Dieses Instrument entschärft einen der gefährlichsten Momente in einer Operation

Täglich müssen Chirurgen während Operationen die menschliche Haut durchstoßen und riskieren damit, das zu verletzen, was darunter liegt. In seinem faszinierenden Vortrag erzählt der Maschinenbauingenieur Nikolai Begg, wie er mithilfe der Physik ein wichtiges medizinisches Instrument, den Trokar, verbessert und somit einen der gefährlichsten Momente in vielen alltäglichen Operationen entschärft hat.

Als ich das erste Mal
im Operationssaal stand

und eine richtige Operation beobachtete,

ahnte ich nicht, was mich erwarten würde.

Ich studierte Ingenieurwissenschaften.

Ich dachte, es würde
wie im Film ablaufen.

Unheilvolle Musik im Hintergrund,

Schweißperlen auf der Stirn des Chirurgen.

Aber so war es ganz und gar nicht.

Es lief Musik an diesem Tag.

Ich glaube, es waren Hits von Madonna.
(Lachen)

Und es wurde viel geredet,

nicht nur über die Herzfrequenz
des Patienten,

sondern auch über Sport
und die Wochenendpläne.

Je mehr Operationen ich sah,

desto klarer wurde mir,
dass das ganz normal ist.

Auf eine seltsame Weise
ist es ein normaler Arbeitstag.

Aber von Zeit zu Zeit

wird die Musik leiser gedreht,

alle Gespräche verstummen

und alle schauen auf das Gleiche.

In dem Moment weiß man,

dass gerade etwas äußerst Wichtiges
und Gefährliches passiert.

So einen Moment erlebte ich das erste Mal
während einer laparoskopischen Operation.

Für diejenigen,
die sich nicht damit auskennen:

Bei einer laparoskopischen Operation

wird kein großer Schnitt gemacht,

wie Sie es vielleicht
von anderen Eingriffen kennen,

stattdessen macht der Chirurg
drei oder mehr kleine Schnitte.

Danach führt er diese langen,
dünnen Instrumente

sowie eine Kamera ein

und nimmt den gesamten Eingriff
im Inneren des Patienten vor.

Die Vorteile sind
ein viel kleineres Infektionsrisiko,

weniger Schmerzen
und eine schnellere Genesung.

Es gibt jedoch auch Gefahren:

Der Chirurg macht die kleinen Einschnitte

mit einem langen, spitzen Instrument,

einem sogenannten Trokar.

Das funktioniert wie folgt:

Der Chirurg nimmt das Instrument

und drückt es so lange in den Bauch,

bis es die Bauchdecke durchstößt.

Dies ist auch der Grund,
wieso damals im Operationssaal

alle dieses Gerät angestarrt hatten.

Der Chirurg musste
unglaublich vorsichtig sein,

um nicht zu weit zu stoßen

und somit Organe und Blutgefäße
zu verletzen, die darunter liegen.

Aber ich wette,
dass Sie dieses Problem gut kennen,

da Sie es sicher schon
anderswo angetroffen haben.

(Lachen)

Wissen Sie noch?

(Applaus)

Sie wussten, dass dieser Strohhalm

jeden Moment durchstoßen wird,

aber Sie wussten nicht,
ob er auf der anderen Seite durchbricht

und Sie sich in die Hand pieksen

oder ob Sie sich überall
mit Saft bekleckern,

aber Sie zitterten vor Angst, nicht wahr?

Bei jedem einzelnen Mal erlebten Sie
dieselben Vorgänge und Kräfte,

die ich an jenem Tag
im OP-Saal beobachtete.

Und das ist tatsächlich ein Problem.

2003 verkündete die FDA,
[Arzneimittelzulassungsbehörde der USA],

dass der Schnitt mit dem Trokar

möglicherweise der gefährlichste Vorgang
bei minimal-invasiven Verfahren sei.

2009 wurde ein Artikel veröffentlicht,

laut dem Trokars für über die Hälfte
aller schweren Komplikationen

während laparoskopischen Eingriffen
verantwortlich sind.

Ach und übrigens,

seit 25 Jahren
hat sich daran nichts geändert.

Als ich also meinen Master begann,

wollte ich an diesem Problem arbeiten.

