Im Gegensatz zu den bislang in der klinischen Routine eingesetzten diagnostischen Standardverfahren stellt die Analyse der Atemluftzusammensetzung des Patienten ein rasch und beliebig oft durchführbares Verfahren dar, welches nicht invasiv und für den Patienten mit keinerlei Beschwerden, Risiken oder relevanten Komplikationen verbunden ist. Grundlage dieses Verfahrens ist, dass in der Ausatmemluft eine Vielzahl von volatilen organischen und nicht-organischen Verbindungen (VOCs) enthalten sind. Diese VOCs kommen in der Ausatemluft nur in äußerst geringen Konzentrationen (parts per million (ppm) bis parts per trillion (ppt) Bereich) vor und entstammen zum Teil dem menschlichen Stoffwechsel. Unter der Verwendung ausreichend sensitiver Analyseverfahren, wie z.B. der elektronischen Nase (E-Nose) ist es möglich, die Konzentration dieser VOCs in der Ausatemluft zu bestimmen und damit Einblicke in Stoffwechselvorgänge des Patienten zu erhalten. Neben menschlichen Zellen setzen auch Bakterien im Rahmen ihres Stoffwechsels, sowie Viren durch die Nutzung ihres Wirts-Stoffwechsels charakteristische VOCs frei. Die damit verbundenen Änderungen der VOC-Zusammensetzung in der Ausatemluft sollten es erlauben, auf die verursachenden mikrobiellen Erreger zu schließen. Muster der VOC, die durch Bindung an 10 verschiedene Metalloxid-Sensoren der E-Nose und damit einhergehender Widerstandsänderung entstehen, werden durch maschinenbasiertes Learning und Analyseverfahren der künstlichen Intelligenz analysiert.

Ziel dieser Studie ist es, bei Kindern und Erwachsenen mit akuten respiratorischen Infektionen durch die Analyse der VOCs in der Ausatemluft mittels E-Nose eine Erregeridentifikation zu erreichen. Dafür wird Ausatemluft bei Patienten und gesunden Probanden untersucht. Ferner werden auch Patienten mit Luftröhrenschnitt untersucht, da es durch das Fremdmaterial häufig zur bakteriellen Kolonisationen oder auch Infektionen im Bereich der Atemwege kommt. Wenn eine Differenzierung der Erregerspezies gelingt, kann eine gezieltere Therapie begonnen und unnötige Antibiotikagaben vermieden werden. Um die Reproduktion der Messungen auch an unterschiedlichen E-Nose-Geräten zu untersuchen, sowie eine genauere Aussage über die Zusammensetzung und Ansprechbarkeit der Sensoren zu erhalten, werden in Kooperation mit dem Lehrstuhl für Analytische Chemie und Wasserchemie der Technischen Universität München verschiedene Testreihen mit unterschiedlichen Substanzen und Geräten incl. Ionenmobilitätsspektrometrie (IMS) durchgeführt. Durch dieses Vorhaben soll die in der Raumfahrt verwendeten Technologie der E-Nose für die medizinische Diagnostik weiterentwickelt werden.

Weblinks: Stress und Immunsystem in Extremwelten | Klinik für Anaesthesiologie