Stillen hat zwar viele Vorteile für Mutter und Kind, aber einen großen Nachteil: Es ist unglaublich schwierig zu wissen, wie viel Milch das Baby tatsächlich trinkt. Um das Rätselraten beim Stillen zu beenden, hat ein interdisziplinäres Team aus Ingenieuren, Neonatologen und Kinderärzten der Northwestern University ein neues tragbares Gerät entwickelt, das den Milchkonsum klinisch genau und kontinuierlich überwacht. Das unauffällige Gerät wird während des Stillens sanft und bequem um die Brust der stillenden Mutter gelegt und überträgt die Daten drahtlos an ein Smartphone oder Tablet.
Die Mutter kann dann in Echtzeit auf einem grafischen Display sehen, wie viel Milch ihr Baby getrunken hat. Durch die Beseitigung von Unsicherheiten kann das Gerät Eltern in den ersten Tagen und Wochen nach der Geburt ihres Kindes beruhigen. Insbesondere könnte die neue Technologie dazu beitragen, die Ängste der Eltern zu verringern und die klinische Ernährung von gefährdeten Säuglingen auf der Neugeborenen-Intensivstation (NICU) zu verbessern. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Nature Biomedical Engineering veröffentlicht.
Große Unsicherheit bei Müttern, ob das Baby ausreichend Milch bekommt
Um seine Genauigkeit und Praxistauglichkeit sicherzustellen, wurde das Gerät mehreren strengen Testphasen unterzogen, darunter theoretische Modellierungen, Laborversuche und Tests an einer Gruppe von jungen Müttern im Krankenhaus. „Genau zu wissen, wie viel Milch ein Säugling während des Stillens erhält, ist seit langem eine Herausforderung für Eltern und medizinisches Fachpersonal“, sagte John A. Rogers von der Northwestern University, der die Entwicklung des Geräts leitete. „Diese Technologie beseitigt diese Unsicherheit und bietet eine bequeme und zuverlässige Möglichkeit, die Milchaufnahme in Echtzeit zu überwachen, sei es im Krankenhaus oder zu Hause.“
„Die Unsicherheit darüber, ob ein Säugling ausreichend Nahrung erhält, kann für Familien Stress bedeuten, insbesondere für stillende Mütter mit Frühgeborenen auf der Neugeborenen-Intensivstation“, sagte Dr. Daniel Robinson, Neonatologe an der Northwestern Medicine und Mitautor der Studie. „Derzeit gibt es nur umständliche Methoden, um zu messen, wie viel Milch ein Baby während des Stillens getrunken hat, beispielsweise das Wiegen des Babys vor und nach dem Stillen. Wir erwarten, dass dieser Sensor einen großen Fortschritt in der Stillunterstützung darstellt, den Stress für Familien verringert und die Sicherheit für Ärzte erhöht, wenn Säuglinge Fortschritte beim Stillen machen, aber noch Nahrungsergänzung benötigen. Die Verringerung der Unsicherheit und die Unterstützung von Familien bei der Erreichung ihrer Stillziele werden zu gesünderen Kindern, gesünderen Müttern und gesünderen Gemeinschaften führen.“
Bisherige Methoden zur Ermittlung der Milchaufnahme nicht sehr effektiv
Das Projekt begann vor vier Jahren, als Neonatologen und Kinderärzte des Lurie Children’s Hospital mit einem dringenden Problem an Rogers‘ Team herantraten. Da die Milchübertragung von der Mutter zum Baby während des Stillens nicht sichtbar ist und der Milchfluss variiert, ist es nahezu unmöglich, die genaue Milchmenge zu bestimmen, die ein Baby pro Stillmahlzeit zu sich nimmt. Einige Kinderärzte und Stillberaterinnen wiegen das Baby vor und nach dem Stillen, um die getrunkene Milchmenge annähernd zu bestimmen. Leider sind Babywaagen jedoch nicht klein und die meisten Menschen besitzen keine. Das liefert zwar einen ungefähren Wert, ist aber nicht sehr praktisch.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass Mütter Muttermilch in eine Flasche abpumpen. Das Füttern mit der Flasche ermöglicht zwar eine genaue Messung der Milchmenge und die visuelle Überprüfung, ob das Baby Milch trinkt, aber der Hautkontakt geht verloren. Außerdem sind das Abpumpen, Aufbewahren und Handhaben der Milch zeitaufwändig und können sogar das Risiko einer bakteriellen Kontamination erhöhen. laut den Forschern gibt es keine klinisch validierten Technologien, die diesen wichtigen medizinischen Bedarf decken, deshalb haben sie daran gearbeitet, diese Lücke zu schließen.
