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Wie Luft in die Lunge kommt

Wie Luft in die Lunge kommt

Aachen (an-o/th/abt) - Wie sich die Luft in der Lunge genau verteilt, wusste man bisher nicht. Strömungsforscher der RWTH haben das Geheimnis (fast) gelüftet. Ihre Erkenntnisse könnten Patienten künftig helfen.

Wenn SARS-Viren töten, so durch akutes Lungenversagen. Häufiger aber wird es durch andere Krankheitskeime, schwere Verletzungen und Schockerlebnisse ausgelöst. Eine Hoffnung auf Rettung gibt es dann nur mit maschineller Beatmung. Doch diese kann, über längere Zeit angewandt, die Lunge zusätzlich schädigen, indem sie die noch gesunden Lungenbläschen zu übermäßiger Dehnung zwingt. So erklärt sich auch, warum früher acht von zehn Patienten ein Lungenversagen nicht überlebten.

Präziser künstlich beatmen

Zwar hat sich mit neuen, vergleichsweise schonenden Beatmungsverfahren die Sterblichkeitsrate halbiert. Dennoch ist sie immer noch erschreckend hoch. Forscher vom Aerodynamischen Institut der RWTH Aachen wollen dies ändern. Sie haben jetzt erstmals die Strömung der Luft in den fein verästelten Atemwegen der Lunge nachgebildet und dabei unterschiedliche Strömungsmuster beim Ein- und Ausatmen entdeckt. Dabei zeigten sie, dass die verzweigte Strömung im Zusammenspiel mit den elastischen Lungenbläschen zu einem besonders effektiven Gasaustausch führt.

Aus den Messungen entwickelten sie ein Computermodell, das die Antwort der Lunge auf verschiedene Beatmungsstrategien voraussagen soll, so dass die Luft bei künstlicher Beatmung präziser dosiert werden kann. Die RWTH-Wissenschaftler haben auch die Tür zur Lösung eines alten Rätsels der Lungenatmung weit aufgestoßen. Bislang war ungeklärt, wie sich die eingeatmete Luft auf die etwa 300 Millionen und je 0,3 Millimeter großen Lungenbläschen verteilt, die an den Verzweigungsenden des Bronchialbaums sitzen. Geschähe dies gleichmäßig, so erhielt jedes Bläschen nur knapp zehn Prozent Frischluft - viel zu wenig für den erforderlichen Gasabtausch mit den angrenzenden Blutgefäßen.

Um das Geheimnis zu lüften, bildeten die Forscher die elastisch dehnbaren Lungenbläschen durch kleine Gummiballons nach, die sie auf die Enden eines symmetrisch verzweigten Röhrensystems setzten. Führten sie Luft zu, dehnten sich die Ballons an den Verzweigungsenden niemals synchron, sondern in zufällig wechselnder Reihenfolge nacheinander. Wie die Wissenschaftler vermuten, wird mit jedem Atemzug gleichsam gewürfelt, welche Lungenbläschen sich mit Frischluft füllen und welche leer ausgehen. Somit würde immer nur ein Teil der Bläschen versorgt - diese jedoch so üppig, dass von dort der Sauerstoff rasch ins Blut gelangen würde.