Hitzschlag ist eine globale Gesundheitskrise: Die Biodata Bank ist in Alarmbereitschaft.

Hitzschlag ist tödlich. Als eine der ältesten diagnostizierten Krankheiten der Welt stammt das erste überlieferte Heilmittel gegen Hitzschlag aus den Schriften des Hippokrates um 400 v. Chr. Umso erschreckender ist es, dass weltweit noch immer jährlich fast eine halbe Million Menschen an einem Hitzschlag sterben. Allein in Europa gab es im Sommer 2022 über 61.500 hitzebedingte Todesfälle.

Die zunehmend intensiven Auswirkungen des Klimawandels verschärfen das, was die Weltgesundheitsorganisation (WHO) als globale Gesundheitsgefahr bezeichnet, insbesondere für sehr junge Menschen, sehr alte Menschen, Menschen mit chronischen Krankheiten und diejenigen, die im Freien arbeiten.

Die Biodata Bank wurde 2018 in Tokio gegründet. Japan, mit seinem von Natur aus heißen und feuchten Klima, verzeichnete in den letzten 30 Jahren einen starken Anstieg von Hitzschlagfällen und meldet mittlerweile jährlich rund 1.000 Todesfälle. Im April beschloss das japanische Kabinett Maßnahmen zur Halbierung der Hitzschlagtodesfälle bis 2030 und verpflichtete Unternehmen zur Umsetzung präventiver Maßnahmen.

Biodata Bank, die speziell zur Entwicklung von Technologien zur Erkennung und Verringerung des Hitzschlagrisikos gegründet wurde, brachte 2020 ihr Hitzewarnsystem CANARIA auf den Markt und hat mehr als eine Million Geräte an mehr als 2000 Firmenkunden verkauft, hauptsächlich an Unternehmen aus den Bereichen Bauwesen, Energie, Öl und Automobil sowie an Rettungsdienste.

Takahiro Shiotsu, dessen Großvater an einem Hitzschlag starb, ist Vizepräsident für Ingenieurwesen bei der Biodata Bank. Er stellte fest, dass sich die Behandlungsmöglichkeiten über Jahrtausende kaum verändert haben und immer noch hauptsächlich aus Wasser, Salztabletten und Ruhe im Schatten bestehen.

Shiotsu merkte an, dass Takeshi Anzai, Gründer und CEO der Biodata Bank, die Entwicklung des Unternehmens mit der Konsultation von Ärzten begann, um die Symptome eines Hitzschlags besser zu verstehen. Laut WHO steigt das Risiko, wenn die Körperkerntemperatur 38 °C (100,4 °F) übersteigt.

Die Erkrankung wird in drei aufeinanderfolgende Stadien eingeteilt:

• Dehydration: Ein Rückgang des Körperflüssigkeitsspiegels, der Symptome wie Schwindel und Übelkeit verursacht.
• Hyponatriämie (niedriger Natriumspiegel): Zu den Symptomen gehören Muskelkrämpfe, Schwindel und Übelkeit.
• Hitzschlag: Ein Anstieg der Körperkerntemperatur, der in schweren Fällen tödlich sein kann.

„Anfangs hielten viele Professoren es für unmöglich, die Körperkerntemperatur nicht-invasiv zu messen, aber wir gaben nicht auf“, erklärte Shiotsu. „Schließlich fanden wir einen Weg, sie vorherzusagen, indem wir Temperaturanstiege und -schwankungen sowie den Wärmefluss an der Hautoberfläche erfassen. Die Körperkerntemperatur kann aufgrund individueller physiologischer Gegebenheiten und der Tageszeit um mehr als 1 °C schwanken. Ausgehend vom WHO-Standard von 38 °C entwickelten wir einen Algorithmus, der den individuellen Zustand jedes Nutzers intelligent analysiert und Veränderungen der Körperkerntemperatur erkennt, um das Risiko eines Hitzschlags präzise zu berechnen.“

Weltweite Feldversuche belegen die Wirksamkeit von CANARIA

Die CANARIA, benannt nach ihrer Frühwarnfunktion, die an einen Kanarienvogel im Bergwerk erinnert, wird per Knopfdruck aktiviert. Sobald die Uhr einen gefährlichen Anstieg oder eine Schwankung der Körperkerntemperatur feststellt, vibriert sie und aktiviert ein Warnlicht und einen Warnton.

„Unsere patentierte Technologie platziert mehrere Temperatursensoren in einer speziellen Anordnung, um den Wärmefluss – den Wärmeaustausch zwischen Hautoberfläche und Umgebung – zu messen“, erklärte Shiotsu. „Durch die Messung von Oberflächentemperatur und Wärmefluss können wir die Entwicklung der Körperkerntemperatur präzise vorhersagen.“

Bild 1: Quelle Renesas/Biodata Bank

Biodata Bank testete die Uhr und sammelte Daten von über 800 Teilnehmern aus 25 europäischen Unternehmen. Das Unternehmen eröffnete ein Büro in Paris, wo es Feldversuche mit einem großen französischen Bauunternehmen durchführte und kürzlich mit einem saudi-arabischen Ölkonzern kooperierte. Zu seinen Kunden zählen Airbus, Edison Next Spain und Sumitomo Forestry.

