Lebenserhaltende Systeme und Körperwachstum – Zwei Oxygenatoren mit adaptiver Leistung

Zielsetzung Morbidität und Mortalität extrem Frühgeborener sind maßgeblich durch Komplikationen der Unreife geprägt. Die funktionellen Aufgaben vieler Organsysteme werden intrauterin auf die Plazenta verlagert, sodass die Organreifung z. B. der Lunge oder des Darmes in einem nahezu funktionslosen Zustand ablaufen kann. Künstliche Plazenta-Technologie strebt an, diesen physiologischen Zustand ganz oder teilweise wiederherzustellen, um die Organschädigung durch vorzeitige Funktion zu mindern.

Eine technische Herausforderung dieser Technologie ist die Abbildung des Organwachstums in ursprünglich statischen medizintechnischen Komponenten. Dies ist besonders kritisch bei lebenserhaltenden Komponenten, wie z. B. der sogenannten „Künstlichen Plazenta“, bei welcher Therapieunterbrechungen innerhalb kurzer Zeit zu lebensbedrohlichen Hypoxämien führen würden. Wir stellen zwei Oxygenatoren vor, welche durch Konfigurationswechsel im laufenden Betrieb an das menschliche Größenwachstum angepasst werden können.

Material und Methoden Beide Hohlfaser-Membran-Oxygenatoren sind so dimensioniert sind, dass sie als künstliche Plazenta für ein Frühgeborenes mit einem Gewicht von 500 g bis 1300 g dienen könnten. Dabei lässt die Konfiguration mit eingerschränkter Gasaustauschfläche den Betrieb in einem Blutflussbereich von 50-125 ml/min zu, was für Patienten mit einem Gewicht von 500 g bis rund 900 g ausreichen würde. Durch „Zuschalten“ eines weiteren Kompartments kann die Leistung an Blutflüsse von 125 bis 200 ml/min angepasst werden, und wäre so für ein Gewicht von bis zu 1300 g ausreichend. Die Oxygenatoren unterscheiden sich durch die Art der Einbettung der Hohlfasermembran in die Gehäuse (gestapelt vs gewickelt). Die Kammervolumina der Oxygenatoren sind identisch (5 ml in der kleineren Konfiguration, 10 ml in der Größeren). Zwischen den Betriebszuständen der Oxygenatoren kann mittels einfacher Drehbewegung ohne Unterbrechung der Therapie geschaltet werden.

Ergebnisse Beide Oxygenatoren übertrafen hinsichtlich ihrer Gastransfer-Leistung die anhand der Literatur zu fordernden Schwellenwerte für Frühgeborene mit 500 g bis 1300 g Gewicht für den Gastransfer von Sauerstoff und Kohlendioxid. Der Druckabfall des gestapelten Oxygenators wurde mit weniger als 5 mmHg bei 200 mL/min gemessen, der des Gewickelten mit weniger als 30 mmHg, bei gleichem Fluss.

Schlussfolgerung Unsere neuartigen Oxygenatoren mit erweiterbarer Gasaustauschfläche übertreffen die gesetzten Schwellenwerte für die zu behandelnde Patientengruppe. Wir stellen erstmalig Oxygenatoren vor, welche sich durch einfache Schaltvorgänge im laufenden Betrieb an das Größenwachstum des Frühgeborenen anpassen lassen. Dadurch können die mit einem Gerätewechsel verbundenen Risiken vermieden werden.

Publication History

Article published online:
19 May 2025