Erkennung einer schnell einsetzenden Insulin-induzierten Hypoglykämie durch kontinuierliches subkutanes Glucosemonitoring

– eine prospektive klinische Studie

Von der Medizinischen Fakultät der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen

zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktors der Medizin genehmigte Dissertation

vorgelegt von

Peter Carl Hemmer

aus

Zweibrücken

Berichter: Herr Universitätsprofessor Dr. med. Wolfram Karges

Herr Professor

Dr. rer. nat. Walter Becker Tag der mündlichen Prüfung: 08. August 2012 Diese Dissertation ist auf den Internetseiten der Hochschulbibliothek online verfügbar.

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung ..................................................................................................... 1

1.1 Epidemiologie des Diabetes mellitus ........................................................ 1

1.2 Therapieassoziierte Komplikationen des Diabetes mellitus ..................... 1

1.3 Ansätze zur Vermeidung hypoglykämischer Episoden ............................. 4

1.4 Technologie der kontinuierlichen Glucosemessung (CGM) ...................... 6

2 Fragestellung der vorliegenden Arbeit ......................................................... 9

3 Methoden ................................................................................................... 10

3.1 Studienpopulation .................................................................................. 10

3.2 Experimenteller Ablauf ........................................................................... 11

3.3 CGM und Blut-Glucose Messung ........................................................... 15

3.4 Klinisch-chemische und endokrinologische Parameter .......................... 17

3.5 Psychometrische Testung ...................................................................... 19

3.6 Statistische Analyse ............................................................................... 20

4 Resultate ................................................................................................... 21

4.1 Studienpopulation .................................................................................. 21

4.2 Glucose-Konzentration im Verlauf des ITT ............................................. 23

4.3 Psychometrische Testung ...................................................................... 25

4.4 Vergleich der verschiedenen Methoden zur Blutglucose-Messung ........ 27

4.5 Klinisch-chemische und endokrine Parameter ....................................... 33

5 Diskussion ................................................................................................. 39

6 Zusammenfassung .................................................................................... 50

7 Literaturverzeichnis .................................................................................... 52

8 Danksagung .............................................................................................. 59

9 Erklärung § 5 Abs. 1 zur Datenaufbewahrung ........................................... 60

10 Lebenslauf ............................................................................................. 61

Abkürzungverzeichnis

ACTH Adrenocorticotropes Hormon

ACCORD The Action to Control Cardiovascular Risk in Diabetes Study Group

AUC Area under the curve

BMI Body-Mass-Index

CGM Continuous Glucose Monitoring

DCCT Diabetes Control and Complications Trial

DM Diabetes mellitus

EDTA Ethylendiamintetraessigsäure

EHS Edinburgh Hypoglycemia Scale

EKG Elektrokardiogramm

GOx Glukoseoxidase

HVL Hypophysenvorderlappen

ITT Insulin-Toleranz-Test, auch Insulin-Hypoglykämie-Test

KG Körpergewicht

KHK Koronare Herzkrankheit

STH Somatotropes Hormon

ZNS Zentrales Nervensystem

SMBG Self-monitoring of blood glucose

STDABW Standardabweichung

VVK Venenverweilkatheter

1

1 Einleitung

1.1 Epidemiologie des Diabetes mellitus

Epidemiologische Daten zum Typ 2-Diabetes in Deutschland weisen auf eine

Prävalenz von ca. 5% in der Altersgruppe der 18 bis 79 Jährigen hin (Janka und

Michaelis 2002). Jedoch werden diese Daten in ihrer Aussagekraft zum einen

dadurch begrenzt, dass sie auf eigenanamnestischen Aussagen beruhen und

zum anderen von einer erheblichen Anzahl an bisher nicht erkannten Diabetes

Patienten auszugehen ist. So konnte in einer Studie im Raum Augsburg eine

Rate an bisher unentdeckten Diabetes Patienten in der Altersgruppe der 55 bis

74 Jährigen von 8,2 % ermittelt werden. Die Rate der bereits bekannten Typ 2-

Diabetes Patienten in der gleichen Altersgruppe betrug in dieser Studie 8,4 %

(Rathmann u. a. 2003).

Entsprechende epidemiologische Daten zur Prävalenz des Typ 1-Diabetes

lassen eine Prävalenz von 0,3 % in der Altersgruppe 0 bis 40 Jahre vermuten

(Hauner 1998). Insgesamt über alle Altersklassen geht man von 200.000 an Typ

1-Diabetes erkrankten Personen in Deutschland aus. Darunter etwa 12.000

Personen unter 15 Jahren (Neu u. a. 2001). Unter den Patienten mit Typ 1-

Diabetes dürfte die Rate unentdeckt Erkrankter aufgrund des meist mit

schwerwiegenderen Akutkomplikationen belasteten Verlaufs nicht so hoch

liegen wie bei den Patienten mit Typ 2-Diabetes.

In absoluten Zahlen entspricht dies circa 7,9 Millionen an Diabetes mellitus

erkrankten Personen in Deutschland (International Diabetes Federation 2010)

1.2 Therapieassoziierte Komplikationen des Diabetes mellitus

Die Hyperglykämie ist der entscheidende Faktor bei der Entstehung von

Folgeerkrankungen des DM. So zeigen die Ergebnisse der „Diabetes Control

and Complications Trial Research Group“, von welcher außerordentlichen

Bedeutung die Kontrolle der Blutglucose nahe an den Normwerten für die

Vermeidung von mikrovaskulären und neurologischen Spätkomplikationen des

Diabetes mellitus ist (The Diabetes Control and Complications Trial Research

Group 1993). Vor diesem Hintergrund sollte ein therapeutisches Ziel der

2

Behandlung sowohl des Patienten mit Typ 1-Diabetes, wie auch des Patienten

mit Typ 2-Diabetes, in der Limitierung der Anzahl hyperglykämischer Episoden

bestehen, bzw. die Dauer dieser Episoden zu verkürzen.

Unter einer Pharmakotherapie mit Anti-Diabetika, die nur ein geringes Risiko

für die Entwicklung von Hypoglykämien besitzen, wie z.B. Metformin oder den

Inkretin-Mimetika, kann die Dosis des Medikamentes bis zur zulässigen

Maximaldosierung gesteigert werden, ohne dass der Patient einem erhöhten

Hypoglykämie-Risiko ausgesetzt ist. Reicht jedoch die Therapie mit diesen

Substanzen nicht mehr aus, um eine ausreichende Stoffwechselkontrolle zu

erreichen, muss der behandelnde Arzt auf Anti-Diabetika zurückgreifen, die zu

Hypoglykämien führen können. Darüber hinaus gibt es Patientengruppen, bei

denen die o.g. Substanzen kontraindiziert sind (z.B. Niereninsuffizienz im Falle

von Metformin) oder bei denen andere Therapeutika ein besseres Nutzen-

Risiko-Verhältnis aufweisen. Oftmals wird bei diesen Patienten eine Form der

Insulin-Therapie angewandt.

Daneben besteht für die Gruppe der Typ 1-Diabetes Patienten von

vorneherein die Indikation zur Insulin-Therapie.

Die logische Konsequenz aus der Erkenntnis, dass ein hoher

Blutglucosespiegel mit dem Auftreten von Komplikationen verbunden ist, die die

Morbidität und Mortalität deutlich erhöhen (Bonds u. a. 2010), wäre, den

Zielbereich der Blutglucoseeinstellung möglichst niedrig zu wählen. Unter einer

Pharmakotherapie mit Insulin lässt sich diese Vorgabe durch eine

entsprechende Dosierung des Insulins, relativ leicht umsetzen.

Verfolgt man jedoch eine solche Zielsetzung, stößt man recht schnell auf

weitere nicht zu vernachlässigende Komplikationen des Diabetes mellitus:

Hypoglykämisches Koma, hypoglykämisch bedingte Krampfanfälle und die

weiteren mannigfaltigen negativen Folgen der Hypoglykämie (Desouza u. a.

2010), (Zoungas u. a. 2010), (Haugstvedt u. a. 2010) und (Abdelmalik u. a.

2007). Daraus leitet sich ein zweites Ziel der Diabetes-Therapie ab, nämlich die

Vermeidung von Hypoglykämien.

Hypoglykämien können für den Patienten unmittelbare Auswirkungen durch

die Neuroglucopenie, wie z.B. den Verlust des Bewusstseins, haben. Dies kann

3

direkt zu einer erhöhten Mortalität und Fremdgefährdung führen, falls der

Patient z.B. beim Führen eines Fahrzeugs betroffen wird (Cox u. a. 2006) und

(Honkasalo u. a. 2010). Zudem fördern wiederholte leichte Hypoglykämien das

Phänomen der „hypoglycemia unawareness“. Dies kann in der Folge zu

schweren Hypoglykämien führen, da der Patient erst zu spät erkennt, dass er

sich in einer hypoglykämischen Stoffwechsellage befindet und dann womöglich

nicht mehr rechtzeitig reagieren kann (Pedersen-Bjergaard u. a. 2003). In einer

solchen Situation ist der Patient auf fremde Hilfe angewiesen, die allerdings

nicht immer gegeben ist. Erschwert wird diese Problematik dadurch, dass

vorangehende Hypoglykämien die hypoglykämische Gegenregulation negativ

beeinflussen (Cryer 2005).

Darüber hinaus können Hypoglykämien die neuro-kognitive

Leistungsfähigkeit dauerhaft negativ beeinträchtigen (Musen u. a. 2008) und

(Puente u. a. 2010). Vor allem, wenn diese in einem jungen Lebensalter

auftreten (Åsvold u. a. 2010).

Verschiedene große klinische Studien zeigen den Zusammenhang zwischen

der intensivierten Insulintherapie mit niedrigem HbA1c-Zielwert und dem

Auftreten von Hypoglykämien. So kann man aus den DCCT-Daten , die eine

Reduktion der mikrovaskulären Komplikationen bei intensivierter Insulintherapie

gezeigt haben, auch schließen, dass die intensivierte Insulintherapie mit einem

signifikant höheren Auftreten von hypoglykämischen Episoden verbunden ist

(The Diabetes Control and Complications Trial Research Group 1991). Ebenso

zeigen die Ergebnisse der ACCORD-Studie, dass die intensivierte

Insulintherapie (Zielwert HbA1c < 6%) zumindest bei Patienten mit initial

unbefriedigender Diabeteseinstellung und cardiovaskulären Erkrankungen in

der Vorgeschichte das Risiko einer erhöhten Mortalität beinhaltet (gegenüber

Zielwert HbA1c 7-7,9%) (The Action to Control Cardiovascular Risk in Diabetes

Study Group 2008). Ob dieser Effekt der höheren Prävalenz an Hypoglykämien

in der Gruppe mit intensivierter Therapie geschuldet ist, bleibt auch nach

zusätzlichen post-hoc Analysen zweifelhaft (Bonds u. a. 2010). Jedoch kann

nicht ausgeschlossen werden, dass leichte Hypoglykämien, die der

Aufmerksamkeit von Patient und Therapeut entgehen können, an einem

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entsprechend vorgeschädigten Herzen über eine Erhöhung der elektrischen

Instabilität zu einer erhöhten Mortalität führen können.

Symptomatik der Hypoglykämie

Die Symptomatik einer hypoglykämischen Episode kann stark variieren.

Daher ist es selbst für einen Diabetes-Patienten nicht immer möglich eine

Hypoglykämie zu erkennen. Nach ihrer Ätiologie lassen sich die häufigsten

hypoglykämischen Symptome in folgende Gruppen aufteilen (Hepburn u. a.

1992):

Autonome Symptome: Schwitzen, Herzklopfen, Zittern, Hunger,

Wärme, Frösteln, Kribbeln um die Lippen (Kerr u. a. 1990)

Neuroglucopenische Symptome: Verwirrtheit, Benommenheit,

Schwindel, Sprachschwierigkeiten, Konzentrationsstörungen,

Doppelbilder, verschwommenes Sehen, Müdigkeit, Angst (Towler u. a.

1993)

Allgemeine Symptome: Kopfschmerz, Übelkeit, Schwäche (Deary u. a.

1993)

1.3 Ansätze zur Vermeidung hypoglykämischer Episoden

Um die Problematik, eine Diabetes-Therapie zu realisieren, die

Hyperglykämien vermeidet, ohne jedoch Hypoglykämien zu provozieren, zu

lösen, wurden einige Ansätze entwickelt. Eine Möglichkeit stellt eine den

Bedürfnissen besser angepasste Pharmakokinetik des Insulins dar. Unter

diesem Ansatz ist die Verwendung von Insulinanaloga, die besonders

kurzwirksam sind (z.B. Insulin lispro) und Substanzen wie Insulin glargin, die

eine besonders lange Wirkdauer haben, einzuordnen.

Ein anderer Weg wurde durch die Entwicklung von Insulinpumpen aufgezeigt,

die so programmiert werden können, dass sie kontinuierlich Insulin ins

subkutane Fettgewebe abgeben, um den Grundbedarf zu decken. Vor einer

Mahlzeit kann der Nutzer einen entsprechenden Insulinbolus über die Pumpe

5

injizieren. Um eine bessere Steuerbarkeit der Insulinwirkung zu erreichen, kann

man die Insulinpumpe auch mit einem schnellwirksamen Insulin kombinieren.

Grundsätzlich sind aber beide Verfahren davon abhängig, dass der Patient

seine aktuelle Blutglucosekonzentration kennt. Für den Patienten bedeutet dies,

dass er seine Blutglucose mit einem Messgerät selbstbestimmt und dann

kalkuliert, welche Menge Insulin er injiziert. Dies stellt hohe Anforderungen an

den Patienten, da er nicht nur die Blutglucose selbst bestimmen muss, sondern

auch, in Abhängigkeit von der geplanten Nahrungsaufnahme und der Kinetik

des verwendeten Insulins, eine passende Menge Insulin injizieren muss.

Das kontinuierliche Glucosemonitoring wiederum bietet die Möglichkeit, die

Blutglucose rund um die Uhr zu überwachen, aufzuzeichnen und dem Benutzer

auf einer Anzeige den aktuellen Wert mitzuteilen. Damit kann diese Technik als

Analysewerkzeug eingesetzt werden, um festzustellen, wann sich die

Blutglucose im Zielbereich befindet. Darüber hinaus kann dokumentiert werden,

wann und in welchem Ausmaß, Hyper- und Hypoglykämien auftreten.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit der CGM-Technik ist der Einsatz zur

Früherkennung bedrohlicher Stoffwechsellagen. So könnte man eine

Hypoglykämie schon erkennen, bevor sich diese manifestiert, indem man die

momentane Blutglucose in Relation zum Blutglucoseverlauf der letzten Minuten

setzt. Sollte der Patient Gefahr laufen, einen vorher definierten Grenzwert zu

unterschreiten, so kann das CGM-Gerät einen Alarm abgeben. Analog zum

Szenario der Hypoglykämie ist auch ein Einsatz zur frühen Erkennung von

Hyperglykämien möglich.

Daneben besteht die Möglichkeit, das CGM-Gerät mit einer Insulinpumpe zu

koppeln. Eine solche Kombination kann zumindest theoretisch die aktuelle

Blutglucose messen, den Insulinbedarf bestimmen und diese Menge dann

subkutan applizieren. Somit stünde dem Diabetes Patienten ein sich selbst

regulierendes System zur Verfügung. Jedoch gibt es kaum klinische Studien zu

diesem letzten Szenario, so dass momentan verfügbare Geräte weder in

Europa noch in den USA eine Zulassung hierfür besitzen.

