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TU Berlin

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Innenansichten

Keimfreie Zone

Freitag, 17. Mai 2019

Anne Hartmann, Valeria Hofer und Hansjörg Rotheudt (v. l.) präparieren Schaufensterpuppen, die das OP-Personal darstellen, für ein Strömungsexperiment
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Im Forschungsoperationsraum werden ­Strömungsformen untersucht – zum Schutz von Patienten und Personal

Im Forschungs-OP experimentieren Valeria Hofer (Mitte), Anne Hartmann und Hansjörg ­Rotheudt mit selbst gebauten Modellen von OP-Leuchten. Die unterschiedliche Geometrie der Leuchten beeinflusst die Luftströmung erheblich
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„Wir könnten hier durchaus operieren“, sagt Hansjörg Rotheudt. „Unsere Anlage schafft es, absolut keimfreie Luft zu erzeugen.“ Mit „hier“ meint der wissenschaftliche Mitarbeiter den Forschungs-OP am Fachgebiet Gebäude-Energie-Systeme. Das Labor wurde eigens für ein dreijähriges Forschungsprojekt des Bundeswirtschaftsministeriums ein­gerichtet, in dem untersucht wird, welche Belüftungsart in Operationssälen den höchsten Schutz vor Keimen bietet. Denn die Infektion durch Keime im Zuge einer Operation ist ein großes Problem.

Der Forschungs-OP hat eine Fläche von 36 Quadratmetern, eine Höhe von drei Metern und ist von einer Seite durch eine gläserne Wand einsehbar. Die Raumtemperatur kann variabel eingestellt werden. Ausgestattet ist er unter anderem mit einem OP-Tisch, einem Instrumententisch, Ablagen für chirurgische Materialien und Geräte, OP-Leuchten und bis zu zehn ehemaligen Schaufensterpuppen, die als Dummys für das OP-Personal dienen. Dementsprechend sind sie gekleidet, tragen also Haar-, Mund- und Nasenschutz, Handschuhe und OP-Kittel. An ihrer Brust ist zudem jeweils ein Aerosol-Generator angebracht. „Über diesen erzeugen wir Partikel mit ähnlichen Strömungseigenschaften wie jenen von Keimen, geben sie in den OP-Saal ab und simulieren so, dass der Mensch es ist, der die Keime in den OP-Saal trägt“, sagt die wissenschaftliche Mitarbeiterin Valeria Hofer. Ob beim Atmen, Sprechen oder bei der Erneuerung der Haut – der Mensch gibt pro Sekunde bis zu 1000 keimbeladene Partikel in Form von Speicheltröpfchen oder Hautschuppen in die Umgebung ab. Diese Bakterien, Viren, Sporen, Pilze sollten auf keinen Fall in die Wunde gelangen. Das könnte tödlich sein. Die Luftströmung im OP muss deshalb so sein, dass kontaminierte Luft von den sensiblen Bereichen – Wunde, Wundumfeld und Instrumententisch – weggeführt wird. Deshalb sind das Lüftungssystem und die Decke des Forschungs-OP auch so etwas wie das Herz des Labors. Über das Lüftungssystem wird die Luft im OP bis zu hundertmal pro Stunde komplett ausgetauscht. Hocheffizienzfilter sorgen für absolut keimfreie Luft. Und über die in der Decke befindlichen unterschiedlichen Zuluftdurchlässe können zwei verschiedene Strömungsarten erzeugt werden: die turbulenzarme Verdrängungsströmung (derzeit State of the Art in deutschen Krankenhäusern) und die turbulente Mischlüftung. Die dritte Strömungsart, die Quelllüftung, wird bodennah eingeführt. „Dass wir in der Lage sind, drei verschiedene Strömungsformen in einem OP-Raum zu erzeugen, macht ihn europaweit einmalig“, so Valeria Hofer. Und versetzt die Wissenschaftler*innen in die Lage, zu erforschen, unter welchen OP-Konfigurationen und Reinheitsbedingungen die eine Strömung besser geeignet ist als die andere. „Da sich jede OP unterscheidet und nicht jedes Mal das gesamte Lüftungssystem geändert werden kann, wird die optimale Lösung sein, den OP in Zonen einzuteilen: Dort, wo die Schutzanforderungen an die Keimfreiheit besonders hoch sind, wird die Belüftung noch einmal durch lokale Lüftungsvarianten unterstützt“, erklärt Hansjörg Rotheudt.

