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Medizinprodukte im Wandel 5 Medizinprodukte und ihre Entwicklung

Redakteur: Kristin Breunig

Früher war nicht immer alles besser. Wo damals noch zimmergroße Apparaturen zur EKG-Messung oder Laborversuche mit Krallenfröschen für den Schwangerschaftsbeweis notwendig waren, benötigen Medizinprodukte heute teilweise nicht einmal mehr eine Fachkraft zur Bedienung. Hier sind fünf Produkte, deren Miniaturisierung lange Zeit undenkbar war – und die damit zeigen, welche Möglichkeiten die Zukunft noch bereithält.

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Von der Manschette mit Pumpe zur automatisierten Blutdruckmessung am Handgelenk. Medizinprodukte und ihre Entwicklung.
Von der Manschette mit Pumpe zur automatisierten Blutdruckmessung am Handgelenk. Medizinprodukte und ihre Entwicklung.
(Bilder: Pixabay, Aktiia)

An den alltäglichen Umgang mit Medizinprodukten haben sich die meisten Menschen gewöhnt. Die Corona-Krise hat jedoch gezeigt, dass eine ständige Verfügbarkeit modernster Produkte nicht selbstverständlich ist. Meistens sind sogar Jahre oder Jahrhunderte der Forschung und Entwicklung nötig, um ein alltagstaugliches Gerät zu entwickeln. Die folgenden fünf Produkte haben eine erstaunliche Entwicklung hinter sich.

Herzaktivität: vom raumfüllenden EKG zur Smartwatch

Da beim EKG die elektrischen Aktivitäten des Herzmuskels gemessen werden, war für Entwickler eine gute Leitfähigkeit von oberster Bedeutung. Bei dem ersten EKG, entwickelt 1903 von Willem Einthoven, mussten die Patienten ihre Arme und Beine in Behälter mit einer Salzwasserlösung tauchen. Die Flüssigkeit leitete den Strom zu einem Bedientisch und konnte dort abgelesen werden. 1924 erhielt Einthoven für seine Entdeckung den Nobelpreis. Sein System war für den alltäglichen Gebrauch jedoch völlig ungeeignet. Es handelte sich um nahezu zimmergroße Maschinen, die zusammen mit ihren Hilfsaggregaten einige Hundert Kilogramm wogen und mehrere Assistenten zur Bedienung und Auswertung benötigten. Um beispielsweise bettlägerige Patienten zu untersuchen, mussten bis zu zwei Kilometer lange elektrische Leitungen von Einthovens Labor ins Krankenzimmer verlegt werden.

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Die rasante Entwicklung in der Elektrotechnik führte zu stetigen Verbesserungen. Zuerst vielen die Salzwasserbehälter weg, dann wurden die Analyse- und Bediengeräte immer kleiner und praktischer. So konnte auch ein EKG-Gerät für den mobilen Einsatz z. B. in Rettungswägen entwickelt werden.

Die vorerst letzte Entwicklungsstufe ist der implantierbare Herzmonitor. Das Gerät hat die Größe eines USB-Sticks und wird bei lokaler Betäubung unter die Haut geschoben. Dort kann es die Herzaktivitäten bis zu drei Jahre 24 Stunden am Tag überwachen.

Inzwischen hat das EKG sogar den rein medizinischen Bereich verlassen und wird von Fitnesssportlern als Smartwatch am Handgelenk getragen. Aus dem tischgroßen Gerät mit speziellen Wasserkanistern ist so ein Alltagsgegenstand geworden, mit dem Jogger und Kraftsportler ihr Training optimieren.

Blutdruckmessung: früher tödlich, heute ohne Einschränkung möglich

1713 wurde die erste Blutdruckmessung an einem Pferd vorgenommen. Dabei musste die Vene mit einem senkrechten Glasrohr verbunden werden, in dem das Blut anstieg. Anhand der Höhe konnte dann der Blutdruck berechnet werden. Allerdings diente das Verfahren rein wissenschaftlichen Zwecken, die Tiere überlebten die Untersuchung nicht. Eine Anwendung am Menschen war daher nicht möglich.