Ich versuchte einem Freund zu erklären,

wie ich eigentlich meine Zeit verbringe.

Ich sagte:

"Es ist, als ob du
ein Loch in die Wand bohrst,

um etwas in deiner Wohnung aufzuhängen.

In dem Moment,
wenn der Bohrer die Wand durchstößt,

gibt es einen Ruck. Stimmt's?

Er sah mich an und fragte:

"Meinst du, wie wenn sie Menschen
in den Kopf bohren?"

Und ich sagte nur: "Wie bitte?"
(Lachen)

Ich schaute nach und tatsächlich wird
Menschen in den Kopf gebohrt.

Viele neurochirurgische Eingriffe
beginnen tatsächlich damit,

dass Löcher in den Schädel gebohrt werden.

Wenn der Chirurg unvorsichtig ist,

kann er direkt in das Gehirn bohren.

In dem Moment dachte ich:

"Okay, Schädelbohrungen,
laparoskopische Eingriffe

und wieso nicht noch
weitere Gebiete der Medizin?"

Überlegen Sie einmal:

Wann wurden Sie das letzte Mal
nicht gestochen, als Sie beim Arzt waren?

Die Wahrheit ist, dass es überall
in der Medizin Einstiche gibt.

Diese Liste zeigt nur ein paar Eingriffe,
bei denen ein Einstich vorkommt.

Wenn wir nur drei davon auswählen,

laparoskopische Eingriffe,
Epiduralanästhesie und Schädelbohrungen,

dann sind diese Eingriffe
jedes Jahr alleine in den USA

für mehr als 30 000
Komplikationen verantwortlich.

Das nenne ich ein Problem,
das es zu lösen gilt.

Ich zeige Ihnen
einmal einige Instrumente,

die für diese Art Eingriffe
verwendet werden.

Diese Nadel wird
für Epiduralanästhesien verwendet.

Damit werden Bänder
in der Wirbelsäule durchstochen

und bei einer Entbindung
eine Narkose verabreicht.

Das hier sind Instrumente
für eine Knochenmarkbiopsie.

Damit entnimmt man Knochenmark

oder untersucht Knochenverletzungen.

Das ist ein Bajonett
aus dem Amerikanischen Bürgerkrieg.

(Lachen)

Wenn ich behauptet hätte,
dass das ein medizinisches Instrument ist,

hätten Sie mir wahrscheinlich geglaubt.

Denn wo liegt der Unterschied?

Je mehr ich dieses Thema erforschte,

desto mehr war ich davon überzeugt,
dass es einen besseren Weg geben muss.

Meiner Meinung nach liegt die Lösung
bei den physikalischen Gesetzen,

die bei Einstichen mit all
diesen Instrumenten angewendet werden.

Welche Gesetze sind das also?

Gehen wir zurück
zum Bohrer und der Wand.

Mit dem Bohrer wird eine Kraft
in Richtung der Wand ausgeübt.

Laut Newton wird die Wand dieselbe Kraft
in entgegengesetzter Richtung ausüben.

Solange man also bohrt,

befinden sich diese Kräfte
im Gleichgewicht.

Sobald man jedoch mit dem Bohrer
die Wand durchbrochen hat,

kann die Wand nicht mehr zurückdrücken.

Das Gehirn hatte aber noch keine Zeit
sich auf die neuen Umstände einzustellen.

Während dieser Reaktionszeit
drückt man also immer noch.

Dieses Kräfte-Ungleichgewicht führt
zu einer Beschleunigung,

durch die dieser Ruck entsteht.

Aber was wäre, wenn man genau
im Moment des Durchstoßes

die Spitze zurückziehen

und so der Vorwärtsbewegung
entgegenwirken könnte?

Genau das wollte ich erreichen.

Stellen Sie sich ein Instrument vor,

das eine scharfe Spitze hat,
um Gewebe zu punktieren.

Wie kann man die Spitze
möglichst einfach zurückziehen?

Ich entschied mich für eine Feder.

Wenn die Feder gedehnt wird,

wird die Spitze ausgefahren,
um Gewebe zu punktieren,

gleichzeitig will die Feder
die Spitze zurückziehen.

