Wie funktioniert kontinuierliche Glukosemessung ohne ständigem Stechen?
Die regelmäßige Kontrolle des Blutzuckerspiegels gehört für DiabetikerInnen zum Alltag. In der Regel müssen sie sich dafür mehrmals täglich in den Finger stechen und den Wert mithilfe eines Teststreifens über ein Blutzuckermessgerät bestimmen lassen. Glücklicherweise gibt es heute gute Alternativen, mit denen du deine Blutzuckerwerte ohne stechen zu müssen messen kannst.
Was ist kontinuierliche Glukosemessung (CGM) und wie arbeitet sie?
Bei der kontinuierlichen Glukosemessung (engl.: Continuous Glucose Monitoring, CGM) erfasst ein Sensor den Blutzuckerwert. Das CGM-System kann die herkömmliche Messung der Blutzuckerwerte nicht völlig, aber weitestgehend ersetzen. Ein Glukosesensor ist für viele Diabetes-Betroffene eine enorme Erleichterung im Alltag. Statt dir mehrmals täglich in den Finger zu stechen, musst du nur noch einen deutlich weniger schmerzhaften Pieks aushalten: Nämlich dann, wenn du den Blutzuckersensor am Oberarm anbringst.
Der Nadelsensor, beziehungsweise dessen knapp fünf Millimeter lange Nadel, wird z. B. im Oberarm die Haut eingeführt. Diese Messung erfolgt mithilfe eines Sensors. Dieser wird beim Oberarm der/s PatientIn auf dem Oberarm geklebt. Der Sensor selbst misst etwa alle fünf Minuten im Unterhautfettgewebe den Zuckergehalt in der Gewebeflüssigkeit. „Dadurch ist die Nadel mit dem Fettgewebe verbunden und es wird eigentlich der Gewebezucker, nicht der Blutzucker gemessen. Trotzdem wird im Allgemeinen weiterhin umgangssprachlich von Blutzuckermessung gesprochen.
Der gemessene Glukosewert wird ständig auf einem Empfangsgerät, z.B. einem speziellen CGM-Empfänger, einer Insulinpumpe oder einem Smartphone, angezeigt. CGM-Systeme bestehen aus einem Sensor und einem Sender, der die Daten an dein Smartphone überträgt. CGM-Systeme senden die Daten in Echtzeit an das Smartphone, sodass du deine aktuellen und vergangenen Blutzuckerwerte immer im Blick hast. Die gesamte Blutzucker-Verlaufskurve und jede kleine Veränderung Deiner Blutzuckerwerte permanent zu sehen, kann allerdings auch überfordernd sein und verunsichern.
Vorteile der kontinuierlichen Messung
- Je nach System ergeben sich über den Tag bis zu 144 Einzelwerte. Das hat den Vorteil, dass der Stoffwechsel nicht nur punktuell überprüft wird, sondern man einen 24-Stunden-Überblick über den täglichen Blutzuckerverlauf erhält.
- „Durch die permanente Messung ist die Insulintherapie besser steuerbar. Über- und Unterzucker können durch das System sofort erkannt werden und ermöglichen es durch individuell einstellbare Alarmfunktionen den PatientInnen unmittelbar darauf hinzuweisen“.
- Viele CGM-Systeme haben eine Alarmfunktion und schlagen Alarm, sobald der Wert eine bestimmte Grenze über- oder unterschreitet. So können starke Über- und Unterzuckerungen vermieden werden.
- Die am Tag und in der Nacht gespeicherten Messwerte lassen sich elektronisch auswerten. So können die NutzerInnen einen langfristigen Überblick über den Verlauf ihrer Glukosewerte erhalten.
- Der Sensor kann auch beim Baden, Duschen, Schwimmen oder Saunieren getragen werden und verbleibt sicher auf der Haut haften. Auch sportliche Aktivitäten hält das auf der Haut angebrachte System ohne Probleme aus.
Wichtig zu wissen: Gewebezucker vs. Blutzucker
Für das gemessene Ergebnis ist zu berücksichtigen, dass der Wert für den Gewebezucker dem aktuellen Blutzuckerwert um circa 10 Minuten hinterherhinken kann. Der wesentliche Unterschied von CGM-Systemen gegenüber der Blutzuckermessung am Finger: Die Blutzuckermessung am Finger liefert lediglich einen einzelnen Wert zu einem bestimmten Zeitpunkt, während CGM-Systeme den Verlauf abbilden. Das Messergebnis von CGM-Systemen ist im Vergleich zur blutigen Messung am Finger etwa 10 Minuten verzögert. Das muss bei der Interpretation der Werte beachtet werden.
