Forschende der Universitätsmedizin Essen entwickeln gemeinsam mit dem Universitätsklinikum Düsseldorf innovatives Verfahren zur Früherkennung von Gefäßerkrankungen

Gefäßerkrankungen entwickeln sich häufig über viele Jahre, bevor erste Beschwerden auftreten. Forschende der Medizinischen Fakultät der Universität Duisburg-Essen und des Universitätsklinikums Düsseldorf haben nun eine neue, nicht-invasive Screeningmethode entwickelt, die Gefäßschäden bereits in einem sehr frühen Stadium sichtbar machen könnte.

Das Verfahren kombiniert ein CO₂-angereichertes Wasserbad mit einer Nahinfrarotspektroskopie (NIRS). Dadurch lässt sich messen, wie schnell sich Blutgefäße erweitern. Die Ergebnisse wurden in der renommierten Fachzeitschrift Cardiovascular Research veröffentlicht.

Wie funktioniert die neue Methode?

Für die Untersuchung wird der Unterarm einige Minuten in ein angenehm temperiertes Wasserbad gelegt. Nachdem zunächst ein Ausgangswert gemessen wurde, wird das Wasser mit Kohlendioxid (CO₂) angereichert.

Über eine kleine NIRS-Sonde auf der Haut wird anschließend gemessen, wie sich der Sauerstoffgehalt des Blutes verändert. Daraus lässt sich erkennen, wie schnell die Blutgefäße auf den Reiz reagieren.

Gesunde Blutgefäße erweitern sich innerhalb kurzer Zeit. Sind die Gefäße bereits geschädigt, verläuft diese Reaktion deutlich langsamer.

Frühe Warnzeichen erkennen – noch bevor Beschwerden entstehen

Die neue Methode könnte insbesondere Menschen mit einem erhöhten Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen zugutekommen. Dazu gehören beispielsweise Personen mit:

• Bluthochdruck
• Diabetes mellitus
• erhöhten Cholesterinwerten
• Raucheranamnese
• koronarer Herzkrankheit (KHK)
• peripherer arterieller Verschlusskrankheit (pAVK)

In der Studie zeigte sich, dass bereits frühe Veränderungen der Gefäßfunktion zuverlässig erkannt werden konnten – noch bevor klassische Untersuchungsverfahren Auffälligkeiten nachweisen oder Beschwerden auftreten.

“Die Geschwindigkeit, mit der die Gefäße auf CO₂ reagieren, ist ein direkter Spiegel der Gesundheit des Gefäßsystems. Ein verzögertes Ansprechen ist ein frühes Warnsignal – und zwar bevor Beschwerden auftreten und bevor klassische Verfahren Abweichungen zeigen“, erklärt Prof. Dr. Hideo Baba, Stellvertretender Direktor des Instituts für Pathologie der Universitätsmedizin Essen.

Ein Verfahren mit besonderem Potenzial

Bislang gilt die sogenannte Flow-Mediated Dilation (FMD) als Goldstandard zur nicht-invasiven Untersuchung der Gefäßfunktion. Sie beurteilt allerdings ausschließlich die Funktion der inneren Gefäßwand (Endothel).

Die neue NIRS-CO₂-Methode geht einen Schritt weiter: Sie kann zusätzlich die Funktion der glatten Gefäßmuskulatur erfassen. Damit ist sie nach Angaben der Forschenden derzeit das erste nicht-invasive Verfahren, das beide Bestandteile der Gefäßfunktion gleichzeitig untersucht.

Gerade bei Erkrankungen wie Diabetes, Autoimmunerkrankungen, Bluthochdruck oder Herzinsuffizienz könnte dies künftig eine präzisere Früherkennung ermöglichen.

Warum wirkt Kohlendioxid auf Blutgefäße?

Die Forschenden konnten erstmals zeigen, dass CO₂ die Gefäße über drei unterschiedliche Mechanismen erweitert:

• Es regt die Freisetzung von Stickstoffmonoxid (NO) an, das die Gefäßmuskulatur entspannt.
• Es aktiviert bestimmte Kaliumkanäle in der Gefäßwand und unterstützt dadurch die Gefäßerweiterung.
• Es wirkt zusätzlich direkt auf die glatte Gefäßmuskulatur und verbessert deren Entspannung.

Damit liefert die Studie auch eine wissenschaftliche Erklärung dafür, warum CO₂ bereits seit vielen Jahrzehnten beispielsweise in medizinischen Bädern oder bei Durchblutungsstörungen eingesetzt wird.

Nächster Schritt: Entwicklung eines Diagnosegeräts

Derzeit arbeiten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler daran, den bisherigen Laboraufbau in ein kompaktes und anwenderfreundliches Diagnosegerät zu überführen. Parallel soll eine größere klinische Studie die Aussagekraft des Verfahrens weiter überprüfen.

Sollten sich die bisherigen Ergebnisse bestätigen, könnte die neue Screeningmethode künftig dabei helfen, Gefäßerkrankungen deutlich früher zu erkennen und damit Herz-Kreislauf-Erkrankungen gezielter vorzubeugen.