Die richtige Strategie finden
Das Team um Rogers hatte zuvor weiche, flexible drahtlose Körpersensoren zur Überwachung von Babys auf der Neugeborenen-Intensivstation sowie tragbare Sensoren zur Verfolgung des Flüssigkeitsabflusses durch Shunts entwickelt, die häufig zur Behandlung von Patienten mit Hydrozephalus eingesetzt werden. Dank ihrer Erfahrung in der Arbeit mit gefährdeten Bevölkerungsgruppen und der Entwicklung von Geräten zur Messung des Flüssigkeitsflusses waren Rogers und sein Team die idealen Kandidaten für das Projekt.
Nach Jahren erfolgloser Versuche mit Methoden zur Überwachung der optischen Eigenschaften der Brust, zur Quantifizierung der Saugbewegungen, zur Verfolgung von Schluckvorgängen und mehreren anderen Methoden entschieden sich die Ingenieure schließlich für eine bemerkenswert einfache Technik. Das Gerät sendet einen winzigen, sicheren elektrischen Strom durch die Brust, wobei zwei kleine Pads oder Elektroden auf die Haut aufgelegt werden. Ein weiteres Elektrodenpaar erfasst die mit diesem Strom verbundene Spannungsdifferenz.
Wenn das Baby Milch trinkt, nimmt die Milchmenge in der Brust ab. Diese Verringerung führt zu einer subtilen, aber messbaren Veränderung der elektrischen Eigenschaften der Brust. Diese Veränderungen stehen in direktem Zusammenhang mit der aus der Brust entnommenen Milchmenge. Je größer die Menge, desto größer die Veränderung der elektrischen Eigenschaften. Obwohl diese Veränderung subtil ist, kann sie genau kalibriert und quantifiziert werden, um sie während des Stillens in Echtzeit auf einem Smartphone anzuzeigen.
„Dieses Konzept wird als Bioimpedanz bezeichnet und wird häufig zur Messung des Körperfettanteils verwendet“, so Rogers. „Da Muskeln, Fett, Knochen und Gewebe Elektrizität unterschiedlich leiten, lässt sich mit der Bioimpedanz der Fettanteil genau messen. Auf ähnliche Weise können wir die Veränderung des Milchvolumens in der Brust quantifizieren. Das war leider die letzte Strategie, die wir ausprobiert haben. Glücklicherweise haben wir jedoch festgestellt, dass sie sehr gut funktioniert.“
Detaillierte Computermodelle der Brust
Nach der Entwicklung erster Prototypen optimierte das Ingenieurteam diese in mehreren Test- und Modellierungsphasen. Zunächst bauten sie vereinfachte Modelle einer Brust aus Materialien, die die elektrischen Eigenschaften von Haut, Fett und Milch nachahmen. Durch die präzise Steuerung der „Milchmenge“ in diesen Modellen konnten die Forscher sehen, wie sich die Daten des Geräts mit der Veränderung des „Milchvolumens“ veränderten.
Unter der Leitung von Avila an der Rice University erstellte das Team dann detaillierte Computermodelle der Brust, die auf der tatsächlichen Anatomie basieren. Ihre physikalischen Computersimulationen überwachten die physiologischen Veränderungen, die während des Stillens auftreten. Mithilfe der Bioimpedanz verband Avila den Fluss der elektrischen Signale in Echtzeit mit der Milchmenge, die aus der Brust austrat. Die anatomisch korrekten Computermodelle seines Teams berücksichtigen patientenspezifische Brustformen und Gewebeverteilungen, sodass sie testen können, wie sich die Platzierung der Sensoren und Gewebevariationen auf die Messwerte auswirken.
Für alle Formen und Größen individuell anpassbar
Das Ergebnis ist ein dünnes, weiches und biegsames Kabel, das sich leicht um den äußeren Brustumfang legt. An beiden Enden des Kabels sind Elektroden integriert, die sanft auf der Haut haften. Eine kleine, leichte „Basisstation“, die ebenfalls sanft auf der Haut aufliegt, befindet sich in der Mitte des Kabels zwischen den Elektroden. Die Basisstation ist in einem weichen Silikongehäuse untergebracht und enthält einen kleinen Akku, Bluetooth-Technologie für die drahtlose Datenübertragung und einen Speicherchip.
