DE102018126634A1

DE102018126634A1 - Vorrichtung mit künstlichem Kiemensystem und Verfahren für die Lebenserhaltung eines Neugeborenen

Info

Publication number: DE102018126634A1
Application number: DE102018126634.0A
Authority: DE
Inventors: Michael Tchirikov
Original assignee: Halle Saale, University of; Prenatal Int Halle GmbH; Prenatal International Halle GmbH; Universitatsklinikum Halle (saale)
Current assignee: Halle Saale, University of; Prenatal Int Halle GmbH; Prenatal International Halle GmbH; Universitatsklinikum Halle (saale)
Priority date: 2018-10-25
Filing date: 2018-10-25
Publication date: 2020-04-30
Also published as: EP3870249A1; WO2020084125A1; JP2022509400A; US20210308350A1; CN113226399A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem künstlichen Kiemensystem für die Lebenserhaltung eines Neugeborenen, insbesondere eines extrem Frühgeborenen zwischen der 21/0 und 28/0 Schwangerschaftswoche (SSW), umfassend einen Behälter (10) mit wenigstens einem Durchflusssystem (21), bestehend aus einer Anzahl fluiddurchlässiger Elemente (22) und Verbindungselementen (26, 28) für den Anschluss an Nabelarterienkatheter (30) und Nabelvenenkatheter (32) eines Frühgeborenen und einem Durchflusslumen (20) zur Durchleitung von künstlichem Fruchtwasser und/oder fetalem Blut durch die fluiddurchlässigen Elemente (22). Ferner ist wenigstens ein Anschluss (12) für das Einleiten von mit Sauerstoff angereichertem künstlichem Fruchtwasser, von Fruchtwasser und/oder von Beatmungsgas in das Durchflusssystem (21) vorgesehen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren für die Lebenserhaltung eines Neugeborenen, insbesondere eines extrem Frühgeborenen, zwischen der 21/0 und 28/0 Schwangerschaftswoche (SSW).
Die Geburten von Kindern unter der 24. Schwangerschaftswoche (SSW) mit einem Gewicht von weniger als 500 g, bei denen kein Lebenszeichen auftritt, gelten als „Spätabort“ und werden statistisch als Geburten nicht erfasst. Weltweit sind von einem Spätabort mehrere Millionen Kinder in den entwickelten Ländern betroffen. Im Vergleich zu voll ausgetragenen Babys haben Frühchen ein signifikant höheres Risiko, sofort nach der Geburt oder im Laufe des Lebens gesundheitliche Komplikationen zu entwickeln. Je früher ein Baby geboren wird, desto unterentwickelter sind seine Organe, und desto höher ist das Risiko, dass gesundheitliche Probleme auftreten. Von allen extrem Frühgeborenen (d.h. unter der 28/0 SSW) versterben 40 % innerhalb der ersten fünf Jahre (WAO-Bericht „Born to soon“, 2011). Weiter sterben 91 % der Frühgeborenen in der 23. SSW und 67 % in der 24. SSW (Stoll et al. JAMA 2015). Nur selten überleben extrem Frühgeborene ohne gravierende Spätfolgen (Chen F. et al. Arch Dis Chld Fetal Noanatal 2016; 101:377-83). Dazu zählen zerebrale Lähmung, sensorische und motorische Behinderungen, Lern- und Verhaltensstörungen und häufig Lungenprobleme. Nur 6 % aller Frühgeborenen in der 22. SSW überleben bis zu ihrer Entlassung aus dem Krankenhaus, wobei 95 bis 96 % davon ausgeprägte körperliche und/oder geistige Schäden aufweisen (Stoll et al. JAMA 2015). Mit 22 Schwangerschaftswochen leiden die überlebenden Frühgeborenen in 89 % der Fälle an einer Retinopathie mit einem Schweregrad von größer als 3 (relative Blindheit). In der 23. SSW sind 42 % betroffen. Lediglich ein Prozentsatz von weniger als 20 % der Frühgeborenen überlebt bis zur Entlassung aus dem Krankenhaus ohne Ausbildung einer nekrotisierenden Enterokolitis, Sepsis, Meningitis, bronchiopulmonale Hypoplasie und/oder ausgeprägte Hirnblutung bei Frühgeburten unter der 24. SSW (Stoll et al. JAMA 2015). Ein ähnliches Bild mit zum Teil drastisch schlechten Überlebensraten liefert auch eine kürzliche Studie bei Neugeborenen zwischen der 22. und der 24. SSW (Noelle Younge et al., Survival and Neurodevelopmental Outcomes among Periviable Infants, The New England Journal of Medicine, February 16, 2017, Band 376, Nr. 7).
Die Lunge zählt beim Feten zu den am spätesten entwickelten Organen. Das bedeutet, dass in Falle einer extremen Frühgeburt die unreifen insuffizienten Lungen zu kurz- und/oder langfristigen Gesundheitsproblemen oder Absterben des Frühgeborenen führen können. Die Entstehung einer bronchopulmonalen Dysplasie beträgt bei extrem Frühgeborenen < 25/0 SSW 72% (Noelle Younge et al., Survival and Neurodevelopmental Outcomes among Periviable Infants, The New England Journal of Medicine, February 16, 2017 vol. 376 no. 7). Oft kommt es bei der Beatmung von extrem unreifen Lungen zu einem Pneumothorax. Die unreifen insuffizienten Lungen sind in den meisten Fällen nicht in der Lage, eine normale dauerhafte Sauerstoffversorgung der Plazenta zu übernehmen, was zu hypoxischen Hirnschäden und/oder zu einer ausgeprägten Hirnblutung führt.
Um diesem Problem entgegenzutreten, werden Methoden und Therapien mit künstlichen Lungen entwickelt, um die Überlebensrate von extrem Frühgeborenen zu erhöhen und Spätfolgen zu vermeiden.
Bei den menschlichen Feten übernimmt die Plazenta die Sauerstoffversorgung. Weitere wichtige plazentare Funktionen sind beispielsweise ein transplazentarer aktiver und/oder passiver Transport von Aminosäuren, Fettsäuren, Mikroelementen, Vitaminen, Wasser, Elektrolyten, Wachstumsfaktoren, Hormonen, Zytokinen und anderen regulierenden Substanzen (NO etc.). Zum Teil werden auch Substanzen wie Aminosäuren, Hormone, NO in der Plazenta selbst synthetisiert. Die Entsorgung der fetalen Metaboliten wie z.B. Bilirubin oder CO₂ erfolgt dabei über die Plazenta. Danach übernehmen die mütterlichen Nieren und Lungen die Entsorgungsfunktion.
Das arterielle Blut wird zur Gebärmutter über die uterinen Gefäße transportiert. Die Spiralarterien bringen das Blut über die Basalplatte der Plazenta in den plazentaren intervillösen Raum. Dort findet ein O₂/CO₂- Austausch zwischen dem mütterlichen Blut und dem fetalen Blut statt. Das fetale plazentare Blut befindet sich in den fetalen Kapillaren der plazentaren Zotten und ist von dem mütterlichen Blut durch eine dünne Gewebeschicht-Synzytium und Zytotrophoblast getrennt.
