Frühchen: Luftmatratze gegen Wundliegen auf der Intensivstation
Die Haut ist unser empfindlichstes Organ. Ein Team aus der Schweiz hat jetzt eine Matratze entwickelt, die sensorgesteuert den Druck beim Liegen verteilen kann.
Foto: Universtitäts-Kinderspital Zürich
Gleich zwei intelligente Lösungen gegen das Wundliegen haben Forschende der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) in der Schweiz ersonnen: zum einen eine Luftmatratze für erkrankte Neugeborene auf der Intensivstation, zum anderen hautverträgliche textile Sensoren für ältere bettlägerige Menschen. Beide Entwicklungen sollen helfen, Hautverletzungen durch anhaltenden Druck bei Personen zu verhindern, die ihre Position nicht selbstständig verändern können.
Anhaltender Druck auf der Haut kann Wunden, Infektionen und große Schmerzen verursachen. Fachleute sprechen hier von einem Dekubitus. Allein für die Schweiz werden die darauf zurückzuführenden Gesundheitskosten auf rund 300 Mio. CHF (umgerechnet etwa 310 Mio. €) geschätzt. „Darüber hinaus können bestehende Erkrankungen durch derartige Druckverletzungen verschlimmert werden“, sagt Empa-Forscher Simon Annaheim vom Labor „Biomimetic Membranes and Textiles“ in St. Gallen. Ein Grund mehr, vorbeugend die Gewebeschäden gar nicht erst entstehen zu lassen.
Schädigungen der Haut bei Neugeborenen und Erwachsenen unterschiedlich
Bei bettlägerigen Erwachsenen leidet die Haut vor allem aufgrund von Reibung mit dem Stoff – bedingt durch physikalische Scherkräfte sowie wegen der fehlenden Atmungsaktivität von Textilien. Bei Neugeborenen auf der Intensivstation hingegen ist die Haut ohnehin extrem empfindlich, jeder Flüssigkeits- und Wärmeverlust über die Haut kann zum Problem werden. Empa-Forscher Annaheim betont: „Während diese besonders verletzlichen Babys gesund gepflegt werden, sollte die Liegesituation keine zusätzlichen Komplikationen hervorrufen.“
Annaheims Team suchte gemeinsam mit Forschenden der ETH Zürich, der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) und des Universitäts-Kinderspital Zürich nach einer optimalen Liegefläche für die zarte Kinderhaut. Die Forderung: Die Matratze muss sich individuell an den Körper anpassen, um bei den Kindern den schwierigen Start ins Leben zu erleichtern.
Drucksensoren an verschiedenen Körperregionen der Neugeborenen
Zunächst ermittelten die Wissenschaftler die Druckverhältnisse an den verschiedenen Körperregionen von Neugeborenen. „Unsere Drucksensoren haben gezeigt, dass Kopf, Schultern und untere Wirbelsäule die Zonen mit dem größten Risiko für Druckstellen sind“, sagt Annaheim. Um diese Zonen mit höherem Druck zu entlasten, entwickelte das Team eine Luftmatratze der besonderen Art: Ihre drei Kammern können mithilfe von Drucksensoren und einem Mikroprozessor über eine elektronische Pumpe präzise so befüllt werden, dass der Druck an den jeweiligen Stellen minimiert wird. Weiteres Highlight: Mithilfe eines an der Empa entwickelten Infrarot-Laser-Verfahrens konnte die Matratze aus einer flexiblen, mehrschichtigen und hautschonenden Polymermembran ohne störende Kanten hergestellt werden.
Der Prototyp wurde nach einem mehrstufigen Entwicklungsprozess im Labor bereits mit ersten kleinen Patientinnen und Patienten erprobt. Und es zeigte sich sofort, wo die Vorteile liegen: Aufgrund der unterschiedlich stark mit Luft gefüllten Kammern entsprechend der individuellen Bedürfnisse der Babys reduzierte sich der Druck auf gefährdete Körperstellen um bis zu 40 % gegenüber einer herkömmlichen Schaumstoffmatratze.
Gewebeschäden aufgrund von Dekubitus mit smarten Sensoren vermeiden
Auch das Wundliegen von Erwachsenen haben die Empa-Forschenden im Blick. Um Schäden durch den sogenannten Dekubitus zu vermeiden, gilt es Druckbelastung und Durchblutungsstörungen zu verringern. Denn liegt eine Person längere Zeit in der gleichen Position, kann es zu einer Unterversorgung des Gewebes mit Sauerstoff kommen. Hier können smarte Sensoren helfen, frühzeitig vor dem Risiko eines Gewebeschadens zu warnen.
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Im Projekt „ProTex“ hat ein Team aus Forschenden der Empa, der Universität Bern, der Fachhochschule OST und der Bischoff Textil AG in St. Gallen ein solches Sensorsystem aus smarten Textilien mit zugehöriger Datenanalyse in Echtzeit entwickelt. „Die hautverträglichen textilen Sensoren enthalten zwei verschiedene funktionelle Polymerfasern“, sagt Empa-Forscher Luciano Boesel. Neben drucksensitiven Fasern integrierte das Team lichtleitende Polymerfasern (POFs), die der Sauerstoffmessung dienen. „Sobald der Sauerstoffgehalt in der Haut abfällt, signalisiert das hochempfindliche Sensorsystem ein steigendes Risiko für Gewebeschäden“, erklärt Boesel. Die Daten werden dann direkt an das Pflegepersonal übermittelt. So könne etwa eine liegende Person rechtzeitig umgelagert werden, bevor das Gewebe Schaden nimmt.
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Patentierte Technologie für neuartiges Nassspinnverfahren
Die Technologie dahinter beinhaltet auch ein an der Empa entwickeltes neuartiges Mikrofluidik-Nassspinnverfahren für die Herstellung von POFs. Es erlaubt eine präzise Steuerung der Polymerkomponenten im Mikrometerbereich und eine sanftere, umweltfreundlichere Verarbeitung der Fasern. Ein weiteres Produkt ist ein atmungsaktiver Textilsensor, der direkt auf der Haut getragen wird.
