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. Dadurch besteht ein Infektionsrisiko, das die Dauer eines solchen Sensoreinsatzes begrenzt. 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. 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 menschlicheen Körpers auf die künstliche Oberfläche lagern sich Eiweiße und andere Substanzen auf dieser ab. Das bedingt ein relativ rasches Absinken des Sensorsignals. Wie bereits oben erwähnt gibt es verschiedene Möglichkeiten, um an Gewebsflüssikeit zu gelangen. Ein Weg ist die Mikrodialyse. Dabei wird eine dünne Dialysefaser in das Unterhautfettgewebe vorgeschoben, durch welche eine sterile Flüssigkeit gepumpt wird. Durch den Konzentrationsunterschied wandert Glukose aus der Gewebsflüssigkeit über die Membran in die Flüssigkeit in der Dialysefaser. Die Flüssigkeit wird zu einem Glukose-Sensor außerhalb des Körpers gepumpt und dort vermessen. Ein Vorteil ist, dass große Eiweißmoleküle die Membran der Dialysefaser nicht durchdringen können. Der Nachteil besteht in der zeitverzögerten Messung, weil die Flüssigkeit erst zum Sensor gepumpt werden muß. Neuere Studien zeigen, dass es durchaus schon möglich ist, Blutzuckerveränderungen über mehrere Tage kontinuierlich zu verfolgen.

Eine weitere Möglichkeit besteht in der Mikroperfusion. Dabei wird ein mit größeren Löchern versehener Katheter mit einer dünnen inneren Kanüle 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. In den letzten Jahren gab es verschiedene Ansätze mittels transdermaler Sensoren Gewebsflüssigkeit durch die mehr oder weniger intakte Haut nach außen zu bekommen. Zum Beispiel verfolgt die Firma Cygnus in den USA ein solches Konzept. Es wird ein schwacher Strom angelegt der dazu führt, daß gewisse Substanzen durch die Haut wandern und dabei Gewebsflüssigkeit, zusammen mit Glukose, mitnehmen. Für diese geringen Mengen ist eine extrem genaue Meßmethodik erforderlich. Nachteile sind, dass dieses System nur etwa alle 20 Minuten ein Meßergebnis liefert und es zu einer nicht unerheblichen Zeitverzögerung kommt. Ebenfalls in den USA befindet sich die Firma SpectRx. Bei diesem Sensor wird ständig Gewebsflüssigkeit durch mehrere kleine Löcher in der Haut abgesaugt. Die kleinen Löcher werden mit Hilfe eines Laserstrahls in die Haut gebrannt. Es bleibt abzuwarten, ob all diese Techniken die Haut wirklich nicht schädigen.

Unter den nicht-invasiven Methoden gibt es einmal die Spektroskopie. 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 entsteht ein charakteristisches Absorptionsspektrum, welches es ermöglicht, den Glukosegehalt mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. 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. Daher führen Änderungen in der Blutzuckerkonzentration nur zu sehr kleinen und unspezifischen Veränderungen in den Absorptionsspektren. Bisher war keiner der Ansätze, solche Glukose-Sensoren zu entwickeln, erfolgreich.

Ein weiteres Prinzip für optische Sensoren auf dem Gebiet der nicht-invasiven Glukosemessung 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.

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.

Die Firma MiniMed Inc. entwickelte einen Glukose-Sensor auf der Grundlage der minimal-invasiven Methode. Das Anlegen und Tragen dieses Gerätes ist vergleichbar mit einer Insulinpumpe. Der Sensor mißt alle 10 Sekunden die Zuckerkonzentration im Unterhautfettgewebe. Alle 5 Minuten wird der daraus gemittelte Wert gespeichert. Einmal am Tag muß das Gerät kalibriert werden, d.h. das jeweilige Meßsignal der Glukose-Elektrode wird auf das Ergebnis einer Blutzuckermessung bezogen. Die Meßergebnisse werden gespeichert und nicht direkt angezeigt. Insgesamt stellt dieses Gerät ein Expertensystem dar, d.h. der Arzt wird seinem Patienten, bei entsprechender Indikation, den Sensor für 3 Tage anlegen und anschließend zur Auswertung der gespeicherten Daten das Gerät wieder abnehmen. Der von MiniMed produzierte Sensor wurde im Juni 1999 von der amerikanischen Zulassungsbehörde FDA genehmigt und hat seit November 1999 eine CE-Zertifizierung. In Europa wird dieser Sensor im Rahmen von klinischen Studien in einigen Zentren eingesetzt. Voraussichtlich wird dieses Gerät im Sommer 2000 kommerziell erhältlich sein. In einem kürzlich erschienenen Artikel im "Spiegel" wurde ein Forscherteam aus Witten/Herdecke vorgestellt. Sie versuchen, einen optischen Glukose-Sensor unter Ausnutzung der Streuung eines Lichtstrahls zu entwickeln. Dabei wird der Strahl einer bleistiftgroßen Lampe auf die Fingerkuppe gerichtet. Das reflektierte Signal wird in eine elektronische Analyseeinheit gerichtet und dort von einem PC-Prozessor ausgewertet und auf einem Monitor angezeigt. Mit diesem Verfahren können sie verschiedene Stoffe in der Haut und im Blut nachweisen, die Zuckerkonzentration jedoch noch nicht, wie sie selber einräumen mußten. Trotzdem äußerten sie zuversichtlich, dieses Problem "in ein paar Monaten" zu lösen. Es bleibt abzuwarten, ob ein Durchbruch in so kurzer Zeit erreicht werden kann.

Erstellt: Februar 2000