Die O₂- Bindungskurve des fetalen Hämoglobins verläuft in Laborbedingungen steiler als die des mütterlichen Blutes. Durch den niedrigen physiologischen fetalen pH Wert ist die Hb-Affinität der erwachsenen Hb-Affinität unter normaler Bedingungen sehr ähnlich. Die Sauerstoffbindungskurve wird durch die pH-Absenkung nach rechts verschoben. Das Hämoglobin gibt infolge der pH-Absenkung den Sauerstoff im fetalen Gewebe leichter ab. Der CO₂- und H⁺-Einfluss auf die O₂-Affinität des Hämoglobins wird auch als Bohr-Effekt bezeichnet.
Die Dissoziation der Kohlensäure wird umso mehr gefördert, je weniger das fetale Hämoglobin mit O₂ beladen ist (Haldane-Effekt). Die normale fetale Hämoglobinkonzentration steigt von 10-12 g/dl in der 17./18. SSW auf 14-15 g/dl am Entbindungstermin.
Es sind Systeme und künstliche Gebärmuttern bekannt, mit denen die Lebensfunktionen eines Frühgeborenen erhöht werden sollen.
So beschreibt US 2014/0255253 A1 eine künstliche Gebärmutter, die mit einer Sauerstoffversorgungseinrichtung für das Frühgeborene ausgerüstet ist. Die Vorrichtung umfasst eine für Gas permeable Membran und ein vaskuläres Netzwerk, über das beispielsweise Flüssigkeiten mit Nährstoffen zugeleitet werden können. Die Sauerstoffversorgung erfolgt über einen Oxygenator über die Nabelschnur unter Verwendung eines umbilikalen Katheters (Nabelschnurkatheter), der einen venösen Katheter und einen arteriellen Katheter umfasst. Über dieses Kathetersystem wurde ein Gasgemisch mit 40 % Sauerstoff in Stickstoff verabreicht.
Eine andere Möglichkeit der Oxygenierung eines Frühgeborenen beschreibt die WO 2014/145494 A1 , bei der das Kreislaufsystem des Frühgeborenen an eine extrakorporale Membran gekoppelt wird, welche Teil eines Sauerstoffversorgungssystems ist. Eine Variante sieht vor, dass der Oxygenator mit fetalem Blut angereichert ist.
Die WO 2016/154319 A1 beschreibt eine künstliche Plazenta, bei der Mikrofluidkanäle vorgesehen sind, die zwischen einer Membran derart angeordnet sind, so dass ein Flüssigkeitstransport durch die Membran erfolgen kann, um den Fötus beispielsweise mit Nährstoffen zu versorgen. Die Regulierung des Gasaustausches durch die Druck-, Fruchtwassergeschwindigkeit entlang der Membranen wird nicht beschrieben. Ferner sind Zellschichten von wenigstens zwei unterschiedlichen Zelltypen vorgesehen, welche an den beiden Seiten der Membran haften. Bei dem ersten Zelltyp handelt es sich beispielsweise um primäre humane plazentale villöse Endothelzellen, während der zweite Zelltyp Choriokarzinomzellen umfasst.
Für den Ersatz der Lungenfunktion wird häufig eine extrakorporale Membranoxygenierung (ECMO) durchgeführt. Mit dem ECL-System (extracorporal life support) ist auch eine hämodynamische Entlastung des Herzens möglich, da es zu einer Kreislaufunterstützung kommt. Das Blut wird aus dem venösen System des Patienten mittels einer Pumpe befördert und nach Passage durch den Oxygenator wieder dem arteriellen System zugeführt. Die Sauerstoffversorgung des Organismus setzt sich aus dem ECMO/ECLS-Fluss und der verbleibenden Kreislauffunktion des Patienten zusammen. Die Verbindung mit dem extrakorporalen Kreislauf erfolgt normalerweise über Kanülen. Die Systeme benötigen eine Blut-Heparinisierung, um Thrombosen im künstlichen System zu vermeiden. Das andere Problem ist die Zerstörung von Erythrozyten mit Folgen einer fetalen Anämie und einer Erhöhung der Bilirubin-Konzentration.
Die im Stand der Technik beschriebenen Plazenta-Systeme sind in vielen Punkten unzureichend, da sie für die Behandlung der extrem Frühgeborenen ungeeignet sind.
Partridge et al. (An extra-uterine system to physiologically support the extreme premature lamb. Nature Communications. 2017; 8:15112) beschreiben die Verwendung von einem Oxygenator (Quadrox-ID Pediatric oxygenator (Maquet Quadrox-ID Pediatric Oxygenator: Maquet Cardiopulmonary AG, Rastatt, Germany) und Quadrox Neonatal Oxygenator (Maquet Quadrox-I Neonatal and Pediatric Oxygenator: Maquet Cardiopulmonary AG) in einem fetalen Schafmodell im 2.-3. Trimester. Der Oxygenator ist an die Nabelschnurgefäße über Katheter angeschlossen. Von insgesamt 33 Feten haben nur 3 davon ohne Komplikationen für mehrere Wochen überlebt. Sepsis, Herzversagen und Blutungen zählten zu den meisten Komplikationen. Um die fetalen Blutgase in Bereichen PaO₂20-30 mm Hg und Pa CO₂ 35-45 mmHg zu stabilisieren und exzessive Sauerstoffsaturation zu vermeiden, musste mit Stickstoff die Sauerstoffkonzentration der medizinischen Luft von 21% auf 11-14 % reduziert werden. Der oxidative Stress, als ein Ungleichgewicht zwischen den freien Radikalen und antioxidativen Abwehrmechanismen, ist einer der Hauptfaktoren beim schlechten Outcome der Schwangerschaft (Sultana et al. 2017 Am J Reprod Immunol. 2017 May;77(5)). Als Nebenwirkungen können u.a. bei der Anwendung von solchen Oxygenatoren auch Hämolyse und Embolie auftreten. Außerdem können ein Postperfusionssyndrom oder eine Organschädigung auftreten.
Die modernen Oxygenatoren brauchen ferner ein eigenes integriertes System für die Bluterwärmung. Eine Entstehung von Luftblasen ist ein bekanntes Problem bei Oxygenatoren, weswegen oftmals Entlüftungssysteme vorgesehen sind. Ein weiteres Problem ist dadurch bedingt, dass die Membranen des Oxygenators an der Seite des O₂- oder Gas-Mischung-Zuflusses trocken sind, was das Risiko der Entstehung von Thromben im Blut signifikant erhöht.
Der Alveolarraum der menschlichen Lunge ist mit Surfactant beschichtet. Das Surfactant besteht hauptsächlich aus Phospholipiden und wird von Pneumozyten Typ II synthetisiert und in die Alveolen sezerniert, um eine Oberflächenspannung zu vermeiden. Zwischen dem Kapillarblut und der Luft liegen die alveolaren Epithelzellen und die Endothelzellen. Es besteht kein direkter Kontakt zwischen dem Blut und der Luft.