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Für wen sind CGM-Systeme geeignet und wer trägt Kosten?
Insbesondere Patienten mit einem insulinpflichtigen Diabetes mellitus, die einer intensivierten Insulinbehandlung bedürfen, können Real-Time-Messgeräte beantragen. Menschen mit Typ-1-Diabetes berichten von einer größeren Flexibilität im Alltag und mehr Lebensqualität. CGM-Systeme für Menschen mit Diabetes Typ 1 werden seit etwa acht Jahren von den Krankenkassen finanziert. Unter Umständen erhält man auch als Insulinpflichtiger mit Diabetes Typ 2 die Kosten erstattet.
Wer ein CGM-System nicht von der Krankenkasse erstattet bekommt, muss mit regelmäßigen Kosten rechnen. Falls die Krankenkasse die Kosten nicht übernimmt, können CGM-Systeme in der Apotheke oder online gekauft werden.
Technische Varianten: minimal-invasiv vs. nicht-invasiv
Welche Arten von Sensoren gibt es? Die minimal invasiven Sensoren messen die Zuckerkonzentration in der Gewebsflüssigkeit, die zwischen den Zellen im Unterhautfettgewebe vorhanden ist. Dafür ist es notwendig, mit dieser Flüssigkeit Kontakt aufzunehmen, das heißt der Sensor muß durch die Haut gestochen werden. Eine andere Möglichkeit wäre, einen Teil dieser Gewebsflüssigkeit aus dem Körper hinaus zu bringen z.B. nach außen zu saugen. Somit ist es weiterhin notwendig, die Haut auf irgendeine Weise zu verletzen. Als Vorteil ist es zu werten, dass spezifisch die Glukose mit guter Genauigkeit gemessen werden kann.
Die nicht-invasiven Glukose-Sensoren messen Änderungen im Zuckergehalt der Haut, ohne diese dabei zu verletzen. Das Prinzip besteht darin, Licht auf die Haut zu strahlen und Eigenschaften des zurückgestrahlten Lichtes zu messen. Dabei verändern sich die Eigenschaften, einmal durch die direkte Wechselwirkung mit der aktuellen Zuckerkonzentration in der Haut (optische Glukose-Sensoren-Spektroskopie) oder durch indirekte Wirkungen von Glukose auf physikalische Eigenschaften der Haut (optische Glukose-Sensoren-Streuung). Vorteil ist, dass man diese Geräte sicher längere Zeit auf der Haut lassen könnte, ohne sie dadurch zu schädigen. Das verwendete Licht ist ebenfalls ungefährlich. Leider konnte bisher noch kein zuverlässig arbeitendes Meßgerät auf Grundlage dieses Prinzips entwickelt werden.
Beispiele für minimal-invasive Techniken
- Mikrodialyse: Eine dünne Dialysefaser in das Unterhautfettgewebe wird vorgeschoben, durch welche eine sterile Flüssigkeit gepumpt wird. Durch den Konzentrationsunterschied wandert Glukose in die Flüssigkeit in der Dialysefaser. Ein Nachteil besteht in der zeitverzögerten Messung, weil die Flüssigkeit erst zum Sensor gepumpt werden muß.
- Mikroperfusion: Ein Katheter mit einer dünnen inneren Kanüle wird durch die Haut gestochen; eine sterile Flüssigkeit wird kontinuierlich durch den Katheter gepumpt und vermischt sich mit der Gewebsflüssigkeit. Ein Teil dieser Flüssigkeit wird wieder abgesaugt und darin die Glukosekonzentration gemessen.
- Transdermale Ansätze: Schwacher Strom führt dazu, dass gewisse Substanzen durch die Haut wandern und dabei Gewebsflüssigkeit mitnehmen; oder kleine Laser-gebrannte Löcher, durch die kontinuierlich Gewebsflüssigkeit abgesaugt wird.
Beispiele für nicht-invasive optische Ansätze
Optische Sensoren nutzen Spektroskopie oder Streuung. Wenn ein Lichtstrahl durch eine klare Lösung von Glukose in Wasser geleitet wird, führt die Glukose zu einer typischen Schwächung der Lichtintensität bei unterschiedlichen Frequenzen. Es wird also versucht den Zuckergehalt durch Messung der spektroskopischen Eigenschaften der Haut zu messen. Dabei treten mehrere Probleme auf: Licht kann nur in einem sehr schmalen Frequenzbereich, Infrarotbereich, tiefer in die Haut eindringen. Die Glukose hat aber in diesem Frequenzbereich kein spezifisches Signal. Licht mit Wellenlängen außerhalb dieses Frequenzbereiches wird von Wasser, Hautfarbstoffen oder Blut verschluckt. Weitere Schwierigkeiten bestehen in einer massiven Streuung des Lichtes, die Lichtabsorption ist temperaturabhängig und lichtabsorbierende Strukturen sind unterschiedlich in der Haut verteilt.
