Blutgas-Analyse

Kohlendioxid-Messung durch die Haut genauer als über die Atemluft

Die kontinuierliche Überwachung der Atmung (Oxygenierung und Ventilation) ist routinemäßiger Bestandteil der medizinischen Notfallversorgung. Dabei wird die Konzentration von Kohlendioxid (CO₂) in der ausströmenden Atemluft nicht-invasiv gemessen. Die CO₂-Konzentration in der ausgeatmeten Luft ermöglicht unmittelbare Rückschlüsse auf den Beatmungsprozess, die Perfusion sowie den Metabolismus. In modernen Beatmungsgeräten wird der Gehalt an Kohlendioxid (CO₂) in der ausgeatmeten Luft über Gasdetektoren, die in die Gesichtsmaske integriert sind, gemessen und überwacht.

Bei Intensivpatienten hingegen wird die respiratorische Funktion in der Regel über eine transkutane CO₂-Messung (tcpCO₂) auf der Hautoberfläche überwacht. Dazu werden Sensor-Elektroden auf der Haut platziert. Ein in den Sensor integriertes Heizelement erwärmt die Hautstelle, sodass es zu einer verstärkten Durchblutung des Gewebes kommt. So kann CO₂ zunächst über die Haut und danach durch eine gasdurchlässige Membran in den Gassensor diffundieren. Transkutane Kohlendioxidmessungen sind genauer, da – anders  als bei der Messung des CO₂-Gehalts in der ausgeatmeten Luft – Faktoren wie Alter, Körpertemperatur oder Lungenerkrankungen die Messung des tcpCO₂ nicht beeinflussen. Die transkutane Blutgasanalyse wird daher zum Beispiel bei Patienten angewandt, die an der weit verbreiteten chronisch obstruktiven Lungenerkrankung COPD leiden, aber auch für COVID-19 Patienten, deren Lunge oftmals stark beeinträchtigt ist.

Messungen auf der Hautoberfläche funktionieren ohne Atemmaske – ein weiterer Vorteil insbesondere im Hinblick auf schlafende Patienten, auf Patienten mit Atmungsstörungen aufgrund einer Erkrankung oder in der Neonatologie. Hier muss eine durchgehende Blutgas-Analyse (BGA) erfolgen, um bei Bedarf gezielt Sauerstoff zu verabreichen.

Wartungsarme photoakustische Blutgas-Sensoren zur Bestimmung des TcpCO₂

Am Markt verfügbare transkutane Sensoren müssen in einem aufwändigen Prozess alle zwölf Stunden kalibriert werden, wobei u.a. eine Kalibriergasflasche integriert werden muss. Grund sind prinzipbedingte Driftphänomene. Im Fraunhofer-internen Projekt MINSK hat Fraunhofer IPM einen miniaturisierten photoakustischen CO₂-Sensor entwickelt, der sich neben einer hohen Messgenauigkeit insbesondere durch lange Kalibrierintervalle auszeichnet. Der als funktionstüchtiger Prototyp vorliegende Sensor befindet sich gegenwärtig in der Optimierungsphase und soll zukünftig herkömmliche elektrochemische CO₂-Sensoren ersetzen.