Neue Geräte könnten die Art und Weise verändern, wie wir den Blutdruck messen

Die neuartigen Hilfsmittel, die in Mobiltelefone oder Accessoires wie Ringe, Armbänder oder Uhren integriert sind, sollen die Behandlung von Bluthochdruck erleichtern. Bevor sie jedoch in die Klinik kommen, müssen sie noch mehrere Tests bestehen.

Von Matías A. Loewy 18.10.2023

Wenn wir durch einen Blick auf unsere Uhr oder unser Mobiltelefon in Echtzeit unsere Herzfrequenz, die Anzahl unserer Schritte, die von uns verbrannten Kalorien und die Anzahl der Stunden Schlaf, die wir in der Nacht zuvor bekommen haben, erfahren können, warum können wir dann nicht auch unseren Blutdruck erfahren?

Der Blutdruck ist die Kraft, die das Blut auf die Arterienwände ausübt. Er wird durch zwei Werte definiert: den systolischen oder maximalen Druck, der den Schub des Blutes beschreibt, das durch die Kontraktion des Herzens durch den Körper gepumpt wird, und den diastolischen oder minimalen Druck, der auftritt, wenn sich das Herz entspannt. Die American Heart Association betrachtet den Blutdruck als normal , wenn er 120 mmHg systolisch und 80 mmHg diastolisch nicht überschreitet – was als 120/80 mmHg dargestellt wird.

Liegen die Werte unter 90/60 mmHg, spricht man von Hypotonie. Bei Sportlern kann diese asymptomatisch und ohne Risiko verlaufen. Unter anderen Umständen verursacht sie jedoch Symptome wie Schwindel, Übelkeit, Blässe, verschwommenes Sehen, Verwirrtheit und Ohnmacht, da das Gehirn nicht ausreichend mit Blut versorgt wird. Sehr niedriger Blutdruck kann lebensbedrohlich sein, da er einen Schockzustand verursacht, bei dem Organe aufgrund mangelnder Durchblutung geschädigt werden. Dies kommt häufiger bei älteren Menschen vor und kann durch plötzliche Lagewechsel, Dehydration, Infektionen, Blutungen, bestimmte Medikamente und Krankheiten wie Parkinson und Diabetes ausgelöst werden.

Über 140/90 mmHg spricht man von Bluthochdruck. Forscher haben berechnet, dass sich bei Menschen im Alter zwischen 40 und 69 Jahren das Risiko einer koronaren Herzkrankheit und eines Schlaganfalls mit jedem Anstieg des systolischen Blutdrucks um 20 mmHg und des diastolischen Blutdrucks um 10 mmHg verdoppelt . Weltweit leiden etwa 1,28 Milliarden Menschen zwischen 30 und 78 Jahren an Bluthochdruck. Die meisten von ihnen leben in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen . Mehr als die Hälfte von ihnen wird laut einer 2021 in The Lancet veröffentlichten Studie nicht behandelt . Und dies, obwohl Bluthochdruck durch eine Blutdruckmessung – zu Hause oder in einer Gesundheitseinrichtung – leicht festgestellt und häufig mit kostengünstigen Medikamenten wirksam behandelt werden kann.

Eine neue Generation von Blutdruckmessgeräten soll die Diagnose und Kontrolle von Bluthochdruck erleichtern. Im Gegensatz zu herkömmlichen Geräten kommen sie ohne Armmanschette aus und liefern Blutdruckwerte auf Abruf, wenn der Anwender seinen Finger auf einen Sensor drückt, oder kontinuierlich, wenn sie von einer Uhr, einem Ring oder einem Armband gemessen werden.

„Regelmäßige Blutdruckmessungen bei allen Erwachsenen würden das Bewusstsein für Bluthochdruck schärfen. Für Menschen mit Bluthochdruck könnte dies die Kontrolle verbessern“, sagt Ramakrishna Mukkamala, Bioelektroingenieurin an der Universität Pittsburgh, die im Annual Review of Biomedical Engineering 2022 eine Studie zur Blutdruckmessung mit manschettenlosen Geräten mitverfasst hat . „Wenn Patienten beispielsweise weiterhin feststellen, dass ihr Blutdruck hoch ist, nehmen sie ihre Medikamente möglicherweise endlich regelmäßig ein.“

Die Manschette hinter sich lassen

Die Blutdruckmessung hat eine fast drei Jahrhunderte lange Geschichte (siehe Seitenleiste). Sie führte zu dem Verfahren, das wir alle kennen und das unser Hausarzt bei Kontrolluntersuchungen durchführt: Eine Manschette wird um unseren Arm gelegt und kontrolliert aufgepumpt und dann wieder entleert, um unseren maximalen und minimalen Blutdruck zu bestimmen.