6

1.4 Technologie der kontinuierlichen Glucosemessung (CGM)

Die momentan auf dem Markt befindlichen Geräte bestehen aus einem

Glucosesensor zur einmaligen Verwendung, einem Transmitter und einem

Monitor (Abbildung 3). Der Glucosesensor ist der invasive Teil des Systems und

wird mit einer Applikationshilfe in das subkutane Fettgewebe an Abdomen oder

Oberschenkel eingebracht. Der Transmitter-Teil wird direkt mit dem Sensor

verbunden und übernimmt die drahtlose Datenübertragung zum Monitor. Dieser

wiederum zeigt die aktuelle Blutglucosekonzentration und verarbeitet die Daten

des Sensors. Der Benutzer kann am Monitor seine Daten einsehen und diese

zur Archivierung und Analyse abrufen.

Die Messmethode beruht auf der enzymatischen Umsetzung von Glucose

durch die Glucoseoxidase in Verbindung mit FAD als Coenzym (Abbildung 1).

Der bei diesen Reaktionen stattfindende Elektronentransfer von der Glucose

zur Elektrode kann im Vergleich zu einer Neutralelektrode als Potential erfasst

werden und liefert die Grundlage für die Messung der subkutanen

Glucosekonzentration (Updike und Hicks 1967).

Die Unterschiede zwischen den verschiedenen Systemen, „Guardian REAL-

Time“ (Medtronic MiniMed, Sylmar, CA, USA), „DexCom STS-7“ (DexCom, Inc.,

San Diego, CA, USA), „FreeStyle Navigator“ (Abbott Diabetes Care, Alameda,

CA, USA) und „GlucoDay“ (A. Menarini I.F.R. S.r.l., Florenz, Italien) bestehen in

der Struktur der Matrix, in der die Enzyme und Cofaktoren immobilisiert werden,

sowie in einigen gerätespezifischen Besonderheiten.

So benutzt der „FreeStyle Navigator“ nicht H2O2/O2 als Redox-Paar, sondern

eine spezielle Technologie mit dem Namen „Wired Enzyme“. Hierbei ist die

Glucoseoxidase kovalent mit einem Trägerpolymer auf der Oberfläche einer

Elektrode verbunden. Die Übertragung der Elektroden erfolgt über Osmium,

was eine geringere Spannung (bis 0,2 V) als H2O2 erfordert und daher weniger

störanfällig gegenüber anderen Substanzen, wie z.B. Harnsäure oder

Acetaminophen (Paracetamol) ist.

7

Gleichung 1:

𝐹𝐴𝐷 − 𝐺𝑂𝑥 + 𝐺𝑙𝑢𝑘𝑜𝑠𝑒 → 𝐹𝐴𝐷𝐻2 + 𝐺𝑙𝑢𝑘𝑜𝑛𝑜𝑙𝑎𝑐𝑡𝑜𝑛𝑒

Gleichung 2:

𝐹𝐴𝐷𝐻2 − 𝐺𝑂𝑥 + 𝑂2 → 𝐻2𝑂2

Gleichung 3:

𝐻2𝑂2 → 2𝐻+ + 𝑂2 + 2𝑒−

Der GlucoDay bedient sich einer Microdialyse-Technik, mit deren Hilfe er

glucosehaltige Gewebsflüssigkeit aus dem subkutanen Fettgewebe gewinnt.

Der Gehalt an Glucose dieser Gewebsflüssigkeit wird dann außerhalb des

Körpers nach dem gleichen Prinzip wie bei den anderen Geräten bestimmt.

Nicht-Invasive Geräte, die sich auf dem Markt befanden, wurden im Fall des

„PENDRA“ (Pendragon Medical Ltd., Zürich, Schweiz) wegen fehlender

Genauigkeit, bzw. im Falle der „GlucoWatch G2 Biographer“ (Cygnus, Redwood

City, CA, USA) wegen starker Hautreaktionen aus dem Handel zurückgezogen

(McGarraugh 2009).

Für unsere Untersuchung verwenden wir den Guardian REAL-Time. Dieses

Gerät benötigt eine initiale Equilibrierungsperiode von 2h. Nach dieser Periode

muss das Gerät mit einer kapillären Blutglucosebestimmung kalibriert werden.

Danach zeigt es alle fünf Minuten einen aktualisierten Glucosewert auf dem

Display des Monitors an. Diese Werte können zur nachträglichen Analyse auf

einen PC überspielt werden. Innerhalb der auf die erste Kalibrierung folgenden

6h muss ein zweites Mal kalibriert werden.

Um die CGM-Technik klinisch anwenden zu können, ist man auf eine genaue

Messtechnik angewiesen, die valide und reliable Messungen ausführt. Dass die

in der aktuellen Generation dieser Geräte verbaute Messtechnik diesen

Ansprüchen genügt, konnten verschiedene Studien zeigen (Boyne u. a. 2003)

und (McGarraugh u. a. 2010).

Abbildung 1: Chemische Reaktionen, die am implantierten Teil des Glucosesensors ablaufen

8

Allerdings deuten retrospektive Auswertungen daraufhin, dass eine zeitliche

Verzögerung zwischen CGM und venöser bzw. kapillärer Blutglucosemessung

existiert (Breton und Kovatchev 2008) und (Zisser u. a. 2009). Potentiell ist dies

der subkutanen Lage des Sensor geschuldet. In einer Untersuchung von Steil

und Mitarbeitern konnte eine solche Verzögerung sowohl für einen Anstieg, wie

auch für einen Abfall der Blutglucosekonzentration beobachtet werden (Steil u.

a. 2005).

In einer kleinen Studie konnte gezeigt werden, dass es zumindest einer

früheren Generation der CGM-Technik noch nicht in zufriedenstellendem

Ausmaß gelingt, Hypoglykämien mit ausreichender Sensitivität und Spezifität

festzustellen (Larsen u. a. 2004).

Die Frage jedoch, ob und mit welcher zeitlichen Latenz die CGM-Geräte eine

schnell einsetzende Insulin-induzierte Hypoglykämie erkennen können, ist

bisher nicht prospektiv im Menschen untersucht worden.

9

2 Fragestellung der vorliegenden Arbeit

Aktuell zugelassene CGM-Systeme messen die Glucosekonzentration im

subcutanen Fettgewebe. Ausgehend von physiologischen Überlegungen wurde

die Hypothese aufgestellt, dass eine Latenz zwischen der Glucosekonzentration

des vaskulären und des subcutanen Kompartiments existiert. Hierzu haben wir

das Phänomen der rasch einsetzenden Hypoglykämie in einer prospektiven,

klinisch experimentellen Studie untersucht.

Als Vergleichsmethode zum s.c. CGM-System dient die Glucosebestimmung

aus venösem Plasma, was die Laborreferenzmethode darstellt, und die

Glucosebestimmung aus kapillärem Blut mittels eines Gerätes zur

Blutglucoseselbstbestimmung, die derzeit standardmäßig in der

Diabetestherapie angewandte Heim-Messmethode.

Dabei sind zwei Fragen von außerordentlicher praktischer Relevanz: Mit

welcher Zeitverzögerung zeigt das CGM-Gerät einen hypoglykämischen

Blutglucosewert auf seinem Display an (lag-time) und welchen Wert zeigt das

CGM-Gerät im Extremfall an, wenn der tatsächliche Glucosewert sich im

hypoglykämischen Bereich befindet.

Die Beantwortung dieser beiden Fragen hilft einzuschätzen, inwieweit die

derzeitige Generation der CGM-Systeme geeignet ist, Hypoglykämien

rechtzeitig und in ihrem vollen Ausmaß zu erkennen. Hieraus ergibt sich auch

eine direkte Konsequenz für die Patienten, die bereits ein solches CGM-Gerät

nutzen. Darüber hinaus sollen die Ergebnisse dieser Studie die Datenbasis

verbreitern, auf deren Grundlage Algorithmen für den Einsatz in closed-loop

Systemen (Kombination aus Insulinpumpe und CGM-System) entwickelt

werden (Santiago u. a. 1979), (Wang u. a. 2009) und (Wolpert 2008).

10

3 Methoden

3.1 Studienpopulation

Die Teilnehmer der Studie rekrutieren sich aus Patienten der Medizinischen

Klinik III Sektion Endokrinologie und Diabetologie, die im Universitätsklinikum

der RWTH Aachen ambulant oder stationär behandelt werden.

Tabelle 1: Ein- und Ausschlusskriterien

Einschlusskriterien:

Indikation zur Durchführung eines ITT

Alter von 18 bis 65 Jahren

Ausschlusskriterien:

Symptomatische KHK (NYHA III oder IV)

Bekannte Epilepsie oder prädisponierende Erkrankungen

Schwangerschaft

Einnahme von beta-Adrenozeptorblockern (falls Einnahme nicht

unterbrochen werden kann)

Vor Beginn des Tests erfolgt eine Aufklärung über den genauen Ablauf und

die Risiken der Studiendurchführung sowie des ITT, sowohl in schriftlicher als

auch in mündlicher Form.

Dabei wird der Patient über die zusätzlichen Untersuchungen, die im Rahmen

des Studienprotokolls durchgeführt werden, informiert und deren Sinn, sowie

die damit verbundenen Risiken erläutert. Konkret sind dies die Ableitung des

EKGs zu drei Zeitpunkten, der Einsatz des CGM-Systems, zusätzliche

Blutabnahmen und die darin zu bestimmenden Messwerte, sowie die EHS zur

Selbstbeurteilung der Hypoglykämiesymptomatik.

11

Es wird auch explizit darauf hingewiesen, dass die Teilnahme an der Studie

freiwillig ist und der Patient jederzeit, auch nach Beginn der Studie von seiner

Teilnahme zurücktreten kann, ohne dass ihm hierdurch ein Nachteil entsteht.

Nur wenn der Patient dies ausdrücklich wünscht, wird auf eine detaillierte

Aufklärung über Durchführung und Risiken der Studie verzichtet.

3.2 Experimenteller Ablauf

Vorbereitung

Das Studienprotokoll wurde der Ethikommission der Medizinischen Fakultät

der RWTH Aachen zur Prüfung vorgelegt und von dieser genehmigt.

Die Patienten erscheinen um 7.00 nüchtern in der Klinik für Endokrinologie

und Diabetologie des Universitätsklinikums Aachens. Die Patienten werden im

Vorfeld angewiesen am Morgen der Versuchsdurchführung keine Medikamente

einzunehmen. Dies gilt insbesondere für eine hormonelle Substitutionstherapie

z.B. mit Hydrocortison. Sollte ein Absetzen nicht möglich sein, nehmen die

Patienten nicht an der Studie teil. Vor Beginn des Tests vergewissern wir uns

bei dem Patienten, ob er die Medikamenten- und Nahrungskarenz am

Testmorgen eingehalten hat.

Abbildung 2: Schematische Darstellung des zeitlichen Testablaufs mit Angabe der

Zeitpunkte der Bestimmung von ACTH, Cortisol, STH, Kalium, Adrenalin und Noradrenalin als rotes Dreiecks-Symbol sowie der Durchführung der EHS als grünes Quadrat-Symbol, der Applikation des Insulins und des medianen Zeitpunkts der p.o.-Glucosegabe.

Hiernach wir dem Patienten der Glucosesensor implantiert, sowie

Körpergewicht und -größe bestimmt. Danach kann sich der Patient für eine

Stunde frei bewegen, wobei er das CGM-System mitführt.

12

Nach Rückkehr des Patienten werden die Elektroden zur Ableitung des EKGs

aufgeklebt und VVK in die Unterarmvenen eines jeden Armes eingebracht.

Diese Katheter verbindet der Untersucher mit einem Drei-Wege-Hahn, über den

sofort mit der Infusion von NaCl-Lösung in niedriger Flussrate begonnen wird.

Abbildung 3: Komplettes CGM-System bestehend aus Sensor (1), Transmitter (2) und

Monitor (3)

Ca. 2 Stunden nach Einsetzen des Glucosesensors fordert das Gerät zu

einer ersten Kalibrierung auf. 15 Minuten nach dieser Kalibrierung beginnt mit

der Blutabnahme zum Zeitpunkt 0 der ITT. Nach weiteren 15 Minuten nimmt der

Untersucher eine zweite Kalibrierung vor.

Berechnung der Insulindosis

Aufbauend auf den Erfahrungen der Klinik für Endokrinologie und

Diabetologie wurde ein Schema erarbeitet, das es ermöglichen soll, bei den

Patienten mit einer einmaligen Insulindosis eine Hypoglykämie mit

13

Minimalwerten kleiner 40 mg/dl zu erreichen. Jedoch soll dieser Minimalwert

möglichst erst 30 Minuten nach Injektion des Insulins erreicht werden und ein

Erreichen des Minimalwertes in weniger als 20 Minuten vermieden werden, da

ein zu schnelles Absinken des Blutglucosespiegels zu einer Belastung des

Patienten ohne zusätzlichen Nutzen führt. Der relativ enge zeitliche Korridor für

das geplante Blutglucose-Minimum zwischen 20 und 30 Minuten nach Injektion

des Insulins dient dazu, möglichst gleichförmige Blutglucoseverläufe bei allen

Patienten zu modellieren, was für die Auswertung der Studie eine bessere

interindividuelle Vergleichbarkeit gewährleisten soll.

Als Insulin kommt Normal-Insulin-Injektionslösung (Insuman®Rapid der Firma

Sanofi-Aventis, Frankfurt a.M.) zum Einsatz. Ausgehend von Erfahrungen der

Abteilung mit übergewichtigen oder adipösen Testpersonen wurden BMI-

adaptierte Dosen ermittelt. Diese sind in Tabelle 2 aufgeführt

Tabelle 2: Insulindosis zur Berechnung der zu applizierenden Insulinmenge in Abhängigkeit

vom BMI

BMI I.E. Normal-Insulin pro kg KG

<20 0,075

20 bis 25 0,1

25 bis 30 0,15

30 bis 40 0,2

>40 0,25

Hypoglykämieinduktion und Probengewinnung

Zum Zeitpunkt 30 wird die Insulindosis injiziert. Erreicht der Patient in der

kapillären Blutglucosemessung einen Wert, der kleiner 40 mg/dl ist, so wird

dem Patienten zunächst ein Becher mit Glucoselösung gereicht. Der Patient

bekommt die Anweisung, diesen Becher möglichst zügig auszutrinken. Die

Menge an Glucoselösung, die ein Patient zu trinken bekommt, berechnet sich

aus folgender Formel:

14

Glucose 𝑔 = 0,33 𝑔

𝑘𝑔⋅ Körpergewicht 𝑘𝑔

Zum Herstellen der Glucoselösung werden 75 g Glucose in 400 ml Wasser

gelöst. Danach füllt der Untersucher mit Hilfe eines Messbechers die Menge an

Glucoselösung ab, die der für den Patienten berechneten Glucosemenge

entspricht.

Monitoring

Im weiteren Verlauf versucht der Untersucher durch Nachfrage beim

Patienten und Beobachtung der körperlichen Reaktionen des Patienten

(Schwitzen, Sprachschwierigkeiten usw.) das Maximum der

Beschwerdesymptomatik zu eruieren und zu diesem Zeitpunkt die EHS ein

zweites Mal durchzuführen.

Direkt vor der Blutabnahme zum Zeitpunkt 75 erfolgt die zweite Ableitung

eines EKGs. Das dritte EKG wird direkt vor der Blutabnahme zum Zeitpunkt 150

abgeleitet.

