Von umgebauten Taucherausrüstungen bis zu zweckentfremdeten Produktionsstraßen: Die Corona-Krise hat viele Ideen hervorgebracht, wie man schnell an dringend benötigte Beatmungsgeräte kommen könnte. All diese Konzepte auf ihre Sicherheit für Patienten zu testen – das könnte ein Anwendungsfall des elektromechanischen Lungensimulators werden, der in einem Projekt der FH Technikum Wien entwickelt wird.

Richard Pašteka ist bereits seit fünf Jahren an der Entwicklung des Geräts beteiligt. Schon als Masterstudent am Department of Biomedical Engineering der Brno University of Technology in Tschechien stieß er auf das Thema, dem er auch sein aktuelles Ph.D.-Studium widmet – und das ihn an die Wiener FH führte, wo er nun auch Lektor ist.

Die Sache läuft gut: 2019 stellte er mit Kollegen den Lungensimulator im renommierten Fachjournal "Scientific Reports" vor. Im Moment arbeiten die Forscher an einem Paper, das den Einsatz des Geräts für Tests von Beatmungsgeräten in Corona-Zeiten beschreibt. Neben dieser Anwendung ist die Anlage etwa für die Erforschung der Interaktion der Lunge mit eingeatmeten Aerosolen geeignet – etwa bei der Nutzung von Inhalatoren gegen Asthma.

Realistisches menschliches Atemverhalten

"Wir haben ein System aus elektromechanischen Komponenten entworfen, die zusammenarbeiten, um das menschliche Atmungssystem so genau wie möglich zu simulieren", sagt Pašteka. Der Prozess laufe genauso wie im menschlichen Körper ab: Wie die Atemmuskulatur den Brustkorb dehnt und einengt und dabei Unterdruck erzeugt, sorgt das Auf und Ab eines speziell entwickelten Blasebalgs für die richtigen Druckveränderungen. Mit Kollegen aus Portugal wird daran gearbeitet, realistisches menschliches Atemverhalten in einem Algorithmus abzubilden, der die Maschine steuert.

Als Lunge selbst kann in der Maschine ein Ersatz aus Latex genutzt werden. Aber – und das ist laut Pašteka bisher einzigartig – es können auch andere Lungenäquivalente, die dem menschlichen Organ im Detail viel näherkommen, zum Einsatz kommen: etwa die Lunge von Schweinen – in der Medizin ein häufig genutztes Übungsorgan. "Wir streben nach einer anatomisch und physiologisch realistischen Atemsimulation. Die Nutzung einer natürlichen Lunge hilft uns dabei", sagt Pašteka. Er betont, dass die Schweinelungen für die Experimente von Tieren in Schlachthöfen kommen. Kein Tier soll nur für das Gerät getötet werden.

Medizin aus technischer Perspektive

Der 1991 geborene und in einem Dorf nahe Zlín in Tschechien unweit der Grenze zu Österreich aufgewachsene Pašteka war "schon immer von der Komplexität des menschlichen Körpers fasziniert", wie er sagt. "Medizin interessierte mich, aber eher aus technischer Perspektive."

Durch Zufall entdeckte er, dass es mit Biomedical Engineering ein zu diesem Interesse passendes Studium gab. Abseits der vielen Stunden, die er heute im Labor, Lehrsaal und vor Computern verbringt, zieht es den Forscher in die Abgeschiedenheit der Natur, egal ob für eine schnelle Wanderung von Wien aus oder große Sommertouren nach Schottland und Georgien. Die "wildesten" Reiseerfahrungen fanden für Pašteka aber nicht in der Wildnis, sondern auf dem Weg dorthin statt, Stichwort: Taxifahrt auf georgischen Bergstraßen. (Alois Pumhösel, 5.5.2020)