EIS Paper Dr. Maarek – Karin Löprich

Deutsch
Med Devices (Auckl). 2012; 5: 23-30.
Published online 2012 Mar 5. doi: 10.2147/MDER.S29319
PMCID: PMC3500973
PMID: 23166454
Elektrisches interstitielles Scan-System: Bewertung von 10 Jahren Forschung und Entwicklung
Albert Maarek
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Zusammenfassung

Hintergrund

Zehn Jahre Forschung und Entwicklung haben es ermöglicht, zu verstehen, wie der elektro-interstitielle Scan (EIS) funktioniert und welche klinischen Anwendungen möglich sind.

Materialien und Methoden

Der EIS ist ein Gerät zur Messung der galvanischen Hautreaktion. Die Messungen werden durch elektrische Stimulation der postsympathischen cholinergen Fasern mit schwachem Gleichstrom und einer Spannung von 1,28 V durchgeführt, die 2 Minuten lang im bipolaren Modus angelegt werden.
Aktuelle wissenschaftliche Erkenntnisse
Die elektrischen EIS-Messungen beziehen sich auf: (1) der Konzentration freier Chloridionen in der Zwischenzellflüssigkeit, die die Übertragung des elektrischen Stroms und das Verhältnis Intensität/Spannung beeinflusst; (2) der Morphologie der Zwischenzellflüssigkeit, die mit der aus der Cole-Gleichung (α-Parameter) berechneten elektrischen Dispersion zusammenhängt; (3) die elektrische Stimulation, die eine Veränderung der Schweißrate an den passiven Elektroden bewirkt – die elektrische Stimulation der postsympathischen cholinergen Fasern scheint für die Aktivierung von M2-Rezeptoren verantwortlich zu sein, die die Stickoxid (NO)-Produktion in der Endothelzelle regulieren und eine Vasodilatation und eine freigesetzte Schweißreaktion verursachen; und (4) die elektrochemischen Redoxreaktionen (Elektrolyse) des freigesetzten Schweißes auf den Elektroden, die auf der Masse der Metallelektroden (O2 + [4H+] + [4e-]) und auf den Ag/AgCl-Einmalelektroden (AgCl-Niederschlag) unterschiedlich sind.

Ergebnisse

Für jedes der klinischen EIS-Ergebnisse wurden verschiedene Erklärungen vorgeschlagen, wie zum Beispiel: (1) elektrische Stimulierung der postsympathischen cholinergen Fasern, die die NO-Produktion in der Endothelzelle aktivieren, was zu einer Vasodilatation und einer Schweißausschüttung führt (Erkennung von Diabetes); (2) Schätzung des Säure-Basen-Gleichgewichts der interstitiellen Flüssigkeit, die sich in einer elektrochemischen Reaktion auf der Masse der Elektroden durch den ausgeschütteten Schweiß widerspiegelt (Erkennung von Prostatakrebs); (3) Schätzung der Chloridionen in der Zwischenzellflüssigkeit des Gehirns (Erkennung von ADHS bei Kindern); und (4) Schätzung der Morphologie der Zwischenzellflüssigkeit (Reaktion auf die Behandlung mit selektiven Serotonin-Wiederaufnahmehemmern).

Schlussfolgerung

Nach 10 Jahren Entwicklungszeit hat die Analyse der aktuellen wissenschaftlichen Erkenntnisse und der Ergebnisse klinischer Untersuchungen ein besseres Verständnis der elektrischen EIS-Messungen ermöglicht.
Schlüsselwörter: EIS, elektrointerstitieller Scan, elektrochemische Redoxreaktionen, postsympathische cholinerge elektrische Stimulation, ADHS, SSRI-Behandlungsreaktionen, Prostatakrebs, Diabetes

