München. Die künstliche Beatmung ist oft eine der letzten lebensrettenden Maßnahmen - auch bei Patienten, die in Folge einer Sars-CoV-2-Infektion schwerwiegende Beeinträchtigungen der Lunge erleiden. Die Druckbeatmung bedeutet jedoch auch eine zusätzliche extreme Belastung für das Atemorgan. Ist es noch dazu, eben etwa aufgrund einer Covid-19-Erkrankung, vorgeschädigt, kann dies zu tödlichen Folgen führen. Nun hat die Technische Universität München ein digitales Lungenmodell entwickelt, das eine schonendere Beatmung ermöglicht und so die Überlebenschancen deutlich erhöhen könnte.

Mehr als 80 Prozent der Todesfälle infolge von Covid-19 sind auf ein akutes Lungenversagen (Acute Respiratory Distress Syndrome, kurz ARDS) zurückzuführen. "Bei längerfristiger künstlicher Beatmung sinkt die Überlebensrate derzeit auf etwa 50 Prozent", skizziert Wolfgang Wall von der TU München.

Während die Mediziner bei der künstlichen Beatmung versuchen, die Lunge offen zu halten und den Austausch von Sauerstoff und Kohlendioxid weiter zu ermöglichen, kann der Druck in Teilen der Lunge zu Überdehnungen führen. Gleichzeitig muss ein wiederholtes Öffnen und Schließen einzelner Lungenbereiche vermieden werden. Denn das Gewebe reagiert auf den mechanischen Reiz in beiden Fällen mit einer Entzündung. "Die Krux dabei ist, dass die Behandelnden bisher keine Möglichkeit hatten, eine Überdehnung zu erkennen", so Wall, der den Lehrstuhl für Numerische Mechanik innehat, in einer Aussendung. Von der Luftröhre bis in die feinsten Verästelungen besitzt die Lunge mehr als 20 Stufen der Verzweigung, und es gebe keine Messmethode, um festzustellen, was auf der Mikroebene der Lunge während der Beatmung passiert.

Nach Jahren der Forschung und Versuchen an Gewebeproben hat die Arbeitsgruppe um Wall ein Programm entwickelt, mit dem die behandelnden Ärzte Beatmungsgeräte so einstellen können, dass sie keine Schäden in der Lunge verursachen. Ein Computer errechnet aus den Druck- und Volumenänderungen während eines Atemzugs Werte für die mechanischen Eigenschaften der Lunge eines Patienten - und erzeugt damit einen digitalen Zwilling des Organs. Das Modell sei so präzise, dass das Programm voraussagen kann, welche Einstellungen zu Schäden führen würden.

Ziel der Arbeit sei es, "dass in Zukunft an jedem Beatmungsplatz ein digitales Lungenmodell bei der optimalen Einstellung der Beatmung hilft und wir so die Überlebenschance deutlich erhöhen können", betont Wall.