ArchivDÄ-TitelSupplement: PerspektivenSUPPLEMENT: Diabetologie 1/2016Telemetrie und Diabetisches Fusssyndrom: Mit Sensoren an den Füßen

SUPPLEMENT: Perspektiven der Diabetologie

Telemetrie und Diabetisches Fusssyndrom: Mit Sensoren an den Füßen

Dtsch Arztebl 2016; 113(17): [23]; DOI: 10.3238/PersDia.2016.04.29.07

Walter, Isabell; Ming, Antao; Klose, Silke; Mertens, Peter R.; Szczepanski, Thorsten; Samland, Fred

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Innovative telemetriebasierte Konzepte zur Prävention des Diabetischen Fußsyndroms. Mit „intelligenten“ sensorbasierten Einlegesohlen und „Fußinspektoren“ dürfte die Telemedizin zukunftsweisende Anwendungsgebiete für Diabetiker erschließen.

Durch Störungen des Zuckerstoffwechsels entstehen Gefäßschäden der kleinen und großen Arterien mit Folgen für die Mikro- und Makrozirkulation nachgeschalteter Gewebe. Eine folgenschwere Komplikation stellt zudem die diabetische Neuropathie dar. Aufgrund von trophischen Störungen durch verschlossene Vasa nervora, axonale Schädigungs- und Demyelinisierungsvorgänge, zentralnervöse Veränderungen mit Atrophie des Rückenmarks sowie intrazerebralen Signalverarbeitungsstörungen werden diese pathophysiologisch erklärt (16).

Neben schmerzhaften, durch Überstimulation ausgelösten Dysästhesien wird bei circa 50 Prozent aller Diabetiker ein Verlust der Sensationen für Temperatur, Berührung, Propriozeption und Schmerz beschrieben (7). Zum Zeitpunkt der Diagnosestellung haben bereits acht Prozent der Diabetiker eine Neuropathie, bei längerer Krankheitsdauer sind 50 Prozent betroffen (8). In der PROTECT-Studie trat diese bei circa 62 Prozent der Typ-2- und 36 Prozent der Typ-1-Diabetiker unbemerkt durch den Patienten und undiagnostiziert durch die behandelnden Ärzte auf (9).

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Beispielhaft soll der Patient mit fehlendem Berührungs- und Schmerzempfinden vor Augen geführt werden, der in seinem Schuh einen kleinen Stein unbemerkt mit sich trägt und innerhalb kürzester Zeit Mazerationen und tiefe Gewebeverletzungen entwickelt. Gleiches gilt selbstverständlich bei zu engem Schuhwerk oder geschwollenen Füßen, wie sie bei Herzinsuffizienz tageszeitabhängig auftreten.

Der Eintritt eines Gewebedefekts am Fuß ohne und mit Infektionen wird als Diabetisches Fußsyndrom bezeichnet. Die überragende Rolle eingeschränkter Empfindungen für die Entstehung des Diabetischen Fußsyndroms wird dadurch verdeutlicht, dass bei 50 Prozent eine rein neuropathische Schädigung ohne Durchblutungsstörung, bei 15 Prozent der Betroffenen eine rein ischämisch bedingte Schädigung der Füße vorliegt, und bei 35 Prozent gemischte Formen diagnostiziert werden (10).

Zwischen zwei Prozent und zehn Prozent der Diabetiker weisen eine Fußverletzung auf (Prävalenz), die Zahl der Neuerkrankungen (Inzidenz) liegt bei zwei bis sechs Prozent/Jahr (11, 12).

Fußläsionen sind langwierig, komplikationsbehaftet, oft wiederkehrend mit Immobilisation und Berufsausfällen sowie Invalidität bei Amputationen. Mit diesem Wissen werden Lösungen hin zu einer besseren Versorgung und Vorsorge gesucht, jedoch bislang mit mäßigem Erfolg. Immer noch erfolgt alle 15 Minuten eine Diabetes-assoziierte Amputation in Deutschland (13).