Einführung

Die galvanische Hautreaktion (GRS) ist eine Methode zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit der Haut in Verbindung mit den Reaktionen der Schweißdrüsen.1 Die Schweißdrüsen werden durch das postsympathische cholinerge System gesteuert. Daher wurde die Hautleitfähigkeit als Indikator für psychologische oder physiologische Erregung verwendet. Das erste Gerät, das zur Messung des elektrischen Leitwerts zwischen zwei Elektroden verwendet wurde, war im Wesentlichen eine Art Ohmmeter.
Die wissenschaftliche Untersuchung des GSR begann in den frühen 1900er Jahren. Reich untersuchte das GSR 1935 am Psychologischen Institut der Universität Oslo und bestätigte die Existenz einer bioelektrischen Ladung, die hinter seinem Konzept des vegetativen Luststroms steht.2 Das GSR wurde in den 1960er und 1970er Jahren für eine Vielzahl von Forschungsarbeiten verwendet, wobei seine Verwendung zurückging, da es in vielen Bereichen der psychologischen Forschung durch ausgefeiltere Techniken (wie EEG und MRT) ersetzt wurde.
Das EIS ist wie das GSR klassifiziert, aber im Gegensatz zum Ohmmeter wurde es auf einer wissenschaftlichen Grundlage entwickelt, die die Elektrochemie, die Bioimpedanz und die Physiologie der Schweißdrüsen umfasst. Außerdem können die EIS-Daten zur Signalverarbeitung, Analyse und Nachverfolgung an einen Computer gesendet werden.
Zehn Jahre Entwicklung und klinische Untersuchungen haben zu einem Verständnis der Funktionsweise des EIS und seiner möglichen klinischen Anwendungen geführt. In diesem Beitrag stellen wir die Ergebnisse dieser Arbeit vor, einschließlich der Interpretation von Leitwertmessungen und einer Diskussion der klinischen Untersuchungen.

Materialien und Methoden

Das EIS-System (Electro Interstitial Scan, LD Technology, Miami, FL) umfasst ein USB-Plug-and-Play“-Hardwaregerät, eine Schnittstellenbox sowie sechs taktile Elektroden und Kabel. Die sechs Elektroden werden auf der Haut platziert, zwei auf der Stirn (eine links, eine rechts), zwei in Kontakt mit den Handflächen und zwei in Kontakt mit den Fußsohlen. Die Elektroden an den Händen und Füßen sind mindestens 250 cm2 groß und bestehen aus rostfreiem Stahl. Die Stirnelektroden sind Einwegelektroden (zum einmaligen Gebrauch), 15,75 cm2 groß und aus Ag/AgCl gefertigt. Die Software ist auf dem Computer installiert, und der USB-Anschluss sorgt für die Datenübertragung und die Stromversorgung der Hardware.
Kontraindikationen

Dermatologische Läsionen in Kontakt mit den Elektroden
Übermäßiges Schwitzen (Hyperhidrosis)
Patienten, die einen Herzschrittmacher tragen, an ein elektronisches Lebenserhaltungssystem oder ein implantiertes elektronisches Gerät angeschlossen sind, oder Patienten mit Defibrillatoren
Patienten, die nicht sitzen können
Metallstifte oder Prothesen an den Extremitäten oder Gelenken
Schwangere
Das Fehlen einer oder mehrerer Gliedmaßen.
Beschreibung des Testverfahrens

Das Gerät und das Zubehör werden gereinigt/desinfiziert und anschließend an der Luft getrocknet. Dies muss vor jedem Patienten durchgeführt werden.
Der Untersuchungsraum sollte bequem, frei von tragbaren elektrischen Heizgeräten und nicht zugig sein.
Die Messung wird in sitzender Position des Patienten durchgeführt.
Der Patient ist barfuß und legt alle Metallgegenstände (Armbanduhr, Armbänder, Ringe usw.) ab, die mit den Elektroden in Berührung kommen könnten.
Alle Cremes, Make-up oder Grundierungen auf der Stirn werden mit Alkohol abgewischt und der Bereich anschließend an der Luft getrocknet.
Die Füße und Hände werden mit Alkohol gereinigt und dann an der Luft getrocknet.
Der Patient muss sich anmelden und Angaben zu Geburtsdatum, Gewicht und Größe machen.
Ablauf der Messung
Ein automatischer Test vor der Messung zeigt an, dass Hardware und Software korrekt funktionieren und dass die Verbindung zum Patienten akzeptabel ist. Sobald die EIS beginnt, wird eine Abfolge von aufeinanderfolgenden Messungen an elf Bahnen des Körpers mit schwachem Gleichstrom (200 μA) und einer vorgegebenen Spannung von 1,28 V zwischen den sechs taktilen Elektroden durchgeführt (Tabelle 1). Die Software ändert die Polarität für jede Bahn, zunächst von Anode zu Kathode und dann von Kathode zu Anode. Der Leitwert jedes Pfads wird alle 32 Millisekunden für 1 Sekunde für jede Polarität gemessen.
Tabelle 1
Abfolge der Messungen der 11 Pfade
Bahnen

