Diabetes ist eine chronische Erkrankung, von der weltweite Millionen von Menschen betroffen sind. Die Behandlung von Diabetes erfordert eine regelmäßige Überwachung des Blutzuckerspiegels, um eine ordnungsgemäße Kontrolle zu gewährleisten und Komplikationen zu vermeiden. In der Vergangenheit wurde dazu eine Blutprobe durch Stechen in den Finger entnommen und untersucht. Die jüngsten technologischen Fortschritte haben jedoch das Diabetesmanagement revolutioniert, indem sie eine zuverlässige Blutzuckermessung ohne Stechen in den Finger ermöglicht haben.
ÜBERSICHT
Nicht-invasive Glukosemessung
Unter nicht-invasiver Glukosemessung (NIGM) versteht man die Überwachung des Blutzuckerspiegels, ohne dass invasive Verfahren wie das Stechen in den Finger erforderlich sind. Mehrere Unternehmen, darunter Abbott und Dexcom, haben tragbare Pflaster mit Mikronadeln zur intrakutanen Implantation entwickelt. Diese Pflaster bieten eine bequeme und weniger schmerzhafte Alternative zum herkömmlichen Stechen in den Finger. Sie können jedoch nur den Glukosespiegel in der Zwischenzellflüssigkeit (ISF) und nicht im Blut selbst messen.
Der ISF-Glukosespiegel ist niedriger als der im Blut, da er aus den Blutkapillaren austritt. Darüber hinaus kann der ISF-Glukosespiegel durch Faktoren wie pH-Wert, Flüssigkeitsgehalt und Temperatur beeinflusst werden, was sich wiederum auf das ISF-Volumen auswirken kann. Außerdem kann die Verwendung von Mikronadeln in NIGM-Geräten die Haut reizen und zu mikrobiellen Infektionen führen.
Um diese Einschränkungen zu überwinden, haben Forscher nadellose Technologien wie die Terahertz-Spektroskopie (THz) und die Raman-Streuungsspektroskopie erforscht. Bei der THz-Spektroskopie wird Glukose auf der Grundlage der Lichtabsorption nachgewiesen, aber sie unterliegt einem starken Rauschen und kann Glukose mit anderen Biomolekülen verwechseln. Die Raman-Streuungsspektroskopie hingegen nutzt Schwingungsspektralprofile zum Nachweis von Glukose, hat aber schwache Signale, die durch kohärente Anti-Stokes-Raman-Spektroskopie (CARS) oder stimulierte Raman-Streuung (SRS) verbessert werden können.
Optoakustischer Sensor im mittleren Infrarotbereich
In einer kürzlich in Nature Metabolism veröffentlichten Studie wurde eine neue Technologie vorgestellt, die die Absorptionsspektroskopie im mittleren Infrarotbereich (mid-IR) zur nicht-invasiven Glukosemessung nutzt. Bei diesem Ansatz werden optische, optoakustische oder thermische Detektionsmethoden eingesetzt, um starke Signale zu erzeugen. Ein Problem bei dieser Methode ist jedoch die Absorption von Licht durch die oberflächlichen Hautschichten anstelle von Glukose, was zu falschen Ergebnissen führen kann.
Um dieses Problem zu lösen, entwickelten die Forscher einen tiefengesteuerten optoakustischen Sensor im mittleren Infrarotbereich (DIROS). DIROS nutzt zeitgesteuerte optoakustische Signale im mittleren Infrarotbereich, um die genaue Tiefe zu bestimmen, in der die Glukoseabsorption in der Haut gemessen wird. Durch den Nachweis von Glukose in blutreichen Hautbereichen kann DIROS den Blutzuckerspiegel in Echtzeit anstelle von ISF-Glukose messen. Wichtig ist, dass DIROS die Glukosemessung in den äußersten Hautschichten vermeiden kann, wodurch potenzielle Fehler aufgrund von Schwankungen der Hautfeuchtigkeit minimiert werden.
