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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