Anode Richtung Kathode

Linke Stirn ↔ 2. Linke Hand
Rechte Stirn ↔ 4. Rechte Hand
Linke Hand ↔ 6. Linker Fuß
Rechte Hand ↔ 8. Rechter Fuß
Linke Stirn ↔ 10. Rechte Stirn
Linke Hand ↔ 12. Rechte Hand
Linker Fuß ↔ 14. Rechter Fuß
Rechte Hand ↔ 16. Linke Stirn
Linke Hand ↔ 18. Rechte Stirn
Rechter Fuß ↔ 20. Linke Hand
Linker Fuß ↔ 22. Rechte Hand
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Beschreibung des Messvorgangs
Der Gleichstromkreis ist in Abbildung 1 dargestellt (Schritte der Stromübertragung von der aktiven zur passiven Elektrode).

Abbildung 1
Schritte der Stromübertragung von der Anode zur Kathode und dann von der Kathode zur Anode für jeden Pfad.
Schritte 1 und 2: Eintritt des Stroms von der aktiven Elektrode
Da eine Spannung von weniger als 10 V das Stratum corneum nicht durchdringen kann, ist der einzige Weg für den Strom in den Körper der über die ekkrinen Schweißkanäle. Dieser Weg entspricht dem physiologischen Weg der interstitiellen Flüssigkeit, also der Quelle des ekkrinen Schweißes.4
Schritt 3: Weg in den menschlichen Körper zwischen den beiden Elektroden

Nach der Fricke’schen Schaltung wirkt die Plasmamembran als Isolator und ein Gleichstrom kann nicht in die Zelle eindringen, so dass der größte Teil des Stroms um die Zelle herum durch die interstitielle Flüssigkeit fließt.5,6

In der Zwischenzellflüssigkeit können freie Ionen bei Vorhandensein eines äußeren elektrischen Feldes einen Strom leiten. Wir können biologisches Gewebe sowohl elektrisch als auch makroskopisch als einen Ionenleiter betrachten. Die gesamte Ionenleitfähigkeit einer Lösung hängt von der Konzentration, Aktivität, Ladung und Mobilität aller freien Ionen in der Lösung ab.5,6

Die Ionenkonzentration ist proportional zum Verhältnis Intensität/Spannung, so dass mit zunehmender Ionenkonzentration mehr Intensität und weniger Spannung zu beobachten sind.5,6

