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 aufwendigen Prozess alle zwölf Stunden kalibriert werden, wobei u.a. eine Kalibriergasflasche integriert werden muss. Grund sind prinzipbedingte Driftphänomene. Im Fraunhofer-internen Projekt MINSK entwickelt Fraunhofer IPM einen miniaturisierten photoakustischen CO₂-Sensor, der mit hoher Messgenauigkeit und langen Kalibrierintervallen herkömmliche elektrochemische CO₂-Sensoren ersetzen soll.