Beim Luftkontakt wird das Gerinnungssystem aktiviert. Die aktivierte (Blut-)Gerinnungszeit (activated clotting time, ACT) der Feten wird bei der Verwendung eines Oxygenators mit Heparin (10-400 UPS /h) auf 150-180 s erhöht, um eine Thrombosierung des ECMO/ECL-Systems zu vermeiden.
Youngle et al. (New Engl J Med 2017) beschreibt die Rate der ausgeprägten Hirnblutung bei extrem Frühgeborenen von 29%. Zusätzliche Heparin-Infusionen würden diese Komplikation bei menschlichen Feten und Frühgeborenen deutlich verschlechtern. Auch wurde die Entstehung einer fetalen Anämie bei der Verwendung eines Oxygenators dokumentiert (Partridge et al. 2017).
Zusammengefasst sind bestehende Gebärmuttersysteme und Oxygenatoren nach wie vor unzureichend, insbesondere was eine effiziente Sauerstoffversorgung bei extrem Frühgeborenen angeht. Ein System wäre wünschenswert, das keine Blut-Heparinisierung benötigt, um Thrombosen, eine Zerstörung von Erythrozyten oder eine fetale Anämie zu vermeiden.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes künstliches System bereitzustellen, das zur Lebenserhaltung eines Neugeborenen geeignet ist, insbesondere eines extrem Frühgeboren zwischen der 21/0 und 28/0 SSW, und das die Nachteile des EZMO/ECL-Systems vermeidet oder zumindest vermindert, um so das neonatale Auskommen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein ex-vivo-Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Bevorzugte Ausführungsvarianten finden sich in den Unteransprüchen wieder.
Kernpunkt der Erfindungsvorrichtung ist ein künstliches Durchflusssystem, das aus einer Anzahl fluiddurchlässiger Elemente besteht, beispielsweise stapelförmig oder lamellenförmig angeordnete Membranen oder Mikroporenmaterial (z.B. Röhrchen), wodurch ein effizienter O₂-/CO₂-Austausch beim fetalem Blut möglich wird, ähnlich einem Kiemensystem bei Fischen. Vorgesehen ist hierbei, dass der in oxygeniertem Fruchtwasser gelöste oder in einem künstlichen Gebärmutterraum vorhandene Sauerstoff über das erfindungsgemäße Durchflusssystem an das fetale Blut abgegeben wird. Das fetale Blut wird von den Blutgefäßen der Nabelschnur abgezweigt. Das Durchflusssystem (oder mehrere Durchflusssysteme) sind vorzugsweise in einem Behälter angeordnet, in dem sich auch der Fötus befindet. Dieser Behälter fungiert als künstliche Gebärmutter. In einer alternativen Variante befindet sich das Durchflusssystem außerhalb der künstlichen Gebärmutter in einem separaten Gehäuse. Die Membranen oder das Mikroporenmaterial der Durchflusssysteme können entweder seriell oder parallel in Flussrichtung miteinander verbunden sein.
Das kiemenartige Durchflusssystem ermöglicht einen effizienten Gas-, Elektrolyten-Austausch und eine Giftstoff- und Abfallprodukt-Entsorgung, z.B. von Bilirubin, Ammoniak, Stickstoff.
Ferner ist eine Osmoregulation über Ionentransport möglich.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Idee, dass sich der Fötus im Fruchtwasser entwickelt. Dabei findet ein Austausch zwischen dem fetalen Blut und dem Fruchtwasser über die ultradünne fetale Haut, die Schleimhäute und den fetalen Darm statt. Manche Lebewesen nutzen zur Atmung ein Kiemensystem, d.h. Fische, Krebstiere und Weichtiere, die den Organismus mit Sauerstoff versorgen. Dabei übernehmen die Kiemen neben der respiratorischen Aufgabe noch weitere Funktionen, beispielsweise die Stickstoff-Exkretion, Osmoregulation und Nahrungsaufnahme. So wird z.B. Stickstoff in Form von Ammoniak über die Kiemen ausgeschieden. Die lipidlöslichen Schadstoffe, die zunehmend in höheren Konzentrationen in Meer- und Süßwasser akkumulieren, können ebenfalls über die Kiemen ausgeschieden werden.
Das Durchflusssystem umfasst eine Anzahl fluiddurchlässiger Elemente, die nach dem Kiemenprinzip arbeiten. Dabei können die fluiddurchlässigen Elemente eine lamellenartige, kammförmige, blattförmige, büschelförmige oder baumförmige Struktur haben, so dass eine möglichst große Oberfläche für den Gasaustausch (O₂/CO₂) entstehen kann. Vorzugsweise erfolgt der O₂-Austausch zum fetalen Blut über das Gegenstromprinzip, welcher gegenüber herkömmlichen Problemlösungen stark verbessert ist.
Ferner ist auch die CO₂-Löslichkeit in Flüssigkeit (z.B. Fruchtwasser) bei der erfindungsgemäßen Kiemenstruktur etwa 24-fach höher als die des Sauerstoffs, wobei die passive Diffusion im Gewebe hauptsächlich von dem Durchmesser des jeweiligen Gasmoleküls abhängig ist. So definiert beispielsweise Sauerstoff O₂ mit einem Molekulargewicht von 32 schneller als CO₂ mit einem Molekulargewicht von 44. Dadurch sind beispielsweise Meerestiere wie Fische in der Lage, mit ihrem Kiemensystem bis zu 90 % des vorhandenen Sauerstoffs aus dem Wasser zu extrahieren.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst zunächst einen geschlossenen Behälter, der zur Aufnahme des Fötus sowie des Durchflusssystems dient. Der Fötus befindet sich bei der Anwendung der Vorrichtung in künstlichem Fruchtwasser und wird über seine Nabelschnur mit Sauerstoff und anderen lebenswichtigen Substanzen versorgt. Im Inneren des Behälters ist wenigstens ein Durchflusssystem angeordnet, vorzugsweise zwei oder mehr Durchflusssysteme, die unabhängig oder parallel zueinander laufen können. Jedes Durchflusssystem besteht aus einer größeren Anzahl fluiddurchlässiger Elemente, beispielsweise aus > 5, vorzugsweise > 10 fluiddurchlässiger Elemente, bevorzugt > 50 fluiddurchlässiger Elemente. Diese können beispielsweise aus Membranen, Röhrchen oder Mikroporenmaterial bestehen.