Elektrische Dispersion: Die Zellmembran hat die Fähigkeit, kapazitive Energie zu speichern (d. h. sie hat dielektrische oder isolierende Eigenschaften). Die Zellmembran ist die zelluläre Struktur, die den größten Beitrag zum dielektrischen Verhalten von lebendem Gewebe leistet. Lebendes Gewebe wird als dispersives Medium betrachtet.7-9
1940 stellte Cole den ersten mathematischen Ausdruck vor, der die experimentell gefundenen „gedrückten Halbkreise“ beschreiben kann. Dieser ist als Cole-Gleichung bekannt.7-9
Z=R∞+ΔR1+(jωτ)α, ΔR=R0-R∞
wobei Z der Impedanzwert bei der Frequenz ω, j die komplexe Zahl (-1)1/2, R∞ die Impedanz bei unendlicher Frequenz, R0 die Impedanz bei der Frequenz Null, τ die charakteristische Zeitkonstante und α ein dimensionsloser Parameter mit einem Wert zwischen 0 und 1 ist. Der α-Wert kann auch als ein Parameter betrachtet werden, der die Ableitung vom Fricke-Morse-Modell bezeichnet. Das heißt, die Cole-Gleichung mit α = 1 ist gleich dem Fricke-Morse-Modell.10
Bei lebendem Gewebe entwickelt sich die spektrale Breite der elektrischen Bioimpedanzdispersionen (die eng mit dem Parameter α in der Cole-Gleichung zusammenhängt) während der ischämischen Perioden. Simulationen deuten darauf hin, dass die Breite der Dispersion durch die Morphologie der extrazellulären Räume bestimmt werden könnte.11
Schritte 4, 5 und 6: Prozess des Stromaustritts an der passiven Elektrode
Die elektrische Stimulation führt zu einer freigesetzten Schweißreaktion.12 Mechanischer Scherstress verursacht eine Phosphorylierungskaskade, die Phosphatgruppen von Proteinen und Kinasen entfernt und die endotheliale NO-Synthase aktiviert. NO wird produziert, was die Freisetzung von zyklischem Guanosinmonophosphat und eine Veränderung der Kaliumpermeabilität begünstigt. Die Entspannung der glatten Muskulatur und die Vasodilatation der Gefäße ermöglichen einen Austausch zwischen den Gefäßen und den Schweißdrüsen, wodurch die Schweißproduktion gefördert wird.12,13
Die Freisetzung von Acetylcholin (Ach) wird vom Hypothalamus reguliert und wirkt im Falle der Schweißreaktion als Reaktion auf einen Anstieg der Blut- und/oder Hauttemperatur. 13 Die durch Scherbelastung ausgelöste mechanische Reaktion ist nicht von einem Temperaturanstieg abhängig, und bei der GSR-Methode scheint die elektrische Stimulation als mechanischer Scherbelastungsauslöser zu wirken.13
Schritt 7: Elektrochemische Reaktionen an der Masse der passiven Elektrode (Elektrolyse)
Analyse des Gleichstroms an der Kathode und der Anode in der elektrolytischen Lösung Na+Cl- unter Verwendung von Metallelektroden: Das elektrochemische Fenster wird sowohl durch die Reduktion als auch durch die Oxidation von Wasser gemäß den folgenden Reaktionen definiert.14
An der Kathode
Na+-Ionen werden an der Kathode nicht entladen, da Natrium nicht sehr elektropositiv ist, was bedeutet, dass es viel Energie und eine große negative Spannung an der Kathode erfordert, um Na+-Ionen Elektronen aufzuprägen. Bei einer niedrigeren Spannung wird der gelöste Sauerstoff reduziert und die Wassermoleküle werden zersetzt. Beide Prozesse sind mit ungeladenen Spezies verbunden, die durch Diffusion und nicht durch Migration zu den Elektronenübertragungsstellen transportiert werden.
Bei angepasster Spannung (>1 V) findet eine Sauerstoffreduktion statt. Na+-Ionen sind für die Leitfähigkeit der Lösung erforderlich.
Die elektrochemische Reaktion des Wassers (Reduktion) an der Kathode ist 2H2O + (2e-) = (H2) + (2OH-).
An der Anode
Der Strom an der Anode entsteht durch die Entladung von Cl–Ionen. Chlorid ist stark elektropositiv, und es ist weniger Energie erforderlich, um den Chloridionen Elektronen zu entziehen als den Wassermolekülen. Die elektrochemische Reaktion (Oxidation) des Wassers an der Anode ist 2H2O = (O2) + (4H+) + (4e-).
In der Zwischenzellflüssigkeit stellen Na+ 96 % der positiven freien Ionen und Cl- und HCO3- Ionen 96 % der negativen freien Ionen dar.14
Die Zwischenzellflüssigkeit kann als elektrolytische Lösung von Na+ und Cl- betrachtet werden, da HCO3- und Na+-Ionen nicht entladen werden können und nur wenig zum Gleichstromtransfer beitragen.3 Das oben beschriebene elektrochemische Modell in vitro kann nur für die Cl–Ionen an der Anode angewendet werden.14
Analyse des Gleichstroms an der Anode in elektrolytischer Lösung Na+Cl- mit Ag/AgCl
Mit der coulometrischen Chlorid-Titrator-Methode von Cotlove wird die Gesamtchloridkonzentration gemessen.15 Bei dieser Methode werden durch den Durchgang eines konstanten Gleichstroms zwischen Ag/AgCl-Elektroden Silberionen erzeugt. Die freien Silberionen an der Anode reagieren mit dem Chlorid und bilden Silberchlorid wie folgt:
Ag → Ag+ Ag+ + (Cl-) → AgCl
Nachdem sich das gesamte Chlorid mit Ag+ verbunden hat, sammeln sich die freien Silberionen an und fallen aus, was zu einem Anstieg des Stroms über die Elektroden führt und den Endpunkt der Reaktion anzeigt. Die Technik wird bereits in vitro eingesetzt, um die Cl–Konzentration in kleinen Schweißmengen zu bestimmen.