Blick in den Forschungs-OP: Er ist so clean, dass man in ihm operieren könnte
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An der Brust der Dummys sind Aerosol-Generatoren angebracht. Aus ihnen strömen Partikel, die Keime simulieren
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Oberhalb des Forschungs-OP befinden sich die Lüftungskanäle
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Klickratenzähler für die Videos in dem Blog, den die Wissenschaftler*innen betreiben: http://blogs.tu-berlin.de/hri_op-luft
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Ein Partikelzähler misst Größe und Anzahl der Partikel zum Beispiel direkt über einer Wunde
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Das Team

Prof. Dr.-Ing. Martin Kriegel, Leiter des Fachgebiets Gebäude-Energie-Systeme

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In Deutschland finden pro Jahr etwa 13 Millionen Operationen statt. Dabei entstehen 225 000 postoperative Wundinfektionen; 4500 davon führen zum Tode. Damit haben wir mehr Todesfälle durch postoperative Wundinfektionen als durch Verkehrsunfälle. Nach der DIN-1946-T.4-Vorgabe wird mit sehr hohen Luftmengen versucht – die Raumluft wird bis zu hundertmal pro Stunde durch saubere Luft ersetzt –, eine nahezu keimfreie Umgebung im Wundbereich zu erhalten. Durch die Art der Luftführung und andere Einflüsse wird dies jedoch regelmäßig verfehlt. Unser Forschungsprojekt setzt hier an: Wir möchten einen höheren Schutz für Patienten bei stark reduzierter Luftmenge erreichen.

Anne Hartmann, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Fachgebiet Gebäude-Energie-Systeme

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Der Prüfstand bietet Studierenden vielfältige Möglichkeiten, mit den besonderen Anforderungen von Operationsräumen aus Sicht der Lüftungstechnik in Berührung zu kommen. Komplexe Lehrinhalte können im Forschungsoperationsraum durch Messungen und Strömungsvisualisierungen veranschaulicht werden. Studierende können zudem kurze Messreihen zu Partikelausbreitung, Luftgeschwindigkeit oder Temperatur selbst durchführen. Außerdem besteht die Möglichkeit, ausführlichere Messungen in Projekt- oder Abschlussarbeiten zu absolvieren.

Valeria Hofer, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Fachgebiet Gebäude-Energie-Systeme

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Krankenhauskeime und postoperative Wundinfektionen – diese Themen sind in aller Munde und bewegen und beschäftigen nicht nur die Fachwelt. Wir stellen die Thematik, das Forschungslabor und die Forschungsergebnisse deshalb nicht nur Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern auf akademischer Basis, sondern allen Interessierten über diverse Kanäle vor. Beispielsweise finden im Forschungsoperationsraum Veranstaltungen für Architektinnen, Planer*innen und Hygieniker, wie auch Tage der offenen Tür für Privatpersonen statt. Zudem haben wir einen Blog eingerichtet, in dem jeder zum Lesen und Diskutieren eingeladen ist.

Hansjörg Rotheudt, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachgebiet Gebäude-Energie-Systeme

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Das Forschungsprojekt zur energieeffizienten Belüftung von OP-Räumen beinhaltet vielfältige Fragen aus ganz unterschiedlichen Bereichen. Unsere Forschung findet an der Schnittstelle des ingenieurwissenschaftlichen Gebiets der Lüftungs- und Klimatechnik und biomedizinischer Themen wie Lufthygiene und Infektionsschutz statt. In diesen sich gegenseitig beeinflussenden Bereichen zu arbeiten – darin liegt für mich die große Herausforderung dieses Forschungsvorhabens. Dies war auch der Grund für mich, ein Promotionsthema in diesem Umfeld zu wählen. Mit Hilfe des Prüfstands möchte ich die Frage beleuchten, wie Eigenschaften der Raumströmung die Sedimentation von bakteriellen Erregern auf Oberflächen beeinflussen.

Sybille Nitsche, "TU intern" Mai 2019

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