Die elektrische Stimulation des Nervus phrenicus stellt einen vielversprechenden Ansatz für die künstliche Beatmung dar und besitzt das Potenzial, aktuell auftretende Nebenwirkungen der mechanischen Beatmung zu reduzieren. Durch die gezielte Stimulation des Nervs wird das Zwerchfell aktiviert, wodurch eine natürliche Atembewegung erzeugt und die Funktion der Atemmuskulatur erhalten wird.
Die Entwicklung und Optimierung geeigneter Stimulationsparameter wird durch Modellierungs- und Simulationsstudien unterstützt. In der aktuellen Veröffentlichung „Muscle anisotropy influences the phrenic nerve activation threshold in non-invasive electrical stimulation“ wird der Einfluss anisotroper Muskeleigenschaften auf die Aktivierung des Nervus phrenicus untersucht. Hierzu wurde ein anatomisch detailliertes Multi-Skalen Halsmodell mit realistischen Muskelfaserverläufen und einem gekoppelten Nervenmodell eingesetzt.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Berücksichtigung der anisotropen elektrischen Leitfähigkeit von Muskelgewebe die Verteilung der elektrischen Ströme im Hals verändert. Dadurch steigen die Aktivierungsschwellen des Nervus phrenicus an. Besonders ausgeprägt sind diese Effekte bei größeren Muskelvolumina sowie bei Elektrodenpositionen direkt über Muskelgewebe. Zudem erhöht die Berücksichtigung der Muskelanisotropie die Wahrscheinlichkeit einer unbeabsichtigten Mitaktivierung weiterer Nerven im Halsbereich.
Die Arbeit unterstreicht die Bedeutung hochauflösender anatomischer Modelle mit anisotropen Gewebeeigenschaften für die Erforschung und Optimierung der nicht-invasiven Phrenikusstimulation. Sie liefert damit wichtige Erkenntnisse für die zukünftige Entwicklung sicherer und effektiver Stimulationsstrategien in der künstlichen Beatmung.
Originalpublikation:
Wegert, L., Ziolkowski, M., Hunold, A. et al. Muscle anisotropy influences the phrenic nerve activation threshold in non-invasive electrical stimulation. Med Biol Eng Comput 64, 2377–2391 (2026). doi.org/10.1007/s11517-026-03584-2
