Einer Kurve auf der Spur

Gründe, warum Dinge nicht erforscht werden, gibt es viele: Manche Forschungsobjekte sind zu unbekannt, andere scheinen nicht signifikant genug oder den Aufwand nicht wert. Doch im Fall der Sauerstoffbindung im Blut scheitert es „nur“ an den Methoden zur Analyse – zumindest bislang.

Die Sauerstoffbindungskurve ist ein in der Medizin weithin bekanntes Prinzip“, erklärt Simon Woyke, Anästhesist an der Medizinischen Universität Innsbruck. „Sie zeigt die Fähigkeit des Hämoglobins im Blut, Sauerstoff zu binden und wieder abzugeben. Aber die Mechanismen, die sich dahinter verbergen und die sie verändern, sind nicht zur Gänze erforscht.“

Folgen: unbekannt

Dabei könnten sich hinter dieser relativ einfach aussehenden Kurve wichtige Erkenntnisse verstecken. Denn die Sauerstoffbindungskurve unterscheidet sich von Mensch zu Mensch. „Was das für den Organismus bedeutet, wissen wir aber nur bedingt – insbesondere, wenn es um langfristige Auswirkungen geht“, meint Woyke. Zu den individuellen Unterschieden kommen lokale Abweichungen, bislang kaum erforschte Wirkungen von Medikamenten und vieles mehr. „All das könnte sich auf die Leistungsfähigkeit auswirken, auf den Energieverbrauch oder auf verschiedene Krankheitsbilder.“

Datenmangel

Dass die Mechanismen, die ihr zugrunde liegen bislang relativ wenig erforscht sind, liegt vor allem an ihrer Messbarkeit: Es gibt nur ein kommerzielles Gerät, das nicht nur teuer ist, sondern auch klare Limitierungen hat: Mit ihm kann jeweils nur eine Probe nach der anderen untersucht werden. Deswegen begab sich Woyke zusammen mit Thomas Haller, der an der Medizinischen Universität Innsbruck im Bereich der Atemphysiologie forscht, auf die Suche nach einer Alternative.

Licht als Schlüssel

„Die Sauerstoffbindungskurve errechnet sich aus zwei Messgrößen“, erklärt Haller, „der Sauerstoffsättigung, die sich einfach anhand dessen messen lässt, wie viel Licht einer definierten Wellenlänge Blut absorbiert. Und aus dem sogenannten Partialdruck, der vereinfacht gesagt angibt, wie sauerstoffreich die Umgebungsluft ist. Der war bislang eher das Problem.“ Doch auch hier ist der Schlüssel Licht, wenn auch in komplizierterer Form: Stark vereinfacht werden aufklebbare Messpunkte mit Licht bestrahlt – wiederum mit ganz spezifischen Wellenlängen. Die dafür verwendeten Materialien absorbieren diese und beginnen es wieder abzugeben. Anhand dessen, wie lange und in welcher Wellenlänge sie das tun, lässt sich der Partialdruck bestimmen.

Bestand nutzen

„Der Clou ist, dass es bereits Geräte – sogenannte Plattenleser – gibt, die mit ‚lichtoptischen Methoden‘ eine Vielzahl von Analysen durchführen können“, sagt er. „Die sind zwar auch teuer, aber auch multifunktional und deswegen in nahezu jedem Labor zu finden.“ Um sie zur Partialdruck-Messung zu benutzen, haben Woyke und Haller gemeinsam mit Norbert Mair und der tatkräftigen Unterstützung durch die Werkstätten des Physiologischen Instituts der Medizinischen Universität ein Zusatzgerät entwickelt, um Plattenleser zu erweitern.

Selbstgebaut

Die komplexe Anordnung, die nicht nur aus Hunderten Schläuchen, Sensoren, einem Gas-Befeuchter und Heizelementen, sondern auch aus Hightech-Materia-lien, ebenso wie aus ganz gewöhnlichen Angler-Bleien besteht, ist nötig, um alle Parameter zu kontrollieren. Denn unter anderem beeinflusst die Temperatur die Sauerstoffbindungskurve und die Feuchtigkeit des Gases den Zustand der Blutproben.

Masse zählt

Das Resultat kann sich sehen lassen: Woyke, Haller und Mair können aktuell in einem Durchgang 94 Proben parallel analysieren. Zum einen erlaubt das, viel größere Mengen von Proben abzuarbeiten und damit deutlich schnellere Resultate zu erzielen. Zum anderen steigt auch die Vergleichbarkeit: „Bearbeiten wir vier Proben mit der alten Methode, liegen bis zu acht Stunden zwischen der ersten und der letzten Analyse“, sagt Woyke. Gerade bei Blutproben ist das eine lange Zeit, in der verschiedenste Faktoren Einfluss nehmen können. „Das können wir komplett ausschließen, da wir alle Proben zugleich und unter denselben Bedingungen analysieren.“

Forschung für alle

Weil die von Woyke, Haller und Mair entwickelte Apparatur höhere Quantitäten erlaubt und relativ billig zu bauen ist, hoffen die Wissenschaftler, dem bisher vernachlässigten Forschungsbereich neuen Schub zu geben. „Das ist natürlich Grundlagenforschung“, weiß Haller. „Aber wir sind überzeugt davon, dass das bessere Verständnis der Bindungskurve in der Physiologie generell, aber auch bei therapeutischen und präventiven Maßnahmen extrem wertvoll sein wird.“       

Zur Person – Thomas Haller

Nach seinem Biologiestudium in Innsbruck forschte und lehrte Thomas Haller unter anderem an der Universität Utrecht und am Medical College in Ohio. Seit 1997 ist er am Institut für Physiologie an der Medizinischen Universität tätig, wo er sich vor allem mit der Physiologie der Lungen befasst.

Zur Person – Simon Woyke

Simon Woyke ist Humanmediziner und Assistenzarzt in der Abteilung für Anästhesie und Intensivmedizin. Als PhD-Student von Thomas Haller wurden er und sein Professor auf Forschungsarbeiten rund um die Sauerstoffbindungskurve aufmerksam, an der die beiden seither gemeinsam forschen.

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Die Kurve zeigt, wie gut das Hämoglobin im Blut Sauerstoff binden kann. Je weiter links sie verläuft, umso besser nimmt es Sauerstoff auf – gibt ihn aber auch schwerer ab. Weiter rechts verlaufend fällt es dem Blut schwerer, Sauerstoff aus der Atemluft zu absorbieren, er wir im Körper aber leichter abgegeben.

Einer Kurve auf der Spur
Selbstgemacht: Mit einer von der Werkstätte der Medizinischen Universität Innsbruck gebauten Erweiterung zu einem in jedem Labor verfügbaren Plattenmesser können bis zu 94 Blutproben parallel bearbeitet werden.

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