Elektronisches „Tattoo“ misst Blutdruck genau und kontinuierlich

/The University of Texas at Austin

Austin/Texas – Mit der Bioimpedanz, die seit längerem zur Bestimmung der Körperzu­sammensetzung ver­wendet wird, kann auch der Blutdruck gemessen werden. US-Forscher stellen ein Verfahren in Nature Bio­technology (2022; DOI: 10.1038/s41565-022-01145-w) vor. Als elektrische Leiter nutzen sie ein elektro­nisches „Tattoo“ aus Graphen-Streifen, die auf die Haut gelegt werden.

Als Impedanz wird der elektrische Widerstand zwischen zwei Polen bezeichnet, zwischen den ein Wechsel­strom fließt. Dieser Widerstand ist abhängig von dem Material zwischen den beiden Polen. Dieses Prinzip wird bereits in modernen Waagen genutzt, die neben dem Gewicht den Muskel- und Fettanteil des Körpers bestimmen.

Auch das Blutvolumen beeinflusst die Impedanz. Die Ionen in der Blutflüssigkeit leiten den Strom besser als die Umgebung aus Knochen, Muskeln und Bindegewebe. In den Arterien korreliert das Blutvolumen mit dem Blutdruck.

In der Systole nimmt das Blutvolumen zu, weil sich die Gefäße ausdehnen, in der Diastole nehmen Blutvo­lumen und Blutfluss ab. Ein Team um Deji Akinwande von der Universität von Texas in Austin hat dies aus­genutzt, um den Blutdruck am Unterarm zu bestimmen.

Dazu wurden den 6 Probanden einer „Proof of principle“-Studie mehrere Graphenstreifen senkreich zum Verlauf der ulnaren und radialen Arterie auf die Haut geklebt. Graphene sind dünne Folien aus Benzolringen, die bienenwabenartig miteinander verknüpft sind.

Dabei entsteht ein 2-dimensionales Makromolekül, das sich der Haut nahtlos anschmiegt und elektrischen Strom leitet. Die Hälfte der Graphene wurde als Sender für den elektrischen Wechselstrom genutzt, die andere Hälfte als Empfänger, wobei die Auswertung mit einem externen Gerät erfolgte.

Die Untersuchung ergab eine Bioimpedanzkurve, die spiegelbildlich zur arteriellen Pulsdruckwelle ist. Mit Hilfe einer künstlichen Intelligenz konnten die Forscher aus der Bioimpedanzkurve den Blutdruck in den beiden Arterien zu allen Zeiten der Pulsdruckwelle berechnen.

Die Ergebnisse sind offenbar äußerst präzise. Die Abweichungen von den konventionell gemessenen Blutdrücken waren minimal. Sie betrugen bei den gesunden Probanden nur 0,2 mmHg (plus minus 4,5 mmHg) für die diastolischen Werte und 0,2 mmHg (plus minus 5,8 mmHg) für die systolischen Werte.

Das Gerät würde damit laut Akinwande den höchsten Ansprüchen einer Blutdruckmessung (Grad A) genügen, und im Unterschied zu den Sphygmomanometern, die Ärzte in der Praxis verwenden, liefert die Untersuchung nicht nur 2 Werte, sondern eine kontinuierliche Aufzeichnung des Blutdruckverlaufs. Außerdem kann der Blutdruck nicht-invasiv in Arterien gemessen werden, in denen eine Sphygmomanometrie nicht möglich ist, etwa in der Halsschlagader.

Die Methode ist für den Patienten vermutlich risikolos. Die Graphene haben in der Studie keinerlei Haut­rei­zungen ausgelöst. Nach einiger Zeit zerfallen sie von selbst. In der Studie konnte der Blutdruck über mehr als 300 Minuten aufgezeichnet werden. In dieser Zeit konnten sich die Patienten frei bewegen.

Die Blutdruckmessung funktionierte bei der Arbeit am Schreibtisch und beim Gehen. Eine Blutdruckmessung war sogar möglich, wenn die Teilnehmer Liegestütze machten oder ihre Arme für eine Minute in einen Eimer mit eiskaltem Wasser tauchten. Auch eine nächtliche Messung des Blutdrucks wäre möglich, da die „Tattoos“ die Patienten nicht beim Schlafen stören.

Nur Geräte zur Aufzeichnung der Impedanz sind laut Akinwande noch nicht auf Alltagsbedingungen ausge­richtet. In Zukunft könnte jedoch eine Smartwatch oder ein Fitnessarmband die Messungen übernehmen, hoffen die Forscher. © rme/aerzteblatt.de