Ergebnisse der Studie
Im Rahmen der Studie wurden Messungen des Blutzuckerspiegels mit Hilfe einer tiefenselektiven optoakustischen Detektion am Ohr einer Maus durchgeführt. Diese Messungen wurden mit optoakustischen Messungen an den Kapillaren verglichen, und die Ergebnisse bestätigten die Genauigkeit der auf mittlerem IR basierenden Ergebnisse. Die Ergebnisse bestätigten die Genauigkeit der auf dem mittleren IR basierenden Ergebnisse. Die optoakustische Messung ermöglichte ein tieferes Eindringen in die Haut und erreichte den Übergang zwischen Dermis und Epidermis, der reich an Kapillaren ist und eine Blutzuckermessung in Echtzeit ermöglicht.
Die Forscher sammelten fast 5.000 optoakustische Messpunkte in einem Raster von 70 x 70 Punkten und beobachteten leichte Unterschiede in der Tiefe, in der die Messungen zwischen den einzelnen Punkten vorgenommen wurden. Es wurden genaue Blutzuckerwerte mit einem ausreichenden Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) erzielt, die eine In-vivo-Glukosebestimmung bei normalen Konzentrationen ermöglichen, selbst bei Vorhandensein von potenziell kontaminierenden Molekülen wie Laktat.
Im Rahmen der Studie wurden auch Messungen aus blutkapillarreichen Bereichen (P1) und relativ avaskulären Bereichen (P2) verglichen. Die P1-Werte stimmten eng mit den mit dem Glukosemesser aufgezeichneten Blutzuckerkonzentrationen überein, während sich die P2-Werte langsamer veränderten, was die verzögerten Veränderungen der ISF-Glukose widerspiegelt. Dieses Ergebnis unterstreicht die Bedeutung der Glukosemessung in vaskulären Bereichen für genauere und zuverlässigere Ergebnisse.
Zukünftige Implikationen
Die Entwicklung von DIROS stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Glukosemesstechnik dar. Durch die Verbesserung der Präzision und Genauigkeit der Blutzuckermessung innerhalb des physiologischen Bereichs hat DIROS das Potenzial, das Diabetesmanagement zu revolutionieren. Es eröffnet Möglichkeiten für die Entwicklung von Systemen zur kontinuierlichen Messung des Stoffwechsels, die den Benutzer auf Abweichungen von gesunden Stoffwechselparametern hinweisen können.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Einführung einer zuverlässigen Blutzuckermessung ohne Stechen in den Finger durch nicht-invasive Glukosemessverfahren wie DIROS neue Hoffnung für Menschen mit Diabetes bietet. Dieser innovative Ansatz macht nicht nur den schmerzhaften Stich in den Finger überflüssig, sondern liefert auch Blutzuckermessungen in Echtzeit, die genauer und zuverlässiger sind. Mit weiteren Fortschritten auf diesem Gebiet können wir erhebliche Verbesserungen im Diabetesmanagement und eine bessere Lebensqualität für die von dieser chronischen Krankheit Betroffenen erwarten.
Fazit
Die Revolution im Diabetesmanagement durch eine zuverlässige Blutzuckermessung ohne Stechen in den Finger steht kurz bevor. Nicht-invasive Blutzuckermessverfahren wie DIROS bieten eine vielversprechende Alternative zu den herkömmlichen Methoden, die genaue Blutzuckermessungen in Echtzeit ermöglichen. Mit dem weiteren Fortschritt der Technologie können sich Menschen mit Diabetes auf eine Zukunft freuen, in der das Diabetesmanagement bequemer, schmerzfreier und effektiver wird.
FAQ
Was ist Diabetes?
Diabetes ist eine chronische Erkrankung, bei der der Körper entweder nicht genügend Insulin produziert oder es nicht richtig nutzen kann. Insulin ist ein Hormon, das den Blutzuckerspiegel reguliert. Wenn der Blutzuckerspiegel ansteigt, signalisiert dies der Bauchspeicheldrüse, Insulin freizusetzen. Insulin ermöglicht es dem Blutzucker, in die Zellen des Körpers einzudringen und dort als Energie verwendet zu werden.