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Ein weiteres Prinzip ist die Streuung: Die Streuung von Licht führt gemeinsam mit der Absorption zur Schwächung eines auf Gewebe auftreffenden Lichtstrahls. Anders als bei der Spektroskopie wird die Lichtstreuung der Haut nicht direkt durch Glukose beeinflußt, sondern indirekt durch die Veränderung des Verhältnisses der Brechungsindices zwischen den unterschiedlichen Geweben. Das Problem bei dieser Methode besteht in der geringeren Spezifität.
Forschung zu nadelfreien Methoden: Raman-Spektroskopie und optoakustische Verfahren
Eine vielversprechende Technik ist die Raman-Spektroskopie, die Moleküle wie Glukose anhand ihrer Schwingungen nach der Wechselwirkung mit Licht identifiziert. Bisher war ein Problem, dass diese Methode Signale aus allen Hautschichten mischt, was die Genauigkeit beeinträchtigt. Eine neue Studie von Zhang et al. in Nature Metabolism zeigt, dass die Raman-Spektroskopie durch Fokussierung auf gefäßreiche Hautschichten verbessert werden kann. Die Forschenden verwendeten die multiple μ-spatially offset Raman spectroscopy (mμSORS). Diese Methode ermöglicht es, Signale aus tieferen Hautschichten zu erfassen, in denen sich die Kapillaren befinden. Die Forschenden verglichen die Ergebnisse ihrer Methode mit den Plasmaglukosewerten von 230 Teilnehmenden.
Die Autoren Birkenfeld und Ntziachristos weisen darauf hin, dass trotz der vielversprechenden Ergebnisse noch einige Herausforderungen gelöst werden müssen, bevor ein breiter Einsatz bei Menschen mit Diabetes möglich ist. Die Messzeit von derzeit etwa acht Minuten erschwert die Erfassung schneller Glukoseschwankungen, die für eine genaue Hypoglykämie-Überwachung wichtig sind. „Trotzdem ist diese Technik ein Schritt in Richtung einer nadelfreien Zukunft für die Glukoseüberwachung.“
Eine andere wesentliche Methode, die bereits länger existiert, ist die optoakustische Technik mit der Bezeichnung „deep-gated mid-infrared optoacoustic sensor“ (DIROS). Die Geräte verwenden Mikronadeln, um den Glukosespiegel in der interstitiellen Flüssigkeit zu messen. Der nächste Schritt ist die Entwicklung von nicht-invasiven Glukosemessmethoden, die ohne Nadeln auskommen. Hierfür werden optische und optoakustische Methoden untersucht.
Stand der Produktentwicklung und bisherige Erfahrungen
Die kontinuierliche Glukoseüberwachung (CGM) hat die Diabetesversorgung revolutioniert. Heute können Menschen mit Diabetes mit Hilfe dieser Systeme ohne Fingerpiks ihren Blutzucker kontinuierlich messen. Moderne Sensoren von FreeStyle Libre oder Dexcom liefern in der Regel sehr präzise Werte. Das ist selten, kann aber passieren. Bestimmte Medikamente, starker Druck auf den Sensor (zum Beispiel nachts im Liegen), Probleme beim Anbringen oder auch extreme Temperaturen können die Messergebnisse verfälschen.
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Hunderte Ansätze zur nicht-invasiven Glukosemessung sind in den vergangenen Jahrzehnten an technischen Problemen gescheitert. Eine internationale Arbeitsgruppe analysierte zahlreiche Systeme: 28 nicht-invasive Systeme, sechs Systeme mit nicht-invasiver Probenentnahme und 31 minimal-invasive Systeme. Die aktuell auf dem Markt befindlichen sieben CGM-Systeme von Abbott, Dexcom, Medtronic, Senseonics, Menarini und Medtrum sind Beispiele für marktreife Lösungen. Viele andere Projekte befinden sich noch in der Entwicklung.
| Systemtyp | Messprinzip | Status / Kommentar |
|---|---|---|
| Minimal-invasiv (CGM) | Sensorelektrode im Unterhautfettgewebe | Marktreif, z. B. FreeStyle Libre, Dexcom |
| Nicht-invasiv (optisch) | Spektroskopie / Streuung / Raman | Vielversprechend, aber bisher keine breite klinische Zuverlässigkeit |
| Transdermal / Mikroperfusion | Entnahme kleiner Gewebsflüssigkeitsmengen | Technisch komplex, zeitverzögert |
Beispiele nicht-invasiver Prototypen
Das diskontinuierlich messende Gerät TensorTip CoG verwendet Licht unterschiedlicher Wellenlänge im sichtbaren und infraroten Bereich für die Messung. Studien zeigten eine mittlere Abweichung von 16,6 %. Das System D-Base der Berliner Firma DiaMonTech nutzt einen Quantenkaskadenlaser im mittleren infraroten Bereich; eine publizierte Teststudie berichtete über gute Messgenauigkeit (11-12 % Abweichung zu Labormesswerten), doch unabhängige klinische Daten fehlen bisher.