Nach der Blutabnahme zum Zeitpunkt 150 ist der Test beendet. Die EKG-

Elektroden und einer der beiden VVK werden entfernt. Dem Patient wird

empfohlen etwas zu essen. In Begleitung einer Aufsichtsperson darf er die

Poliklinik verlassen, jedoch soll er sich nach 1 Stunde wieder in der Poliklinik

vorstellen. Stationär aufgenommene Patienten werden von einer Pflegekraft

abgeholt und essen auf der Station. Diese Patienten werden nach 1 Stunde in

ihrem Patientenzimmer nochmals aufgesucht.

1 Stunde nach Testende entfernt der Untersucher die Messkanüle des CGM-

Systems, sowie den Transmitter und misst nochmals die kapilläre Blutglucose-

Konzentration. Befindet sich diese nicht unter 70 mg/dl, so wird auch der zweite

VVK entfernt und der Patient nach Hause entlassen.

Abbildung 4: Formel zur Berechnung der Menge an Glucose, die den Patienten zur

Beendigung der Hypoglykämie p.o. verabreicht wird.

15

Liegt der Wert 1 Stunde nach Testende unter 70 mg/dl, so empfiehlt man dem

Patienten nochmals Nahrung aufzunehmen und entlässt ihn, sobald sich seine

Blutglucose-Konzentration auf über 70 mg/dl stabilisiert hat.

Abbildung 5: Typische Testsituation eines Insulin Toleranz Test mit Patient

3.3 CGM und Blut-Glucose Messung

Zur Messung der Blut-Glucose wenden wir drei verschiedene Methoden

parallel an. Zum einen bestimmen wir die Glucose-Konzentration in venösen

Proben (Tabelle 4), des weiteren messen wir die kapilläre

Blutglucosekonzentration mit Hilfe eines Messgerätes („Glucometer Elite XL“,

Bayer, Leverkusen, Deutschland), wie es von Diabetes-Patienten zur

Selbstmessung angewendet wird. Als drittes Messverfahren kommt ein CGM-

System zum Einsatz.

Als CGM-System findet der „Guardian REAL-Time“ (Medtronic MiniMed,

Sylmar, CA, USA) Verwendung. Dieses System besteht aus einer Messkanüle,

16

einem Sender und einem Empfänger. Die Messkanüle ist ein Einmalprodukt,

das nach Benutzung entsorgt wird. Die maximale Anwendungszeit dieser

Messkanülen beträgt 72 Stunden. Der Sender und der Empfänger sind zur

Mehrfachanwendung gedacht und werden von uns nach Benutzung durch

Wischdesinfektion gereinigt.

Die Messkanüle wird in etwa 8 cm Abstand zum Bauchnabel mit Hilfe einer

Applikationshilfe im subkutanen Fettgewebe platziert. Präferentiell wird diese

Messkanüle in den oberen Bereich des linken oder rechten unteren Quadranten

des Abdomens eingesetzt. Sollte ein Einsetzen des Sensors ins abdominelle,

subkutane Fettgewebe nicht möglich sein, kommt als Alternativlokalisation der

Lendenwulst in Frage.

Nach Platzierung der Messkanüle wartet der Untersucher ca. 30 Sekunden

ab, ob sich an der Einstichstelle eine Blutung zeigt. Danach wird der Sender

mechanisch mit der Messkanüle verbunden. Ist der Kontakt zwischen

Messkanüle und Sender korrekt hergestellt, startet der Untersucher den

Empfänger, der automatisch den Kontakt mit dem Sender herstellt. Die

Datenübertragung erfolgt kabellos.

Laut Herstellerangaben misst die Messkanüle alle zehn Sekunden einen

Glucosewert, den der Sender an den Empfänger übermittelt. Dieser wiederum

errechnet aus den Werten von nicht überlappenden 5-minütigen Intervallen

einen Mittelwert. Bei dieser Berechnung werden der höchste und der niedrigste

gemessene Wert zum Ausschluss von Ausreißern nicht berücksichtigt. Der fünf

Minuten-Mittelwert wird vom Empfänger auf dem Display dargestellt und im

Speicher zur späteren Auswertung hinterlegt.

Zum Startzeitpunkt des Tests um 7.00 wird dem Patienten die Messkanüle

des CGM-Systems implantiert. Der Sensor benötigt ca. 120 Minuten, um mit

dem interstitiellen Gewebe ein Equilibrium aufzubauen. Nach Ablauf der

Equilibrierungszeit führen wir mit einem Gerät zur kapillären Glucosemessung

(„Glucometer Elite XL“, Bayer, Leverkusen, Deutschland) eine erste

Kalibrierung durch. Ab dem Zeitpunkt der ersten Kalibrierung meldet der

Glucosesensor alle 5 Minuten einen Glucosewert, der im Gerät gespeichert

wird. Nach weiteren 30 Minuten führen wir eine zweite Kalibrierung des Sensors

17

durch. Die Glucosemessung wird bis 180 Minuten nach Injektion des Insulins

fortgesetzt.

Zu den Zeiten, an denen auch Proben zur Bestimmung des Glucosegehaltes

im venösen Blut, abgenommen werden (Tabelle 3), wird der Wert, den der

Monitor des CGM-Systems anzeigt, protokolliert.

Als Vergleichswert bestimmen wir die kapilläre Blutglucosekonzentration mit

dem gleichen Gerät, das bereits zur Kalibrierung des CGM-Systems eingesetzt

wurde. Dies erfolgt ebenfalls zu den in Tabelle 3 aufgeführten Zeitpunkten, an

denen auch die venöse Blutglucosekonzentration bestimmt wird.

3.4 Klinisch-chemische und endokrinologische Parameter

STH, Cortisol und ACTH sind zusammen mit der Blutglucose die

standardmäßig beim ITT erhobenen Laborwerte. Diese dienen vor allem der

klinischen Befundinterpretation des ITT, um bei den an der Studie

teilnehmenden Patienten den Verdacht einer HVL-Insuffizienz zu überprüfen

oder eine bekannte HVL-Insuffizienz im Verlauf zu beobachten.

Tabelle 3: Übersicht der Abnahmezeitpunkte der klinisch-chemischen und

endokrinologischen Parameter

Zeit (min) 0 15 30 45 60 75 90 100 110 120 150

Glucose

(venös und

kapillär)

× × Alle 5 min × × × ×

STH × × × × × × ×

Cortisol × × × × × × ×

ACTH × × × × × × ×

Adrenalin × × × × × × ×

Noradrenalin × × × × × × ×

18

Zeit (min) 0 15 30 45 60 75 90 100 110 120 150

Insulin × × × × × × ×

C-Peptid ×

Kalium × × × × × × ×

Glukagon × × ×

Zusätzlich zu den in Tabelle 3 aufgeführten Parametern werden einmalig zu

Beginn des ITT Natrium, Calcium, Chlorid und Kreatinin bestimmt.

Alle Blutproben werden aus einem von zwei VVK gewonnen, die vor dem

Beginn des ITT in eine Unterarmvene eines jeden Armes des Patienten

eingeführt wurden. Um diese Katheter durchgängig zu halten, infundieren wir

0,9%-NaCl-Lösung in langsamer Geschwindigkeit. Zu Beginn eines jeden

Abnahmezyklus werden ca. 3 ml Blut aus dem Katheter entnommen und

verworfen, um Verdünnungsfehler durch die NaCl-Lösung zu vermeiden. Der

erste Katheter dient der Blutabnahme und der zweite, falls dies nötig werden

sollte, der Infusion von Glucoselösung oder ebenfalls zur Blutabnahme, falls der

erste Katheter nicht mehr aspirabel ist.

Die Blutproben, die zur Bestimmung von ACTH, Noradrenalin, Adrenalin und

Glukagon verwandt werden, werden sofort nach der Abnahme in einer Eisbox

gekühlt. Alle anderen Blutproben werden ungekühlt bei Zimmertemperatur

aufbewahrt.

Tabelle 4: Übersicht mit welchen klinisch-chemischen Analysemethoden die verschiedenen

Parameter bestimmt wurden

Parameter Analysemethode

Glucose (venös) Enzymatische Methode mittels Hexokinase

STH Elektrochemilumineszenz-Immunoassay (ECLIA)

Cortisol Elektrochemilumineszenz-Immunoassay (ECLIA)

19

ACTH Elektrochemilumeniszenz-Immunoassay (ECLIA)

Adrenalin High-Performance Liquid Chromatographie

(HPLC)

Noradrenalin High-Performance Liquid Chromatographie

(HPLC)

Insulin Elektrochemilumineszenz-Immunoassay (ECLIA)

C-Peptid Elektrochemilumineszenz-Immunoassay (ECLIA)

Kalium Ionenselektive Elektrode (ISE)

Glukagon Radioimmuno Assay (RIA)

Natrium Ionenselektive Elektrode (ISE)

Calcium Photometrisch

Chlorid Ionenselektive Elektrode (ISE)

Kreatinin Kinetischer Farbtest (Jaffé-Methode)

Nach Beendigung des Tests werden die Blutproben sofort in das

Zentrallaboratorium des Universitätsklinikums gebracht, wo direkt im Anschluss

die weitere Verarbeitung der Proben und die Analyse erfolgen.

3.5 Psychometrische Testung

Um zu erfassen, ob und in welchem Maß die Hypoglykämie bei den Patienten

körperliche Symptome hervorruft, setzen wir ein subjektives

Selbstbeurteilungsverfahren ein. McAulay und Mitarbeiter haben die Symptome

der Hypoglykämie systematisch erforscht und auf dem Boden ihrer Ergebnisse

die "Edinburgh Hypoglycaemia Scale" entwickelt (McAulay u. a. 2001). Die

Patienten werden instruiert, die Symptome, die auf dem Fragebogen abgefragt

werden, auf einer Skala von 1 bis 7 durch Einkreisen der zutreffenden Ziffer zu

bewerten. Dabei steht 1 für "spüre ich nicht" und 7 für "spüre ich stark".

Besonderer Wert wird bei der Einweisung darauf gelegt, dass nur die

momentane Empfindung bewertet werden soll. Zudem sollen die Patienten

auch Beschwerden die chronisch bestehen angeben und beispielsweise nicht

20

etwa den von ihnen empfundenen Kopfschmerz mit „spüre ich nicht“ bewerten,

weil sie an chronisch an Kopfschmerzen leiden.

Der Untersucher nennt dem Patienten ein Symptom, das dieser dann sofort

mithilfe der o.g. Skala einschätzen soll. Diese Einschätzung wird vom

Untersucher auf einem Bogen notiert. Danach fährt der Untersucher mit dem

nächsten Symptom fort. Die Symptome werden immer in der gleichen

Reihenfolge abgefragt.

Die erste Selbstbeurteilung erfolgt 30 Minuten vor dem Injizieren der

Insulindosis. Der zu diesem Zeitpunkt ermittelte Wert dient als Ausgangswert.

Zu dem Zeitpunkt, an dem nach Einschätzung des Untersuchers das

Beschwerdemaximum vorliegt, wird der Test ein zweites Mal durchgeführt.

3.6 Statistische Analyse

Alle von uns erhobenen patientenbezogenen Daten werden in einer

elektronischen Datenbank erfasst (OpenOffice Base 3.0.1, Sun Microsystems

Inc., Santa Clara, CA, USA). Zur statistischen Auswertung werden die

Parameter, die wir zur Auswertung benötigen, in mehreren thematisch

eingeteilten Excel-Tabellen aus der Datenbank exportiert (z.B. eine Excel-

Tabelle mit allen Werten zur EKG-Auswertung). Diese Excel-Tabellen werden

dann in ein statistisches Auswerteprogramm importiert. Zur Durchführung

statistischer Berechnungen kommt SAS 9.1 (SAS Institute, Cary, NC, USA) zum

Einsatz. Die Diagramme werden mithilfe von Microsoft Excel 2002 (Microsoft

Corporation, Redmond, WA, USA) erstellt.

Der statistischen Auswertung liegt ein Signifikanzniveau von 5 % zu Grunde.

Werte, die mehr als zwei Standardabweichungen vom Mittelwert abweichen,

werden als Ausreißer-verdächtig angesehen und nochmals näher betrachtet.

Dabei wird überprüft, ob es sich um Fehler bei der Dateneingabe handelt und

ob der gemessene Wert eine medizinisch plausible Ursache hat. Wenn dies

beides nicht der Fall ist, wir der Messwert als Ausreißer bezeichnet und von der

Analyse ausgeschlossen.

Daten von Patienten, die in die Studie eingeschlossen wurden, diese jedoch

vorzeitig beenden (drop-out), werden in der Analyse nicht berücksichtigt.

21

4 Resultate

4.1 Studienpopulation

Abbildung 6 gibt eine Übersicht über den Rekrutierungsprozess und führt die

Gründe an, die bei 10 Patienten dazu geführt haben, dass unvollständige

Datensätze vorliegen, die nicht ausgewertet werden können. Letztendlich

konnten von 80 % der in die Studie eingeschlossenen Patienten auch

auswertbare Datensätze gewonnen werden, was einer drop-out Rate von 20 %

entspricht.

Abbildung 6: Übersicht über den Rekrutierungsprozess mit näheren Angaben, warum

eligible Patienten nicht in die Studie bzw. Analyse eingeschlossen wurden

Die Zusammensetzung unserer Studienpopulation im Hinblick auf die

Parameter Alter, Größe, Gewicht und BMI sind der Tabelle 5 zu entnehmen,

jeweils nach Geschlecht differenziert. Dabei ergeben sich in einem

Eligible Patienten

N=52

Ablehnung der Teilnahme

N=2

Eingeschlossene Patienten

N=50

Analysierte Patienten

N=40

Nicht analysierte Patienten N=10:

Sensordysfunktion N=6

Unplausible Werte N=3

Verlust des Funkkontakts mit

Sensor N=2

Keine venösen Proben N=1

Rückzug der Einverständniserklärung

N=1

22

Mittelwertsvergleich per T-Test für die Parameter Größe (p<0,001) und Gewicht

(p=0,03) signifikante Unterschiede zwischen den beiden Geschlechtern. BMI

(p=0,88) und Alter (p=0,26) hingegen unterscheiden sich statistisch nicht

signifikant. Für das Geschlechterverhältnis selbst ergibt sich kein signifikanter

Unterschied von 50% (p=0,534).

Tabelle 5: Epidemiologische Charakteristika der Studienpopulation

Variable N Mittelwert Stdabw Minimum Maximum

Alter (Jahre) Frauen 22 43,18 11,18 19 60

Männer 18 47,67 13,41 20 71

Total

40 45,20 12,28 19 71

Körpergröße (m)

Frauen 22 1,66 0,05 1,57 1,78

Männer 18 1,81 0,10 1,63 1,96

Total

40 1,73 0,10 1,57 1,96

Gewicht (kg) Frauen 22 79,25 18,12 48,20 128,00

Männer 18 90,62 12,27 69,10 117,10

Total

40 84,37 16,59 48,20 128,00

BMI (kg/m²) Frauen 22 28,53 6,57 17,08 46,45

Männer 18 28,28 3,28 23,07 32,58

Total 40 28,41 5,29 17,08 46,45

Hypopituitarismus

Aufbauend auf einer großen Multi-Center-Studie empfiehlt die „Endocrine

Society“ in einer „Clinical Practice Guideline“ zum Thema des adulten

Wachstumshormonmangels einen Grenzwert von 5.1 µg/l zur Diagnose einer

STH-Insuffizienz bei Erwachsenen mittels Stimulations im ITT (Biller u. a. 2002)

und (Molitch u. a. 2011).

