Photoakustisches Messgerät soll individuell angepasstes Monitoring der Narkosetiefe ermöglichen

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In der Medizin können individuelle Faktoren wie Körpergewicht und
Vorerkrankungen die Wirkungsweise von Medikamenten beeinflussen. Im OP-
Saal gilt das in besonderem Maße für die Narkose. Denn wenn beispielsweise
das Anästhetikum Propofol falsch dosiert wird, kann es zum ungewollten
Aufwachen des Patienten während einer Operation kommen.

In Deutschland
tritt die intraoperative Awareness hochgerechnet jährlich bei bis zu
16.000 Fällen auf (Bischoff & Rundshagen, 2011). Forschende des
Fraunhofer-Instituts für Bauphysik IBP entwickeln nun gemeinsam mit der
LMU München einen Propofol-Detektor, der ein kontinuierliches Echtzeit-
Monitoring erstmals im klinischen Routinebetrieb ermöglichen soll.

Erstmals Echtzeit-Monitoring des Narkosemittels am Narkosearbeitsplatz

Propofol gehört zu den meistgenutzten Narkotika in der Anästhesie: Es
wirkt schnell, beugt postoperativer Übelkeit vor und ist kein
Treibhausgas. Komplikationen zeigen sich aber oft bei der Dosierung von
Propofol, denn das therapeutische Fenster, der Bereich zwischen Unter- und
Überdosierung, ist schmal. Ein geeignetes Verfahren zur kontinuierlichen
Überwachung des Propofol-Spiegels fehlt bislang. Genau hier setzt der
Propofol-Detektor an: »Während die Narkosetiefe heute überwiegend indirekt
überwacht wird, verfolgen wir einen anderen Ansatz: Wir messen das
Narkosemittel direkt in der Ausatemluft. Möglich wird das durch ein
neuartiges photoakustisches Verfahren, das auf den Akustik- und
Sensorikkompetenzen des Fraunhofer IBP basiert. Damit schaffen wir die
Grundlage für ein präziseres und patientenindividuelles
Narkosemonitoring«, sagt Kevin Haas, Patentmanager am Fraunhofer IBP.
Weitere Vorteile des Messgeräts sind, dass die Messwerte nicht durch die
Verabreichung von Schmerzmitteln und Muskelrelaxanzien beeinflusst werden,
und dass es für den Einsatz bei Langzeitsedierung auf der Intensivstation
perspektivisch geeignet erscheint.

Die Grenzen von EEG-Monitoring

Aktuell wird die Narkosetiefe vorwiegend indirekt mittels EEG-Monitoring
erfasst bei der lediglich die elektrische Aktivität im Gehirn gemessen
wird. Die daraus abgeleiteten Indices können jedoch von Schmerzmitteln und
Muskelrelaxanzien beeinflusst werden. Bei den 2025 von der LMU und dem IBP
veröffentlichten Untersuchungen musste bei acht von zehn PatientInnen die
Propofol-Dosis insgesamt 13-mal angepasst werden, obwohl das EEG häufig
eine ausreichende Sedierung anzeigte.

Relevanz der richtigen Dosierung

Die Folgen einer Fehldosierung von Propofol können gravierend sein: Eine
Überdosierung birgt das Risiko von Blutdruckabfall, Atemstörungen und
Herzstillstand. Wird die Dosis hingegen zu niedrig gewählt, droht ein
ungewolltes Erwachen während eines Eingriffs.
Das Risiko ist nicht bei allen Patienten gleich verteilt, denn bei Kindern
und Hochrisikopatienten, z.B. Schwerstverletzten, liegt die erfasste
Awareness-Inzidenz deutlich höher (Pilge & Schneider, 2013). Darüber
hinaus sind Frauen häufiger betroffen als Männer. Ein erhöhtes Risiko
besteht zudem bei Notfalloperationen, Kaiserschnitten und
herzchirurgischen Eingriffen.

Grenzen bisheriger Messverfahren

Bislang wurden verschiedene Atemluft-Monitoring-Verfahren zur Bestimmung
von Propofol untersucht, die jedoch bislang keine breite Anwendung im
klinischen Alltag gefunden haben.
Während Massenspektrometrie zwar als der Goldstandard gilt und Propofol-
Konzentrationen ab unter 1 ppb erfassen kann, ist sie aufgrund ihrer
Gerätegröße, hoher Kosten und des aufwändigen Wartungsbedarfs für den
klinischen Alltag ungeeignet. Ein bisheriger Ansatz für die Propofol-
Messung in der Ausatemluft mittels Ionenmobilitäts-Spektrometrie (MCC-IMS)
erwies sich als ungeeignet, da Feuchtigkeit in der Atemluft der Patienten
die Messung stark beeinträchtigt (Teucke et al., 2022). Der
photoakustische Prototyp wurde gezielt für den Einsatz im klinischen
Umfeld entwickelt und in einer klinischen Studie an der LMU München
getestet. Er misst geringe Propofol-Konzentrationen, ist kompakt,
kostengünstig und benötigt kaum Wartungsarbeiten.

Nächste Schritte auf dem Weg in die Praxis

Derzeit entstehen drei weitere, optimierte Prototypen am Fraunhofer IBP,
mit denen die Methode und das System weiter validiert werden soll. Zudem
entwickelt das Institut ein mobiles Kalibrierungsgerät, womit der
zukünftige Hersteller das Gerät kalibrieren kann.
Ein internationaler Markteintritt des Propofol-Detektors ist bis 2030
geplant.

Quellen:

Awareness Under General Anesthesia (10.01.2011)

Anästhesiol Intensivmed Notfallmed Schmerzther 2013; 48(1): 48-56
DOI: 10.1055/s-0032-1333079

J Clin Monit Comput. 2022 Sep 21;37(2):493–500. doi:
10.1007/s10877-022-00907-0