Ergebnisse

Zyklus der Messungen
Der vollständige Zyklus umfasst 22 Leitwertmessungen der 11 Bahnen, die in der Polarität Anode-Kathode in 1 Sekunde und in der Polarität Kathode-Anode (ebenfalls in 1 Sekunde) gemessen werden. Die Messwerte werden auf einer Skala von 0 bis 100 für jeden Pfad und in einem Fast-Fourier-Transformationsdiagramm bei drei Frequenzen angezeigt (Abbildung 2).

Abbildung 2
Ergebnisse eines Messzyklus in Form von numerischen Werten und einer schnellen Fourier-Transformationskurve bei drei Frequenzen.
Abkürzungen: EIS, elektrointerstitieller Scan; SDC, Standardabweichung des Leitwerts von Anode zu Kathode.
Analyse der Signalverarbeitung
Die folgenden Ergebnisse wurden für jedes Segment/jeden Pfad analysiert:

Leitwert in μS für jeden Anoden-Kathoden-Weg (SDC+)

Leitwert in μS für jeden Kathoden-Anoden-Weg (SDC-)

Numerischer Wert in CU (konventionelle Einheit) (delta SDC+/SDC-)

Dispersion jedes Pfads in CU (berechnet nach der Cole-Gleichung) (α-Parameter)