Im Hinblick auf den Nachweis einer Störung der Hypothalamo-Hypophysären

Achse ergibt sich in der Studienpopulation folgendes Bild: 3 der insgesamt 40

untersuchten Patienten leiden weder an einer Störung der Somatotropen noch

der Corticotropen Achse. Von einer isolierten Störung der Corticotropen Achse

23

sind 7 Patienten (17,50%) betroffen. Ein isolierter Ausfall der Somatotropen

Achse konnte bei 14 Patienten (35,00%) diagnostiziert werden. Demnach liegt

bei 16 Patienten (40,00%) eine Störung beider Achsen vor.

Bei einer geschlechtsspezifischen Untersuchung der Hypothalamo-

hypophysären Funktion ergibt sich folgendes Bild: Für Geschlecht und die

Insuffizienz der somatotropen Achse errechnet sich ein Chi-Quadrat Wert von

1,21 bei einem p-Wert von 0,27. Der Chi-Quadrat Wert für Geschlecht und

Insuffizienz der Corticotropen Achse beträgt 2,90 bei einem p-Wert von 0,09.

Damit lässt sich kein statistisch signifikanter Zusammenhang zwischen

Geschlecht und Funktion der Hypothalamo-Hypophysären Achse in unserer

Studienpopulation nachweisen.

Die maximale ermittelte Konzentration des Somatotropen Hormons beträgt im

Mittel 3,95 µg/l (N=40, Standardabweichung 4,94 µg/l, Range von 0,00 µg/l bis

28,10 µg/l) und die des Cortisols 442,35 nmol/l (N=40, Standardabweichung

232,49 nmol/l, Range von 3,00 bis 755,00 nmol/l). Diese Mittelwerte spiegeln

die hohe Prävalenz an Hypothalamo-Hypophysären Störungen in diesem

Patientenkollektiv wider.

4.2 Glucose-Konzentration im Verlauf des ITT

Von den 40 untersuchten Patienten erreichten 36 mindestens einen venösen

Blut-Glucosewert geringer als 40 mg/dl im Verlauf des Tests. Die verbliebenen 4

Patienten erreichten formal nicht die geplante Hypoglykämie von weniger als 40

mg/dl, jedoch zeigten diese Patienten einen Anstieg im EHS von 0, 5, 15 und 26

Punkten. Damit ist bei zwei dieser Patienten durch einen deutlichen Anstieg der

EHS die Hypoglykämie klinisch gesichert. Bei den zwei verbliebenen Patienten

kann eine ausreichende Hypoglykämie weder laborchemisch noch klinisch

objektiviert werden. Damit erreichen 38 von 40 Patienten und somit 95% der

Studienteilnehmer eine Hypoglykämie nach der Definition des

Studienprotokolls.

24

Abbildung 7: Mittelwerte der Glucosekonzentration bestimmt mit verschiedenen

Messmethoden im Verlauf des ITT mit Standardabweichung (N = 40)

Der Nadir und die Zeit bis zum Erreichen des Nadirs findet sich Tabelle 6 und

in Tabelle 7. Dabei sind die Blut-Glucosewerte nach den verschiedenen

angewandten Messmethoden bzw. Messkompartimenten differenziert. Für den

venösen und den kapillären Nadir ergibt sich ein signifikanter Unterschied

(p=0,02). Ebenso unterscheidet sich der Nadir der mit dem CGM-Gerät

erfassten Blutglucosekonzentration signifikant von dem der venösen (p<0,001)

und von dem der kapillären (p-Wert<0,001) Blutglucosekonzentration.

Tabelle 6: Nadir der Glucose-Konzentration aufgetrennt nach Messmethode

Variable N Mittelwert Stdabw Minimum Maximum

Venös (mg/dl)

40 27,53 8,52 7,00 46,00

Kapillär (mg/dl)

40 30,18 8,71 19,00 52,00

CGM (mg/dl)

40 52,28 8,47 39,00 73,00

0

20

40

60

80

100

120

140

0 30 60 90 120 150

Glu

co

se

(m

g/d

l)

Zeit (min)

CGM

Venös

Kapillär

25

Ebenso wie der Nadir unterscheidet sich auch der Zeitpunkt des Auftretens

des jeweiligen Nadirs zwischen den verschiedenen Methoden bzw.

Kompartimenten. Der kapilläre Nadir wird signifikant später beobachtet als der

venöse (p=0,03). Gleiches gilt für den Zeitpunkt des CGM-Nadirs, der signifkant

später als der venöse (p<0,001) und der kapilläre (p<0,001) gemessen wird.

Tabelle 7: Zeitliche Differenz zwischen Beginn des ITT und dem Erreichen des Nadirs der

Glucosekonzentration aufgetrennt nach Messmethode

Variable N Mittelwert Stdabw Minimum Maximum

Venös (min) 40 59,63 9,29 25 90

Kapillär (min) 40 61,75 7,73 50,00 90,00

CGM (min) 40 81,75 15,67 65,00 150,00

Nach dem ersten Unterschreiten einer Blutglucose-Konzentration von 40

mg/dl in der kapillären Blutglucosemessung, wurde dem Patienten Glucose p.o.

verabreicht. Im Mittel erfolgte die Glucosegabe 58,63 min nach Testbeginn, mit

einer Standardabweichung von 11,21 min bei einem Range von 45 bis 100 min.

Im Verlauf des ITT kam es bei keinem Patienten zu schweren

Komplikationen, die einen Abbruch des ITT erfordert hätten. Eine Stunde nach

Testende konnten alle Patienten mit einer normwertigen

Blutglucosekonzentration entlassen werden.

4.3 Psychometrische Testung

Insgesamt können in der „Edinburgh Hypoglycaemia Scale“ in der Summe

aller Items zwischen 19 und 133 Punkten erreicht werden. Die Auswertung

ergibt einen Anstieg in der Summe aller Items von im Mittel 29,68

(Standardabweichung 9,76, Range von 20 bis 70) auf 41,23

(Standardabweichung 17,48, Range von 19 bis 96). Dieser Anstieg ist

statistisch signifikant (p<0,001).

26

Abbildung 8: Mittelwert der Summe aller Items und der Symptomgruppen des "Edinburgh

Hypoglycaemia Scale" zu Beginn des ITT und um Zeitpunkt der Hypoglykämie mit Standardabweichung (N = 40) und Signifikanz des t-Tests auf einem Signifikanzniveau von 5% (adjustiert nach Bonferroni-Methode)

Für die einzelnen Items kann bei Schwitzen (p<0,001), Benommenheit

(p<0,001), Schwäche (p<0,001), Schwindel (p<0,001), Wärme (p<0,001),

Herzklopfen (p<0,001) und verschwommenes Sehen (p=0,003) ein signifkanter

Anstieg zwischen dem Ausgangsniveau und den in der Hypoglykämie

ermittelten Werten festgestellt werden. In den verbliebenen Items kann kein

signifkanter Unterschied zwischen Ausgangsniveau und Hypoglykämie

beobachtet werden.

0

20

40

60

Alle Symptome Autonome Symptome NeuroglukopeneSymptome

AllgemeineSymptome

zu Beginn

Hypoglykämie

27

Abbildung 9: Mittelwerte der einzelnen Items der EHS im Vergleich des Ausgangswertes

zum hypoglykämischen Wert mit Standardabweichung (N=40) und Signifikanz des t-Tests auf einem Signifikanzniveau von 5%

4.4 Vergleich der verschiedenen Methoden zur Blutglucose-

Messung

Lag-time zwischen den Messmethoden

Die lag-time ist als die zeitliche Differenz, mit der eine Messmethode im

Vergleich zu einer Referenzmethode einen bestimmten Schwellenwert

unterschreitet, definiert. Dieser Wert wird in der Phase des Abfalls der

Blutglucose-Konzentration infolge Insulininjektion bestimmt. In diesem Fall der

Zeitraum ab 30 min nach Testbeginn.

0

2

4

6 zu Beginn

Hypoglykämie

28

Tabelle 8: Zeitliche Differenz bis zum Unterschreiten bestimmter Schwellenwerte (lag-time)

zwischen verschiedenen Messmethoden zur Bestimmung der Glucose-Konzentration

Variable Schwellenwert (mg/dl)

N Mittelwert (min)

Stdabw (min)

Minimum (min)

Maximum (min)

Venös vs. CGM

65 37 15,63 13,74 -11,82 37,20

60 40 19,66 10,98 -1,59 39,59

55 40 24,37 10,64 5,75 60,00

Venös vs. Kapillär

65 37 2,03 3,15 -3,27 9,44

60 40 2,85 3,53 -4,58 13,64

55 40 3,44 3,55 -1,13 12,26

Kapillär vs. CGM

65 36 14,84 12,50 -15,72 33,33

60 40 17,96 10,30 -0,83 33,84

55 40 21,95 10,31 -1,00 52,50

Zur Berechnung des Zeitpunktes, zu dem die Referenzmethode einen

Schwellenwert unterschreitet, wurde individuell für jeden Patienten die Gerade

bestimmt, die durch den letzten Zeitpunkt, an dem die Blutglucose-

Konzentration über dem Schwellenwert liegt, und den ersten an dem sie

darunter liegt, definiert ist. Anhand der Geraden kann man den Zeitpunkt

errechnen, zu dem diese Gerade den Schwellenwert schneidet. Analog geht

man für die Vergleichsmethode vor und kann dann eine Differenz aus den

beiden so ermittelten Zeitpunkten bilden, womit man die lag-time für diesen

Schwellenwert erhält. Sollte es vorkommen, dass mit der Vergleichsmethode

der Schwellenwert nicht unterschritten wird, so wird eine lag-time von 30 min

angenommen. Dies ist beim Schwellenwert 55 mg/dl bei 9 Patienten, beim

Schwellenwert 60 mg/dl bei 7 Patienten und beim Schwellenwert 65 mg/dl bei 4

Patienten der Fall.

Da vor allem beim Vergleich mit dem CGM-System als Vergleichsmethode

das Problem auftreten kann, dass bevor das CGM-System den Schwellenwert

unterschritten hat, bereits Glucose p. o. zugeführt wurde, kommt beim Vergleich

zwischen venöser Messung und CGM-System zusätzlich eine alternative

Methode zum Einsatz. Hierbei wurde entweder die Zeit zwischen

29

Unterschreiten des Schwellenwerts mit der Referenzmethode bis zur oralen

Glucosegabe oder, falls diese Zeit kürzer ist, die lag-time mit der oben

beschriebenen Methode, als lag-time definiert. Damit ergibt sich mit dieser

Methode ein konservativerer Wert als mit der oben beschriebenen Methode. Bei

dieser Methode ist es nicht nötig eine lag-time wie oben beschrieben zu

schätzen, da jeder Patient im Verlauf des Tests Glucose p.o. erhalten hat.

Geht man nach dieser alternativen Methode vor, erhält man für die

Schwellenwerte 65, 60 und 55 mg/dl einen Mittelwert der lag-time von 11,92

(Standardabweichung 11,94, Range von -11,82 bis 36,67), 13,08

(Standardabweichung 8,09, Range von -1,59 bis 39,59) und 13,00 min

(Standardabweichung 6,49, Range von 4,41 bis 37,50).

Abbildung 10: Mittelwerte des Abfalls der Glucose-Konzentration aufgetrennt nach

Messmethode in bestimmten Zeiträumen nach Beginn des ITT mit Standardabweichung

0

2

4

6

30 bis 35 35 bis 40 40 bis 45 45 bis 50 50 bis 55 55 bis 60

Ab

fall

de

r G

luko

se

ko

nze

ntr

ation

(m

g/d

l p

ro m

in)

Zeitraum (min)

Kapillär

Venös

CGM

30

Vergleicht man die mit der alternativen Methode ermittelten lag-times mit den

in Tabelle 8 dargestellten, so liegen diese alternativen lag-times signifikant

niedriger.

Die lag-times für Venös/Kapillär und Kapillär/CGM-System als Referenz- bzw.

Vergleichsmethode sind ebenfalls in Tabelle 8 aufgeführt. Ein Vergleich der lag-

times, die zwischen den drei Methoden ermittelt wurden, wie sie in Tabelle 8

aufgeführt sind, wurde mittels eines ANOVA und eines Tukey-Tests getrennt für

die Schwellenwerte 65, 60 und 55 mg/dl durchgeführt. Hierbei ergibt sich zum

Schwellenwert 65 mg/dl ein signifikanter Unterschied zwischen Venös/kapillär

und den beiden anderen lag-times, Venös/CGM und Kapillär/CGM sind nicht

signifikant verschieden. Das gleiche Bild ergibt die ANOVA/Tukey-Analyse für

die Schwellenwerte 60 und 55 mg/dl.

Kinetik der Blutglucose-Konzentration bei einsetzender Hypoglykämie

Abbildung 10 zeigt, dass die venöse Blutglucose-Bestimmung im Zeitraum 40

bis 45 min den stärksten Abfall der Blutglucose-Konzentration detektiert. Im

Vergleich hierzu weist die mittels kapillärer Messung bestimmte Kinetik der

Blutglucose-Konzentration eine geringere maximale Veränderung auf. Diese

liegt zudem im Zeitraum 45 bis 50 min und damit 5 min nach derjenigen, welche

mittels venösen Messungen ermittelt wurde. Diese Verzögerung korrespondiert

gut mit den in Tabelle 8 vorgestellten lag-times zwischen kapillärer und venöser

Messung.

Eine starke Abweichung in der Kinetik lässt sich im Vergleich der venösen mit

der CGM-Messung feststellen. Im Zeitraum 40 bis 45 min ist die Veränderung

der Blutglucose-Konzentration, welche mittels CGM-Technik bestimmt wurde,

nicht signifikant verschieden von 0. Jedoch weist in diesem Zeitraum die

venöse Blutglucose-Konzentration bereits den stärksten Abfall im Verlauf des

ITT auf.

Dies bedeutet, dass zu dem Zeitpunkt, an dem die venöse Blutglucose-

Konzentration mit maximaler Geschwindigkeit abfällt, das CGM-System noch

keine Veränderung der Blutglucose-Konzentration registriert hat.

31

Differenz der Blutglucose-Konzentration

Neben dieser zeitlichen Verzögerung zwischen zwei Methoden in der

Erkennung einer Hypoglykämie, kann man auch auf einer vertikalen Achse eine

Verzögerung in der Blutglucose-Konzentration bestimmen. Hierzu wurde

wiederum analog zu der oben beschriebenen Methode eine Gerade durch die

beiden Punkten einer Referenzmethode gelegt, die kurz bevor bzw. direkt nach

Unterschreiten eines Schwellenwertes liegen. Die Schwellenwerte zu denen

diese Untersuchung durchgeführt wurde, sind in Tabelle 9 dargestellt.

