Kapsel erkennt Schlafapnoe vom Magen-Darm-Trakt aus
Keine Gurte, keine Sensoren auf der Haut: Mit einer Kapsel zum Schlucken könnte die Diagnose einer Schlafapnoe für Patientinnen und Patienten künftig angenehmer werden. Ein Forschungsteam aus den USA stellte die Ergebnisse einer ersten klinischen Studie vor.
Schlafstörungen wie die obstruktive Schlafapnoe könnten sich künftig auch ohne Nacht im Schlaflabor sicher diagnostizieren lassen.
Foto: MIT News
Atemaussetzer im Schlaf sind keine Kleinigkeit: Eine obstruktive Schlafapnoe erhöht das Risiko für Herzinfarkt und Schlaganfall deutlich. Schließlich sind die kleinen Erstickungsanfälle, die bis zu eine Minute andauern können, purer Stress für das Herz-Kreislaufsystem. Dabei ist die Ursache vor allem bei älteren Erwachsenen überwiegend harmlos: Die Halsmuskulatur erschlafft mit den Jahren, sodass die Atemwege beim Schlafen „verlegt“ sein können, also teilweise verschlossen. Ist die Erkrankung erst einmal erkannt, kann den meisten Betroffenen schnell geholfen werden. Für die Diagnose muss der Patient oder die Patientin allerdings meist mindestens eine Nacht in einem Schlaflabor verbringen, angeschlossen an Sensoren und Monitore – Umstände, die viele eher vom Schlafen abhalten.
Um eine Schlafapnoe ohne diese Störfaktoren feststellen zu können, haben Forschende des Massachusetts Institute of Technology (MIT) und der West Virginia University nun eine neue Messmethode entwickelt. Dabei schlucken die Betroffenen eine Kapsel in der Größe eines Multivitaminpräparats, die vom Magen-Darm-Trakt aus Atem- und Herzfrequenz überwacht.
Möglich macht das ein Beschleunigungssensor, mit dem die kleine Kapsel ausgestattet ist. Er erkennt leichte Bewegungen im Körper, wie sie durch den Herzschlag und die Ausdehnung der Lunge entstehen. In der Kapsel befinden sich zudem zwei kleine Batterien und eine drahtlose Antenne, die die gemessenen Daten an ein externes Gerät übertragen.
Messgerät zeichnet Atempausen bei Schlafapnoe auf
Zwei der Wissenschaftler, Giovanni Traverso und Robert Langer, hatten zuvor bereits andere verschluckbare Diagnose-Sensoren entwickelt, mit denen sich Vitalfunktionen überwachen und Erkrankungen des Magen-Darm-Trakts erkennen lassen. Für die Feststellung einer Schlafapnoe nutzten sie mit ihrem Forschungsteam jetzt eine neuartige Kapsel mit einem Beschleunigungssensor.
An einem Tiermodell konnten sie zeigen, dass die Kapseln die Vitalfunktionen präzise messen. Anschließend testeten die Forschenden die neuen Sensoren in einer kleinen klinischen Studie am Rockefeller Neuroscience Institute der West Virginia University. Zehn Patientinnen und Patienten mit Schlafapnoe, die sich für die Studie angemeldet hatten, wurde zum einen mit der Kapsel überwacht, zum anderen mit der herkömmlichen Schlafüberwachung über Sensoren auf der Haut. Anschließend verglichen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Messdaten miteinander. Das Ergebnis: Der Sensor der verschluckbaren Kapsel gab sowohl die Atem- als auch die Herzfrequenz genau wieder und erkannte zudem Atemaussetzer bei einem Patienten. Die Daten des Standardüberwachungssystems bestätigten die von der Kapsel aufgezeichnete Schlafapnoe-Episode.
„Wir konnten zeigen, dass wir mit der Kapsel Daten erfassen konnten, die mit denen der traditionellen transdermalen Sensoren übereinstimmen“, so Giovanni Traverso, der sowohl Gastroenterologe als auch außerordentlicher Professor für Maschinenbau am MIT ist.
Keine Beschwerden durch die neue Schlafapnoe-Diagnostik
In ihrer Schlafapnoe-Studie am Rockefeller Neuroscience Institute überwachten die Forscher die Signale der Kapsel vom Magen aus. In einer früheren Untersuchung hatten sie jedoch gezeigt, dass die Vitalzeichen auch dann gemessen werden können, wenn der Sensor gerade an anderen Stellen des Magen-Darm-Trakts ist. „Der Magen liefert in der Regel die besten Signale, vor allem, weil er sich in der Nähe des Herzens und der Lunge befindet, aber wir wissen, dass wir sie auch anderswo wahrnehmen können“, sagt Giovanni Traverso.
Die Forschenden gehen nun davon aus, dass diese Art von Sensor in der Diagnostik von Schlafapnoe tatsächlich eingesetzt werden könnte. Entscheidend dafür war auch, dass niemand der an der Studien Teilnehmenden über Beschwerden wie Unbehagen oder Schäden durch die Kapsel berichtet hatte. Bei allen hatte sie problemlos den Verdauungstrakt passiert. Das bestätigten Röntgenaufnahmen, die zwei Wochen nach der Einnahme erstellt wurden. Frühere Arbeiten des Teams haben gezeigt, dass Objekte ähnlicher Größe den Magen-Darmtrakt normalerweise in etwas mehr als einem Tag durchlaufen.
Eine weitere denkbare Anwendung aus Sicht des Teams ist es, damit Patienten zu überwachen, wenn sie eine Schlafapnoe-Behandlung beginnen. So könnte überprüft werden, wie gut eine Therapie anschlägt.
Potenzial auch für die Überwachung bei anderen Erkrankungen
Die Forschenden gehen davon aus, dass ihre Sensor-Kapsel auch über die Schlafapnoe-Diagnostik hinaus Potenzial hat, beispielsweise bei Veränderungen in der Atmung, die von der chronisch obstruktiven Lungenerkrankung (COPD), Asthma oder Opiaten herrühren. So glauben die Forschenden, dass der schluckbare Sensor für Menschen von Nutzen sein könnte, die bereits einmal eine Überdosis an Opioiden eingenommen haben. In einem der Experimente erkannte das Gerät die verlangsamte Atemfrequenz nach einer hohen Dosis des Opioids Fentanyl. Man wisse, dass diese Menschen ein höheres Rückfall-Risiko hätten, sagt Giovanni Traverso: „Deshalb könnten sie genauer überwacht werden, damit ihnen im Fall einer weiteren Überdosis geholfen werden kann.“ Sein Team hat zudem vor, in das Instrument ein Medikament zu Umkehr der Überdosis einzubauen: Das Mittel könnte dann freigesetzt werden, wenn sich die Atemfrequenz verlangsamt oder zum Stillstand kommt. Und: Die Forschenden arbeiten bereits an Strategien, wie sich die Verweildauer der Kapsel im Magen verlängern lässt.
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