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Institute of Aerodynamics
Chair of Fluid Mechanics and Institute of Aerodynamics Aachen
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Sprecher des Forschungsprojektes:


Intention des Forschungsprojektes:

Protektive Beatmungskonzepte wurden als eines der wichtigen Themenfelder mit erheblichem Nachholbedarf an interdisziplinärer Forschung identifiziert. Bei akutem Lungenversagen, das allein in Europa jährlich 100.000 Menschen erleiden, ist die maschinelle Beatmung die einzige lebenserhaltende Therapie. Sie birgt jedoch das Risiko erheblicher Nebenwirkungen, weshalb auch weiterhin eine hohe Mortalitätsrate verzeichnet wird. Erst vor vier Jahren zeigte eine große internationale Studie, dass die Mortalität durch Beatmung mit einem reduzierten Atemvolumen um 15 % gesenkt werden kann. Die Gründe für diesen dramatischen Effekt sind nicht verstanden, so wie auch die internen Massentransportprozesse bei der Atmung generell nicht bekannt sind. Es wird vermutet, dass die detaillierte Kenntnis der instationären Strömungsvorgänge im Respirationstrakt sowie die Überblähung der Lungenbläschen im Zusammenhang mit den biomedizinischen Konsequenzen der wesentliche Ansatz zu weitaus verbesserten Beatmungsstrategien im Sinne einer angepassten, protektiven, d.h. für den gesamten Respirationstrakt schonenden, Beatmung ist, wodurch eine weitere deutliche Reduktion der Sterblichkeitsraten erreicht werden kann.

Ziel des Forschungsschwerpunkts "Protektive Beatmung" ist, aus dem Verständnis der grundlegenden strömungsmechanischen und medizinischen Vorgänge in der Lunge individuelle protektive Beatmungsstrategien zu entwickeln. Dieser anspruchsvollen Aufgabenstellung wird nur die Zusammenarbeit von kompetenten Forschergruppen aus der Strömungsmechanik und der Medizin gerecht. In diesen Fachgebieten gibt es neue Entwicklungen, die die Einrichtung eines Forschungsprogramms zum jetzigen Zeitpunkt als besonders aussichtsreich erscheinen lassen: 1. Die durch die Computertomographie und Magnetresonanztomographie erzeugten Daten haben heute die Qualität erreicht, die für eine strömungsmechanische Analyse benötigt werden. 2. Moderne 3D laseroptische Strömungsmessverfahren, finite Volumenverfahren sowie Lattice-Boltzmann Verfahren erlauben es erstmals instationäre dreidimensionale Massen- und Stofftransporte im Respirationstrakt genau zu analysieren. 3. Erst seit kurzem ist bekannt, dass künstliche Beatmung Entzündungsprozesse, die zu den Hauptmerkmalen des Akuten Lungenversagens zählen, verstärken oder sogar auslösen kann. Die strömungsmechanische Analyse ermöglicht es, diese Entzündungsherde zu lokalisieren. Interdiszipli- narität ist daher ein wesentliches Charakteristikum des Forschungsprogramms, d.h. alle Teilprojekte sollen jeweils gemeinsam von ingenieurwissenschaftlichen und medizinischen Forschergruppen bearbeitet werden.

Die Expertise aus der numerischen und experimentellen Strömungsmechanik aus dem Gebiet der Ingenieurwissenschaften und der Radiologie, Physiologie, Anästhesie und der Intensivmedizin aus dem Bereich der medizinischen Wissenschaften fließt in die aufeinander aufbauenden Projektbereiche "Grundlagen und Diagnostik", "Biomedizinische Konsequenzen" und "Protektive Beatmung" ein. So werden u. a. In den "Grundlagen und der Diagnostik" anhand der CT- und MRT-Daten der Mediziner die experimentellen und numerischen Modelle des Respirationstraktes für die Ingenieure erstellt, die wiederum die Scherspannungen und nicht-linearen Massentransporteffekte ermitteln. Anhand des aufgestellten mathematischen Modells wird von den Medizinern und Ingenieuren in den "Biomedizinischen Konsequenzen" das bisherige statische Beatmungskonzept erweitert. Unter Berücksichtigung der Sicherung des Gasaustauschs und der Minimierung der mechanischen Schädigung der Lungenareale werden neue "Protektive Beatmungsstrategien" entwickelt.



Last Update: 21:17:55 - 14.06.2009

 
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