Instationärer Massentransport während der Flüssigkeitsbeatmung

• Antragstellerin: Dr.-Ing. Katrin Bauer
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 257981040

Die Methode der Flüssigkeitsbeatmung stellt eine viel versprechende Variante der lebensrettenden, künstlichen Beatmung dar, insbesondere bei akutem Lungenversagen wo herkömmliche Beatmungsmethoden nicht ausreichen. Aufgrund fehlender Detailkenntnisse des Gas- und Flüssigkeitstransportes und geringer klinischer Erfahrung wird diese Methode jedoch bis heute nicht in der klinischen Routine eingesetzt. Für die Beurteilung der Ventilations-/ Perfusionsrate ist es jedoch von großer Bedeutung, das Transportverhalten der gelösten Gase im Perfluorcarbon, bzw. durch den Tracheobronchialbaum, zu kennen. Nur so können die Beatmungsparameter (Frequenz, Tidalvolumen) bei der Flüssigkeitsbeatmung optimal eingestellt werden. Lediglich die Eintrittsgaskonzentration in die Atemwege sowie die Konzentration des Sauerstoffs im Blut sind bekannt, bzw. messbar.Im vorliegenden Forschungsvorhaben soll der Transport von gelöstem Sauerstoff durch ein Modell der oberen Atemwege bei Flüssigkeitsbeatmung mit Perfluorcarbon (PFC) untersucht werden. Hierfür werden neuartige Methoden, wie die bildgebende Messung der Sauerstoffkonzentration mittels sauerstoffsensitiver Tracer-Partikel angewendet. Diese werden dazu homogen in dem Lungenmodell verteilt und Helligkeitsunterschiede durch Quenching der angeregten Partikel werden mit Hilfe eines Kamerasystems optisch erfasst. Parallel zur Sauerstoff-konzentrationsverteilung ist es notwendig, die Geschwindigkeits- bzw. Massen-stromverteilung des PFCs zu analysieren. Nur so können die Transport-mechanismen der gelösten Gase im PFC beurteilt werden. Entsprechend der üblicherweise bei der Flüssigkeitsbeatmung eingestellten Beatmungsparameter (Tidalvolumen, Beatmungsfrequenz) und der geringen kinematischen Viskosität des Trägermediums PFC liegen in den oberen Atemwegen bis zur 6. Generation turbulente Strömungszustände vor. Dies unterscheidet sich von den Randbedingungen bei der konventionellen Beatmung mit Luft, wo ein laminares Strömungsverhalten vorherrscht. Damit sind auch andere Massentransportwege bei der Flüssigbeatmung zu erwarten. Diese sollen mit Hilfe der Particle Image Velocimetry (PIV) untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen