Einfluss der Temperatur auf die transkutane Blutgasdiffusion: CAPNOS-Projekt (CAPNOS)

Aus klinischer Sicht ist der arterielle Kohlendioxid (CO2)-Druck – paCO2 – eine besonders interessante physiologische Größe, da er Aufschluss über die ordnungsgemäße Funktion des kardiorespiratorischen Systems gibt. Die aktuelle „Goldstandard“-Messung dieses paCO2 erfordert jedoch eine arterielle Punktion, eine Operation, die qualifiziertes Personal erfordert, eine schnelle Analyse der entnommenen Blutproben und bringt Risiken und Unannehmlichkeiten für den Patienten mit sich. Tatsächlich wird der transkutane Partialdruck von CO2 – tcpCO2 – aufgrund seiner guten Korrelation mit letzterem häufig als indirektes Maß für paCO2 verwendet. Aktuelle tcpCO2-Monitore sind jedoch sperrig, teuer (10.000–20.000 €) und weisen eine erhebliche Drift auf, was dazu führt, dass die Messelektrode alle 4–8 Stunden neu kalibriert werden muss. Außerdem erhitzen diese Monitore die Haut auf Temperaturen zwischen 41 und 44 °C, was insbesondere bei Säuglingen zu Verbrennungen führen kann.

Tatsächlich scheint eine Alternative zu aktuellen tcpCO2-Monitoren sehr wünschenswert. Insbesondere angesichts des Aufkommens tragbarer Elektronik wäre eine Lösung, die sich an am Handgelenk getragene Pulsoximeter annähert, jedoch für die CO2-Messung, ein unbestreitbarer Vorteil, der ohne eine Überarbeitung der tcpCO2-Messtechnologie nicht erreicht werden kann.

In diesem globalen Kontext ist die vorliegende Forschung angesiedelt; Um einen tragbaren tcpCO2-Sensor zu entwickeln, müssen zwei Hauptwege untersucht werden. Einerseits ist es notwendig, die Modalitäten der CO2-Diffusion durch das subkutane Gewebe und die Haut zu einem externen Medium (Umgebungsluft oder Sensor) zu kennen. Andererseits ist es notwendig, eine zuverlässige Technik zu entwickeln, um CO2 mittels eines auf der Haut platzierten Sensors mit minimaler Drift zu messen.

Die vorliegende Forschung konzentriert sich ausschließlich auf die erste dieser beiden Spuren, nämlich auf das Phänomen der CO2-Diffusion durch die Haut. Tatsächlich ist die Literatur zu diesem Thema alt und unvollständig. Insbesondere die Diffusionsrate von CO2 durch die Haut als Funktion der Hauttemperatur ist nicht bekannt. Diese Variation ist jedoch für die Dimensionierung eines tcpCO2-Sensors hinsichtlich der Autonomie von entscheidendem Interesse. Tatsächlich hat die CO2-Diffusionsrate durch die Haut einen direkten Einfluss auf die Reaktionszeit eines solchen Sensors.

Die vorliegende Forschung ist daher rein explorativ, mit dem Ziel, neue Erkenntnisse in der Physiologie zu gewinnen. Es zielt darauf ab, die Lücken in der Literatur zu den Variationen der transkutanen CO2-Diffusionsrate als Funktion der Temperatur zu schließen, mit dem langfristigen Ziel, einen neuen Typ von tcpCO2-Sensor zu entwickeln, der die Einschränkungen der derzeitigen Monitore umgeht. Ziel ist nicht die Entwicklung eines neuartigen tcpCO2-Sensors, sondern die Charakterisierung der Diffusionsgeschwindigkeit von CO2 durch die Haut mit einem eigens für diese Studie entwickelten System. Das verwendete Messsystem ist ein Versuchsgerät, das nicht als Medizinprodukt vermarktet werden soll. Tatsächlich misst es eine CO2-Durchflussrate und keinen Partialdruck – Partialdruck, der, zur Erinnerung, die Größe von klinischem Interesse ist.