Da jede Mutter unterschiedliche Brustdichte, -form und -größe hat, kann das Gerät durch eine einmalige Kalibrierung individuell angepasst werden. Zur Kalibrierung des Systems trägt die Mutter das Gerät, während sie eine Milchpumpe verwendet, die an eine Flasche mit Volumenmarkierungen angeschlossen ist. So kann die Benutzerin die genaue Milchmenge ermitteln, die über einen bestimmten Zeitraum abgepumpt wird. Währenddessen zeichnet das Gerät die elektrischen Eigenschaften der Brust während des gesamten Abpumpvorgangs auf. Durch dieses Kalibrierungsschema lernt das Gerät, die Veränderungen der elektrischen Signale für jede einzelne Mutter zu interpretieren.
Nach der Entwicklung von Prototypen testete das Team das Gerät an 12 stillenden Müttern – sowohl auf der Neugeborenen-Intensivstation als auch zu Hause. Um zu beurteilen, ob das Gerät über einen längeren Zeitraum hinweg konsistent und zuverlässig funktioniert, nahmen die Forscher mehrere Messungen bei denselben Müttern über einen Zeitraum von bis zu 17 Wochen vor. In dieser ersten Testphase trugen die Mütter den Sensor während des Abpumpens, da für diesen wichtigen Schritt die genaue Menge der abgepumpten Milch bekannt sein musste. In einer Testsitzung verglichen die Forscher die Daten des Geräts mit der Gewichtsdifferenz des Babys vor und nach dem Stillen. Insgesamt waren die Ergebnisse zwischen den Mengen in der Flasche und den vom Sensor erfassten Mengen während des Abpumpens auffallend ähnlich.
Verbesserung der Versorgung auf der Neugeborenen-Intensivstation
Das Gerät würde zwar allen Eltern Sicherheit und nützliche Informationen liefern, doch laut den Forschern würden Neugeborene auf der Neugeborenen-Intensivstation am meisten von einer sorgfältigen Überwachung profitieren. Genau zu wissen, wie viel ein Baby auf der Neugeborenen-Intensivstation isst, ist noch wichtiger als bei gesunden, voll ausgetragenen Säuglingen. Diese Babys haben oft ganz bestimmte Ernährungsbedürfnisse. Frühgeborene beispielsweise haben möglicherweise ein unterentwickeltes Verdauungssystem, wodurch sie anfälliger für Nahrungsmittelunverträglichkeiten sind. Eine präzise Dosierung der Nahrungsmenge kann dazu beitragen, das Risiko von Darmstörungen und Reflux zu minimieren.
Gerät soll weiter optimiert werden, damit es noch mehr Informationen liefern kann
Um die Benutzerfreundlichkeit noch weiter zu verbessern, stellen sich die Forscher vor, dass die Technologie schließlich in bequeme Unterwäsche wie Still-BHs integriert werden könnte. Dies würde die Benutzerfreundlichkeit des Geräts und das Gesamterlebnis für Mütter weiter verbessern. Die Forscher planen weiterhin umfassende Vergleiche mit dem Wiegen vor und nach dem Stillen. Das Team möchte außerdem sicherstellen, dass der Sensor für Mütter mit unterschiedlichen Hauttönen verwendet werden kann. Während die aktuelle Version des Geräts die aus der Brust fließende Milchmenge misst, könnten zukünftige Versionen auch die Milch, die in die Brust zurückfließt, messen.
Dann könnten Mütter Veränderungen in der Milchproduktion im Laufe der Zeit verfolgen. Das Team plant außerdem, das Gerät weiter zu optimieren, damit es noch mehr Informationen liefern kann, beispielsweise über die Milchqualität und den Fettgehalt. Wenn man Unsicherheiten beseitigen und den Müttern versichern kann, dass sie genug Milch produzieren, hilft das laut den Forschern, Stress und Ängste abzubauen. Für alle Mütter auf der ganzen Welt, die sich in unterschiedlichen Phasen ihrer Stillzeit befinden, kann dieses Gerät eine unglaubliche Hilfe sein.