Tabelle 9: Differenz der mit verschiedenen Messmethoden ermittelten Glucose-

Konzentrationen bei unterschreiten bestimmter Schwellenwerten (Erstgenannte Messmethode als jeweilige Referenzmethode)

Variable Schwellenwert (mg/dl)

N Mittelwert (mg/dl)

Stdabw (mg/dl)

Minimum (mg/dl)

Maximum (mg/dl)

Venös vs. CGM

65 39 9,76 10,88 -14,00 39,32

60 40 14,19 10,60 -4,00 43,84

55 40 18,07 10,71 0,00 48,53

50 40 22,88 10,01 5,00 52,87

45 38 27,03 9,79 12,66 57,39

40 36 30,68 10,23 15,18 61,44

Venös vs. kapillär

65 38 3,32 6,08 -10,54 17,00

60 40 4,38 5,67 -7,08 15,76

55 40 5,55 5,74 -3,62 19,26

50 40 7,51 5,72 -1,59 23,45

45 38 8,39 6,91 -8,00 27,65

40 36 7,88 9,19 -11,57 30,56

Kapillär vs. CGM

65 38 10,10 10,12 -6,29 34,31

60 40 13,49 10,36 -2,71 37,38

55 40 17,14 9,61 -0,40 37,00

50 39 20,89 9,83 1,67 41,00

45 36 25,12 9,42 9,50 44,4

40 33 27,68 9,60 8,55 48,4

32

Anhand dieser Gerade wird dann der Zeitpunkt ermittelt, zu dem dieser

Schwellenwert erreicht wird. Die Gerade für die Vergleichsmethode wird aus

den Werten zu den beiden Messzeitpunkten gebildet, die auch schon in der

Referenzmethode benutzt wurden. Danach wird der y-Wert der Gerade der

Vergleichsmethode zu dem Zeitpunkt, an dem die Referenzmethode den

Schwellenwert erreicht, berechnet und als Differenz zum Schwellenwert in

Tabelle 9 dargestellt. Somit erhält man die Differenz in mg/dl zwischen zwei

Methoden, wenn die eine der Methoden einen bestimmten Schwellenwert

erreicht (Tabelle 9).

Abbildung 11 zeigt die Abhängigkeit der Differenz zwischen venöser Kurve und

CGM-Kurve vom gewählten Schwellenwert. Dabei ergibt sich für die Korrelation

zwischen der venösen-CGM Differenz ein Pearson-Korrelationskoeffizient von -

0,58 (p < 0,001), für die venös-kapilläre Differenz von -0,53 (p < 0,001) und für

die kapillär-CGM Differenz von -0,28 (p < 0,001).

Abbildung 11: Mittelwerte der Differenz der Glucose-Konzentrationen zwischen venöser

Messung und CGM-Messung bei Unterschreiten bestimmter Schwellenwerte in der venösen Glucose-Konzentration

0

15

30

45

65 60 55 50 45 40

Diffe

ren

z (

mg/d

l)

Schwellenwert (mg/dl)

33

Vergleicht man die Differenzen zwischen venös-CGM, kapillär-CGM und

venös-kapillär mittels der Kombination aus ANOVA und Tukey-Test so findet

man zu allen Schwellenwerten keinen signifikanten Unterschied zwischen

venös-CGM und kapillär CGM. Venös-kapillär hingegen unterscheidet sich zu

allen Schwellenwerten signifikant von venös-CGM und kapillär-CGM.

Prädiktoren der lag-time

In einer weitergehenden Analyse mittels eines multiplen, linearen

Regressionsmodells zur Identifikation möglicher Prädiktoren des Ausmaßes der

lag-time werden folgende Variablen mit einbezogen: Alter, BMI, Geschlecht,

Insuffizienz der Corticotropen Achse, Ausgangswert des Adrenalins,

Ausgangswert des Noradrenalins, maximaler Adrenalinwert und maximaler

Noradrenalinwert. Diese Analyse beschränkt sich auf die mit der konservativen

Methode bestimmte lag-time zum Schwellenwert 60 mg/dl. Als

Modellselektionsverfahren wird eine Rückwärts-Selektionsverfahren verwendet,

wobei ein Signifikanzniveau von 5% zugrunde gelegt wird.

Diese Analyse ergibt letztendlich ein Modell mit der Einflussvariablen Alter.

Der R²-Wert des finalen Modells beträgt 0,22 und der Mallows' C(p) beträgt

5,19.

4.5 Klinisch-chemische und endokrine Parameter

Der Ausgangswert der Insulinkonzentration beträgt im Mittel 6,89 mE/l (N=40,

Standardabweichung 4,52 mE/l, Range von 1,10 bis 22,00 mE/l). Die

Konzentration von C-Peptid beträgt zu Beginn des Tests im Mittel 0,75 nmol/l

(N=39, Standardabweichung 0,28 nmol/l, Range von 0,28 bis 1,70 nmol/l).

Entsprechend dem in Abschnitt 3.2 dargelegten Vorgehen wurde die

Insulindosis berechnet. Die mittlere verabreichte Insulinmenge beträgt 14,03 E

bei einer Standardabweichung von 6,28 E und einem Range von 4,00 bis 32,00

E.

Bei 39 Patienten wurde das Maximum der Insulinkonzentration 5 Minuten

nach der Injektion des Insulins beobachtet, bei einem Patienten liegt zu diesem

34

Zeitpunkt keine Blutprobe vor. Der maximale Insulinwert beträgt im Mittel

1724,51 mE/l, bei einer Standardabweichung von 992,15 mE/l und einem

Range von 431,00 bis 4470,00 mE/l.

Abbildung 12: Insulinserumkonzentration im Testverlauf (logarithmische y-Achse)

In Abbildung 13 ist die 5 Minuten nach Injektion des Insulins erreichte

Plasmakonzentration gegen den BMI für jeden Patienten, inklusive einer

linearen Regressionsgerade, aufgetragen. Der Pearson-Korrelationskoeffizient

beträgt 0,71 bei einem p-Wert von <0,001. Legt man einen kubischen

Zusammenhang zwischen den beiden Parametern zu Grunde, so ergibt sich ein

Pearson-Korrelationskoeffizient von 0,61. Somit liefert die lineare Regression

ein besser adaptiertes Modell als die kubische Regression für den

Zusammenhang zwischen Insulinspiegel im Serum 5 min nach Injektion des

Insulins und dem BMI der Patienten.

1

10

100

1000

0 30 60 90 120 150

Insulin

(m

E/l)

Zeit (min)

35

Abbildung 13: Insulinspiegel 5 min nach i.v.-Injektion des Insulin in Abhängigkeit vom BMI

der Patienten mit linearer Regressionsgerade (N=33; r=0,71)

Die Untersuchung der Korrelation zwischen dem maximalen Insulinwert und

dem venösen Blutglucose-Nadir ergibt eine positive Korrelation mit einem

Pearson-Korrelationskoeffizient von 0,34 (p=0,03). Somit tendieren die

Individuen mit einer hohen Insulindosis dazu, einen weniger tiefen Blutglucose-

Nadir zu erreichen.

Hormonelle Parameter

Zur Charakterisierung des Verlaufs der Konzentration endokrin bedeutsamer

Parameter wurde aus den ersten beiden Blutproben, die unter

Ruhebedingungen erfasst wurden ein Mittelwert gebildet, der im Folgenden als

„Ausgangswert“ dieser Hormone bezeichnet wird. Die in Tabelle 10 angeführten

Maximalwerte für Adrenalin (p<0,001), Noradrenalin (p<0,001), Glukagon

0

1000

2000

3000

4000

5000

15 20 25 30 35 40

Insulin

(m

E/l)

BMI (kg/m²)

36

(p<0,001) und ACTH (p<0,001) unterscheiden sich signifikant von den

jeweiligen Ausgangswerten.

Tabelle 10: Spitzenkonzentration verschiedener endokriner Parameter

Variable N Mittelwert Stdabw Minimum Maximum

Adrenalin (pmol/l)

40 2801,20 1661,55 368,00 6170,00

Noradrenalin 40 3,78 1,71 1,2 10

ACTH 40 23,86 21,61 0 106,2

Glukagon 37 51,78 20,59 21,00 115,00

In der Analyse der Zeit, die von Testbeginn bis zum Erreichen der

Maximalwerte verstreicht, zeigt sich, dass Adrenalin als erstes Hormon nach

einer Zeitspanne von im Mittel 68,63 min nach Testbeginn (N=40,

Standardabweichung 16,25 min, Range von 60 bis 150 min) seine maximale

Konzentration erreicht. Die entsprechenden Zeiten für das Noradrenalin und

das Glukagon betragen 74,63 min (N=40, Standardabweichung 22,66 min,

Range von 45 bis 150 min) bzw. 76,22 min (N=37, Standardabweichung 20,12

min, Range von 45 bis 120 min). Diese Zeitspannen unterscheidet sich nicht

signifikant von der des Adrenalins (p=0,143 für Noradrenalin, p=0,094 für

Glukagon). Wie aus physiologischen Überlegungen heraus zu erwarten war,

erreicht das die Cortisol-Sekretion stimulierende ACTH signifikant früher seine

Gipfel-Konzentration als das Cortisol (p < 0,001). Die Mittelwerte betragen

78,46 min (N=39, Standardabweichung 16,31 min, Range von 60 bis 150 min)

für das ACTH und 95,77 min (N=39, Standardabweichung 16,72 min, Range

von 75 bis 150 min) für das Cortisol.

37

Abbildung 14: Mittelwerte der Serumkonzentrationen an Cortisol aufgetrennt nach der

Funktion der Corticotropen Achse im Verlauf des ITT mit Standardabweichung

Elektrolyte und andere Parameter

Der Ausgangswert des Natriums beträgt im Mittel 141,03 mmol/l (N=39,

Standardabweichung 2,61 mmol/l, Range von 134,00 bis 147,00 mmol/l) und

der des Chlorids bei 105,25 mmol/l (N=40, Standardabweichung 3,08 mmol/l,

Range von 98,00 bis 113,00 mmol/l). Der Mittelwert des Gesamt-Calciums

beträgt in der Studienpopulation zu Beginn des ITT 2,19 mmol/l (N=39,

Standardabweichung 0,10 mmol/l, Range von 1,90 mmol/l bis 2,36 mmol/l). Als

Parameter zur Abschätzung der Nierenfunktion dient das Kreatinin im Serum,

welches einen Mittelwert von 0,68 mg/dl (N=40, Standardabweichung 0,18

mg/dl, Range von 0,40 bis 1,10 mg/dl) aufweist und damit keinen Hinweis auf

eine eingeschränkte Nierenfunktion in der Studienpopulation liefert.

0

200

400

600

800

0 30 60 90 120 150

Co

rtis

ol (n

mo

l/l)

Zeit (min)

CorticotropeAchse nichtinsuff.

CorticotropeAchse insuff.

38

Abbildung 15: Mittelwerte der Kaliumkonzentration im Serum im Verlauf des ITT mit

Standardabweichung (N=40)

Der Kaliumverlauf ist in Abbildung 15 dargestellt. Dabei zeigt sich im Mittel ein

Nadir von 3,26 mmol/l (N=40, Standardabweichung 0,26 mmol/l, Range von

2,60 bis 3,90 mmol/l). Vergleicht man diesen Nadir mit dem Ausgangswert des

Kaliums, so ergibt sich im T-Test ein Testwert von 21,23 bei einem p-Wert von

<0,001.

Zum Ende des Tests beträgt der Kaliumwert im Mittel 3,52 mmol/l

(Standardabweichung von 0,30 mmol/l, Range von 2,90 bis 4,10 mmol/l). Dies

ist signifikant geringer als zu Beginn des Tests (p<0,001) und signifikant höher

als der Nadir des Kaliumverlaufs (p<0,001).

3

3,5

4

4,5

0 30 60 90 120 150

Ka

lium

(m

mo

l/l)

Zeit (min)

39

5 Diskussion

Ausprägung der lag-time bei einer schnell einsetzenden Hypoglykämie

Die Studienresultate zeigen, dass der Anwender bei einer schnell

einsetzenden Insulin-induzierten Hypoglykämie mit einer Verzögerung rechnen

muss, wenn er ein CGM-System mit subkutaner Messsonde einsetzt. Welches

Ausmaß diese Verzögerung im Einzelfall tatsächlich hat, hängt von einer Reihe

weiterer Faktoren ab. Darunter kommt der Blutglucosekonzentration, welche

man als Grenze zur Hypoglykämie definiert, die größte Bedeutung zu. Bei einer

niedrigeren Hypoglykämieschwelle ist mit einer größeren lag-time zu rechnen.

Dieser Zusammenhang spiegelt die trägere Kinetik der Glucosekonzentration

im subkutanen Fettgewebe gegenüber der Blutglucosekonzentration wider

(Kovatchev u. a. 2009). Veranschaulicht entspricht dies der absoluten

Zeitdifferenz zwischen einem schnellen und einem langsamen Läufer, die

ebenfalls umso größer wird, desto länger die Strecke ist, die man beobachtet.

Weitere Faktoren, welche einen Einfluss auf die interindividuell variable

Ausprägung der lag-time ausüben, wurden untersucht. Jedoch konnten außer

dem Alter der Patienten keine weiteren Einflussfaktoren sicher identifiziert

werden. Somit bleibt die Frage bestehen, welche Prädiktoren für die

Ausprägung der lag-time neben dem Alter existieren und über welchen

Mechanismus das Alter die lag-time beeinflusst.

Ursachen der Entstehung der lag-time

Die Hypothese, dass die beobachtete lag-time in erster Linie dem

Messkompartiment und nicht einer inadäquaten Messtechnik geschuldet ist,

wird durch mehrere Untersuchungen gestützt. So konnten van der Valk und

Mitarbeiter zeigen, dass sich die Kinetik der Glucosekonzentration im

abdominell-interstitiellen Kompartiment träger darstellt, auch wenn man diese

mit der gleichen Messtechnik, in diesem Fall ein Gerät zur kapillären

Blutglucose-Selbstkontrolle, bestimmt (van der Valk u. a. 2002) und (Kovatchev

u. a. 2009). Auch unter Verwendung von Messsystemen, die auf der

40

Microdialyse-Technik basieren, konnten diese Ergebnisse bestätigt werden

(Jansson u. a. 1988).

Auf der anderen Seite konnten Untersuchungen zeigen, dass die

Messtechnik der CGM-Systeme die Glucosekonzentration des subkutanen

Fettgewebes korrekt bestimmt (Rebrin u. a. 1999).

Zusammenfassend bedeutet dies, dass die beobachtete lag-time ein

physiologisches Phänomen des Messkompartimentes darstellt und somit alle

CGM-Systeme, die auf Messungen im subkutanen Fettgewebe basieren, betrifft

(Virtanen u. a. 2002).

Mögliche Störfaktoren bei der Anwendung von CGM-Systemen in vivo

In der Literatur sind mehrere Faktoren beschrieben, die die Funktion der

subkutanen Messsonde in vivo beeinträchtigen können und somit die

Genauigkeit der Messergebnisse herabsetzen können (Clark u. a. 1988). Dies

wiederum kann zu einer Erhöhung der lag-time beitragen.

So beeinflusst der lokale pH-Wert das Redoxpotential der Glucoseoxidase,

mit deren Hilfe die Glucosekonzentration in der interstitiellen Flüssigkeit

bestimmt wird (Adam Heller und Feldman 2008). Eine Veränderung des pH-

Wertes entweder durch die Messsonde selbst, durch die immunologische

Fremdkörper-Reaktion oder durch die Elektrolyt- und Hormonveränderungen im

Verlauf des ITT ist in diesem Zusammenhang denkbar. Jedoch wurde keine

explizite pH-Bestimmung der interstitiellen Flüssigkeit durchgeführt. Allerdings

hätte eine solche Bestimmung nur eine eingeschränkte Aussagekraft, da sie

einen Anhalt über den globalen pH-Wert im Interstitium liefert. Eine Abweichung

von diesem pH-Wert direkt an der Messsonde, welche für die Funktion des

CGM-Systems entscheidend ist, kann hiermit aber nicht aufgedeckt werden.

Die inflammatorische Reaktion, die an der Messsonde entsteht, birgt weitere

mögliche beeinflussende Faktoren. So kann durch inflammatorische Zellen in

der Umgebung der Messsonde direkt Glucose oxidiert werden, wodurch eine

falsch niedrige Glucosekonzentration gemessen werden würde (Gerritsen u. a.

