Messung niedrigster Durchflussraten in der Medizin

Tragbare Infusionspumpen erfreuen sich wachsender Beliebtheit in der ambulanten Therapie und der häuslichen Pflege. Über einen Zeitraum von mehreren Tagen sorgen sie für eine Abgabe hochkonzentrierter Medikamente. Diese Infusionspumpen verringern die Dauer von Krankenhausaufenthalten und die damit einhergehende Kosten erheblich. Hinzu kommt eine Verbesserung der Lebensqualität des Patienten, da dieser sich in seiner vertrauten Umgebung aufhalten kann. Die geforderten Durchflussraten reichen bei derartigen Behandlungen in der Regel von einem Millimeter bis hin zu wenigen hundert Millilitern pro Stunde.

Elastomerpumpen als Basis

Tragbare Infusionspumpen verkürzen Krankenhausaufenthalte enorm. Druckflusssensoren messen und prüfen dabei die Dosierung der Medikamente. Sensirion

Sogenannte Elastomerpumpen sind die mit am häufigsten genutzten Vertreter ambulanter Infusionspumpen. Typischerweise bestehen diese Elastomerpumpen aus einem Druckreservoir, das kontinuierlich Druck auf das Medikament ausübt, einem IV-Infusionsset mit einem Durchflussbegrenzer – etwa eine dünne Kapillare als Druckabfallelement – der die erforderliche Durchflussrate einstellt, sowie einem Venenkatheter oder Injektionsport. Diese Pumpen funktionieren häufig rein mechanisch und kommen als Einweggeräte in der Chemotherapie, der Schmerztherapie oder der Chelat-Therapie zum Einsatz. Elastomerpumpen weisen in der Regel ein charakteristisches konkaves Druckprofil auf. Das heißt, die erzeugte Durchflussrate ist am Ende und am Anfang der Therapie leicht höher als in der Mitte.

Lediglich zwei Parameter beeinflussen die injizierten Durchflussraten bei Elastomerpumpen: der Differenzialdruck zwischen Ein- und Ausgang des Durchflussbegrenzers sowie dessen Widerstand. Während das Druckprofil des Pumpenreservoirs den Eingangsdruck bestimmt, hängt der Ausgangsdruck von mehreren Faktoren ab. Sowohl die Art der Injektionsstelle, als auch der individuelle Venengegendruck des Patienten sowie der Höhenunterschied zwischen Reservoir und Injektionsstelle können den Ausgangsdruck beeinflussen.

Der Widerstand des Durchflussbegrenzers wird durch die Viskosität des Medikaments beeinflusst, die wiederum von der molekularen Zusammensetzung und der Temperatur der Lösung abhängt. Damit auch bei sich ändernder Umgebungstemperatur die Temperatur der Lösung möglichst stabil bleibt, empfehlen Hersteller von Elastomerpumpen, den Durchflussbegrenzer über den gesamten Therapieverlauf mit einem Pflaster auf der Haut des Patienten zu befestigen.

Hohe Abweichraten

Die gemäß internationalen Normen erforderliche Genauigkeit der Durchflussrate liegt unter spezifischen Bedingungen bei ±15 Prozent. Für den Patienten ist es während seiner üblichen alltäglichen Abläufe jedoch schwierig, die empfohlenen Handlungsanweisungen so einzuhalten, dass die spezifizierte Pumpenleistung gewährleistet ist. Aus diesem Grund weichen die tatsächlichen Durchflussraten häufig erheblich von den beabsichtigten Werten ab. Während höhere Durchflussraten zu einer erhöhten Toxizität der Therapie führen, reduzieren niedrigere Durchflussraten die Wirksamkeit der Behandlung. Oftmals führen die niedrigen Durchflussraten auch dazu, dass Reste bestehen bleiben, die dann auf spezielle Weise entsorgt werden müssen.

Bei niedrigen Durchflussraten lassen sich Verstopfungen des sehr dünnen Durchflussbegrenzers oder der Injektionsstelle ohne einen Einweg-Durchflusssensors nur langsam und unzuverlässig erkennen. In den meisten Fällen dauert es Stunden, bis Patienten oder das Pflegepersonal eine Okklusion, also den Verschluss eines Hohlorgans oder einer Körperpassage, entdecken. Auch dies verhindert ein optimales Therapieergebnis.

Derzeit kann das Klinikpersonal die hier beschriebenen unerwünschten Effekte weder für ein direktes Feedback noch zu Zwecken der telemetrischen Betreuung überwachen. Auch eine Aufzeichnung dieser zur späteren Analyse ist aktuell nicht möglich. Aus diesem Grund entwickeln viele Hersteller ambulanter Infusionspumpen intelligente Versionen ihrer bestehenden Produkte. Eine mögliche Lösung ist die nahtlose Integration eines Einweg-Durchflusssensors wie etwa des LD20-Sensors von Sensirion im Infusionsset.