Der französische Luft- und Raumfahrtkonzern Airbus führte von Juni bis September 2023 in seinem Werk in Toulouse einen Test mit 150 freiwilligen Mitarbeitern durch, die einem potenziellen Hitzerisiko ausgesetzt waren. Der Test, der von Dr. Delphine Bouvet, der Betriebsärztin von Airbus Frankreich, geleitet und von Duy Phan, einem Experten für Gesundheit und Sicherheit, unterstützt wurde, diente der Evaluierung von CANARIA Watch als Teil des betrieblichen Gesundheits- und Sicherheitsprogramms des Unternehmens nach dem heißen Sommer 2022.

„Die Ergebnisse unseres Tests bestärken die Annahme, dass dieses Gerät eine relevante Lösung darstellt, die sich nahtlos in den umfassenden Ansatz von Airbus zur Prävention von Hitzschlägen einfügt“, erklärte Airbus in seiner Stellungnahme.

Renesas bringt seine Erfahrung mit dem stromsparenden RA0-Mikrocontroller und dessen Designunterstützung ein.

CANARIA wiegt nur 30 Gramm, ist bis 80 °C hitzebeständig und wird mit einer einzigen Batterie betrieben, die fünf Monate hält. Shiotsu erklärte, dass das Unternehmen eng mit Renesas zusammengearbeitet habe, um Leistung und Stromverbrauch optimal aufeinander abzustimmen. Die Biodata Bank war schließlich der erste Kunde für die RA0-Serie von Renesas, eine Reihe von 32-Bit-Mikrocontrollern auf Basis des Arm® Cortex®-M23-Prozessors, der den branchenweit niedrigsten Stromverbrauch für universelle 32-Bit-Mikrocontroller bietet.

„CANARIA wurde mit besonderem Fokus auf Benutzerfreundlichkeit entwickelt. Nach dem Einschalten läuft es fünf Monate lang ununterbrochen und bietet so ein problemloses Nutzungserlebnis“, erklärte Shiotsu. „Um dies zu erreichen, muss das Gerät mit extrem niedrigem Stromverbrauch arbeiten. Genau das hat uns an dem RA0-Mikrocontroller mit seinem geringen Stromverbrauch und der schnellen Aufwachzeit überzeugt, wodurch das Gerät länger im Ruhemodus bleiben kann.“

„Wir haben von Renesas sowohl im Hardware- als auch im Softwarebereich hervorragende Unterstützung erhalten. Das FAE-Team von Renesas war sehr kompetent und hat uns unschätzbare Hilfe geleistet. Es hat uns von der Komponentenauswahl bis zur Entwicklung begleitet, sodass wir das Produkt nach kürzester Zeit reibungslos auf den Markt bringen konnten.“

Bild 2: Quelle: Renesas/Biodata Bank

CANARIA startet mit Plänen für neue Gerätefunktionen

Die Biodata Bank hofft, das Interesse von Regierungen und Bildungseinrichtungen zu steigern. In den USA beispielsweise fehlt es in Klassenzimmern oft an Klimaanlage, während Schüler in Japan und vielen anderen Ländern häufig lange Schulwege bei extremer Hitze zurücklegen müssen. Selbst in kühleren Klimazonen bietet CANARIA Erleichterung für diejenigen, die in Hochtemperaturindustrien wie der Metallverhüttung und Stahlherstellung arbeiten.

Eine zukünftige Version von CANARIA wird voraussichtlich den SPI-NOR-Flash-Speicher von Renesas integrieren, der den MCU-Overhead minimiert und den Stromverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Flash-Lösungen um 85 % reduziert. Zukünftige Modelle könnten die Datenerfassung und -analyse in Echtzeit über drahtlose Kommunikation wie LPWA ermöglichen. Durch die drahtlose Datenübertragung an einen zentralen Sammelpunkt könnten Außendienstmitarbeiter die Informationen nutzen, um Arbeiten zu unterbrechen und Mitarbeiter zu schützen, bevor die Bedingungen unsicher werden.

„Früher bestanden die einzigen Gegenmaßnahmen in heißen Umgebungen darin, Wasser zu trinken und salzige Süßigkeiten zu essen“, sagte Shiotsu. „Es gab keine wissenschaftlich fundierten Methoden, um rechtzeitig einzugreifen. Bei den Unternehmen, die CANARIA eingeführt haben, ist die Schwere der Hitzschlagfälle bereits deutlich zurückgegangen.“