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Hilfe, wenn die Beatmungsgeräte knapp sind

Beatmungsgeräte in der Pandemie
Wo provisorische Geräte für die Beatmung helfen

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An der Entwicklung eines provisorischen Beatmungsgerätes beteiligte sich der Psychologe Peter Michael Mross (links) von der Marburger Klinik für Neurologie ebenso wie die Physikerin Caroline Sommer (Bild: Martin Koch)
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Wenn Beatmungsgeräte knapp werden, sind Ärzte und Patienten froh, weitere Behandlungsmöglichkeiten nutzen zu können. Dass umgebaute Cpap-Geräte gute Dienste leisten können, zeigen Messungen an einer künstlichen Lunge.

Welle folgt auf Welle: Seit sich Sars-Cov-2-Infektionen zu einer Pandemie ausgewachsen haben, rückt die Verfügbarkeit von Beatmungsgeräten immer wieder in den Fokus von Öffentlichkeit und Politik. Benötigt werden solche Apparate zur klinischen Versorgung von Covid-19-Fällen. „Wir schlagen eine Lösung vor, durch die sich mit minimalem Aufwand Notfallbeatmungsgeräte herstellen lassen, die sich für die Behandlung minder schwerer Atemnot eignen“, erklärt der Physiker Dr. Johnny Nguyen von der Philipps-Universität Marburg.

Provisorische Geräte für die Beatmung verbessern die Versorgung

Provisorische Beatmungsgeräte erfüllen die technischen und physiologischen Mindestanforderungen, um Engpässe aufzufangen, die bei der Versorgung von Patientinnen und Patienten mit Atemnot auftreten können. Das haben Marburger Forscherinnen und Forscher gezeigt, indem sie Messungen an selbst entwickelten Hilfsmitteln durchführten. Prof. Martin Koch – er lehrt Physik an der Universität Marburg – hat das Team mit Mitstreitern aus der Physik, der Informatik und der Medizin geleitet. Mit den einfachen Ersatzgeräten können milde Atembeschwerden behandelt werden; so bleiben die hochwertigen Standardgeräte den schweren Fällen vorbehalten, wenn es knapp wird.

Die Forscherinnen und Forscher verfolgten dabei die Strategie, so genannte Cpap-Maschinen umzubauen – das sind Apparate für den heimischen Gebrauch, die das nächtliche Atmen bei Personen unterstützen, die unter Atemaussetzern im Schlaf leiden (Schlafapnoe).

Cpap-Gerät mit elektronisch gesteuertem Zusatzbauteil

Das Team entwickelte ein elektronisch gesteuertes Bauteil. Wird es in Cpap-Geräte eingebaut, können diese als Beatmungsgeräte mit geringem Druck fungieren. Das Bauteil, genannt Carl, enthält ein Ventil, das den Luftstrom des Ausgangsgerätes steuert, so dass die Atmung der Patienten ersetzt oder unterstützt werden kann. Die umgebauten Cpap-Geräte sind nicht leistungsfähig genug, um Patientinnen und Patienten mit schwerer Atemnot zu behandeln. Doch wenn sich die Betroffenen nach ein paar Tagen der Beatmung mit einem Beatmungsgerät so weit erholt haben, dass sie weniger intensiv beatmet werden können, ließe sich das Provisorium einsetzen. Dann wären die klinischen Standard-Beatmungsgeräte wieder frei für den nächsten schweren Fall.

Mindest-Beatmungsdruck wird erreicht

Jetzt legte die Forschungsgruppe Messdaten zur Funktion des Gerätes vor. Gemessen wurde an einer künstlichen Lunge, wobei Beatmungsdruck, Atemfluss sowie Atemvolumen erfasst wurden. Die Ergebnisse belegen, dass mit der umgebauten Maschine dauerhaft ein Mindest-Beatmungsdruck von mehr als 5 cm H2O erzielt wird, wie er für die Beatmung von Covid-19 Fällen erforderlich ist. Außerdem reagiert der Apparat darauf, ob der oder die Betroffene selbständig atmet oder nicht. Das Bauteil bringt also die technischen Voraussetzungen mit, um in der klinischen Versorgung eingesetzt zu werden.

Die Forschungsgruppe verfolgte darüber hinaus noch einen weiteren Ansatz, um einem Engpass an Beatmungsgeräten vorzubeugen. Hierfür nutzte es Beatmungsbeutel, so genannte „Ambu-Beutel“. Diese Hilfsmittel kommen in der Ersten Hilfe zum Einsatz, wobei ein Plastikbeutel von Hand zusammengedrückt wird, um Luft in die Lunge des Patienten zu pressen.

Beatmungsbeutel plus Knet-Apparate helfen ebenfalls

Das Team fertigte zwei Apparate, die den Beatmungsbeutel in regelmäßigem Takt kneten. Im Vergleich mit einer handelsüblichen Beatmungsmaschine schnitten die provisorischen Apparaturen nicht schlechter ab, ergab die wissenschaftliche Begutachtung. „Unsere Modelle sind zwar nicht so flexibel wie das kommerzielle System, erfüllen aber mit einigen Einschränkungen die Standards, die zur Behandlung von akuter Atemnot erforderlich sind“, schreibt der Physiker Dr. Enrique Castro-Camus, der ebenfalls zum Team gehört, in einem Fachaufsatz. Auch Ärzte des Uniklinikums Marburg bestätigen, dass die Geräte einsatzfähig wären.

Weitere Informationen:
Professor Dr. Martin Koch
Arbeitsgruppe Halbleiterphotonik
E-Mail: martin.koch@physik.uni-marburg.de

DasMarburger Unijournal berichtete im April 2021 ausführlich über „The Breathing Project“ (S. 6–11):Liste

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