Ab Mitte des 19. Jahrhunderts wurden erstmals unblutige Verfahren entwickelt, zunächst allerdings ohne genaue Werte: Die Ausschläge des Pulses am Handgelenk wurden mechanisch an einen Stift übertragen und auf Papier aufgezeichnet. Der endgültige Durchbruch in der Blutdruckmessung kam dann mit der aufblasbaren Manschette, die von Scipione Riva-Rocci, einem italienischen Arzt, entwickelt wurde. Diese Methode ist inzwischen Standard.

Doch auch die Blutdruckmanschette ist nicht frei von Problemen und Anwendungsschwierigkeiten. So führt der „Weißkitteleffekt“ dazu, dass bei Patienten in Anwesenheit eines Arztes der Blutdruck steigt, was jedoch nur an der ungewohnten Untersuchungssituation liegt. Auch eine Erfassung des Blutdrucks über einen längeren Zeitraum hinweg ist schwierig, da die Messungen von den Patienten eigenständig vorgenommen werden müssen. Um die letzten Probleme zu beseitigen, hat das Schweizer Start-up Aktiia nun ein Armband entwickelt, das rund um die Uhr den Blutdruck misst.

Blutzucker: von Radio-Größe zum implantierten Sensor

Im antiken Griechenland war Diabetes bereits bekannt und wurde umfassend beschrieben. Erhöhte Zuckerwerte ermittelte man durch eine Geschmacks- oder Geruchsprobe des Urins. Die Methode fand noch bis Ende des 19. Jahrhunderts Anwendung. Das die Zuckerausscheidung durch einen hohen Blutzuckerspiegel verursacht wurde, war jedoch nicht bekannt. Dieser Zusammenhang wurde erst 1900 entdeckt. Nun konnte durch die chemische Analyse einer Blutprobe der Blutzuckerspiegel bestimmt werden. Benötigt wurden 250 Milliliter Blut, ein entsprechendes Labor und einige Zeit. Daher konnten die Messungen nur in größeren Intervallen durchgeführt werden, was die richtige Insulin-Dosierung stark erschwerte. Als Ende der 1960er-Jahre dann die ersten kompakten Messgeräte entwickelt wurden, konnten Ärzte immerhin die Messung selbst durchführen. Die Kosten lagen jedoch bei ca. 1.500 Mark pro Gerät. Zudem hatten sie die Größe eines Radios – für den Alltag also weniger zu gebrauchen.

Eine regelrechte Revolution war die Erfindung von handlichen Messgeräten zum Selbsttest. Inzwischen werden die altbekannten Geräte mit Pieks in die Fingerspitze und Teststreifen durch eine neuen Generation abgelöst: Sensoren im Unterhautfettgewebe messen fortlaufend den Blutzucker und übertragen die Werte direkt auf das Smartphone. Eine neue Funktion ist dabei besonders wichtig: Bei einer gefährlichen Veränderung der Blutzuckerwerte gibt das Gerät automatische einen Alarm an die Träger.

Schwangerschaft: vom Verfahren mit Krallenfröschen zum Test aus der Drogerie

Die ersten Schwangerschaftstests wurden in der Antike entwickelt. Den Frauen wurde dabei eine Mischung aus Bier und Datteln verabreicht. Übergab sich die Frau, galt sie als schwanger. Auch der Zwiebel-Test, der bis in das 18. Jahrhundert angewandt wurde, war nicht zuverlässiger. Dabei steckte sich die Frau abends eine Zwiebel in die Vagina. War am nächsten morgen kein Mundgeruch feststellbar, ging man davon aus, dass ein Kind im Mutterleib die Dünste absorbiert hatte.

Im Gegensatz dazu funktioniert eine Methode aus dem alten Ägypten überraschend gut: das Getreidepinkeln. Bei Verdacht auf Schwangerschaft urinierte die Frau auf ein Weizen- oder Gerstenkorn. Bei schwangeren Frauen keimte das Getreide auf. Das Schwangerschaftshormon im Urin sorgt dafür, dass Weizen deutlich häufiger keimt als bei Nicht-Schwangeren.

Auf dem Schwangerschaftshormon basierte auch der Froschtest, der bis in die 1960er angewandt wurde. Dafür wurde einem afrikanischen Krallenfrosch Urin oder Blutserum injiziert. Laichte der Frosch, war die Frau schwanger.