Für den Anschluss an die beiden Nabelarterien und die Nabelvene eines Frühgeborenen sind Verbindungselemente vorgesehen, welche die Blutgefäße der Nabelschnur über Arterienkatheter und Venenkatheter mit dem Durchflusssystem verbinden. Dabei kann es sich um einen einzigen Katheter mit mehreren Lumen oder um mehrere separate Katheter handeln. Das Durchflusssystem umfasst ferner ein oder mehrere Durchflusslumen, welche zur Durchleitung von künstlichem Fruchtwasser oder von individuell angepasstem Fruchtwasser und/oder fetalem Blut durch die fluiddurchlässigen Elemente dienen. Je nach Ausführungsvariante wird Fruchtwasser von außen in Längsrichtung durch die fluiddurchlässigen Elemente des Durchflusssystems geleitet. In einer Variante wird mit Sauerstoff angereichertes Fruchtwasser (oxygeniertes Fruchtwasser) durch die fluiddurchlässigen Elemente geleitet. In einer weiteren Ausführungsform wird umgekehrt das fetale Blut durch die fluiddurchlässigen Elemente geleitet. Das Fruchtwasser umströmt die fluiddurchlässigen Elemente von außen, d.h. die Membranen oder Kapillaren. Die Fixierung der Blutgefäße der Nabelschnur erfolgt über ein Fixiersystem, beispielsweise einen Stent. Zur Einleitung von Fruchtwasser und/oder Beatmungsgas (Sauerstoff, Sauerstoff-Gasmischung oder Carbogen) ist am Behälter wenigstens ein Anschluss vorgesehen, um künstliches Fruchtwasser und/oder Beatmungsgas in das oder zum Durchflusssystem zu leiten
In einer weiteren Variante wird das modifizierte Fruchtwasser für das Kiemensystem getrennt von dem Fruchtwasser des Gebärmuttersystems bereitgestellt und eingesetzt, um die Blutparameter des Feten einzustellen und /oder die fetale Behandlung über das Kiemensystem durchzuführen. Vorzugsweise ist das in einem separaten Behälter bereitgestellte künstliche Fruchtwasser wahlweise mit Medikamenten, Heparin, Vitaminen, Proteinen, Wachstumsfaktoren und/oder Hormonen versetzt. Besonders bevorzugt ist, dass der Gasaustausch und/oder die Medikamentengabe und/oder Elektrolytengabe und/oder Mikroelementen-Gabe und/oder eine Giftstoff- und Abfallprodukt-Entsorgung, z.B. von Bilirubin, Ammoniak, Stickstoff, und/oder die Plasma-Osmoregulation über das separate Fruchtwassersystem erfolgt. Alternativ ist auch eine Versorgung über das Gebärmuttersystem möglich.
In einer weiteren Variante befindet sich das künstliche Kiemensystem außerhalb des Gebärmuttersystems, um die Geräuschbelastung des Feten zu reduzieren.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist wie ein künstliches Gebärmuttersystem aufgebaut, so dass der Fötus sich im künstlichen Fruchtwasser im Behälterinneren entwickelt. Der Austausch zwischen dem fetalen Blut und dem künstlichen Fruchtwasser findet über die ultradünne Haut, die Schleimhäute und dem Darm des Fötus statt. Der fetale Sauerstoffbedarf liegt bei Föten bei etwa 5 ml/min/kg (Campbell et al., J. Physiol 1966;182:439-464). Beim menschlichen Fötus in der 22. bis 25. SSW mit einem fetalen Gewicht von 300 bis 500 g liegt der Sauerstoffbedarf bei etwa 2 bis 4 ml/min. Dabei wiegt ein ml Sauerstoff umgerechnet etwa 1,34 mg. Bei einem Sauerstoffgehalt in Fruchtwasser von 7 bis 50 mg/l kann der fetale Sauerstoffbedarf, je nach intrauterinem Druck, Anzahl und Ausgestaltung der fluiddurchlässigen Elemente des Durchflusssystems (z.B. Membranstärke) bei einer Wasserperfusion von 0,2 bis 5 l/min nahezu vollständig abgedeckt werden.
Die fluiddurchlässigen Elemente umfassen vorzugsweise Membranen, Membranen mit Mikroporen (Polymethylpentenen; PNP-Material) oder Membranen mit Mikroporen. Doch sind auch andere fluiddurchlässige Elemente von der Erfindung erfasst, die nach dem Kiemenprinzip arbeiten und durchlässige Kanäle für O₂ und CO₂ aufweisen. Ferner können beim Durchflusssystem auch weitere fluiddurchlässige Elemente zum Einsatz kommen, die Transportkanäle oder Mikroporen für die Entgiftungsfunktion oder zur Normalisierung von Elektrolyten bereitstellen (z.B. Cl^- und Na⁺).
Über die Verbindungselemente wird das Durchflusssystem mit dem Gefäßsystem des Kindes verbunden (d.h. über dessen Nabelschnur), vorzugsweise über ein Port-System. Das begaste Fruchtwasser (z.B. bereitgestellt als O₂ oder O₂/CO₂ oder O₂/CO₂ und Stickstoff-Mischung) wird in einer ersten Ausführungsvariante direkt über die stapelförmig angeordneten fluiddurchlässigen Elemente gepumpt. Vorzugsweise ist hierfür ein unter Druck stehender Behälter mit Fruchtwasser vorhanden. Alternativ kann auch eine Pumpe zum Einsatz kommen, die das mit Sauerstoff angereicherte Fruchtwasser durch die fluiddurchlässigen Elemente durchleitet. In einer weiteren Variante kann die Sauerstoffversorgung auch direkt durch Begasung des Behälterinnenraums erfolgen. Hierfür sind entsprechende Anschlüsse für die Zufuhr von Atmungsgas vorhanden. So lassen sich die einzelnen Anteile für die Oxygenierung des Föten exakt einstellen, insbesondere das Verhältnis Fruchtwasser/Gas, Fruchtwasser/Sauerstoff. Diese Verhältnisse können bei 0,1/10 bis 9,9/10 liegen. Der Gasaustausch wird durch die Geschwindigkeit des durch das Durchflusssystem hindurchströmenden Fruchtwassers, das Flüssigkeitsvolumen, die Richtung/Gegenrichtung, die Frequenz (Oszillation 0 - 1000 Hz), die O₂-Zufuhr und/oder Gasmischung-Zufuhr und/oder durch eine Druckänderung im Durchflusssystem geregelt. Vorzugsweise umfasst das Durchflusssystem ein Druckventil, das am nabelschnurseitigen Ausgang des Durchflusssystems integriert ist. Dabei handelt es sich vorzugsweise um eine Druckklappe, die vorab mechanisch eingestellt werden kann. Das Öffnen und Schließen der Klappe kann mechanisch und/oder digital erfolgen. Durch das Gegenstromprinzip wird die O₂-Aufnahme aus dem Fruchtwasser in das fetale Blut, ähnlich einem natürlichen Kiemensystem, erleichtert.
In einer weiteren Ausführungsvariante fließt das fetale Blut direkt durch die fluiddurchlässigen Elemente, vorzugsweise über Röhrchen oder ein Membransystem, wo es zum Gasaustausch kommt. Das künstliche Fruchtwasser (mit oder ohne Sauerstoff) oder eine Fruchtwasser-Gasmischung (Verhältnis Fruchtwasser/Gas von 0,1/10 bis 9,9/10) wird durch die fluiddurchlässigen Elemente vorbeigeleitet und, vorzugsweise durch einen sich verjüngenden Durchmesser von Röhrchen, in der Fließgeschwindigkeit beschleunigt. Über das Druckventil kann der Wasserdruck im System auf die fluiddurchlässigen Elemente (z.B. Membranen) erhöht werden. Dabei kann die Erhöhung des Druckes periodisch erfolgen oder auf einem konstanten Level gehalten werden. Der Druck im Durchflusssystem kann auch über die Begasung des Fruchtwassers mitgesteuert werden. Vorzugsweise wird das künstliche Fruchtwasser im Durchflusssystem über das Druckventil oder über eine Zufuhreinrichtung, vorzugsweise mit einer Frequenz von 0-1000 Hz, oszilliert.