2001) und (Kyrolainen u. a. 1995). Daneben können proteolytische Enzyme, die

von diesen Zellen sezerniert werden, die Sensoroberfläche direkt angreifen und

41

auf diesem Weg die Funktion der Messsonde stören (Mang u. a. 2005). Eine

Schlüsselrolle in dieser inflammatorischen Reaktion scheinen Mastzellen

innezuhaben (Klueh u. a. 2010)

Im Fall dieser Studie erscheint eine Beeinflussung durch inflammatorische

Phänomene jedoch wenig wahrscheinlich, da die Liegedauer der Messsonde

mit 5 h in Relation zu den 3 d Liegedauer, in denen die Messsonde laut

Zulassung eine reliable Messleistung erbringt, als kurz einzuschätzen ist.

Untersuchungen, die sich der maximalen Liegedauer subkutaner Messsonde

gewidmet haben, konnten eine Störung der Funktion, welche wahrscheinlich

durch inflammatorische Phänomene hervorgerufen wurde, erst nach einigen

Tagen beobachten (Henninger u. a. 2007).

Klinische Studien zu CGM-Systemen

Mehrere prospektive, randomisierte, klinische Studien haben CGM-Systeme

gegen SMBG im Hinblick auf die Verbesserung der mittel- bis langfristigen

glykämischen Kontrolle verglichen. Das Patientengut rekrutiert sich nahezu

ausschließlich aus jugendlichen Patienten mit Typ-1 Diabetes. Der primäre

Endpunkt wird von allen Studienautoren als Verbesserung des HbA1c definiert

(The Diabetes Research in Children Network (DirecNet) Study Group 2005b)

und (JDRF CGM Study Group 2010).

Eine große Multi-Center-Studie mit mehr als 200 Teilnehmern konnte keine

Verbesserung des HbA1c nachweisen. Entgegen der Erwartung war kein

signifikanter Unterschied in der Anzahl der Hypoglykämie-Episoden zwischen

beiden Gruppen detektierbar, nominell lag die Anzahl der Hypoglykämie-

Episoden in der CGM-Gruppe sogar höher (The Diabetes Research in Children

Network (DirecNet) Study Group 2005a).

In einer ähnlichen Studie, die auch junge Erwachsene mit einschloss, zeigte

sich ein signifikanter Effekt nur in der Subgruppe der über 24-Jährigen (The

Juvenile Diabetes Research Foundation Continuous Glucose Monitoring Study

Group 2008). Vermutlich ist dieser Alters-abhängige Effekt der

unterschiedlichen Tragedauer des CGM-Systems in den verschiedenen

Altersgruppen geschuldet. Wobei eine längere Tragedauer mit einer besseren

42

glykämischen Kontrolle assoziiert ist. Bezüglich der Hypoglykämie-Episoden

zeigte sich kein Unterschied zwischen den Gruppen. Allerdings war die Studie

von ihren Autoren nicht angelegt, einen solchen zu identifizieren.

Eine weitere Studie, die nur erwachsene DM-Typ1 Patienten untersuchte,

konnte ebenfalls keinen Effekt auf den HbA1c über einen Zeitraum von 18

Monaten durch die Benutzung eines CGM-Systems feststellen (Cooke u. a.

2009).

Ebenfalls keinen Effekt auf den HbA1c durch die Benutzung eines CGM-

Systems konnte eine Studie an 146 Typ1-Diabetes Patienten aller Altersklassen

feststellen (Hirsch u. a. 2008). Interessanterweise ist auch in dieser Studie die

Tragezeit des CGM-Sensors mit einem niedrigeren HbA1c assoziiert. Als

sekundäre Endpunkte wurden in dieser Studie auch die AUC bezogen auf einen

Schwellenwert von 70 mg/dl und die Anzahl schwerer hypoglykämischer

Episoden zwischen beiden Gruppen verglichen. Während die Anzahl schwerer

hypoglykämischer Episoden in der CGM-Gruppe signifikant höher liegt als in

der SMBG-Gruppe, ist die AUC in der SMBG-Gruppe signifikant größer als in

der CGM-Gruppe. Dies deutet daraufhin, dass die Patienten in der CGM-

Gruppe seltener Blutglucosekonzentrationen von <70 mg/dl aufweisen als die

Patienten in der SMBG-Gruppe. Wenn die Patienten der CGM-Gruppe jedoch

eine Hypoglykämie entwickeln, ist diese verhältnismäßig häufig schwer

ausgeprägt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass ein CGM-System die glykämische

Kontrolle nur verbessert, wenn es konsequent und über einen längeren

Zeitraum angewandt wird. Die Anzahl schwerer hypoglykämischer Episoden

kann durch ein CGM-System nicht reduziert werden, evtl. steigt deren Inzidenz

sogar bei CGM-Benutzern.

Um diese Effekte zu erklären kann die lag-time einen Beitrag leisten, da der

Anwender sicherlich eine beträchtliche Zeit benötigt, um die trägere Kinetik des

CGM-Systems in seine Therapie-Entscheidungen mit einzubeziehen. Die

höhere Anzahl hypoglykämischer Episoden repräsentiert möglicherweise die

klinische Manifestation der hier experimentell erzeugten Insulin-induzierten

Hypoglykämie, die vom CGM-System nur unzureichend erkannt wird und den

Anwender damit in falscher Sicherheit wiegt.

43

Limitationen der Studie

Eine Limitation ergibt sich aus dem untersuchten Patienten-Kollektiv. Da in

der vorliegenden Untersuchung ausschließlich Patienten mit dem Verdacht auf

eine hypophysäre Störung untersucht wurden, stellt sich die Frage, inwieweit

die hier ermittelten Daten auf Diabetes mellitus Patienten übertragbar sind, für

welche die CGM-Systeme entwickelt wurden. Darüber hinaus besteht auch die

Möglichkeit, dass die hier ermittelten lag-times nicht durch das CGM-System

bedingt sind, sondern einer speziellen pathologischen Situation im Rahmen

einer Hypophysenerkrankung.

Vergleicht man die Blutglucoseverläufe hinsichtlich des Ausgangswertes, des

Nadirs und der lag-times, so lässt sich zwischen den Patienten, bei denen sich

eine Dysfunktion der Corticotropen Achse bestätigt hat, und der Gruppe, bei

denen eine solche ausgeschlossen wurde, kein signifikanter Unterschied

feststellen.

Die Bedeutung der Corticotropen und der Somatotropen Achse im Rahmen

einer Hypoglykämie besteht darin, gegenregulatorische Mechanismen zu

iniitieren, die zu einem Anstieg der Blutglucosekonzentration führen (Mitrakou u.

a. 1991). Aufgrund einer Latenz in der Wirkung ist bei einer schnell

einsetzenden Hypoglykämie nicht mit einer Beeinflussung der Phase der

Hypoglykämie-Entstehung zu rechnen. Aus diesen Überlegungen heraus

erscheint es unwahrscheinlich, dass durch einen Hypopituitarismus der Nadir

und die lag-times beeinflusst wurden. Möglicherweise zeigt die Phase vom

Nadir der Hypoglykämie bis zum erneuten Erreichen einer Normoglykämie eine

Abhängigkeit von der Hypophysären Funktion. Um diese Fragestellung zu

beantworten, ist das Design der Studie jedoch weder geplant noch geeignet.

44

Relevanz der untersuchten Glucosekinetik in der klinischen Praxis

Eine i.v.-Injektion von Insulin wird in der klinischen Praxis allenfalls unter

intensivmedizinischen Bedingungen mit entsprechendem Monitoring

angewandt, dann aber als kontinuierliche Applikation und nicht wie im Falle der

Studie als Bolusgabe. Daher kann man die These vertreten, dass der

Studienaufbau eine Situation untersucht, die im praktischen Alltag eines

Diabetes Patienten nie auftritt und aus diesem Grund keine Relevanz in der

klinischen Anwendung besitzt.

In Untersuchungen, mit welcher Geschwindigkeit sich Hypoglykämien bei

Diabetes Patienten entwickeln, wurde eine maximale Geschwindigkeit bei

einsetzender Hypoglykämie von >2 mg/dl pro Minute ermittelt (Dunn u. a.

2004). Vergleicht man dies mit der Kinetik in dieser Studie (Abbildung 10) so

besteht kaum eine Differenz zwischen der Studiensituation und der Realität.

Somit kann man schlussfolgern, dass die in der Studie untersuchte Situation

zwar eine Extremsituation darstellt, diese jedoch sehr wohl auch ohne i.v.-

Injektion von Insulin im klinischen Alltag vorkommen kann.

Erkennung des Ausmaßes einer Hypoglykämie durch das CGM-System

Neben einer zeitlichen Komponente bei der Erkennung einer Hypoglykämie

stellt sich auch die Frage, ob ein CGM-Systems geeignet ist, die Hypoglykämie

in ihrem reellen Ausmaß zu erkennen oder ob diese unter- bzw. überschätzt

wird.

Aufgrund des Phänomens der lag-time kann man argumentieren, dass das

CGM-System die Hypoglykämie sehr wohl in ihrem vollem Ausmaß korrekt

erkennt, jedoch zu einem späteren Zeitpunkt (Caplin u. a. 2003).

Diese Hypothese kann mit dieser Studie nicht überprüft werden, da bei

Erreichen des Hypoglykämie-Zieles einer Blutglucose-Konzentration <40 mg/dl

unverzüglich eine Glucoselösung p. o. verabreicht wurde. In Folge dessen

steigt die Blutglucose-Konzentration wieder an und der Konzentrationsgradient

zwischen Interstitium und intravasalem Raum kehrt sich im Vergleich zur Phase

der entstehenden Hypoglykämie um.

45

Hätte man untersuchen wollen, ob das CGM-System den venösen

Blutglucose-Nadir korrekt erkennt, wäre es notwendig gewesen, die

Blutglucose-Konzentration der Patienten für einen Zeitraum von mindestens 20

min in einem schwer hypoglykämischen Bereich zu halten. Ein solches

Vorgehen erscheint aus Patientensicht und aus ethischen Überlegungen heraus

als nicht vertretbar.

Klinische Konsequenz der Studiendaten

Welche Auswirkungen hat die lag-time auf die klinische Anwendung des CGM

und welche potentiellen Gefahren entstehen dadurch für den Endanwender?

Die aktuellen nationalen Leitlinien zur Behandlung des Diabetes bei Kindern

und Jugendlichen empfehlen eine Interventionsgrenze zur Behandlung einer

Hypoglykämie von 65-70 mg/dl (Holterhus u. a. 2009). Diese Empfehlung stützt

sich auf einen internationalen Expertenkonsens (Clarke u. a. 2008).

Für eine Schwellenwert von 65 mg/dl muss man nach unserer Untersuchung

mindestens mit einer lag-time von 10 min zwischen der venösen

Blutglucosekonzentration und dem CGM-System rechnen. Unter stabilen

Blutglucosebedingungen stellt dies in der Praxis kein Problem dar, da die

Blutglucosekonzentration in diesen 10 min nicht so schnell absinkt, dass

Fremdhilfe zur Zuführung von Kohlenhydraten benötigt wird. Zur rechtzeitigen

Erkennung langsamer Blutglucoseschwankungen reicht diese lag-time daher

aus.

Betrachtet man jedoch das Szenario einer schnell einsetzenden

Hypoglykämie wie im Falle dieser Studie, so ergibt sich ein anderes Bild. Hier

kann der Blutglucose binnen 20 min von einer Ausgangs-Blutglucose von 80

mg/dl auf eine Blutglucosekonzentration von 40 mg/dl abfallen. Das CGM-

System würde entsprechend den Daten, die in Abbildung 11 dargestellt sind, zu

diesem Zeitpunkt eine Blutglucosekonzentration von im Mittel etwa 70 mg/dl

anzeigen. In einer solchen Situation bietet ein CGM insbesondere für Patienten,

die an einer Hypoglykämie-Wahrnehmungsstörung leiden (Evans u. a. 2000),

(Schultes u. a. 2007) und (de Galan u. a. 2006), keinen ausreichenden Schutz

vor einer schweren Hypoglykämie, die der Fremdhilfe bedarf. Da solche

46

schweren Hypoglykämien keine seltenen Ereignisse sind, hat dies eine große

Relevanz für die Anwendung von CGM-Systemen in der Praxis (Davis u. a.

1997).

Einsatz des CGM-Systems als retrospektives Analysewerkzeug

Neben der frühzeitigen Hypoglykämieerkennung und der Verhinderung von

Akutkomplikationen werden CGM-Systeme im klinischen Alltag als Blutglucose-

Recorder eingesetzt. Hiermit ist es möglich den Verlauf der Blutglucose-

Konzentration lückenlos über bis zu drei Tage aufzuzeichnen. Diese

zusätzlichen Informationen können dem behandelnden Arzt wichtige

Informationen liefern, um die diabetische Therapie zu optimieren (Boland u. a.

2001).

Die lag-time, die in dieser Studie für eine schnell einsetzende Hypoglykämie

quantifiziert wurde, existiert in ähnlicher Ausprägung auch für eine schnell

einsetzende Hyperglykämie (Weinzimer u. a. 2008). Somit ist davon

auszugehen, dass die Blutglucose-Konzentration, die das CGM-System

aufzeichnet, im Vergleich zur tatsächlichen venösen Blutglucose-Konzentration

nicht nur im hypoglykämischen Messbereich einen Zeitversatz aufweist.

Dieses muss bei der Analyse mitberücksichtigt werden, wenn man die

Interaktion zwischen bestimmten Ereignissen des täglichen Lebens, wie z.B.

körperlicher Betätigung oder der Essensaufnahme, und der Blutglucose-

Konzentration interpretiert.

Mit dieser Studie kann aus den oben genannten Gründen nicht beurteilt

werden, inwieweit das CGM-System den tatsächlichen Schweregrad einer

Hypoglykämie erkennt. Allerdings liegen Fallberichte über lang andauernde

nächtliche Hypoglykämien vor, die mit einem CGM-System aufgezeichnet

wurden und durch eine alternative Messmethode bestätigt wurden (Buckingham

u. a. 2008). Diese Daten lassen vermuten, dass die CGM-Systeme das Ausmaß

der Hypoglykämie korrekt wiedergeben. Jedoch fehlen experimentelle,

prospektive Daten aus einem humanen Modell, um diese Fragestellung sicher

zu beantworten.

47

Verwendung der CGM-Technik als Teil von closed-loop Systemen

Closed-loop-Systeme sollen es ermöglichen, vollkommen autonom die

Blutglucose-Konzentration zu steuern und somit die Funktion der beta-Zellen

des Pankreas zu ersetzen. Dabei besteht ein closed-loop-System aus

folgenden Komponenten:

1. Einer Messeinheit, die kontinuierlich die momentane Blutglucose-

Konzentration bestimmt. Zu diesem Zweck kann ein CGM-System, wie

es in dieser Studie untersucht wurde, zum Einsatz kommen.

2. Einer Steuereinheit, die ausgehend von der momentanen Blutglucose-

Konzentration, dem Trend der Blutglucose und evtl. weiteren

Parametern mithilfe eines Algorithmus die zu applizierende

Insulinmenge berechnet.

3. Einer Applikationseinheit, welche die von der Steuereinheit festgelegte

Intervention ausführt. Hierfür werden typischerweise Insulinpumpen

angewendet, die den Modellen entsprechen, die bereits als Benutzer-

gesteuerte Insulinpumpen zum Einsatz kommen.

In seiner Idealform wäre ein solches System vollkommen unabhängig von

Benutzerinteraktionen und könnte trotzdem die Blutglucose-Konzentration in

allen Situationen in einem normoglykämischen Bereich halten.