Die Verwendung von Blutdruckmessgeräten mit aufblasbaren Manschetten hat jedoch einige Nachteile. So müssen Betroffene, sofern sie kein Heimmessgerät besitzen – und eine Umfrage unter Erwachsenen im Alter von 50 bis 80 Jahren in den USA ergab, dass nur 55 Prozent der befragten Bluthochdruckpatienten eines besaßen –, in eine Apotheke, eine Arztpraxis oder ein Gesundheitszentrum gehen, um ihren Blutdruck zu erfahren.

Ein weiteres Hindernis ist das wiederholte Aufpumpen und Entleeren der Manschette, das störend ist und beispielsweise bei einem Krankenhausaufenthalt, bei dem der Blutdruck häufig überwacht werden muss, zu Problemen führen kann. Ein dritter Nachteil ist, dass Manschetten keine kontinuierliche Blutdruckmessung ermöglichen, sondern nur zu einem bestimmten Zeitpunkt Messwerte liefern.

Die neuen manschettenlosen Geräte versprechen ein umfassenderes Bild der physiologischen Veränderungen des Blutdrucks, die sich mit punktuellen Messungen nicht erfassen lassen, und liefern stattdessen ein wahrheitsgetreueres Blutdruckprofil, sagt Alberto P. Avolio, Biomedizintechniker an der Macquarie University im australischen Sydney und Mitautor des Artikels im Annual Review of Biomedical Engineering.

Die verschiedenen manschettenlosen Messgeräte basieren auf Methoden, die den Blutdruck nicht direkt messen, sondern Sensoren verwenden, um verschiedene indirekte Signale zu erfassen. Diese Signale werden mit verschiedenen Algorithmen oder mathematischen Verfahren verarbeitet, um die Blutdruckwerte zu ermitteln. Es ist vergleichbar damit, Fieber durch die Messung von Herzklopfen und Schweißausbrüchen statt durch ein Thermometer zu ermitteln oder das Ergebnis eines Fußballspiels von außerhalb des Stadions anhand der Schreie der Zuschauer vorherzusagen.

Eine der Detektionsmethoden nutzt optische Sensoren. Die Technik basiert auf dem Prinzip der Photoplethysmografie (PPG): Dabei wird ein Hautsegment beleuchtet und die Differenz zwischen dem vom Instrument emittierten und dem von einem Photorezeptor erfassten Licht analysiert. Diese Differenz hängt vom Durchmesser der Arterie, dem Blutvolumen und der Hämoglobinkonzentration (dem sauerstofftransportierenden Protein) an der Messstelle ab. Während der systolischen Phase, wenn das Herz Blut pumpt, ist die Differenz zwischen emittiertem und reflektiertem Licht am größten, da mehr Blut fließt und somit mehr Hämoglobin und andere lichtabsorbierende Proteine ​​vorhanden sind; während der diastolischen oder Entspannungsphase ist sie am geringsten. Der Algorithmus setzt diese Messwerte mit dem Blutdruck in Beziehung.

Diese Methode wird auch von der Apple Watch und anderen Geräten zur Messung der Herzfrequenz verwendet, ebenso wie von den während der Covid-19- Pandemie populär gewordenen Pulsoximetern zur Erfassung der Blutsättigung bzw. Sauerstoffsättigung. Auch das Armband des Schweizer Unternehmens Aktiia , das derzeit nur in Europa erhältlich ist, verwendet diese Methode. Es zeichnet den Blutdruck 24 Stunden lang automatisch auf, auch im Schlaf. Alle zwei Stunden wird der Durchschnitt der Ergebnisse berechnet und über eine App auf dem Smartphone angezeigt.

Darüber hinaus gibt es elektrische Sensoren, modifizierte Versionen des Elektrokardiogramms, das die elektrische Aktivität des Herzens misst; mechanische Sensoren, die in der Ballistokardiographie und Seismokardiographie verwendet werden und auf der Hautoberfläche angebracht werden, um kleine Druckschwankungen zu erfassen; und Bioimpedanzsensoren, ähnlich den Instrumenten, die die Körperzusammensetzung analysieren, indem sie den Widerstand des Körpers gegen den Fluss elektrischen Stroms messen.