Denkbar ist z.B. auch, dass das Durchflusssystem (d.h. das Kiemensystem) unabhängig von dem künstlichen Gebärmuttersystem verwendet wird, beispielsweise um die Lungenfunktion bei Kindern oder Erwachsenen zu ersetzen oder ggf. zu ergänzen.
Je nach Variante kann das künstliche Fruchtwasser auch durch andere Lösungen oder Flüssigkeiten ersetzt werden, beispielsweise Blut, Plasma, Ernährungslösungen, Salzlösungen (NaCI), Plasma-Ersatzlösungen, Meereswasser etc.). Das erfindungsgemäße Durchflusssystem arbeitet vorzugsweise nach dem Beschleunigungsprinzip, bei dem das Fruchtwasser (oder eine andere Flüssigkeit) mit einer Pumpe beschleunigt wird, wodurch der Sauerstoff-/CO₂-Austausch effizienter wird.
In einer bevorzugten Variante umfasst das Durchflusssystem der erfindungsgemäßen Vorrichtung zusätzlich einen Absorber, um Stoffe wie Zytokine, Toxine, Ammoniak, Bilirubin, Myoglobin, Creatinin, inflammatorische Substanzen oder Abbauprodukte aus dem fetalen Blut zu entsorgen. Bei den Zytokinen handelt es sich beispielsweise um IL-6, IL-8, IL-10, TNA-alfa, IFN. Vorzugsweise wird das künstliche Fruchtwasser auf eine Temperatur zwischen 37° und 39° C über eine Heizeinrichtung vorgewärmt. Vorzugsweise wird auch der Innenraum des Behälters (entsprechend einer künstlichen Gebärmutter) auf einer Temperatur zwischen 37° und 39° C gehalten. Über einen Thermoregulator kann eine vorübergehende Abkühlung auf eine Temperatur bis zu etwa 34° C zur Reduzierung von Organschäden nach einer Asphyxie erfolgen. Vorzugsweise umfasst das Durchflusssystem ferner eine Messeinrichtung zur Messung der Sauerstoffsättigung in dem Fruchtwasser des künstlichen Gebärmuttersystems.
Für eine erfolgreiche Lebenserhaltung und Weiterentwicklung des Frühgeborenen ist auch die Zusammensetzung des künstlichen Fruchtwassers entscheidend. Bei einer unzureichenden Fruchtwasserzusammensetzung besteht die Gefahr, dass fetale innere Organe, Nabelschnur, Amnion, Haut, Augen oder Schleimhäute irreversible Schäden erleiden.
Das erfindungsgemäß eingesetzte Fruchtwasser umfasst daher in einer bevorzugten Ausführungsform eine Nährstoffzusammensetzung, deren Konzentrationen mit der physiologischen Situation beim Fötus im jeweiligen Gestationsalter übereinstimmen. Dadurch wird die Konzentration von Fettsäuren, Vitaminen, Mikroelementen, Wachstumsfaktoren, Hormonen, Elektrolyten, Zytokinen und anderen regulatorischen Substanzen ständig überprüft, angepasst und bei Bedarf substituiert. Vorzugsweise umfasst der Raum der künstlichen Gebärmutter des erfindungsgemäßen Gebärmuttersystems künstliches Fruchtwasser, welches die Zusammensetzung der US 9,072,755B2 aufweist.
Andere Spurenelemente, wie z.B. Bor, Chrom, Eisen, Fluor, Jod, Kobalt, Lithium, Mangan, Molybdän, Nickel, Silicium, Vanadium, Aminosäuren, Wachstumsfaktoren, Vitamine und Hormone können das künstliche Fruchtwasser ergänzen. Vorzugsweise wird das Fruchtwasser vor der Einleitung in die künstliche Gebärmutter auf eine Temperatur zwischen 37 und 39° C vorgewärmt und gleichzeitig mit Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gasgemisch begast.
Die fetale O₂-Sättigung wird nach der Abnabelung bei 60-90% in dem künstlichen Gebärmuttersystem durch das Durchflusssystem im begasten Fruchtwasser gehalten.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein ex-vivo-Verfahren zur Lebenserhaltung eines Neugeborenen, insbesondere eines extrem Frühgeborenen zwischen der 21/0 und 28/0 SSW zur Aufrechterhaltung seiner Lebensfunktionen. Bei dem Verfahren wird mit Sauerstoff angereichertes Fruchtwasser einem Behälter zugeführt, in dem sich wenigstens ein Durchflusssystem befindet, welches aus einer Anzahl fluiddurchlässiger Elemente und Verbindungselemente für den Anschluss an die Katheter für die Nabelarterien und Nabelvene eines Frühgeborenen und einem Durchflusslumen zur Durchleitung von künstlichem Fruchtwasser und/oder fetalem Blut durch die fluiddurchlässigen Elemente, sowie wenigstens einem Anschluss für das Einleiten von mit Sauerstoff angereicherten künstlichem Fruchtwasser, Fruchtwasser und/oder Beatmungsgas in das Durchflusssystem besteht. Dabei wird entweder das Fruchtwasser oder das fetale Blut durch die fluiddurchlässigen Elemente geleitet.
Vorzugsweise wird bei dem Durchflusssystem ein Druck zwischen 5 mBar und 5 Bar aufrechterhalten.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Frühgeborenen um einen Fötus, der vor der vollendeten 28. SSW geboren wurde. Das erfindungsgemäße Gebärmuttersystem und das ex-vivo-Verfahren funktionieren jedoch auch bei Kindern, die eine eingeschränkte Lebenserwartung aufgrund einer Lungeninsuffizienz haben, beispielsweise bedingt durch angeborene Defekte oder aufgrund noch nicht ausgebildeter Funktionen, wie sie beispielsweise bei Neugeborenen mit einer Hypoplasie der Lunge feststellbar sind. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des Verfahrens ist eine dauerhafte Behandlung der Lungeninsuffizienz und auch Beschädigungen von Atemwegen oder Lungen möglich, die beispielsweise bedingt sind durch Verbrennungen.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass eine Überwachung und Regulierung der Vitalfunktionen des Neugeborenen (insbesondere der physiologischen fetalen Parameter) über ein Computernetzwerk erfolgen, mit dem es auch möglich ist, einen Datenaustausch über das Internet durchzuführen. Auch die Fernregulation des Systems über ein Netzwerk ist möglich. Über das Computernetzwerk sollen Daten der Vitalfunktionen wie Konzentrationen von CO₂ oder O₂, Sättigung, Blutflussvolumen, Blutwerten, Aminosäuren, Gerinnungsstatus, Fettsäuren, Glucose, Wachstumsfaktoren, das CRP und andere Inflammationsparameter wie IL-6, Pro-Calcitonin, Metalloproteinasen und andere Zytokine überwacht und kontinuierlich analysiert werden. Auch die bakterielle Besiedlung wird überwacht und analysiert. Die Analyse soll sowohl Aufschluss über den akuten Gesundheitszustand des Kindes geben als auch eine stetig präzisere Risikoprognose ermöglichen. Dabei senden Chips praktisch permanent die entsprechenden Werte zu einer Auswerteeinheit. Die vollständige Analyse der Daten kann über eine Zentrale für jedes einzelne Gebärmuttersystem erfolgen. Die Eltern können nach Bedarf oder Wunsch, z.B. über ein Smartphone, in die fetale Video-Überwachung oder Vitalparameter-Überwachung integriert werden. Diese Art der Integration der Eltern ermöglicht auch eine Audio-basierte Kommunikation, was eine Audiokommunikation zwischen den Eltern und dem Kind ermöglicht.