Lesen Sie auf der nächsten Seite, welche essentiellen Funktionen Durchflusssensoren übernehmen können.

Kleine Patienten, kleinste Dosen

In der Neonatalogie messen Durchflusssensoren kleinster Flussraten. Sensirion

Sowohl in der Pädiatrie als auch in der Neonatologie sind aufgrund des geringen Körpergewichts der Patienten Durchflussraten von 1 ml/h oder auch weniger die Regel. Somit wirken sich die bekannten und inhärenten Probleme der aktuellen Infusionstechnologie wie Startverzögerungen, Durchflussstörungen und Abhängigkeit vom hydrostatischen Druck, sogar noch schädlicher auf das Therapieergebnis aus.

Die Verabreichung lebensrettender Medikamente mit kurzen Halbwertszeiten wie etwa Adrenalin, darf sich auf keinen Fall durch die eingesetzte Infusionstherapie verzögern oder aussetzen. Dennoch geschieht dies häufig. Die Gründe dafür liegen in der Compliance der Schläuche und Spritzenkolben, die Bewegung und vertikale Verlagerung von Spritzenpumpen beim Transport des Patienten sowie die Befüllung der Pumpe mit einer neuen Spritze.

Die Summe aller injizierten oder eingenommenen Flüssigkeiten, sei es in Form von Medikamenten oder als Nahrung, sowie der ausgeschiedenen Flüssigkeitsvolumina ist nicht nur für das Wohlbefinden des Kindes wichtig, sondern auch nach oben begrenzt. Daher muss der Flüssigkeitshaushalt des Kindes oder Neugeborenen täglich überwacht und neu berechnet werden. In Infusionssets integrierte Einweg-Durchflusssensoren ermöglichen es medizinischen Geräten die verabreichten Durchflussraten präzise zu überwachen. Zudem lassen sich so auch die bereits genannten Fehlermodi frühzeitig und zuverlässig erkennen.

Rechtzeitiges Erkennen von Nierenversagen

Kontinuierliche Urinflussmessung verhindert akutes Nierenversagen (ANV). Sensirion

Die kontinuierliche Urinflussmessung bei schwer kranken Patienten erfordert die Messung der Durchflussraten im Bereich von einem Milliliter bis 100 Milliliter pro Stunde. Akutes Nierenversagen (ANV) ist mit einer Häufigkeit von 20 bis 30 Prozent eine weit verbreitete Komplikation bei schwer kranken Patienten auf der Intensivstation. Mit Eintreten eines ANV steigt die Patientenmortalität und das Risiko einer chronischen Nierenerkrankung erheblich.

Akutes Nierenversagen lässt sich zwar aufgrund von Laborwerten wie der Änderung der Serumkreatinin-Konzentration oder dem Ausstoß von Abfallprodukten aus dem Stickstoffmetabolismus der Nieren diagnostizieren. Forschungsergebnisse haben jedoch gezeigt, dass die Menge produzierten Urins eines katheterisierten Patienten empfindlicher auf Veränderungen der Nierenfunktion reagiert als biochemische Marker. Eine Veränderung des produzierten Urinvolumens ist damit früher aussagekräftig als Veränderungen der biochemischen Zusammensetzung des Urins.  Ärzte steigern die Sensitivität und die Genauigkeit der ANV-Diagnose mithilfe der standardisierten RIFLE-Klassifikation (Risiko, Schädigung, Versagen [der Nieren], Verlust [der Nierenfunktion], terminales Nierenversagen). Diese Klassifikation besagt, dass ein Absinken der Urinausscheidung unter 0,5 ml pro Kilogramm Körpergewicht pro Stunde über mehr als sechs Stunden in Folge ein erstes Anzeichen eines erhöhten Risikos für Nierenversagen ist.

Das größte Problem bei der Bestimmung des vom Patienten ausgeschiedenen Urinvolumens besteht heute darin, dass das Pflegepersonal der Intensivstation dieses in regelmäßigen Abständen manuell messen und notieren muss. Eine Trendanalyse erfolgt also nur aufgrund dieser manuell erfassten Werte. Die Möglichkeit einer automatischen und kontinuierlichen Messung und damit einer Aufzeichnung der Urinausscheidungen ermöglicht eine schnellere Diagnose. So können Ärzte ein Nierenversagen zuverlässig erkennen oder bestenfalls sogar verhindern.

Fazit

DIe Hauptanwendungsgebiete der Durchflusssensoren: tragbare Infusionspumpen, Urinflussmessung und Infusionstherapien. Sensirion

Durch einen Einweg-Durchflusssensor lassen sich wichtige Messdaten und Vitalparameter automatisch erfassen und beispielsweise im elektronischen Patientendatenmanagementsystem (PDMS) speichern. Damit werden zeitraubende, ungenaue und aufwendig von Hand geschriebene Patientenakten überflüssig. Zudem wird die zeitnahe Erkennung unerwünschter Effekte möglich und die Daten sind für eine spätere Analyse verfügbar.

(prm)