Die Idee eines Feedback-Systems für Diabetiker mit Neuropathie

In den letzten Jahrzehnten basierten die meisten Lösungsansätze auf einer „passiven“ materialbedingten Druckentlastung mittels Einlegesohlen. Neuere innovative Ansätze nutzen die Messung von lokal einwirkenden Drücken über eingebaute Sensoren in Socken oder Einlegesohlen, die dann weitergeleitet und ausgewertet werden. Letztendlich stellt dieser Ansatz der „Informationsgewinnung“ eine naheliegende Lösung dar. Tatsächlich könnten über Druckprofile wichtige Informationen gesammelt werden (14), jedoch stellt die Aufarbeitung der Daten hinsichtlich pathologischer beziehungsweise alarmgebender Ereignisse eine sehr komplexe und aktuell mathematisch scheinbar unlösbare Aufgabe dar.

Zum einen treten innerhalb kürzester Zeiten Druckschwankungen auf, einwirkende Drücke können von wenigen „Gramm“ bis zu „Tonnen“ bei Stürzen und Sprüngen betragen, ohne dass es zu einer Gewebeverletzung der Füße kommt. Diese Informationen zu bewerten und Handlungsanweisungen abzuleiten, ist daher im Sinne von „falschem Alarm“ fehleranfällig. Studien mit Alarmsystemen dürfen die Achtsamkeit der Nutzer nicht überfordern. Bei mehr als drei Ereignissen am Tag nimmt die Aufmerksamkeit des Nutzers deutlich ab und die Bereitschaft, körpernahe Medizinprodukte zu nutzen, schwindet (15).

Neben der Druckmessung könnte die Ableitung der plantaren Fußtemperaturen wichtige Informationen liefern, die eine Auswertung hinsichtlich alarmbedürftiger Situationen erleichtert. Mit dieser Idee wurde ein Projekt zur intelligenten Sensor-bestückten Einlegesohle für Diabetiker gestartet, bei der an acht ausgewählten Positionen jeweils flache Druck- und Temperatursensoren in die Einlegesohle für Diabetiker eingelassen, mit einem Bluetooth Chip verbunden und getestet wurden (Grafik 1). Sämtliche Messergebnisse werden an ein Mobiltelefon oder ein Tablet weitergegeben und ausgewertet. Die klinische Testung mit Gesunden und Diabetikern ergab, dass eine Wärmeweiterleitung trotz Besockung innerhalb von fünf Minuten an allen Messpunkten eintrat. Durch Ableitung einer „Mikromilieu-Umgebungstemperatur“ innerhalb des Schuhs war zudem eine Normierung möglich.

Schematische Darstellung der intelligenten Sensor-bestückten Einlegesohle
Grafik 1
Schematische Darstellung der intelligenten Sensor-bestückten Einlegesohle

In einem einfachen Protokoll, das Probanden abwechselnd Druckbelastung und -entlastung durch Sitzen und Stehen über definierte Zeitabschnitte erlaubte, konnte nachgewiesen werden, dass bei stehenden Personen die plantare Temperatur zeitabhängig abfällt. In Grafik 2 ist zu sehen, wie selbst über eine verlängerte Stehperiode von 20 Minuten die Temperatur kontinuierlich um mehr als 2° C abfällt. Demnach kommt es im Stand zu einer regionalen Minderdurchblutung im Vergleich zur entlastenden Sitzhaltung. Bislang konnte noch nicht durch eine Studie belegt werden, dass eine derartige regionale Minderdurchblutung pathophysiologisch relevant ist. In einer laufenden Studie der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg innerhalb des Programms „Autonomie im Alter“ werden bei 300 Diabetikern Temperatur- und Druckwerte gesammelt, zudem eine Warnung bei „kritischem Abfall“ der Temperaturen vermittelt. Die Eintrittswahrscheinlichkeit für Geschwüre soll hierüber vermindert werden.

Positionierung der plantaren Sensorik und Temperatur-/ Druckauswertung
Grafik 2
Positionierung der plantaren Sensorik und Temperatur-/ Druckauswertung

Eine weitere Anwendung der Sensor-bestückten intelligenten Einlegesohle könnte in einem Frühwarnsystem für sich anbahnende Geschwüre liegen. Durch Armstrong et al. wurden schon in 2007 nachgewiesen, dass durch tägliche Messung der plantaren Fußtemperatur frühzeitig, circa fünf Tage vor Ausbruch der Geschwüre, ein Temperaturanstieg von mehr als 2° C nachweisbar ist (16). In der Studie mit insgesamt 225 Probanden wurde bei einem Temperaturanstieg die Empfehlung ausgesprochen, eine Entlastung der Füße und Vorstellung bei den behandelnden Ärzten durchzuführen. Als Ergebnis konnten circa 60 Prozent aller Geschwüre in der Interventionsgruppe vermieden werden (16). Einen derartig positiven Effekt hatte zuvor keine Intervention erbracht.

