Die Arbeitsgruppe Life Science des Forschungszentrums Prozess- und Produkt Engineering beschäftigt sich mit der Entwicklung und Simulation von kausalen mathematischen Modellen zum besseren Verständnis biologischer Prozesse (EKG-Analyse, Atemgasanalyse).

 

Im menschlichen Körper werden verschiedenste flüchtige organische Substanzen freigesetzt, entweder körpereigen (endogen) erzeugt oder in Folge einer Erkrankung. Diese Substanzen gelangen in den Blutkreislauf, werden metabolisiert und auch in geringen Konzentrationen über die Atmung ausgeschieden. Die Analyse der Ausatemluft bietet eine einzigartige Möglichkeit auf nichtinvasive Weise Informationen über diese flüchtigen organischen Substanzen zu bekommen. Ein großer Vorteil ist, dass Atemgasanalyse beliebig oft, kontinuierlich und sogar in Echtzeit durchgeführt werden kann. All diese Fakten zeigen, dass Atemgasanalyse die ideale Wahl ist, um laufend Informationen über den augenblicklichen metabolischen und physiologischen Zustand einer Person zu erhalten. Doch aufgrund einer ganzen Reihe von Störfaktoren, die die Konzentration von flüchtigen Stoffen in der Ausatemluft beeinflussen, ist die Atemgasanalyse derzeit, bis auf wenige Ausnahmen, noch weit von einem standardisierten Verfahren entfernt. Diese Faktoren beziehen sich sowohl auf die Verfahrensregeln der Atemprobenentnahme sowie auf die komplexen physiologischen Mechanismen des Gasaustausches in der Lunge. Als eine der weltweit führenden Arbeitsgruppen auf diesem Gebiet erarbeitet das Forschungszentrum mathematische Modelle, die den Einfluss all dieser Faktoren auf die ausgeatmete Luft beschreiben und es auch ermöglichen die entsprechenden Blutkonzentrationswerte zu berechnen. Diese Modelle sind daher fundamental für die genaue Standardisierung der Messung von Atemproben.

Die Modelle zur Atemgasanalyse werden in Zusammenarbeit mit dem Institut für Atemgasanalytik der Universität Innsbruck in Dornbirn experimentell (z.B. durch Ergometer-Versuche) überprüft. Anfang 2016 wurde das FWF-Projekt „Mathematical modeling of trace gas exhalation kinetics and experimental validations“ erfolgreich abgeschlossen und ausgezeichnet evaluiert. 

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