In-vivo Messerfolg bei der nicht-invasiven Glukosemessung mittels photoakustischer Spektroskopie

Fragestellung: Wesentlicher Bestandteil der Betreuung des Diabetes mellitus ist die Blutzuckerselbstkontrolle. Diese wird durch eine invasive Methode bewältigt, die die Entnahme eines Bluttropfens und die Messung mit einem Teststreifen erfordert. Diese Methode ist nicht nur schmerzhaft, sondern auch teuer (Preis pro Teststreifen ca. 0,50€). Daher wäre eine beliebig wiederholbare, nicht-invasive Messmethode von großem Vorteil für Patient und Krankenkasse.

Methodik: Photoakustische Spektroskopie im Fingerprintbereich des mittleren Infrarots bringt eine hohe Selektivität mit sich. Durch eine Eindringtiefe der Strahlung von wenigen µm werden jedoch keine Blutgefäße erreicht, es wird die Glukosekonzentration der epidermalen, interstitiellen Flüssigkeit (ISF) bestimmt, die in gutem und schnellen Austausch mit der Blutglukose steht. Durch Absorption der Strahlung durch Glukose und andere Komponenten der Haut wird ein Ultraschallsignal erzeugt, das, von einem Resonator verstärkt, durch ein Mikrophon detektiert wird. Eine Änderung der Glukosekonzentration bewirkt somit eine Änderung im photoakustischen Spektrum. Durch Optimierung des Resonators und einer Frequenz im Ultraschallbereich konnte das Signal-Rausch Verhätnis (SRV) auf ca. 40 erhöht werden, wodurch eine genügend große Sensitivität erreicht werden konnte, um Änderungen der Blutglukose im physiologisch relevanten Bereich in-vivo am Menschen messen zu können. Mit diesem Verfahren wurde der Glukoseverlauf zwischen 50 und 250 mg/dl während mehrerer konsekutiver oraler Glukose-Toleranz Tests (oGTT) bei 5 Probanden verfolgt und mit Blutwerten verglichen.

Ergebnisse: Wir beobachteten, dass es mittels dieser Technik möglich ist, dem Glukoseverlauf während eines oGTTs in-vivo zu folgen. Dabei konnte die spektrale Änderung durch Glukose von anderen, sich ändernden Komponenten der Haut getrennt werden, was bestätigt, dass das System selektiv auf die Glukoseänderung reagiert. Bei einer Serie von 7 konsekutiven oGTTs bei verschiedenen Probanden fanden sich von 420 Punkten ca. 77% der Werte in der Zone A der Clarke'schen Fehleranalyse. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die Glukosekonzentration in der ISF der Hand nur einen Zeitverzug kleiner 2 Minuten im Vergleich zur Konzentration im Blut zeigt.

Schlussfolgerung: Die photoakustische Spektroskopie im mittleren Infrarot ist demnach eine vielversprechende Methode für die nicht-invasive Blutzuckerbestimmung. Der spektrale Bereich des mittleren Infrarots bietet genügend Selektivität, um Glukose in der ISF von anderen, variablen Komponenten zu unterscheiden, und das erhöhte SRV bringt die Sensitivität mit sich, Signaländerungen auf Grund von Glukose in Höhe des physiologischen Verhaltens zu erfassen. Die hier gezeigte Methode bietet noch einige Verbesserungsmöglichkeiten, um die Genauigkeit der entsprechenden ISO Norm zu erfüllen, jedoch konnte gezeigt werden, dass es mit diesem Ansatz möglich ist nicht-invasiv Glukose am Menschen zu messen.