Am unteren Ende unserer Brust befindet sich eine kleine, aber kräftige Muskelstruktur, die als Zwerchfell bezeichnet wird. Wenn sich diese zusammenzieht, drückt sie nach unten und erzeugt ein Vakuum in unserer Brust. Wie ein Schwamm dehnt sich unsere Lunge aus, um frische, vitale Luft einzusaugen. Wenn sich das Zwerchfell entspannt, wird Luft herausgedrückt, wodurch sich unsere Lunge kontinuierlich erneuern kann.
Menschen, die an schweren chronischen Atemwegserkrankungen, ALS oder Zwerchfellverletzungen leiden, haben Schwierigkeiten, selbstständig zu atmen: ein Zustand, der zu ernsteren Problemen und sogar zum Tod beitragen kann. MIT-Forscher haben einen ausgeklügelten miniaturisierten Roboterlüfter entwickelt implantierbar, der als "Zwerchfellassistent" fungieren kann. Es besteht aus zwei Schläuchen, die weich wie Ballons sind: Wenn die Schläuche mit einer externen Pumpe aufgeblasen werden, wirken sie wie künstliche Muskeln, die das Zwerchfell nach unten drücken und so der Lunge helfen, sich auszudehnen. Das System kann so kalibriert werden, dass es dem natürlichen Rhythmus des Zwerchfells entspricht und so eine lebenswichtige Atmungsunterstützung bietet.
Ein Atemzug Frischluft
Das Team Ellen Roche, außerordentlicher Professor für Maschinenbau und Mitglied des Institute for Medical Engineering and Science am MIT, leitet dieses Projekt, um die Machbarkeit dieses völlig neuen Atemhilfesystems zu demonstrieren.
„Wir experimentieren mit einer neuen Art der Sauerstoffversorgung unseres Körpers, basierend auf der Biomechanik der menschlichen Atmung“, erklärt Roche im Interview zum MIT-Journal. "Während traditionelle Beatmungsgeräte Luft durch Masken oder Tracheostomien in die Lunge drücken, kann diese Technologie die Atmung natürlicher von innen unterstützen. Wir sind noch nicht in der Lage, dieses Gerät beim Menschen zu implantieren. Einige Tatsachen, sie müssen miniaturisiert werden und ein korrekter Prozess muss es tun für seine Installation identifiziert werden. Aber es ist spannend zu sehen, dass eine neue Art der Unterstützung der Atmung möglich ist.“
Der „implantierbare“ Zwerchfell-Assistent: die Tests
Derzeit haben Roche und sein Team das System an anästhesierten Schweinen getestet, indem sie das Gerät implantiert, den Sauerstoffgehalt überwacht und die Bewegung des Zwerchfells mit Ultraschall beobachtet haben. Il risultato è stato soprendente: Das Beatmungsgerät erhöhte die Luftmenge, die die Schweinelunge mit jedem Atemzug ansaugen konnte, erheblich, insbesondere wenn das Zwerchfell und die künstlichen Muskeln synchron arbeiteten. Dadurch konnten die Lungen der Schweine ohne fremde Hilfe dreimal so viel Luft atmen. Der Schlüssel zum Erreichen dieser Ergebnisse ist die Fähigkeit des Geräts, dem Zwerchfell einen zusätzlichen Druck nach unten zu geben, wenn es sich auf natürliche Weise zusammenzieht, ohne seine Bewegung genau nachahmen zu müssen.
Das Team hofft, dass diese Innovation in naher Zukunft die Herausforderungen lösen wird, denen sich Menschen gegenübersehen, die an chronischen Zwerchfellerkrankungen leiden. Störungen, die häufig durch neuromuskuläre Erkrankungen wie ALS, Muskeldystrophie oder Zwerchfellschäden verursacht werden. Roche und Kollegen hoffen, dass diese Lösung einen Ausweg für diejenigen bietet, die zu lange mit diesen harten Bedingungen zu kämpfen haben. Und das hoffen wir auch.