Kalibriert und unkalibriert

Diese neuen manschettenlosen Blutdruckmessgeräte lassen sich grob in zwei Kategorien einteilen: Geräte, die eine Kalibrierung erfordern (regelmäßiger Vergleich der Messwerte mit denen eines manuellen oder digitalen Blutdruckmessgeräts) und Geräte, bei denen dies nicht erforderlich ist.

Beide Geräte erfassen Signale des Körpers auf nichtinvasive Weise, beispielsweise an der Fingerspitze, am Ohr oder am Handgelenk. Der geschätzte Blutdruck wird dann angezeigt oder an nahegelegene Geräte wie Smartphones oder Tablets übertragen.

Eine der Messmethoden, die eine Kalibrierung erfordern, ist die Pulstransitzeit (PTT). Sie gibt die Zeit in Millisekunden an, die der Puls benötigt, um zwischen zwei arteriellen Punkten zu gelangen: Je steifer eine Arterie ist, desto höher ist der arterielle Druck (da der Puls schneller wandert) und desto niedriger ist die PTT. Diese Methode verfügt bislang über die meisten wissenschaftlichen Belege .

Eine andere Methode basiert auf der Analyse von Form und Amplitude der Pulswelle. Diese Druckwelle beschreibt die Ausbreitung des vom Herzen durch die Arterien gepumpten Blutes. Ihre Eigenschaften hängen teilweise von der Steifheit der Arterienwände ab. Bei Menschen mit Bluthochdruck ist die Amplitude der Pulswelle größer, da das Herz mehr Kraft aufwenden muss, um den Widerstand der Arterien zu überwinden.

In jüngerer Zeit sind weitere Geräte auf den Markt gekommen, die mit einer Kamera aufgenommene Bilder – beispielsweise Selfies – verwenden, um Veränderungen der PTT oder subtile, für das Auge nicht wahrnehmbare Veränderungen der Gesichtsfarbe zu erkennen, die mit jedem Herzschlag einhergehen. Auf diese Weise können der Blutfluss unter der Haut und die Form der Pulswellen rekonstruiert werden.

Unkalibrierte manschettenlose Blutdruckmessmethoden machen den Abgleich der Gerätewerte mit denen eines klassischen oder digitalen Blutdruckmessgeräts überflüssig. Sie nutzen ausschließlich maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz, um aus den von den Sensoren erfassten Signalen die Blutdruckwerte der Person zu ermitteln.

So wie ein Wasserstrahl je nach Höhe oder Öffnung eines Wasserhahns mehr oder weniger Kraft auf die Wände eines Schlauchs ausüben kann, lassen sich Schwankungen des Blutvolumens messen, wenn man einen Ring trägt und den Arm senkt, da der Blutdruck im Finger aufgrund der Schwerkraft steigt, da er stärker durchblutet wird. Alternativ kann ein Ring auch Messungen der Schwankungen des Blutvolumens durchführen, indem er regelmäßig leichten Druck auf den Finger ausübt. Auch ein Sensor in einem Smartphone kann diese Analyse durchführen, wenn er gemäß den Anweisungen des Geräts gedrückt wird.

Bei anderen Methoden für nicht kalibrierte Geräte werden Ultraschallwellen verwendet , um Variablen wie Arterienmaße und Blutflussgeschwindigkeit zu visualisieren, die ebenfalls mit dem Blutdruck in Zusammenhang stehen.

Der Weg zur klinischen Anwendung

Die Entwicklung dieser Geräte zur Blutdruckmessung ohne Blutdruckmanschette schreitet rasant voran, doch das bedeutet nicht, dass sie für den Einsatz in der Medizin bereit sind. „Leider hinkt das Tempo der Evidenz, Regulierung und Validierungstests hinter dem Tempo der Innovation und des Direktmarketings zurück“, schreiben Stephen P. Juraschek, Prüfarzt am Beth Israel Deaconess Medical Center in Boston, und Kollegen in einer im September in Current Cardiology Reports veröffentlichten Übersicht .

