Italien war im Frühjahr 2020 besonders stark von Covid-19 betroffen, in den Krankenhäusern wurden Atemgeräte knapp. Im Norden Italiens schaffte man erfinderisch Abhilfe: mit einer Tauchermaske und einem Ventil aus dem 3D-Drucker.
Foto: Bei vielen schwer kranken Covid-Patientinnen und -Patienten ist eine Beatmung notwendig. Credits: Pixabay/Tho-Ge.
Es ist März 2020 – Italien befindet sich in einem Ausnahmezustand als bei Cristian Fracassi das Telefon klingelt, erinnert er sich im Gespräch mit Science-Guide.eu. Es ist eine Zeitung aus Brescia, die ihn, den Chef-Ingenieur und CEO des 3D-Druck-Unternehmen Isinnova um Hilfe bittet: Covid-19 habe auch vor Brescia, einer Stadt nahe des Gardasees, nicht Halt gemacht. Das Krankenhaus der Stadt brauche zusätzliche Ventile, um die gängigen Atemmasken mit den Beatmungsmaschinen verbinden und Infizierte versorgen zu können.
Schon einen Tag nach dem Telefonat, einige 3D-gedruckte Ventil-Prototypen und erfolgreiche Tests später, startete die Produktion von 100 weiteren Ventilen für das Krankenhaus in Brescia. Fracassi und seine Drucker konnten helfen.
Masken selbst wurden Mangelware
Im Ausnahmezustand bahnte sich allerdings schon bald ein weiteres Problem an. Nicht nur die Ventile für die Atemmasken, sondern auch die Atemmasken zu Beatmung selbst, wurden schnell zum raren Gut. Von den Atemventilen aus dem 3D-Drucker bekam auch Dr. Renato Favero, pensionierter Chefarzt des Krankenhauses Gardone Val Trompia nördlich von Brescia, Wind – und hatte eine Idee. Und wieder klingelte bei Cristian Fracassi das Telefon.
Die Idee, die Dr. Renato Favero kurz darauf Cristian Fracassi und dessen 19-köpfigem Team vorstellt, klingt verrückter als sie ist: Zunächst erklärt er, wie die menschlichen Lungen funktionieren, wie Covid-19 diese angreift und kramt dann eine spezielle Schnorchelmaske des Sportartikel-Herstellers Decathlon hervor. Sie bedeckt das gesamte Gesicht und ermöglicht es, anders als herkömmliche Schnorchelmasken, durch Mund und Nase zu atmen. Favero ist sich sicher: Daraus lässt sich eine medizinische Beatmungsmaske machen – mit Hilfe des passenden Ventils.
Prototyp „Charlotte“ wird gebaut
Das Team um Fracassi machte sich gleich ans Werk und entwickelt zwei Ventile, die sie Charlotte und Dave taufen. Charlotte ist ein primäres Ventil oben an der Maske, das eine Verbindung zwischen der Maske und dem Sauerstoffregler herstellt. Es ermöglicht einem Covid-19-Patienten das Atmen und gewährleistet gleichzeitig den richtigen Luftinsufflationsdruck, also die richtige Dosis an Luftzufuhr. Beim Dave-Ventil handelt es sich um eine sekundäre Armatur, zum Anschluss an die Charlotte. Zunächst gelangt der Sauerstoff über den Einlassweg in die Maske. Danach wird der verbrauchte Atem durch den Austrittspfad hinausgeleitet.
Fehlten noch die Masken, denn aufgrund der Corona-Regelungen waren alle Geschäfte Italiens Mitte März 2020 geschlossen. Deshalb nahm Isinnova Kontakt mit Decathlon auf, in deren italienischen Filialen insgesamt noch insgesamt 100.000 Masken lagerten. Decathlon stellte zunächst 15 Masken zur Verfügung. Mit diesen Masken und dem Charlotte-Ventil im Gepäck, fuhr Fracassi ins Krankenhaus von Brescia. Hier führte er drei Tage unterschiedliche Tests durch: Er probierte die Masken zunächst erfolgreich an den Ärzten aus, bevor sie schließlich bei Patient:innen angewandt wurden.
3D-Drucker kamen nicht mehr nach
Mit der Ausbreitung des Virus und der Not in den Krankenhäusern, fand auch diese Idee dankbare Abnehmer:innen: Zwei Krankenhäuser in Brescia und zwei in Bergamo bestellten je 20 Masken, dann je 100. Die „Protezione Civile“, der italienische Katastrophenschutz, orderte gleich 500 Ventile, die Isinnova allesamt kostenlos verteilte. Das stellte Fracassis Drucker vor ein Problem: „Ein Ventil braucht zwei Stunden, um gedruckt zu werden“, sagt Fracassi. Darum veröffentlichte er die Druckvorlage auf der Firmen-Webseite isinnova.it, informierte die Medien und animierte Menschen mit 3D-Drucker daheim, die Vorlage zu nutzen und Ventile an die Krankenhäuser zu verteilen.
Durch das einfache Design konnten die Ventile auch mit Amateurdruckern in recht kurzer Zeit hergestellt werden. Dabei unterscheidet sich die Form des Charlotte-Anschlusses je nach verwendetem Maskenmodell, weshalb insgesamt 21 Versionen der Charlotte veröffentlicht wurden.
Zwei Millionen Downloads in 24 Stunden
Die Vorlagen wurden binnen 24 Stunden mehr als zwei Millionen Mal heruntergeladen. Menschen aus der ganzen Welt druckten die Ventile und verteilten sie an umliegende Krankenhäuser. Zusätzlich verschenkte Decathlon 122.000 Masken, sodass weltweit insgesamt mehr 186.000 Masken genutzt werden konnten. Davon 50.000 in Italien, das zeitweise extrem von Covid-19 betroffen war.
Download: 3D-Druck-Datei auf der Website von Isinnova
Viele Behelfsmasken seien immer noch in Brasilien, Indien und afrikanischen Ländern in Benutzung, sagt PD Dr. Dominic Dellweg im Juli 2021. Er ist Chefarzt der Pneumologie im Akademischen Lehrkrankenhaus der Philipps-Universität Marburg. Auch in England seien die Masken erfolgreich genutzt worden, so Dellweg.
Qualität der Beatmung nicht untersucht
Wie gut die Beatmung mit diesen Masken, verglichen mit einer herkömmlichen Atemmaske, funktioniert, wurde laut Dellweg bislang nicht in klinischen Studien untersucht und dann in einem medizinischen Journal publiziert. Die Frage der Beatmungsqualität, stelle sich nämlich, sagt Dellweg: Die Maske habe mehr Totraum als eine gewöhnliche Beatmungsmaske. Toträume sind Bereiche der Atemwege, die nicht an der Aufnahme von Sauerstoff und der Abgabe von Kohlendioxid beteiligt sind.
Damit besteht wahrscheinlich ein höheres Risiko der CO2-Akkumulation, was die Effektivität der Beatmung verschlechtern würde – aber besser als nichts. Die 3D-Druckvorlagen sind nichtsdestotrotz weiterhin auf der Isinnova-Webseite verfügbar, sodass Krankenhäuser damit unterstützt werden können.