Bei langsamen Veränderungen der Blutglucose-Konzentration ist die

Bedeutung der lag-time nicht so groß. Denn trotz der lag-time bedingten

Verzögerung ist das Zeitfenster zur Einleitung von gegenregulatorischen

Maßnahmen lang genug, um ein Verlassen des normoglykämischen Bereichs

weitgehend zu verhindern.

Verändert sich die Blutglucose-Konzentration jedoch rasch, so ist der

normoglykämische Bereich bereits verlassen, bevor das CGM-System

überhaupt eine Veränderung anzeigt. Daher ist es mit der derzeitigen

Generation von CGM-Systemen nicht möglich, ein closed-loop System zu

bilden, das post-prandiale Hyperglykämien in ihrer Entstehung erkennt und

diese dann durch eine automatisierte Insulin-Injektion verhindert (Weinzimer u.

a. 2008).

48

In der Praxis bedeutet dies für die Patienten, dass sie prä-prandial durch

eigenständige Insulin-Injektion post-prandiale Hyperglykämien behandeln

müssen.

Perspektiven zur Weiterentwicklung der CGM-Systeme

Das optimale CGM-System misst die Blutglucose-Konzentration mit hoher

Genauigkeit und folgt Veränderungen ohne Zeitverzögerung. Darüber hinaus

sollte das System nicht-invasiv arbeiten und leicht anzuwenden sein, so dass

es von Patienten selbständig benutzt werden kann. Die aktuellen Systeme sind

teilweise noch weit davon entfernt, all diese Anforderungen zu erfüllen.

Ein Ansatz die CGM-Systeme zu verbessern, ist der Einsatz physikalischer

Messmethoden statt einer elektrochemischen Messtechnik. Ein Beispiel für ein

solches Gerät stellt PENDRA® (Pendragon Medical Ltd., Zürich, Schweiz) dar.

Dieses CGM-System basiert auf der Impedanz-Spektroskopie der

Hautoberfläche und arbeitet komplett nicht-invasiv. Allerdings ist die mit diesem

Gerät erreichte Messgenauigkeit ernüchternd und nicht geeignet, die an ein

CGM-System gestellten Anforderungen zu erfüllen (McGarraugh 2009).

Daneben gibt es Versuche Infrarot-Laserspektroskopie zur Messung der

Blutglucose-Konzentration einzusetzen. Allerdings messen auch diese Systeme

im Regelfall nicht direkt die intravasale Glucose-Konzentration, sondern

ermitteln diese durch die Messung der subkutanen Glucose-Konzentration

(Lambrecht u. a. 2006). Daher ist auch bei diesen Systemen selbst bei optimal

funktionierender Messtechnik von einer lag-time auszugehen. Diese Vermutung

hat sich zumindest in Tiermodellen auch bestätigt (Gough u. a. 2010).

Um das Problem der physiologischen lag-time des subkutanen Fettgewebes

zu umgehen, gibt es Versuch die Glucose-Konzentration im Kammerwasser des

Auges zu bestimmen. Diese Messung kann mit Hilfe optischer Verfahren nicht

invasiv erfolgen (Rawer u. a. 2004). Jedoch gibt es noch keine marktreifen

Systeme, die auf dieser Technik beruhen.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Sensor direkt intravasal, z.B. in

der V. cava superior, zu implantieren (Armour u. a. 1990). Somit umgeht man

Effekte des Kompartiments und kann direkt die aktuelle Blutglucose-

49

Konzentration bestimmen. In einer Pilotstudie konnte nachgewiesen werden,

dass ein closed-loop-System, das auf dieser Messtechnik beruht, auch im

Menschen funktionieren kann (Renard 2008). Jedoch begrenzen die potentiell

schwerwiegenden Komplikationen im Falle einer Thrombusbildung mit

nachfolgender Lungenembolie oder eines Abscherens des Messkatheters die

Anwendung solcher Systeme.

Ein weiterer denkbarer Ansatz, die Hypoglykämie Erkennung zu verbessern,

stellt die Kombination mehrerer Parameter dar. So wurde die autonome

Hypoglykämie-Symptomatik als empfindlichstes Warnsignal einer Hypoglykämie

ermittelt (Mitrakou u. a. 1991). Auch in dieser Untersuchung zeigt die autonome

Symptomatik einen deutlichen Anstieg in der EHS (Abbildung 8).

Das Auftreten dieser Symptome kann die Sensitivität des CGM-Systems bei

der Erkennung einer Hypoglykämie verbessern. Denn wahrscheinlich

interpretiert der Anwender eine Absenkung der angezeigten

Blutglucosekonzentration in einen niedrig normalen oder leicht

hypoglykämischen Bereich anders, wenn gleichzeitig hypoglykämische

Symptome vorliegen.

Desweiteren ist es denkbar, auch die neuroglucopenische Symptomatik für

die Hypoglykämie Erkennung zu nutzen. Beispielsweise ist zu vermuten, dass

man durch die Kombination aus Blutglucose-Messung, kontinuierlicher EKG-

und EEG-Ableitung eine weit höhere Spezifität und Sensitivität erzielt als durch

die einzelnen Verfahren allein (Juhl u. a. 2010) und (Christensen u. a. 2010).

Allerdings gibt es noch keine im Alltag praktikablen Lösungen, die diese

Parameter vereinen.

50

6 Zusammenfassung

In den letzten Jahren wurden Systeme entwickelt, die kontinuierlich die

subcutane Glucosekonzentration messen (CGM-Systeme) und damit, nach

Kalibrierung, die Blutglucosekonzentration messen können. Diese CGM-

Systeme bieten die Möglichkeit, nächtliche Hypoglykämien, die ansonsten

unentdeckt bleiben würden, aufzudecken. Darüber hinaus lassen sich diese

CGM-Systeme mit einer Insulinpumpe zu einem geschlossenen Regelkreis

kombinieren. Eine solche Kombination kann komplett autonom den Blutglucose

Stoffwechsel des Anwenders regulieren und somit potentiell die Sicherheit vor

Hypoglykämien bei gleichzeitiger Vermeidung hyperglykämer Episoden

erhöhen.

Aufgrund der subcutanen Lage des Messsensors haben wir die Hypothese

aufgestellt, dass insbesondere bei schnellen Veränderungen eine zeitliche

Latenz zwischen der Blutglucose und dem Glucosegehalt der interstitiellen

Flüssigkeit entsteht. Bisher ist dieses Phänomen in systematischen, klinischen

Untersuchungen kaum erforscht. Daher ist es das Ziel meiner Dissertation, das

Verhalten des CGM-Systems im Setting einer schnell einsetzenden, Insulin-

induzierten Hypoglykämie zu untersuchen.

Zu diesem Zweck haben wir in einer experimentellen, prospektiven,

klinischen Studie Patienten mit Verdacht auf eine HVL-Insuffizienz im Rahmen

der Hypophysendiagnostik einer Insulin-induzierten Hypoglykämie ausgesetzt.

Der Verlauf der Hypoglykämie wird mittels venöser, kapillärer und CGM-

Blutglucosemessung dokumentiert. Zusätzlich hierzu werden endokrine (ACTH,

Cortisol, STH, Adrenalin etc.) und psychometrische Parameter („Edinburgh

Hypoglycaemia Scale“) erfasst.

In die Analyse wurden 40 normoglykämische Patienten eingeschlossen. Im

Vergleich zur venösen Messung zeigen unsere Daten, dass das CGM-System

19,66 min mehr Zeit (sog. „lag-time“) benötigt, um einen Blutglucosewert von 60

mg/dl zu erkennen. Im direkten Vergleich hierzu liegt dieser Wert für den

Vergleich zwischen venöser Messung und kapillärer Messung bei 2,85 min. In

einer multiplen Regressionsanalyse konnten wir das Alter als Prädiktor für die

lag-time identifizieren (R²=0,22).

51

Zusammenfassend zeigt unsere Studie, dass die subkutane CGM-Messung

eine rasch einsetzende, Insulin-induzierte Hypoglykämie nur mit einer

Verzögerung erkennt. Die Ergebnisse dieser Untersuchung besitzen eine

Relevanz für die Weiterentwicklung von Algorithmen, wie sie in closed-loop

Systeme angewandt werden sollen.

52

7 Literaturverzeichnis

Abdelmalik P.A., Shannon P., Yiu A., Liang P., Adamchik Y., Weisspapir M., Samoilova M., McIntyre Burnham W. und Carlen P.L.: Hypoglycemic seizures during transient hypoglycemia exacerbate hippocampal dysfunction. Neurobiology of Disease. 2007, 26, Nr. 3 (Juni): 646-660.

Armour J.C., Lucisano J Y, McKean B.D. und Gough D A: Application of chronic intravascular blood glucose sensor in dogs. Diabetes. 1990, 39, Nr. 12 (Dezember): 1519-1526.

Åsvold B.O., Sand T., Hestad K. und Bjørgaas M.R.: Cognitive Function in Type 1 Diabetic Adults With Early Exposure to Severe Hypoglycemia. Diabetes Care. 2010, 33, Nr. 9: 1945 -1947.

Biller B.M.K., Samuels M.H., Zagar A., Silver D.M., Arafah B.M., Bonert V., Stavrou S., Kleinberg D.L., Chipman J.J. und Hartman M.L.: Sensitivity and specificity of six tests for the diagnosis of adult GH deficiency. The Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism. 2002, 87, Nr. 5 (Mai): 2067-79.

Boland E., Monsod T., Delucia M., Brandt C.A., Fernando S. und Tamborlane W.V.: Limitations of Conventional Methods of Self-Monitoring of Blood Glucose. Diabetes Care. 2001, 24, Nr. 11 (November): 1858-1862.

Bonds D.E., Miller M.E., Bergenstal R.M., Buse J.B., Byington R.P., Cutler J.A., Dudl R.J., u. a.: The association between symptomatic, severe hypoglycaemia and mortality in type 2 diabetes: retrospective epidemiological analysis of the ACCORD study. BMJ. 2010, 340, Nr. jan08_1 (8. Januar): b4909.

Boyne M.S., Silver D.M., Kaplan J. und Saudek C.D.: Timing of Changes in Interstitial and Venous Blood Glucose Measured With a Continuous Subcutaneous Glucose Sensor. Diabetes. 2003, 52, Nr. 11 (November): 2790-2794.

Breton M. und Kovatchev B.: Analysis, Modeling, and Simulation of the Accuracy of Continuous Glucose Sensors. Journal of Diabetes Science and Technology. 2008, 2, Nr. 5 (1. September): 853-862.

Buckingham B., Wilson D.M., Lecher T., Hanas R., Kaiserman K. und Cameron F.: Duration of Nocturnal Hypoglycemia Before Seizures. Diabetes Care. 2008, 31, Nr. 11 (November): 2110-2112.

Caplin N.J., O’Leary P., Bulsara M., Davis E.A. und Jones T.W.: Subcutaneous glucose sensor values closely parallel blood glucose during insulin-induced hypoglycaemia. Diabetic Medicine. 2003, 20, Nr. 3: 238-241.

Christensen T., Tarnow L., Randløv J., Kristensen L., Struijk J., Eldrup E. und Hejlesen O.: QT interval prolongation during spontaneous episodes of

53

hypoglycaemia in type 1 diabetes: the impact of heart rate correction. Diabetologia. 2010, 53, Nr. 9 (1. September): 2036-2041.

Clark L.C., Spokane R.B., Homan M.M., Sudan R. und Miller M.: Long-term stability of electroenzymatic glucose sensors implanted in mice. An update. ASAIO Transactions / American Society for Artificial Internal Organs. 1988, 34, Nr. 3 (September): 259-265.

Clarke W., Jones T., Rewers A., Dunger D. und Klingensmith G.J.: Assessment and management of hypoglycemia in children and adolescents with diabetes. Pediatric Diabetes. 2008, 9, Nr. 2: 165-174.

Cooke D., Hurel S.J., Casbard A., Steed L., Walker S., Meredith S., Nunn A.J., u. a.: Randomized controlled trial to assess the impact of continuous glucose monitoring on HbA1c in insulin-treated diabetes (MITRE Study). Diabetic Medicine. 2009, 26, Nr. 5: 540-547.

Cox D.J., Kovatchev B., Vandecar K., Gonder-Frederick L., Ritterband L. und Clarke W.: Hypoglycemia Preceding Fatal Car Collisions. Diabetes Care. 2006, 29, Nr. 2 (Februar): 467-468.

Cryer P.E.: Mechanisms of Hypoglycemia-Associated Autonomic Failure and Its Component Syndromes in Diabetes. Diabetes. 2005, 54, Nr. 12 (Dezember): 3592-3601.

Davis E.A., Keating B., Byrne G.C., Russell M. und Jones T.W.: Hypoglycemia: incidence and clinical predictors in a large population-based sample of children and adolescents with IDDM. Diabetes Care. 1997, 20, Nr. 1 (Januar): 22-25.

Deary I.J., Hepburn D.A., MacLeod K.M. und Frier B.M.: Partitioning the symptoms of hypoglycaemia using multi-sample confirmatory factor analysis. Diabetologia. 1993, 36, Nr. 8 (August): 771-777.

Desouza C.V., Bolli G.B. und Fonseca V.: Hypoglycemia, Diabetes, and Cardiovascular Events. Diabetes Care. 2010, 33, Nr. 6 (1. Juni): 1389 -1394.

Dunn T.C., Eastman R.C. und Tamada J.A.: Rates of Glucose Change Measured by Blood Glucose Meter and the GlucoWatch Biographer During Day, Night, and Around Mealtimes. Diabetes Care. 2004, 27, Nr. 9: 2161-2165.

Evans M.L., Pernet A., Lomas J., Jones J. und Amiel S.A.: Delay in onset of awareness of acute hypoglycemia and of restoration of cognitive performance during recovery. Diabetes Care. 2000, 23, Nr. 7 (Juli): 893-897.

de Galan B.E., Schouwenberg B.J.J.W., Tack C.J. und Smits P.: Pathophysiology and management of recurrent hypoglycaemia and hypoglycaemia unawareness in diabetes. The Netherlands Journal of Medicine. 2006, 64, Nr. 8 (September): 269-279.

54

Gerritsen M., Jansen J.A., Kros A., Vriezema D.M., Sommerdijk N.A.J.M., Nolte R.J.M., Lutterman J.A., Hövell S.W.F.M.V. und Gaag A.V. der: Influence of inflammatory cells and serum on the performance of implantable glucose sensors. Journal of Biomedical Materials Research. 2001, 54, Nr. 1: 69-75.

Gough David A., Kumosa L.S., Routh T.L., Lin J.T. und Lucisano Joseph Y.: Function of an Implanted Tissue Glucose Sensor for More than 1 Year in Animals. Science Translational Medicine. 2010, 2, Nr. 42 (28. Juli): 42ra53.

Haugstvedt A., Wentzel-Larsen T., Graue M., Sovik O. und Rokne B.: Fear of hypoglycaemia in mothers and fathers of children with Type 1 diabetes is associated with poor glycaemic control and parental emotional distress:a population-based study. Diabetic Medicine. 2010, 27: 72 - 78.

Hauner H.: Verbreitung des Diabetes mellitus in Deutschland. Dtsch med Wochenschr. 1998, 123, Nr. 24: 777,782.

Heller A. und Feldman B.: Electrochemical Glucose Sensors and Their Applications in Diabetes Management. Chemical Reviews. 2008, 108, Nr. 7 (1. Juli): 2482-2505.

