Lungenmodell zeigt Sauerstofftransport in unteren Atemwegen

Freiberg – Eine Arbeitsgruppe der Technischen Universität (TU) Bergakademie Freiberg hat eine Mög­lich­keit vorgestellt, den Sauerstofftransport zwischen Luftröhre und oberem Bronchialbaum mit Hilfe eines Plexiglasmodells der Lunge genau sicht- und messbar zu machen. In der Fachzeitschrift Scientific Reports stellen sie ein entsprechendes Modell dazu vor (2022; DOI: 10.1038/s41598-022-05105-1).

„Wichtige Werte wie die Sauerstoffkonzentration lassen sich nur vor der Einatmung oder im Blut genau messen. Wie genau sich der Sauerstoff auf seinem Weg durch die Lunge verteilt und was das für die in­tensivmedizinische Beatmung bedeutet, wurde bisher noch nicht untersucht“, erläuterte Rüdiger Schwarze, Experte auf dem Gebiet der Strömungsmechanik an der TU Bergakademie Freiberg.

In dem Modell verfolgen die Strömungsmechaniker den Sauerstofftransport bei einer Flüssigkeitsbeat­mung. Bei dieser Beatmungsmethode erfolgt die Versorgung statt direkt mit Sauerstoff mit der sauer­stoff­haltigen Flüssigkeit Perflourcarbon. Angewendet wurde diese Methode bisher in klinischen Studien bei akutem Lungenversagen sowie zur schonenden Beatmung von Frühgeborenen.

„Dank des Modells können wir Licht in die Black Box bringen und den Prozess des Gasaustauschs von der Luftröhre bis zum oberen Bronchialbaum sichtbar machen“, erklärt Katrin Bauer, Erstautorin des Artikels.

Den Sauerstoff in der Modellflüssigkeit haben die Forscher in der Plexiglas-Lunge dafür mit einem sau­erstoffsensitiven und fluoreszierenden Farbstoff sichtbar gemacht. „Wir konnten mit Hilfe des Lungen­modells nachvollziehen, wie genau der Transport des Sauerstoffs in den oberen Lungenästen mit der Zufuhr von frischer Luft, sowie dem Abtransport verbrauchter, sauerstoffarmer Luft abläuft“, erklärte Thomas Janke, Mitautor der Publikation.

Es zeigte sich: Je höher das Atemzugsvolumen, desto schneller verteilt sich der Sauerstoff und desto schneller lässt sich eine höhere Sauerstoffkonzentration erreichen. Eine erhöhte Atemfrequenz hat jedoch keinen Einfluss auf die Sauerstoffkonzentration in den unteren Atemwegen. „Wer also schneller atmet, erreicht keine höhere Sauerstoffkonzentration“, betont Bauer.

Die Wissenschaftler wollen ihre Ergebnisse nun in weiteren vorklinischen Studien validieren, um letztlich die Beatmungsstrategien auf Intensivstationen zu optimieren.

hil