Welche Arten von Diabetes gibt es?
Es gibt verschiedene Arten von Diabetes, darunter Typ-1-Diabetes, Typ-2-Diabetes und Schwangerschaftsdiabetes. Bei Typ-1-Diabetes produziert der Körper kein Insulin mehr, während bei Typ-2-Diabetes der Körper entweder nicht genug Insulin produziert oder es nicht richtig nutzen kann. Schwangerschaftsdiabetes tritt während der Schwangerschaft auf und kann nach der Geburt wieder verschwinden.
Was sind die Symptome von Diabetes?
Die Symptome von Diabetes können je nach Art und Schweregrad variieren. Zu den häufigen Symptomen gehören vermehrter Durst, häufiges Wasserlassen, Gewichtsverlust, Müdigkeit, verschwommenes Sehen und langsame Wundheilung. Es ist jedoch möglich, dass einige Menschen, insbesondere bei Typ-2-Diabetes, keine Symptome haben.
Was bedeutet der Blutzuckerspiegel?
Der Blutzuckerspiegel beschreibt die Konzentration von Zucker (Glukose) im Blut. Er wird in Milligramm pro Deziliter (mg/dl) oder in Millimol pro Liter (mmol/l) angegeben. Die Bestimmung der Blutzuckerwerte ist ein entscheidendes Kriterium zur Diagnose von Diabetes.
Bei welchem Wert ist der Blutzuckerspiegel normal, wann ist er zu hoch?
Bei Menschen ohne Diabetes, die mindestens 8 Stunden nichts gegessen haben, liegt der Nüchternblutzuckerwert unter 100 mg/dl (5,6 mmol/l). Ein wiederholter Nüchternblutzuckerwert über 126 mg/dl (7,0 mmol/l) deutet auf einen Diabetes mellitus hin. Werte zwischen 100 und 126 mg/dl (5,6-7,0 mmol/l) deuten auf einen gestörten Nüchternblutzucker (Prädiabetes) hin.
Warum ist eine regelmäßige Stoffwechselkontrolle wichtig?
Die regelmäßige Stoffwechselkontrolle, einschließlich der Blutzuckermessung, ist ein wichtiger Bestandteil der Diabetesbehandlung. Sie hilft dabei, akute Notfallsituationen wie Unter- und Überzuckerungen zu vermeiden und den Einfluss von Medikamenten, Mahlzeiten, Sport und anderen Belastungen auf den Blutzucker zu verstehen. Je nach Therapieform sind unterschiedlich viele Glukosemessungen am Tag notwendig.
Warum empfiehlt es sich, ein Blutzuckertagebuch zu führen?
Ein Blutzuckertagebuch ist wichtig, um die eigenen Glukosewerte zu kennen und regelmäßig zu dokumentieren. Es ermöglicht Menschen mit Diabetes, den Verlauf ihrer Erkrankung und den Erfolg der Behandlungsmaßnahmen zu überblicken. Zudem erleichtert es den Informationsaustausch mit Ärzten. Das Tagebuch kann in Papierform, elektronisch oder als App geführt werden.
Wie genau muss der Blutzuckerspiegel eingestellt werden?
Der Zielbereich für den Blutzuckerspiegel ist von Person zu Person unterschiedlich und wird individuell zwischen Patient und Arzt festgelegt. Der Blutzuckerspiegel kann sich aufgrund verschiedener Einflussfaktoren wie körperlicher Aktivität, Essen, Tag- und Nachtrhythmus und Stress ändern.
Quellen und weiterführende Informationen
- Uluc, N., Glasl, S., Gasparin, F., et al. (2024). Non-invasive measurements of blood glucose levels by time-gating mid-infrared optoacoustic signals. Nature Metabolism. doi:10.1038/s42255-024-01016-9.
- Diabetes management, Wikipedia 2024.
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