Zur Bewertung der Genauigkeit manschettenloser Geräte, wie sie von der US-amerikanischen Food and Drug Administration gefordert werden, gibt es derzeit kein standardisiertes Validierungsprotokoll, obwohl einige dieser Entwicklungen in den USA bereits eine Marktzulassung erhalten haben. Die Europäische Gesellschaft für Hypertonie hat ihrerseits Richtlinien herausgegeben, in denen betont wird, dass manschettenlose Geräte vorerst nicht für Diagnose- und Behandlungsentscheidungen verwendet werden sollten. „Der potenzielle klinische Nutzen der manschettenlosen Blutdruckmessung ist enorm. Allerdings sind die Vorbehalte ebenso groß“, sagt James Sharman, Experte für Blutdruckmessverfahren und Sportphysiologe an der University of Tasmania in Australien.

Bevor eine breitere Nutzung befürwortet werden kann, müsse geprüft werden, ob manschettenlose Geräte genaue Messungen liefern und ob sie dem aktuellen Standard der Blutdruckmessung klinisch überlegen sind. Zudem müsse ermittelt werden, wie sie sich in die gängige medizinische Praxis integrieren ließen, fügt Sharman hinzu. Da jedes Gerät zudem über einen eigenen Algorithmus und eine eigene Methode zur Druckmessung verfügt, müsse jedes Gerät seine Leistungsfähigkeit separat unter Beweis stellen. $[$PB_DROPZONE,id:knowable-newsletter-article-promo$]$

Diese Arbeiten sind bereits im Gange. Laut der Datenbank ClinicalTrials.gov wurden im Oktober 2023 Teilnehmer für mehr als zehn Studien zur Evaluierung manschettenloser Blutdruckmessgeräte rekrutiert.

Mehrere Studien wurden bereits abgeschlossen. In der Schweiz untersuchte ein Team den Einsatz solcher Geräte zur ambulanten Blutdrucküberwachung (ABDM). Diese misst den Blutdruck kontinuierlich über 24 Stunden und ermöglicht so einen besseren Indikator für die kardiovaskuläre Gesundheit als nicht-kontinuierliche Messungen.

An der Studie nahmen 67 Patienten teil, die eine herkömmliche ABPM mit einem Manschettengerät durchführten und zusätzlich einen uhrenähnlichen optischen Sensor am Oberarm oder Handgelenk gegenüber dem Arm mit der Manschette trugen. Zwar gab es Unterschiede zwischen den Messwerten der beiden Geräte, doch waren diese gering und lagen innerhalb der vom internationalen Standard empfohlenen Grenzen . „Diese Ergebnisse sind ermutigend und deuten darauf hin, dass eine 24-stündige ABPM ohne Manschette bald klinisch möglich sein könnte“, stellten die Autoren in ihren Schlussfolgerungen fest. Darüber hinaus gaben die Studienteilnehmer an, dass der optische Sensor angenehmer sei und bevorzugten ihn mit überwältigender Mehrheit der Alternative mit Manschette.

In Südkorea wurde kürzlich eine Beobachtungsstudie mit 760 Personen durchgeführt, die einen Monat lang eine dort zugelassene Samsung Galaxy Watch zur Blutdruckmessung nutzten. Das Gerät muss einmal im Monat kalibriert werden. Interessanterweise verließen sich 75 Prozent der Teilnehmer jedoch nicht auf die empfohlene monatliche Kalibrierung, sondern führten häufigere Kalibrierungen durch. Dadurch konnten die Forscher feststellen, dass eine schlechte Kalibrierung die Messwerte des Geräts beeinträchtigen kann und dass Kalibrierungsprozesse standardisiert werden müssen, um die ordnungsgemäße Funktion des Geräts zu gewährleisten.

Erfreulicherweise stellte die Studie jedoch auch fest, dass „die Blutdruckmessung per Smartwatch für die Blutdrucküberwachung außerhalb der Praxis in der realen Welt praktikabel ist“ – da die Teilnehmer ihren Blutdruck im Durchschnitt 1,5 Mal pro Tag maßen.

Wird der Tag kommen, an dem wir unseren Blutdruck genau ablesen können, indem wir einfach auf unsere Smartwatch oder unser Handy schauen? „Vielleicht irgendwann, aber nicht in naher Zukunft“, sagt Avolio. Weitere Studien seien nötig, sagt er, bevor manschettenlose Geräte zuverlässige quantitative Informationen liefern können, um physiologische Veränderungen mit akzeptabler Genauigkeit zu verfolgen.

Artikel übersetzt von Debbie Ponchner

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Matías A. Loewy ist Wissenschaftsjournalist und lebt in Buenos Aires, Argentinien. Er studierte Pharmazie an der Universität von Buenos Aires und sein Blutdruck war bei seiner letzten Messung normal.