Als Ende der 1970er-Jahre die ersten Selbsttests auf den Markt kamen, war es Frauen erstmals möglich, selbständig ohne Arzt eine Schwangerschaft festzustellen. Kritiker befürchteten damals eine Selbstmordwelle unverheirateter, schwangerer Frauen und zweifelten grundsätzlich daran, dass Frauen zu einer eigenständigen Durchführung des Tests in der Lage wären. Die Markteinführung zog sich daher über zehn Jahre hin, sodass der erste Test 1980 in den Handel kam. Inzwischen ist der Schwangerschaftstest so selbstverständlich, dass neun von zehn Frauen durch ihn von ihrer Schwangerschaft erfahren.

Infektionen: vom aufwändigen Labortest zum Schnelltest für Laien

Für die Bekämpfung von Infektionskrankheiten ist eine schnelle Identifikation von Infizierten wichtig. Besonders tückisch an der Krankheit Aids war die schwierige Diagnose: Bei den ersten aufgetretenen Fällen konnten Ärzte nur die offensichtlichen Symptome behandeln, ohne zu wissen, dass ein Virus das gesamte Immunsystem der Patienten schwächte. Die Diagnose konnte daher erst gestellt werden, wenn sich die Patienten mit eindeutigen Folgeerkrankungen Jahre nach der Infektion medizinische Hilfe suchten. Als Forscher 1983 den Erreger identifizieren konnten, bedeutete das zunächst einen gewaltigen Fortschritt. Die Medizin hatte es nicht mehr mit einem mysteriösen Erreger zu tun, sondern konnte frühzeitig eine Infektion feststellen. Ab 1987 wurden dann auch die ersten Medikamente zugelassen, die den Verlauf der Erkrankung zumindest verzögern konnten.

Der HIV-Test ermöglichte Betroffenen Klarheit. Allerdings betrug das „diagnostische Fenster“ zwölf Wochen. Eine Infektion blieb also bis zu drei Monaten unentdeckt. Dank neuester Entwicklungen in der Diagnosetechnik konnten jedoch bedeutende Fortschritte erzielt werden. Seit 2015 ist eine Infektion dank verbesserter Auswertungsverfahren bereits nach sechs Wochen nachweisbar. Ein PCR-Test, der das Virus selbst und nicht die Antikörper nachweist, kann schon nach zwei Wochen eine Infektion bestätigen.

Neben diesen aufwändigen Labortests ist seit 2018 auch ein HIV-Selbsttest in Deutschland verfügbar. Statt einer Laboruntersuchung erhalten Betroffene mit einem handelsüblichen Testkit aus der Apotheke oder Drogerie ein Ergebnis nach wenigen Minuten.

Eine ähnliche Entwicklung nahm der Nachweis von Sars-CoV-2. Der Nachweis einer Corona-Infektion stellte lange ein Nadelöhr in der Pandemiebekämpfung dar. Bei dem klassischen PCR-Test, der auch heute noch als Goldstandard gilt, wird dazu ein Rachenabstrich auf bestimmte Gensequenzen hin analysiert, die auf Bestandteile des Virus oder Virusreste hinweisen. Das Verfahren erfordert jedoch ein spezielles Labor und einige Zeit, woraus sich zwei Probleme ergeben: Potenziell Infizierte erhalten das Testergebnis erst nach einigen Tagen. Zudem reichte die Kapazität der Labore gerade auf dem Höhepunkt der Pandemie nicht aus, um alle Verdachtsfälle zu untersuchen.

Mit der Markteinführung der Schnelltests ist dies vorbei. Da dieser Test auf ein bestimmtes Eiweiß aus der Virus-Hülle reagiert, liegt ein Ergebnis bereits nach 15 Minuten vor. Aufgrund der Versorgung durch Supermärkte, Drogerien oder offizielle Teststellen lässt sich jederzeit überprüfen, ob eine akute Infektion vorliegt. Die Zuverlässigkeit ist zwar nicht so hoch wie bei einem professionell durchgeführten Antigen- oder PCR-Test, bedeutet für viele Getestete jedoch eine gewisse Sicherheit.

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