Arzneimittel und Therapie

Wie funktioniert der Blutzucker-Test?

Selbstkontrolle des Glucose-Spiegels ist Voraussetzung für optimales Diabetesmanagement

Nicht zuletzt die Kosten für die Teststreifen sorgen immer wieder für Diskussionen über die weite Verbreitung der Blutzucker-Selbstmessung. Sicherlich ist nicht bei allen Typ-2-Diabetikern eine permanente Messung des Blutzuckers indiziert. Dennoch sind Geräte für die Selbstkontrolle entscheidend für ein modernes Diabetes-Management. Die heutigen Messsysteme sind flexibel und werden unterschiedlichen Anforderungen gerecht.

Vor allem die sogenannte intensivierte konventionelle Insulin-Therapie (ICT) beruht auf dem Prinzip, gezielt eine rasche Korrektur vorzunehmen, falls die gemessenen Blutzucker-Werte nicht innerhalb des vorgesehenen Sollbereichs liegen. Nicht nur der übliche Tages- und Mahlzeiten-Rhythmus kann diese Intervention erfordern, sondern auch besondere Situationen wie eine unerwartete körperliche Anstrengung. Auch eine Ersteinstellungs- oder Umstellungsphase (Insulin, orale Antidiabetika) und vor allem eine Neigung zu Hypoglykämien können eine engmaschige Selbstkontrolle der Blutglucose erforderlich machen.

Reflektometrische Messung

Die chemische Grundlage der heute vornehmlich angewandten Messmethoden sind Redoxreaktionen auf einem Teststreifen (oder Sensor), bei denen Elektronen von einem Molekül auf ein anderes übertragen werden. Das ältere der beiden Verfahren ist die reflektometrische Messung:

  • Hierbei kommt es auf dem Teststreifen zu einer Reaktion der Blutglucose mit dem Enzym Glucoseoxidase (GOD), wodurch die Glucose zu Gluconolacton und Wasserstoffperoxid (H2O2) oxidiert wird.
  • Das Wasserstoffperoxid wiederum oxidiert mithilfe eines Coenzyms, der Peroxidase, einen Farbstoff. Folge ist die Verfärbung eines Testfelds auf dem Teststreifen.
  • Das Messgerät wertet die Farbänderung aus, indem es die Glucose-Konzentration berechnet und auf dem Display anzeigt. Diese ist proportional zur Farbintensität.

Elektrochemische Messung

Viele der neueren Blutzucker-Messgeräte arbeiten nach einem elektrochemischen Messprinzip. Hierbei löst die Analytlösung, also der vom Teststreifen angesaugte Bluttropfen, ebenfalls eine enzymatische Reaktion aus. Die resultierenden Redoxvorgänge werden durch Anlegen einer Spannung als elektrische Signale gemessen (s. Abb. 1 A-C).

Abb. 1: Prinzip der elektrochemischen Messung der Blutglucose. Das entstehende elektrische Signal beruht auf einer mehrfachen Übertragung von Elektronen (in der Grafik orange Punkte), Erläuterungen im Text [nach Hahne 2014].

  • Ein kleines Reaktionsfeld im Teststreifen enthält das Enzym Glucose-Dehydrogenase (GDH), in der Regel in Kombination mit einem Coenzym: Flavin-adenin-dinucleotid (GDH-FAD), Nicotinamid-adenin-dinucleotid (GDH-NAD) oder Pyrrolochinolinchinon (GDH-PQQ).
  • Gelangt Blut auf das Reaktionsfeld, oxidiert GDH die Glucose zunächst zu Gluconsäure/Gluconolacton. Durch die Aufnahme der freigewordenen Elektronen und Wasserstoffatome wird das enzymgebundene Coenzym reduziert, beispielsweise FAD zu FADH2 (Abb. 1A).
  • Der Enzymkomplex wiederum überträgt (z. B. durch die Reduktionsäquivalente FADH2) Elektronen auf einen Mediator, der durch diese Reaktion selbst in eine reduzierte Form überführt wird (Abb. 1B).
  • Durch die vom Blutzucker-Messgerät an die Elektrode des Sensors angelegte elektrische Spannung wird der reduzierte Mediator nun wieder rückoxidiert und gibt dadurch Elektronen ab (Abb. 1C).
  • Dieser freigesetzte Elektronenfluss ist der Glucose-Konzentration in der Blutprobe proportional und wird am Display in mg/dl bzw. mmol/l „Blutzuckerwert“ angezeigt.