In einer Variante ist vorgesehen, dass beispielsweise verstärkte Herzschläge des Kindes, nach einem Herausfiltern der Gerätegeräusche, an die Mutter über eine Kommunikationseinrichtung (z.B. Smartphone) in Echtzeit übertragen werden. Im Gegenzug können Geräusche der Mutter und/oder des Vaters (z.B. Herzschlag, Stimme, Atemgeräusche, ggf. Darmgeräusche) in Echtzeit („live“) oder über eine Dauerschleife akustisch in das Gebärmuttersystem ausgestrahlt werden.
Erfindungsgemäß sind Einrichtungen vorgesehen, die eine hochfrequente Datenerfassung und Analyse ermöglichen. Die Analyse umfasst insbesondere die Verwendung von Methoden zur Dichtevorhersage, eine entsprechende Risikoprognose und die Implementierung von Regime-Switching-Modellen.
So könnte beispielsweise eine Markov-Switching GARCH Spezifikation nach Haas et al. (2004), jedoch mit zusätzlicher Berücksichtigung von verzögerter Kreuzkorrelation zwischen den Blutwertzeitreihen und dem Effekt exogener Eingriffe, bei dem erfindungsgemäßen System oder Verfahren eingesetzt werden, um deren unterschiedliche Verhaltensmuster mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit zuzuordnen (Haas M, Mittnik S, Paolella MS 2004; Hastie et al. 2008). Eine präzise Abschätzung der Parameter und Wahrscheinlichkeiten können z.B. über EM-Algorithmen erfolgen.
Hohe Beobachtungszyklen bestimmter Muster in der Regimezuweisung, insbesondere vor dem Auftreten eines pathologischen Zustandes, könnten einen enormen Informationsgewinn für das Verstehen einer Erkrankung bedeuten. Für diese Mustererkennung könnte die Anwendung eines künstlichen neuronalen Netzes geprüft werden, um die Wahrscheinlichkeit für eine eintretende Medikationsnotwendigkeit abzuschätzen. Deshalb sollen in einer bevorzugten Variante eine kontinuierliche Analyse und Abschätzung des neonatalen Outcomes zur Korrektur der Therapie und Justierung der Einstellung des Durchflusssystems erfolgen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in einer bevorzugten Ausführungsform vorzugsweise mit einem Audiosystem ausgestattet, mit dem eine Kommunikation zwischen dem Fötus im künstlichen Gebärmuttersystem und der Mutter bzw. dem Vater möglich ist. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise die Sprache, Töne oder Klänge von außen in den Innenraum des Gebärmuttersystems übertragen. Durch digitale Filter lassen sich nicht natürliche Geräusche (z.B. Begasungsgeräusche, Geräusche von Maschinen, Geräten etc.) digital herausfiltern. Ferner sollen auch akustische Herzaktionen des Fötus aufgezeichnet und ggf. digital verstärkt werden, um diese Informationen über ein Netzwerk beispielsweise auf ein Smartphone der Mutter und/oder des Vaters zu übertragen.
In einer weiterentwickelten Variante umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung mehr als ein Durchflusssystem, vorzugsweise zwei oder mehr Durchflusssysteme, die entweder parallel oder seriell geschaltet sind. Dadurch ist es möglich, mehrere System parallel oder unabhängig voneinander laufen zu lassen. Dies ist beispielsweise bei einem Wechsel des Oxygenators wichtig. Ferner kann im Bedarfsfall durch die vorhandene Redundanz ein defektes System durch ein funktionierendes System ersetzt werden, um so z.B. die O₂-Begasung, eine Druckerhöhung im Durchflusssystem oder eine Erhöhung des Fruchtwasserdurchlaufs sicherzustellen und damit die physiologischen Funktionen des Kindes zu erhalten. Auch diese Funktionen sollen so vernetzt sein, dass die Systeme über ein Netzwerk weltweit überwacht und ggf. gesteuert werden können. Die Aufzeichnung, Erfassung und Übermittlung der Vitaldaten des Fötus sowie weiterer Informationen, wie z.B. Audioinformationen, werden vorzugsweise über ein verschlüsseltes Netzwerk übertragen. Über eine Steuerungs-Software und eine im Gebärmuttersystem integrierte Steuerung (z.B. für den Gasaustausch, die Fruchtwasserzufuhr, die Zuleitung von fetalem Blut) sollen die Vitalfunktionen reguliert werden können. Die Steuerung übernimmt hierbei insbesondere die Steuerung der Durchflussmenge, die Anreicherung von O₂ im Fruchtwasser und/oder die Konzentration von Atmungsgas in dem Behälterinnenraum etc.
Mehrere Durchflusssysteme haben auch den Vorteil, dass die Kontaminationsgefahr verringert wird und zudem die Möglichkeit einer Medikamentengabe über das Fruchtwasser des künstlichen Kiemensystems möglich ist. Zudem ist eine indirekte Elektrolyten-, Osmolarität-, Plasma-Regulierung des Föten über eine Anpassung der Formel des künstlichen Fruchtwassers für das Durchflusssystem als künstliches Kiemensystem möglich.
Gegenüber herkömmlichen Oxygenatoren hat die Erfindung wesentliche Vorteile. Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat festgestellt, dass die im Stand der Technik beschriebenen Vorrichtungen und Methoden schon allein unzureichend sind, da die Verwendung von einem Oxygenator in einem künstlichen extrauterinen System mit einer höhen Heparin-Substitution verbunden ist. Eine sehr hohe Inzidenz der intrakraniellen Hirnblutung bei extremen Frühgeborenen ist weiterhin ein ungelöstes Problem der Pädiatrie (s. Younge et al., New Eng J Med 2017 Paper). Eine hochdosierte Heparin-Substitution erhöht signifikant das Risiko und Ausmaß einer Hirnblutung bei Kindern. Zusätzlich liefern die gängigen Oxygenatoren zu viel O₂ mit einer sehr starken Reduktion von CO₂, was für die fetale Situation nicht physiologisch und mit Komplikationen verbunden ist. Die Stabilisierung der fetalen Blutgase erfolgte durch eine zusätzliche komplizierte neue Mischung von bei den Oxygenatoren eingesetzten Gasen (O₂, CO₂ und N₂). Bedingt durch die Funktion des Oxygenators kommt es häufig zu Komplikationen, wie z.B. eine erhöhte Thrombosegefahr, Zerstörung der Erythrozyten, Anämie und Hyperbilirubinämie.