Technische Probleme und Herausforderungen
Ein generelles Problem liegt in der Interpretation der Meßergebnisse der Glukose-Sensoren. Bis eine Veränderung der Blutzuckerkonzentration auch zu einer Veränderung der Zuckerkonzentration der Gewebsflüssigkeit führt, dauert es etwa 5 bis 15 Minuten. Zusätzlich kommt es bei einigen Sensoren zu einer weiteren Zeitverzögerung durch deren Meßprinzip. Es muß z.B. bei transdermalen Sensoren Gewebsflüssigkeit durch die Haut transportiert werden. Es ist somit noch nicht eindeutig geklärt, ob die Zuckerkonzentration in der Gewebsflüssigkeit genauso hoch ist wie diejenige im Blut. Dieses Problem ist aber sicher in den Griff zu bekommen z.B. mittels Umrechnungsformeln.
Bei der minimal-invasiven Methode werden dünne Glukose-Elektroden durch die Haut gestochen. Durch Reaktionen des menschlichen Körpers auf die künstliche Oberfläche lagern sich Eiweiße und andere Substanzen auf dieser ab. Das bedingt ein relativ rasches Absinken des Sensorsignals. Ein weiteres Problem ist das Signal-Rausch-Verhältnis und die relativ niedrige Konzentration von Glukose im Organismus (Promillebereich), was die Messgenauigkeit optischer Verfahren erschwert.
Zukünftige Perspektiven und Vision: Das künstliche Pankreas
Eine faszinierende Idee ist die Entwicklung eines Systems, das die Funktion der Bauchspeicheldrüse vollständig übernimmt. Das würde bedeuten, anhand der aktuellen Zuckerkonzentrationen wird jeweils die Insulininfusionsrate bestimmt, die für die Aufrechterhaltung eines Blutzuckers im Normbereich notwendig ist. Dafür ist natürlich ein zuverlässig messender Glukose-Sensor die Vorraussetzung. Man bemüht sich zur Zeit weltweit ein solches System zu entwickeln, wobei bisher das Hauptproblem ein zuverlässig arbeitender Glukose-Sensor war. Sollte man nun dieses Problem in nächster Zeit doch lösen können, ist vielleicht ein wirklicher Durchbruch in der Diabetestherapie nicht mehr fern.
Mit Hilfe der CGM-Systeme und deren Aufzeichnungen kann die Gewebezucker-Kontrolle aus der Ferne evaluiert werden. „Die Daten, die für das persönliche und vorab vereinbarte Gespräch notwendig sind, sind durch die Sensoren bereits in elektronischer Form vorhanden und können mit der Zustimmung der PatientInnen beziehungsweise durch Zusendung auf ärztlicher Seite eingesehen werden“, beschreibt Dr. Ulrike Seppele. Für die telemedizinische Betreuung kommen ausschließlich Folgekontakte in Betracht.
Tipps für Anwender und Alltag
- Stich am besten seitlich in den Finger, um Schmerzen beim Blutzuckermessen zu reduzieren.
- Bei Nutzung eines CGM-Systems muss auf gute Anbringung geachtet werden, da starker Druck auf den Sensor die Messergebnisse verfälschen kann.
- CGM-Werte sollten bei Unklarheiten oder plötzlichen Abweichungen mit einer Fingerstich-Messung überprüft werden.
- Bei Fragen zur Kostenübernahme und Indikation besprichst du am besten mit deinem Facharzt, ob die kontinuierliche Glukosemessung für dich geeignet ist.
Die kontinuierliche Glukoseüberwachung (CGM) hat die Diabetesversorgung revolutioniert. Moderne Glukosemesssysteme machen es möglich, den Blutzucker zu überwachen, auch für Menschen ohne Diabetes. Heute sind minimal-invasive Sensoren die sicherste Variante, um den Blutzucker ohne ständigem Fingerstechen zu messen, während die Forschung an nadelfreien Methoden wie mμSORS, Raman-Spektroskopie oder optoakustischen Sensoren weiter voranschreitet.
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