Wie kann man also die Spitze
bis zum Moment des Durchstoßes fixieren?

Ich wählte diese Vorrichtung.

Wenn die Spitze des Instruments
gegen ein Gewebe gedrückt wird,

dehnt sich die Vorrichtung aus
und wird gegen die Wände gepresst.

Die Spannung klemmt die Vorrichtung ein

und hindert die Feder daran,
die Spitze wieder zurückzuziehen.

Doch genau wenn die Spitze
das Gewebe durchstoßen hat,

fällt der Druck weg.

Die Vorrichtung wird gelöst
und die Feder zieht die Spitze zurück.

Hier das Gleiche nochmal in Zeitlupe.

Das sind etwa 2000 Bilder pro Sekunde.

Achten Sie auf die Spitze unten im Bild,

die kurz davor ist,
das Gewebe zu durchstoßen.

Sie werden sehen,
dass genau nach dem Durchstoß,

genau jetzt, die Vorrichtung gelöst
und die Spitze zurückgezogen wird.

Ich zeige es Ihnen
noch einmal aus der Nähe.

Sie sehen die scharfe Klinge

und sobald sie die Gummimembran
durchstoßen hat,

verschwindet sie
in dieser weißen stumpfen Schutzhülle.

Genau jetzt.

Dies geschieht innerhalb von
4 Hunderstelsekunden nach dem Durchstoß.

Da sich das Instrument allgemein auf
den Durchstoßvorgang konzentriert,

und nicht auf die Besonderheiten
von Schädelbohrungen,

laparaoskopischen Eingriffen
oder anderen Operationen,

ist es in all diesen
medizinischen Disziplinen

sowie in verschiedenen Größen anwendbar.

Es hat jedoch nicht immer so ausgesehen.

Das war mein erster Prototyp.

Ja, das sind Eisstiele

und oben ist ein Gummiband.

Ich brauchte etwa 30 Minuten,
um das zu basteln, aber es funktionierte.

Es zeigte mir,
dass meine Idee funktioniert.

Damit war meine Arbeit am Projekt
für die nächsten Jahre gerechtfertigt.

Ich arbeitete an diesem Projekt,
weil es mich absolut faszinierte.

Es raubte mir den Schlaf.

Dieses Thema sollte Sie
jedoch auch faszinieren,

da es ein alltägliches Problem betrifft.

Das heißt, dass es
irgendwann auch Sie betreffen wird.

Am ersten Tag im OP
hätte ich nie gedacht,

dass ich mich selbst einmal
unter einem Trokar befinden würde.

Letztes Jahr hatte ich jedoch
in Griechenland eine Blinddarmentzündung.

Ich lag im Krankenhaus in Athen

und der Chirurg erklärte mir,

dass er einen laparoskopischen
Eingriff machen werde.

Er würde meinen Blinddarm
durch kleine Einschnitte entfernen.

Er erklärte mir, was ich
von der Genesung erwarten konnte

und was passieren würde.

Zum Schluss fragte er mich,
ob ich noch Fragen hätte.

Ich sagte: "Nur eine. Welche Art
von Trokar werden Sie verwenden?"

Mein Lieblingszitat
zu laporoskopischen Eingriffen

stammt von Hans-Christian Jacobaeus:

"Die Punktion selbst
ist die eigentliche Gefahr."

Das ist mein Lieblingszitat,
da Hans-Christian Jacobaeus

als erster einen laporoskopischen Eingriff
an einem Menschen vorgenommen hatte.

Das schrieb er 1912.

Dieses Problem verletzt oder tötet sogar
Menschen seit mehr als 100 Jahren.

Man würde denken, dass es
für alle großen Probleme da draußen

ein Experten-Team gibt, das rund
um die Uhr an der Lösung arbeitet.

Das ist aber nicht immer der Fall.

Wir müssen lernen,
diese Probleme besser zu erkennen

und Wege zu finden, sie auch zu lösen.

Falls Sie also über ein Problem stolpern,
das Sie fasziniert,

lassen Sie es zu,
dass es Ihnen den Schlaf raubt.

Lassen Sie sich davon faszinieren,

denn es gibt sehr viele Leben zu retten.

(Applaus)