Für die Verarbeitung des elektrischen Signals werden derzeit zwei Verfahren genutzt: Während die Coulometrie die Ladungsmenge der Elektronen misst, ermittelt die Amperometrie die Stromstärke. Ausgewertet werden die gemessenen Daten mithilfe eines mathematischen Algorithmus – je stärker das erzeugte elektrische Signal, desto höher liegt die berechnete Glucose-Konzentration.

Mögliche Interferenzen

Trotz aller Messgenauigkeit gibt es Störfaktoren, welche die Blutzucker-Messung beeinflussen könnten.

  • Zum einen sollten die Wechselwirkungen mit anderen Blutbestandteilen wie Sauerstoff oder anderen Zuckerarten ausgeschlossen oder zumindest minimiert sein. Beispielsweise gibt das Enzym Glucose-Oxi-dase die freiwerdenden Elektronen nicht nur an den Mediator, sondern auch an Sauerstoff-Moleküle ab. Kreuzreaktionen mit Xylose wurden ebenfalls beschrieben.
  • Nicht nur Ascorbinsäure, Cholesterol, Harnsäure oder Bilirubin gelten als mögliche Störsubstanzen (auch gegenüber dem Mediator), sondern auch Wirkstoffe wie Ibuprofen, Tetracyclin, Paracetamol und L-Dopa.
  • Da bei hohen Hämatokrit-Werten die Glucose in weniger Plasmavolumen gelöst ist, werden falsch niedrige Blutzucker-Werte angezeigt. Dies ist z. B. bei Neugeborenen, dehydrierten Personen, Lungenerkrankungen oder beim Aufenthalt in großen Höhen zu beachten. Umgekehrt werden bei niedrigen Hämatokrit-Werten, z. B. bei anämischen, kardiopulmonalen Bypass- oder Dialysepatienten, falsch hohe Glucose-Konzentrationen gemessen.

ISO-Norm zur Messgenauigkeit

Abgesehen von Einflussfaktoren wie Patientenschulung und Bedienerfreundlichkeit lässt sich die Messgenauigkeit auch methodisch verbessern. So kann das Gerät etwa als Verfeinerung der Amperometrie über den gesamten Messvorgang deutlich mehr als nur einen elektrischen Impuls an die Elektroden abgeben und dadurch entsprechend öfter und genauer die Stromstärke messen.

Seit Mai 2013 regelt die ISO-Norm 1597:2013, wie präzise Blutzucker-Messsysteme arbeiten sollten. So dürfen Messwerte ab einer Glucose-Konzentration über 100 mg/dl (5,6 mmol/l) um maximal ± 15% vom Referenzwert abweichen. Eine Untersuchung des Instituts für Diabetestechnologie in Ulm aus dem Jahr 2012 zeigte allerdings, dass 16 von 34 CE-markierten Blutzucker-Messsystemen den Anforderungen der neuen ISO-Norm nicht gerecht wurden. |


Quelle

Hahne D. Hightech in schlichtem Gewand. Dtsch Ärztebl Perspektiven 2014;5:28-30
Nauck MA et al. Blutzuckerselbstkontrolle bei Diabetes mellitus. Dtsch Ärztebl 2009;106(37):587-594

Clemens Bilharz, Facharzt für Anästhesiologie und Intensivmedizin

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