Henninger N., Woderer S., Kloetzer H.-M., Staib A., Gillen R., Li L., Yu X., Gretz Norbert, Kraenzlin B. und Pill Johannes: Tissue response to subcutaneous implantation of glucose-oxidase-based glucose sensors in rats. Biosensors and Bioelectronics. 2007, 23, Nr. 1 (30. August): 26-34.

Hepburn D.A., Deary I.J. und Frier B.M.: Classification of symptoms of hypoglycaemia in insulin-treated diabetic patients using factor analysis: relationship to hypoglycaemia unawareness. Diabetic Medicine: A Journal of the British Diabetic Association. 1992, 9, Nr. 1 (Februar): 70-75.

Hirsch I.B., Abelseth J., Bode B.W., Fischer J.S., Kaufman F.R., Mastrototaro J., Parkin C.G., Wolpert H.A. und Buckingham B.A.: Sensor-Augmented Insulin Pump Therapy: Results of the First Randomized Treat-to-Target Study. Diabetes Technology & Therapeutics. 2008, 10, Nr. 5 (1. Oktober): 377-383.

Holterhus P.M., Beyer P., Bürger-Büsing J., Danne T., Etspüler J., Heidtmann B., Holl R., u. a.: Diagnostik, Therapie und Verlaufskontrolle des Diabetes mellitus im Kindes- und Jugendalter. Hg von. T. Haak und M. Kellerer2009, .

Honkasalo M., Elonheimo O. und Sane T.: Many Diabetic Patients With Recurrent Severe Hypoglycemias Hold a Valid Driving License. A Community-Based Study in Insulin-Treated Patients With Diabetes. Traffic Injury Prevention. 2010, 11, Nr. 3 (Juni): 258-262.

International Diabetes Federation: International Diabetes Federation. IDF Diabetes Atlas, 4th edn. Brussels, Belgium: International Diabetes

55

Federation, 20092010, . 14. November.

Janka H.-U. und Michaelis D.: [Epidemiology of diabetes mellitus: prevalence, incidence, pathogenesis, and prognosis]. Zeitschrift Für Ärztliche Fortbildung Und Qualitätssicherung. 2002, 96, Nr. 3 (März): 159-165.

Jansson P.A., Fowelin J., Smith U. und Lonnroth P.: Characterization by microdialysis of intracellular glucose level in subcutaneous tissue in humans. AJP - Endocrinology and Metabolism. 1988, 255, Nr. 2 (1. August): E218-220.

JDRF CGM Study Group: JDRF Randomized Clinical Trial to Assess the Efficacy of Real-Time Continuous Glucose Monitoring in the Management of Type 1 Diabetes: Research Design and Methods. Diabetes Technology & Therapeutics. 2010, 10, Nr. 4 (19. November): 310-321.

Juhl C.B., Højlund K., Elsborg R., Poulsen M.K., Selmar P.E., Holst J.J., Christiansen C. und Beck-Nielsen H.: Automated detection of hypoglycemia-induced EEG changes recorded by subcutaneous electrodes in subjects with type 1 diabetes—The brain as a biosensor. Diabetes research and clinical practice. 2010, 88, Nr. 1 (1. April): 22-28.

Kerr D., MacDonald I.A., Heller S.R. und Tattersall R.B.: Beta-adrenoceptor blockade and hypoglycaemia. A randomised, double-blind, placebo controlled comparison of metoprolol CR, atenolol and propranolol LA in normal subjects. British Journal of Clinical Pharmacology. 1990, 29, Nr. 6 (Juni): 685-693.

Klueh U., Kaur M., Qiao Y. und Kreutzer D.L.: Critical role of tissue mast cells in controlling long-term glucose sensor function in vivo. Biomaterials. 2010, 31, Nr. 16 (Juni): 4540-4551.

Kovatchev B.P., Shields D. und Breton M.: Graphical and numerical evaluation of continuous glucose sensing time lag. Diabetes Technology & Therapeutics. 2009, 11, Nr. 3 (März): 139-143.

Kyrolainen M., Rigsby P., Eddy S. und Vadgama P.: Bio-/haemocompatibility: implications and outcomes for sensors? Acta Anaesthesiologica Scandinavica. 1995, 39, Nr. s104: 55-60.

Lambrecht A., Beyer T., Hebestreit K., Mischler R. und Petrich W.: Continuous glucose monitoring by means of fiber-based, mid-infrared laser spectroscopy. Applied Spectroscopy. 2006, 60, Nr. 7 (Juli): 729-736.

Larsen J., Ford T., Lyden E., Colling C., Mack-Shipman L. und Lane J.: What is hypoglycemia in patients with well-controlled type 1 diabetes treated by subcutaneous insulin pump with use of the continuous glucose monitoring system? Endocrine Practice: Official Journal of the American College of Endocrinology and the American Association of Clinical Endocrinologists. 2004, 10, Nr. 4 (August): 324-329.

56

Mang A., Pill J., Gretz N., Kränzlin B., Buck H., Schoemaker M. und Petrich W.: Biocompatibility of an Electrochemical Sensor for Continuous Glucose Monitoring in Subcutaneous Tissue. Diabetes Technology & Therapeutics. 2005, 7, Nr. 1 (1. Februar): 163-173.

McAulay V., Deary I.J. und Frier B.M.: Symptoms of hypoglycaemia in people with diabetes. Diabetic Medicine: A Journal of the British Diabetic Association. 2001, 18, Nr. 9 (September): 690-705.

McGarraugh G.V.: The Chemistry of Commercial Continuous Glucose Monitors. Diabetes Technology & Therapeutics. 2009, 11, Nr. s1 (2. Juni): S-17-S-24.

McGarraugh G.V., Clarke William L. und Kovatchev B.P.: Comparison of the Clinical Information Provided by the FreeStyle Navigator Continuous Interstitial Glucose Monitor Versus Traditional Blood Glucose Readings. Diabetes Technology & Therapeutics. 2010, 12, Nr. 5 (1. Mai): 365-371.

Mitrakou A., Ryan C., Veneman T., Mokan M., Jenssen T., Kiss I., Durrant J., Cryer P. und Gerich J.: Hierarchy of glycemic thresholds for counterregulatory hormone secretion, symptoms, and cerebral dysfunction. AJP - Endocrinology and Metabolism. 1991, 260, Nr. 1 (1. Januar): E67-74.

Molitch M.E., Clemmons D.R., Malozowski S., Merriam G.R. und Vance M.L.: Evaluation and Treatment of Adult Growth Hormone Deficiency: An Endocrine Society Clinical Practice Guideline. Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism. 2011, 96, Nr. 6 (1. Juni): 1587 -1609.

Musen G., Jacobson A.M., Ryan C.M., Cleary P.A., Waberski B.H., Weinger K., Dahms W., u. a.: Impact of Diabetes and Its Treatment on Cognitive Function Among Adolescents Who Participated in the Diabetes Control and Complications Trial. Diabetes Care. 2008, 31, Nr. 10 (Oktober): 1933 -1938.

Neu A., Ehehalt S., Willasch A., Kehrer M., Hub R. und Ranke M.B.: Rising Incidence of Type 1 Diabetes in Germany. Diabetes Care. 2001, 24, Nr. 4 (1. April): 785 -786.

Pedersen-Bjergaard U., Pramming S. und Thorsteinsson B.: Recall of severe hypoglycaemia and self-estimated state of awareness in type 1 diabetes. Diabetes/Metabolism Research and Reviews. 2003, 19, Nr. 3: 232-240.

Puente E.C., Silverstein J., Bree A.J., Musikantow D.R., Wozniak D.F., Maloney S., Daphna-Iken D. und Fisher S.J.: Recurrent Moderate Hypoglycemia Ameliorates Brain Damage and Cognitive Dysfunction Induced by Severe Hypoglycemia. Diabetes. 2010, 59, Nr. 4 (1. April): 1055 -1062.

Rathmann W., Haastert B., Icks A., Löwel H., Meisinger C., Holle R. und Giani G.: High prevalence of undiagnosed diabetes mellitus in Southern Germany: Target populations for efficient screening. The KORA survey 2000. Diabetologia. 2003, 46, Nr. 2 (1. Februar): 182-189.

57

Rawer R., Stork W. und Kreiner C.F.: Non-invasive polarimetric measurement of glucose concentration in the anterior chamber of the eye. Graefe’s Archive for Clinical and Experimental Ophthalmology. 2004, 242, Nr. 12 (7. Dezember): 1017-1023-1023.

Rebrin K., Steil Garry M., van Antwerp W.P. und Mastrototaro J.J.: Subcutaneous glucose predicts plasma glucose independent of insulin: implications for continuous monitoring. AJP - Endocrinology and Metabolism. 1999, 277, Nr. 3 (1. September): E561-571.

Renard E.: Clinical experience with an implanted closed-loop insulin delivery system. Arquivos Brasileiros de Endocrinologia & Metabologia. 2008, 52: 349 -354.

Santiago J.V., Clemens A.H., Clarke W. L. und Kipnis D.M.: Closed-loop and open-loop devices for blood glucose control in normal and diabetic subjects. Diabetes. 1979, 28, Nr. 1 (Januar): 71-84.

Schultes B., Jauch-Chara K., Gais S., Hallschmid M., Reiprich E., Kern W., Oltmanns K.M., Peters A., Fehm H.L. und Born J.: Defective awakening response to nocturnal hypoglycemia in patients with type 1 diabetes mellitus. PLoS Medicine. 2007, 4, Nr. 2 (Februar): e69.

Steil G. M., Rebrin K., Hariri F., Jinagonda S., Tadros S., Darwin C. und Saad M.F.: Interstitial fluid glucose dynamics during insulin-induced hypoglycaemia. Diabetologia. 2005, 48, Nr. 9 (September): 1833-1840.

The Action to Control Cardiovascular Risk in Diabetes Study Group: Effects of Intensive Glucose Lowering in Type 2 Diabetes. N Engl J Med. 2008, 358, Nr. 24 (12. Juni): 2545-2559.

The Diabetes Control and Complications Trial Research Group: Epidemiology of severe hypoglycemia in the diabetes control and complications trial. The American Journal of Medicine. 1991, 90, Nr. 4 (April): 450-459.

---: The Effect of Intensive Treatment of Diabetes on the Development and Progression of Long-Term Complications in Insulin-Dependent Diabetes Mellitus. N Engl J Med. 1993, 329, Nr. 14 (30. September): 977-986.

The Diabetes Research in Children Network (DirecNet) Study Group: A Randomized Multicenter Trial Comparing the GlucoWatch Biographer With Standard Glucose Monitoring in Children With Type 1 Diabetes. Diabetes Care. 2005a, 28, Nr. 5 (Mai): 1101-1106.

---: Eight-Point Glucose Testing Versus the Continuous Glucose Monitoring System in Evaluation of Glycemic Control in Type 1 Diabetes. Journal of Clinical Endocrinology Metabolism. 2005b, 90, Nr. 6 (1. Juni): 3387-3391.

The Juvenile Diabetes Research Foundation Continuous Glucose Monitoring Study Group: Continuous Glucose Monitoring and Intensive Treatment of Type 1 Diabetes. N Engl J Med. 2008, 359, Nr. 14 (2. Oktober): 1464-1476.

58

Towler D.A., Havlin C.E., Craft S. und Cryer P.: Mechanism of awareness of hypoglycemia. Perception of neurogenic (predominantly cholinergic) rather than neuroglycopenic symptoms. Diabetes. 1993, 42, Nr. 12 (Dezember): 1791-1798.

Updike S.J. und Hicks G.P.: The enzyme electrode. Nature. 1967, 214, Nr. 5092 (3. Juni): 986-988.

van der Valk P.R., van der Schatte Olivier-Steding I., Wientjes K.-J.C., Schoonen A.J. und Hoogenberg K.: Alternative-Site Blood Glucose Measurement at the Abdomen. Diabetes Care. 2002, 25, Nr. 11 (November): 2114-2115.

Virtanen K.A., Lonnroth P., Parkkola R., Peltoniemi P., Asola M., Viljanen T., Tolvanen T., u. a.: Glucose Uptake and Perfusion in Subcutaneous and Visceral Adipose Tissue during Insulin Stimulation in Nonobese and Obese Humans. Journal of Clinical Endocrinology Metabolism. 2002, 87, Nr. 8 (1. August): 3902-3910.

Wang Y., Percival M.W., Dassau E., Zisser H.C., Jovanovic L. und Doyle F.J.: A novel adaptive basal therapy based on the value and rate of change of blood glucose. Journal of Diabetes Science and Technology. 2009, 3, Nr. 5: 1099-1108.

Weinzimer S.A., Steil Garry M., Swan K.L., Dziura J., Kurtz N. und Tamborlane W.V.: Fully Automated Closed-Loop Insulin Delivery Versus Semiautomated Hybrid Control in Pediatric Patients With Type 1 Diabetes Using an Artificial Pancreas. Diabetes Care. 2008, 31, Nr. 5 (Mai): 934-939.

Wolpert H.A.: The Nuts and Bolts of Achieving End Points With Real-Time Continuous Glucose Monitoring. Diabetes Care. 2008, 31, Nr. Supplement 2 (Februar): S146-S149.

Zisser H.C., Bailey T.S., Schwartz S., Ratner R.E. und Wise J.: Accuracy of the SEVEN continuous glucose monitoring system: comparison with frequently sampled venous glucose measurements. Journal of Diabetes Science and Technology. 2009, 3, Nr. 5: 1146-1154.

Zoungas S., Patel A., Chalmers J., de Galan B.E., Li Q., Billot L., Woodward M., u. a.: Severe Hypoglycemia and Risks of Vascular Events and Death. New England Journal of Medicine. 2010, 363, Nr. 15 (7. Oktober): 1410-1418.

59

8 Danksagung

Herzlicher Dank für die Unterstützung und die Betreuung bei der Anfertigung

dieser Dissertation gebührt folgenden Personen:

Prof. Dr.med. Wolfram Karges

Prof. Dr.med Beate Karges

Katrin Göller

Dr.med. Christine Streetz-van der Werf

dem Personal der Poliklinik der Medizinischen Kliniken

Kerstin Paus

60

9 Erklärung § 5 Abs. 1 zur Datenaufbewahrung

Hiermit erkläre ich, dass die dieser Dissertation zu Grunde liegenden

Originaldaten in der Medizinischen Klinik III, Sektion Endokrinologie und

Diabetologie des Universitätsklinikums Aachen hinterlegt sind.

61

10 Lebenslauf

Personalia

Name: Peter Carl Hemmer

Adresse: Lousbergstr. 32, 52072 Aachen

Geburtsdatum: 7. April 1986

Geburtsort: Zweibrücken, Deutschland

Eltern: Herr Dr.med. Karl-August Hemmer und Frau Anita Hemmer

Geschwister: Frau Tabea Hemmer und Herr Thilo Jacob Hemmer

Schulischer Werdegang

07/1992 bis 06/1996: Grundschule in Hermersberg

07/1996 bis 03/2005: Immanuel-Kant-Gymnasium in Pirmasens

03/2005: Abitur

Studium

WS 2005/2006 bis WS 2011/2012: Medizinstudium an der RWTH Aachen

08/2010 bis 07/2011: Praktisches Jahr am Medizinischen Zentrum

StädteRegion Aachen mit Wahlfach Anästhesie

Zweiter Abschnitt der Ärztlichen Prüfung abgeschlossen am 9.11.2011

Approbation als Arzt am 23.11.2011

Berufliche Laufbahn

Seit 02/2012 Assistenzarzt in der Klinik für Innere Medizin Betriebsteil

Bardenberg am Medizinischen Zentrum StädteRegion Aachen