Ein Ersatz der Gasmischung durch die Perfusion mit einem O₂-angereicherten künstlichen Fruchtwasser reduziert die Thrombose-Gefahr und Heparin-Bedarf, trägt zur physiologischen Stabilisierung der fetalen Blutgasen bei und erhöht die Dauer der Arbeitsfähigkeit des Durchflusssystems.
Die Erfindung wird in den nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

1 eine erste Ausführungsvariante der Vorrichtung, bei der oxygeniertes künstliches Fruchtwasser durch Membranen des Durchflusssystems (Kiemensystem) strömt,
2 eine weitere Ausführungsform, bei der das fetale Blut durch das Durchflusssystem fließt,
3 eine Ausführungsvariante eines künstlichen Gebärmuttersystems,
4 eine weitere Variante mit zwei Durchflusssystemen,
5 eine Variante mit einem zweiten Fruchtwassersystem zur Versorgung des Föten mit Medikamenten.

In 1 sind die erfindungsgemäße Vorrichtung und ihre einzelnen Bestandteile gezeigt. Die Vorrichtung umfasst einen Behälter 10, in dem ein Durchflusssystem 21 angeordnet ist. Über ein Pumpensystem wird über einen Anschluss 12 künstliches Fruchtwasser (vorzugsweise vorgewärmt) über eine Leitung 14 über einen Verbindungsstutzen 18 in das Durchflusssystem 21 eingeleitet. Die Oxygenierung des Fruchtwassers kann über eine Sauerstoffleitung 16 erfolgen. Gleichwohl ist auch vorgesehen, dass der künstliche Raum im Behälterinneren über einen eigenen Gasanschluss mit medizinischer Atemluft begasbar ist. Das Durchflusssystem 21 selbst besteht aus einer Anzahl von mehr als 20 fluiddurchlässigen Elementen, welche O₂- und CO₂-durchlässig sind. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um lamellenförmig angeordnete Membranen oder eine Anzahl von Röhrchen mit darin integrierten Mikroporen für den Gasaustausch. Der Katheter-Anschluss für den Nabelvenenkatheter 32 und der beiden Nabelarterienkatheter 30.1; 30.2 an die Nabelschnur 36 des Fötus erfolgt über Verbindungselemente 26, 28 sowie am anderen Ende über ein Port-System 34. Über ein Druckventil 24 lässt sich der Innendruck des Kiemensystems mit einer Frequenz von 0-1000 Hz, bevorzugt 10-80 Hz regulieren. Fetales Blut wird entsprechend dem Gegenstromprinzip über entsprechende Durchflusslumen 20 um die Membran des Durchflusssystems 21 geleitet. Dadurch erfolgt ein effizienter Sauerstoffaustausch des in dem Fruchtwasser gelösten Sauerstoffes und dem fetalen Blut. Durch Erhöhung der Fließgeschwindigkeit kann die Effizienz des O₂/CO₂ Austausches erheblich gesteigert werden. Der Druck im Durchflusssystem wird vorzugsweise zwischen 5 mbar und 5 bar aufrechterhalten. Es sind Zugänge für Sauerstoff oder eine Gasmischung vorgesehen. Ferner kann auch eine Beaufschlagung mit einer Gasmischung aus O₂, CO₂ und N₂ erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Beaufschlagung des Carbogen-Gasgemisches oder von O₂ auch direkt in das Fruchtwasser erfolgen.
Über das Druckventil 24 werden die Menge des Fruchtwassers, die Geschwindigkeit und der Druck im Durchflusssystem 21 zusätzlich zu der Fruchtwasserpumpe (nicht gezeigt) geregelt. Die Regelung des Druckventils 24 kann mechanisch oder digital erfolgen. Über eine Messzuleitung kann eine Probeentnahme für eine Messeinrichtung vorgenommen werden (nicht gezeigt), beispielsweise um die Sauerstoffsättigung im Blut vor und nach der Oxygenierung zu bestimmen.
In 2 ist eine weitere Variante gezeigt, bei der die fluiddurchlässigen Elemente 22 des Durchflusssystems 21 direkt vom fetalen Blut durchströmt werden. Das künstliche Fruchtwasser umströmt bei dieser Variante die fluiddurchlässigen Elemente 22, d.h. die Kapillaren oder Membranen.
In 3 ist eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Vitalsystem gezeigt. Der Behälter 10 umfasst ein Durchflusssystem 21. Über einen Anschluss 12 erfolgt die Versorgung mit künstlichem Fruchtwasser, welches vorzugsweise in einem vorgewärmten Behälter 42 bereitgestellt wird. Dazu ist der Behälter 42 vorzugsweise mit einem Thermostat und einer Pumpe ausgerüstet. Vorzugsweise wird eine Vorwärmtemperatur von 37° bis 39° C im Behälter 42 für das künstliche Fruchtwasser des Kiemensystems angestrebt. Eine Oxygenierung des Fruchtwassers kann direkt von einem Sauerstoffbehälter 40 erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann eine direkte Begasung des künstlichen Raums des Behälters 10 und /oder des Durchflusssystems 21 mit Sauerstoff erfolgen. Über entsprechende Sensoren 48 ist es möglich, Vitalfunktionen zu überwachen und über ein Netzwerk weiterzuleiten. Ferner sind die Aufnahme und das Abspielen von Geräuschen und Klängen über eine Audio-Einrichtung 43 möglich. Daten werden über ein Netzwerk 41 an entsprechende Server 44 übertragen und letztendlich über eine Analyseeinrichtung 46 analysiert. Auf die gleiche Weise kann das gesamte System auch reguliert werden.
In 4 ist analog ein System gezeigt, das ähnlich aufgebaut ist wie die Variante der 3. Hier erfolgt die Begasung mit einem Gasgemisch aus O₂, CO₂, N₂, bereitgestellt in Behälter 40.1, 40.2, 40.3. Erfindungsgemäß sind zwei Durchflusssysteme 21 vorgesehen. Der Datenaustausch kann aber auch, wie auch bei den anderen Varianten, über ein Smartphone 50 erfolgen, d.h. wichtige Vitalfunktionen, Audiodateien oder andere Informationen von und zum künstlichen Gebärmuttersystem können direkt von der Mutter/dem Vater oder einer anderen Person, die das Gebärmuttersystem überwacht, ausgetauscht werden.
In 5 ist ein weiterentwickeltes System gezeigt, bei der ein zusätzlicher Behälter 60 mit künstlichem Fruchtwasser neben dem mit modifiziertem künstlichen Fruchtwasser befüllten Behälter 42 bereitgestellt wird. Die Versorgung des Föten mit den Substanzen erfolgt über das Durchflusssystem 21, d.h. über künstliches mit den Substanzen angereichertes Fruchtwasser, was von dem Behälter 42 bereitgestellt wird. Dadurch ist eine Versorgung des Föten mit Medikamenten, u.a. Heparin, Vitaminen, Proteinen, Wachstumsfaktoren und/oder Hormonen möglich. Über die Versorgung des Föten mit künstlichem Fruchtwasser, das durch das künstliche Kiemensystem zugeführt wird, kann beispielsweise die neonatale Versorgung sichergestellt werden oder eine prophylaktische oder therapeutische Behandlung durchgeführt werden. Beispielsweise lassen sich Blutparameter des Föten individuell einstellen.
