In vivo Messung und Regelung des Blutzuckerspiegels


Ansprechpartner

Prof. Dr.-Ing. Dr. med. Steffen Leonhardt
Dr.-Ing. Berno Misgeld

Projektbeschreibung

Glucose (Traubenzucker) ist der zentrale Energieträger des menschlichen Stoffwechsels. Die Versorgung aller Zellen des Körpers erfolgt über das Blut. Während ein zu niedriger Blutzuckerspiegel (BZS) aufgrund der Minderversorgung der Nervenzellen bis zur Bewusstlosigkeit führen kann, schädigt ein über Jahre dauerhaft erhöhtes Blutzuckerniveau Gefäße und Nerven. Die häufigsten, daraus resultierenden Folgekrankheiten sind Erblindung, Durchblutungsstörungen des Herzens und der Gliedmaßen, Schlaganfall und chronisches Nierenversagen.

Die Regelung des BZS erfolgt hormonell mit einer Vorsteuerung über das zentrale Nervensystem. Sensor, Aktor und Regler ist die Bauchspeicheldrüse bzw. deren sogenannte Inselzellen. Insulin, eines der Bauchspeicheldrüsenhormone bewirkt eine Senkung des BZS, wie sie z.B. nach einer Mahlzeit notwendig ist. Eine Störung dieses Regelkreises, hervorgerufen durch Probleme bei der Insulinproduktion oder -reaktion, wird mit Diabetes mellitus oder volkstümlich "Zucker" bezeichnet. Zur Behandlung wird heutzutage mehrmals täglich eine manuelle Messung des BZS und die manuelle Injektion einer daraus abgeleiteten Menge des Hormons Insulin vorgenommen. Mit aktuellen Messgeräten ist dazu jedesmal die Entnahme von Kapillarblut erforderlich. Die damit verbundenen Unannehmlichkeiten für den Patienten verhindern eine starke Erhöhung der Mess- bzw. Abtastrate, wie sie für eine physiologische Regelung des stark schwankenden BZS notwendig wäre. Hierfür fehlt ein kontinuierlich messender Sensor. Bisherige nichtinvasive Konzepte sind aufgrund mangelnder Genauigkeit bzw. Anwendungssicherheit oder zu langer Verzögerungs- und Totzeiten gescheitert.

Eine Alternative dazu könnte die invasive Messung mit einem dauerhaften Implantat in einem Blutgefäß sein. Chemische Messverfahren weisen dafür aber nicht die notwendige Langzeitstabilität auf.

Aufgrund neu entwickelter Mikrospektrometer ohne bewegliche Komponenten, erscheint die spektroskopische Messung im nahen Infrarot-Bereich (NIR) als ein möglicher Weg zur invasive Blutzuckermessung, sofern es gelingt, die Optik dauerhaft von Proteinablagerung frei zu halten. Das Implantat als Sensor würde seine Messergebnisse telemetrisch an einen Regler übertragen, der eine Insulinpumpe steuert.

 

Veröffentlichungen

  • Leonhardt, S. ; Heller, T. ; Heise, M.: Neuronale Netze zur nichtinvasiven Blutzuckermessung. In: Beiträge zur Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Biomedizinische Technik e.V., Dresden, 1998, S. 584

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