus, dass Atmung auch mithilfe von speziell angereicherten Flüssigkeiten funktionieren kann.
Allerdings ist das Verfahren bisher eine rein experimentelle Alternative zur Beatmung in der Akutmedizin, sie kommt etwa bei Frühgeborenen oder schwer lungenkranken Patienten zum Einsatz.
Das Verfahren
Dazu wird die Kohlenwasserstoffverbindung Perfluorcarbon (PFC) in die Lunge gepumpt. Diese Flüssigkeit ist für den Körper gesundheitlich unbedenklich und besitzt die Fähigkeit, sehr hohe Mengen an Sauerstoff zu lösen (etwa das 20-fache im Vergleich zu Wasser).
„Die Idee dahinter ist, dass die vergleichsweise sehr hohe Schwerkraft der Flüssigkeit im Vergleich zur Luft viel einfacher in kollabierte Lungenbereiche eindringen kann, diese wieder öffnet und somit die Versorgung der ehemals kollabierten Lungenbe-reiche mit Sauerstoff wieder ermöglicht“, sagt Dr. Bauer.
Dieses Lungenmodell wird im Projekt für die Simulation verwendet.
Viele Parameter für den Einsatz der Flüssigkeitsbeatmung sind bislang jedoch unbekannt: Wie verteilt sich das PFC in der Lunge? Und wie verhalten sich wiederum die Atemgase Sauerstoff und Kohlendioxid im PFC?
Diesen Fragen nimmt sich nun das Projekt „Instationärer Gastransport während der Flüssigkeitsbeatmung“ unter Leitung von Dr. Bauer an. Sie will den Transport von gelöstem Sauerstoff bei Flüssigkeitsbe-atmung mit Perfluorcarbon durch ein Modell der oberen Atemwege untersuchen.
Dafür kommen neuartige Methoden zum Einsatz, wie die bildgebende Messung der Sauerstoffkonzentration mittels sauerstoffsensitiver Tracer-Partikel. „Analog zur Untersuchung der Sauerstoffverteilung soll auch das Strömungsverhalten der Flüssigkeit in der Lunge mittels optischer Messmethoden untersucht werden“, erläutert die Wissenschaftlerin. „Nur wenn wir das Transportverhalten der gelösten Gase kennen, können wir die Beatmungsparameter bei der Flüssigkeitsbeatmung optimal einstellen.“
Das Projekt ist auf zwei Jahre angelegt und wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) mit 200.000 Euro gefördert. Fachliche Beratung auf medizinischem Gebiet erhält das Projekt auch von Prof. Mario Rüdiger von der Neonatologie der TU Dresden, der intensiv auf dem Gebiet der Flüssigkeitsbeatmung forscht.