Vorzugsweise kommen wasserlösliche Substanzen zum Einsatz, die sich in dem künstlichen Fruchtwasser lösen. Das System hat den Vorteil, dass eine Überwässerung des Frühgeborenen vermieden wird, denn eine Volumenerhöhung durch Aufnahme von zu viel Flüssigkeit wird verhindert. Ferner wird eine bei anderen Systemen oder Behandlungsverfahren auftretende Dekompensation verhindert, denn zumindest ein Teil der Wirk- und Nahrungsstoffe können über das Kiemensystem aufgenommen werden, um so eine unnötige Volumenbelastung des Föten zu vermeiden. Bei der Ausführungsvariante ist deshalb vorgesehen, dass das modifizierte Fruchtwasser des Behälters 42 für das Kiemensystem getrennt ist von dem Fruchtwasser des Gebärmuttersystems im Behälter 60. Beispielsweise kann die Gabe von Heparin oder anderen antithrombotischen Medikamenten lokal über das künstliche Kiemensystem (Durchflusssysteme 21) erfolgen, um so antithrombotisch zu wirken. Eine systemische Heparin-Belastung des Föten wird vermieden.
Bei dieser Variante ist ferner vorgesehen, dass das Durchflusssystem 21 in einem externen Gehäuse 52 als externes Kiemensystem angeordnet ist. Über ein Portsystem 51 wird die Nabelschnur 36 des Föten mit dem externen künstlichen Kiemensystem verbunden. Zur optimalen Sauerstoffversorgung kann die Temperatur des künstlichen Fruchtwassers im Behälter 42 auf bis zu 4° C heruntergekühlt werden, um die Oxygenisierung des Fruchtwassers mehrfach zu steigern. Temperaturen in einem Bereich von 4° C bis Raumtemperatur (ca. 21 ° C) sind bevorzugt. Jedoch sind auch Temperaturen von bis zu 39° C möglich. Die Beaufschlagung des Durchflusssystems 21 mit künstlichem Fruchtwasser aus dem Behälter 42 wird über ein Ventil 53 geregelt. In einer weiteren (nicht gezeigten) Variante wird auf den mit einem Thermostat ausgerüsteten Behälter 42 mit künstlichem Fruchtwasser verzichtet. Bei dieser Variante ist die Funktion des mit einem Thermostat und einer Pumpe ausgerüsteten Behälters 42 in dem externen Gehäuse 52 integriert. Das Gehäuse 52 kann demnach eine Pumpe und ein Thermostat umfassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2014/0255253 A1 [0010]
WO 2014/145494 A1 [0011]
WO 2016/154319 A1 [0012]
US 9072755 B2 [0041]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Campbell et al., J. Physiol 1966;182:439-464 [0033]

Claims

Vorrichtung für die Lebenserhaltung eines Neugeborenen, insbesondere eines extrem Frühgeborenen zwischen der 21/0 und 28/0 Schwangerschaftswoche (SSW), umfassend einen Behälter (10) mit wenigstens einem Durchflusssystem (21), bestehend aus einer Anzahl fluiddurchlässiger Elemente (22) und Verbindungselementen (26, 28) für den Anschluss an Nabelarterienkatheter (30) und Nabelvenenkatheter (32) eines Frühgeborenen und einem Durchflusslumen (20) zur Durchleitung von künstlichem Fruchtwasser und/oder fetalem Blut durch die fluiddurchlässigen Elemente (22), sowie wenigstens einen Anschluss (12) für das Einleiten von mit Sauerstoff angereichertem künstlichem Fruchtwasser, von Fruchtwasser und/oder von Beatmungsgas in das Durchflusssystem (21).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kiemen-Durchflusssystem (21) ferner ein Druckventil (24) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oszillation des künstlichen Fruchtwassers im Durchflusssystem (21) über ein Druckventil (24) oder über eine Zufuhreinrichtung, vorzugsweise mit einer Frequenz von 0-1000 Hz, erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Durchflusssystem (21) aus einer Anzahl kiemenartig angeordneter, fluiddurchlässiger Elemente (22) und Verbindungselementen (26, 28) für den Anschluss an Nabelarterienkatheter (30) und Nabelvenenkatheter (32) vom Neugeborenen besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der fluiddurchlässigen Elemente (22) und des Durchflusslumens (20) im Behälter (10) so ausgelegt sind, dass das künstliche mit Sauerstoff angereicherte Fruchtwasser oder das fetale Blut durch die fluiddurchlässigen Elemente (22) strömt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den fluiddurchlässigen Elementen (22) um mehrere hintereinander angeordnete Membranen oder Mikroporenmaterial handelt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Einrichtungen vorgesehen sind, über die eine Überwachung der Vitalfunktionen des Neugeborenen oder eine Regulation der physiologischen fetalen Parameter erfolgt, wobei ein Datenaustausch über ein Computernetzwerk vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fruchtwasser für das Durchflusssystem (21) in einem ersten Behälter (42) oder einem externen Gehäuse (52) mit wenigstens einem Durchflusssystem (21) bereitgestellt wird, über das ein Gasaustausch und/oder eine Medikamentengabe und/oder eine Elektrolytengabe und/oder eine Mikroelementen-Gabe und/oder eine Giftstoff- und Abfallprodukt-Entsorgung, bevorzugt von Bilirubin, Ammoniak, Stickstoff, und/oder eine Plasma-Osmoregulation erfolgt, und dass ferner ein separater zweiter Behälter (60) mit modifiziertem Fruchtwasser für das Gebärmuttersystem vorgesehen ist.
Ex-vivo Verfahren zur Lebenserhaltung eines Menschen, insbesondere eines extrem Frühgeborenen zwischen der 21/0 und 28/0 Schwangerschaftswoche (SSW), bei dem mit Sauerstoff angereichertes Fruchtwasser einem Behälter zugeführt wird, in dem sich wenigstens ein Durchflusssystem befindet, welches aus einer Anzahl fluiddurchlässiger Elemente und Verbindungselementen für den Anschluss an die Arterien und Venen und einem Durchflusslumen zur Durchleitung von modifizierten künstlichem Fruchtwasser und/oder Blut durch die fluiddurchlässigen Elemente, sowie wenigstens einem Anschluss für das Einleiten von mit Sauerstoff angereichertem künstlichem Fruchtwasser, Fruchtwasser und/oder Beatmungsgas in das Durchflusssystem besteht, wobei entweder das Fruchtwasser oder das Blut durch die fluiddurchlässigen Elemente geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine digitale Echtzeitverbindung zwischen dem Fetus und den Eltern besteht, bei der der Fetus Geräusche der Mutter und/oder des Vaters, bevorzugt die Stimme, Atmung, Herzschläge und ggf. Darmgeräusche, zugeführt bekommt.