Durch tägliche Temperaturmessungen über die intelligente Einlegesohle werden ebenfalls Temperaturänderungen frühzeitig aufgezeichnet und ein Ulkus-Alarm an den Patienten übermittelt. Die Alarmfunktion könnte über ein Mobiltelefon oder einen Armring mit optischen oder akustischen Hinweisfunktionen vermittelt werden.

Die Sensor-bestückte Einlegesohle mit Rückmeldung für den Nutzer dürfte sich in die Reihe der modernen tragbaren Medizinprodukte einreihen, bei denen vorrangig der Datenschutz geregelt sein muss. Mit Einverständnis der Nutzer könnten die behandelnden Akteure der Gesundheitsberufe, das heißt Ärzte, orthopädische Schuhmacher, Podologen und andere mehr, mitinformiert werden.

Nicht zu unterschätzen ist eine zugrunde liegende komplexe Datenverarbeitung und Datenübertragung. „Temperatur statt Druck“ wäre in diesem Alarmansatz der Schlüssel zu einer sensitiveren Überwachungsfunktion (17).

In einem einfacheren, stationären Ansatz wäre eine automatisiert durchführbare plantare Fußtemperatur-Messung durch einen Fußinspektor denkbar, der vom Aussehen her einer Waage mit Glasplatte und integrierten Sensoren ähnelt (Grafik 3). Durch die transparente Anordnung wäre eine definierte Temperaturmessung und begleitende Fotodokumentation durch eingelassene optische Systeme denkbar. Ein derartiger Fußinspektor wäre nicht nur für Heilberufe von großem Vorteil zur Standardisierung einer Fußdokumentation, wie durch Behandlungsleitlinien gefordert. Zeitgleich könnten die Temperaturen gemessen und auf diese Weise Entzündungsprozesse früher nachgewiesen werden. Leider sind Wärmebild-Infrarotkameras, die eine farbkodierte Visualisierung der Temperaturen ermöglichen, durch Glas hindurch nicht in der Lage, eine Messung durchzuführen.

Beim Fußinspektor werden mehrere Funktionen integriert
Grafik 3
Beim Fußinspektor werden mehrere Funktionen integriert

Fazit

  • Plantare Temperaturmessungen stellen eine aussichtsreiche Option zur Früherkennung von Fußgeschwüren in statu nascendi dar, da lokoregional die Temperatur um > 2° C fünf Tage vor Geschwürbildung ansteigt.
  • Ein lokoregionaler plantarer Temperaturabfall im Stehen tritt auf, was auf eine regionale Minderdurchblutung hinweist. Ihre pathophysiologische Bedeutung ist unklar.
  • Innovative tragbare Medizinprodukte könnten Sensor-bestückte Einlegesohlen sein, die Informationen über Temperatur- und Druckänderungen bei Diabetikern sammeln und Handlungsempfehlungen geben.
  • Die Standardisierung einer Fuß-Bilddokumentation mit Informationen über Temperaturunterschiede wäre eine telemetrische Lösung für diverse Anbieter der Gesundheitsberufe.

DOI: 10.3238/PersDia.2016.04.29.07

Isabell Walter, Antao Ming, Dr. med. Silke Klose,
Prof. Dr. med. Peter R. Mertens

Klinik für Nieren- und Hochdruckkrankheiten, Diabetologie und
Endokrinologie, Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

Thorsten Szczepanski

ifak System GmbH Magdeburg

Fred Samland

mediXmind GmbH, Magdeburg

Interessenkonflikt und Finanzierung: Die Entwicklung der intelligenten Einlegesohle wurde durch das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) gefördert. PRM wird durch den SFB854 TP01 unterstützt, AM ist Stipendiat des CSC (China). PRM hat ein Patent zu temperaturabhängigen Veränderungen bei Diabetikern eingereicht. PRM und TS sind gemeinsame Gründer von Medixmind, einem Medizintechnik-Unternehmen mit unter anderem innovativen Lösungen für Diabetiker. SK und PRM haben ein Patent zu temperaturabhängigen Veränderungen bei Diabetikern eingereicht

@Literatur im Internet:
www.aerzteblatt.de/lit1716

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