Unten in unserer Brust befindet sich eine kleine, aber kräftige Muskelstruktur, das Zwerchfell. Wenn sich dieser zusammenzieht, drückt er nach unten und erzeugt ein Vakuum in unserer Brust. Wie ein Schwamm dehnt sich unsere Lunge aus, um frische, lebenswichtige Luft aufzunehmen. Wenn sich das Zwerchfell entspannt, wird Luft herausgedrückt, wodurch sich unsere Lunge ständig 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 „Membranassistent“ fungieren kann. Es besteht aus zwei weichen Röhren, die wie Ballons aussehen: Mithilfe einer externen Pumpe werden die Röhren aufgeblasen. Sie wirken 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 die Atmung entscheidend unterstützt.
Ein Atemzug Frischluft
Das Team Ellen Roche, außerordentlicher Professor für Maschinenbau und Mitglied des Instituts für Medizintechnik und Wissenschaft am MIT, leitet dieses Projekt, das die Machbarkeit dieses völlig neuen Hilfsbeatmungssystems demonstrieren soll.
„Wir experimentieren mit einer neuen Art der Sauerstoffversorgung unseres Körpers, die auf der Biomechanik der menschlichen Atmung basiert“, erklärt Roche in einem Interview zum MIT-Journal. „Während herkömmliche Beatmungsgeräte Luft durch Masken oder Tracheotomien in die Lunge drücken, kann diese Technologie die Atmung von innen auf natürlichere Weise unterstützen. Wir sind noch nicht in der Lage, dieses Gerät beim Menschen zu implantieren. Einige Elemente müssen miniaturisiert werden und es muss ein korrekter Prozess für deren Installation ermittelt werden. Aber es ist spannend zu sehen, dass eine neue Art der Atemunterstützung möglich ist.“
Der „implantierbare“ Zwerchfellassistent: die Tests
Derzeit haben Roche und sein Team das System an anästhesierten Schweinen getestet, indem sie das Gerät implantierten, den Sauerstoffgehalt überwachten und mithilfe von Ultraschall die Bewegung des Zwerchfells beobachteten. Il risultato è stato soprendente: Das Beatmungsgerät erhöhte die Luftmenge, die die Schweinelunge mit jedem Atemzug aufnehmen konnte, erheblich, insbesondere wenn das Zwerchfell und die künstlichen Muskeln synchron arbeiteten. Dadurch konnte die Lunge der Schweine ohne Hilfe dreimal so viel Luft atmen. Der Schlüssel zur Erzielung dieser Ergebnisse liegt in der Fähigkeit des Geräts, das Zwerchfell beim natürlichen Zusammenziehen zusätzlich nach unten zu drücken, ohne seine Bewegung genau nachahmen zu müssen.
Das Team hofft, dass diese Innovation in naher Zukunft die Herausforderungen lösen wird, mit denen Menschen mit chronischen Zwerchfellerkrankungen konfrontiert sind. Störungen, die häufig durch neuromuskuläre Erkrankungen wie ALS, Muskeldystrophie oder Schädigungen des Nervus phrenicus verursacht werden. Roche und Kollegen hoffen, dass diese Lösung denjenigen einen Ausweg bieten kann, die zu lange mit diesen schwierigen Bedingungen zu kämpfen haben. Und das hoffen wir auch.