Frequenz- oder Spektralanalyse des gesamten Messzyklus
Anwendung der schnellen Fourier-Transformation (FFT) auf das gesamte Signal
Die FFT umfasst EIS HF (hohe Frequenzen von 0,1875 bis 0,50 Hz), EIS LF (niedrige Frequenzen von 0,05 bis 0,1875 Hz) und EIS VLF (sehr niedrige Frequenzen von 0 bis 0,05 Hz).
EIS-Reproduzierbarkeit
Die elektrische Stimulation verursachte einen fast linearen Anstieg der Schweißproduktion nach der Stimulation. Danach ging die Schweißproduktion innerhalb von 2 Minuten exponentiell auf den Ausgangswert zurück. Wiederholte elektrische Stimulationen in Abständen von 2,75 Minuten lösten zuverlässig eine Schweißreaktion aus. Es wurde kein signifikanter Unterschied in der Schweißproduktion zwischen den drei Stimulationen innerhalb jeder Sitzung festgestellt.
Klinische EIS-Untersuchungen
An 600 gesunden Probanden wurde eine statistische Analyse durchgeführt, um den Normalbereich des EIS-Leitwerts für jeden Leitungsweg zu bestimmen. Die Ergebnisse der EIS-Forschung wurden in Fachzeitschriften mit Peer-Review veröffentlicht und zeigen interessante klinische Anwendungen.
Verbesserung des PSA-Gesamtwerts bei der Früherkennung von Prostatakrebs
Diese Untersuchung16 zeigte, dass der PSA-Test bei einem Cutoff-Wert von 0,4 eine Sensitivität von 73,9 % und eine Spezifität von 51,9 % und bei einem Cutoff-Wert von 5,7 eine Sensitivität von 52,2 % und eine Spezifität von 81,5 % aufweist (P = 0,03). Das Delta des elektrischen Leitwerts (DE) der linken Fuß-Rechts-Fuß-Bahn hatte eine Sensitivität von 62,5 % und eine Spezifität von 85,2 % bei einem Cutoff-Wert von -5 (P = 0,0001). Algorithmen, die das Delta des elektrischen Leitwerts und das PSA umfassen, zeigten eine Sensitivität von 91,5 % und eine Spezifität von 59,3 % bei einem Cutoff-Wert von -10,52 (P = 0,0003).
Messbare Marker für das Ansprechen auf eine SSRI-Behandlung17
Neunundfünfzig Probanden (Durchschnittsalter 47 Jahre, Altersspanne 17-76 Jahre; 38 Frauen), bei denen durch eine psychiatrische Beurteilung im Botkin-Krankenhaus gemäß DSM-IV und CGI (Clinical Global Impression) eine schwere depressive Störung diagnostiziert wurde, wurden mit dem EIS-System erfasst, bevor sie sich einer antidepressiven SSRI-Behandlung unterzogen.
Die Nachbeobachtung der SSRI-Behandlung erfolgte sowohl anhand der EIS-Bioimpedanzmessungen (elektrischer Leitwert und Dispersions-α-Parameter) als auch anhand der Behandlungsreaktionen auf der Grundlage der Hamilton-Depressionsskala (Ham-D) und des CGI alle 15 Tage über 60 Tage.
Am Tag 45 wurden zwei Gruppen gebildet: Gruppe 1: Gruppe mit Ansprechen auf die Behandlung und Gruppe 2: Gruppe mit Nichtansprechen auf die Behandlung. Am Tag 60 wurden zwei weitere Gruppen gebildet: Gruppe 3: Gruppe mit Behandlungsansprechen und Gruppe 4: Gruppe mit Nicht-Behandlungsansprechen
Beim Vergleich von Gruppe 1 und Gruppe 2 ergab die Messung des elektrischen Leitwerts zwischen den beiden Stirnelektroden eine Spezifität von 72 % und eine Sensitivität von 85,3 % (P = 0,0001), wobei der Grenzwert bei 4,32 lag. Beim Vergleich von Gruppe 3 und Gruppe 4 ergab die Messung des elektrischen Leitwerts in derselben Bahn eine Spezifität von 47,6 % und eine Sensitivität von 76,3 % (P = 0,16) bei einem Cutoff-Wert von 5,92. Im Vergleich zwischen Gruppe 1 und Gruppe 2 hatte der Parameter der elektrischen Dispersion α der Bahn zwischen den beiden Einweg-Stirnelektroden eine Spezifität von 80 % und eine Sensitivität von 85,2 % (P = 0,0001) mit einem Cutoff von 0,678. Beim Vergleich von Gruppe 3 und Gruppe 4 wies der Parameter der elektrischen Dispersion α desselben Signalwegs eine Spezifität von 100 %, eine Sensitivität von 89,5 % (P = 0,0001) und einen Cutoff-Wert von 0,692 auf.
Identifizierung der Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHD) bei Kindern18
Im Vergleich zwischen den Kindern der ADHS-Gruppe und der Kontrollgruppe lag der Mittelwert der Leitwertmessungen der beiden Bahnen zwischen den Stirnelektroden (von der linken Stirn zur rechten Stirn und von der rechten Stirn zur linken Stirn) in der ADHS-Gruppe bei 33,11 Mikro-Siemens (μS) (Bereich 2-113 μS). Dies war signifikant höher (P = 0,001) als der Mittelwert der Leitfähigkeitsmessungen von zwei Bahnen zwischen den Stirnelektroden der Kontrollgruppe (2,75 μS, Bereich 1,75-27,4 μS). Was die Ergebnisse der Receiver-Operator-Charakteristik (ROC) betrifft, so zeigte der Test beim Vergleich der beiden Gruppen anhand des Mittelwerts der Leitwertmessungen der beiden Bahnen zwischen den Stirnelektroden eine Spezifität von 98 % und eine Sensitivität von 80 % (P = 0,0001) mit einem Cutoff-Wert von 7,4 μS.
Vorhersage des Aktivitätsniveaus des sympathischen Systems bei gesunden Probanden19
Die Korrelation zwischen der EIS-HF-Spektrum-Analyse und der HRV-NF-Spektrum-Analyse-Variable betrug r = 0,76 (P < 0,001). Bei Verwendung der EIS-HF-Spektrumanalyse als unabhängige Variable und der HRV-LF als abhängige Variable in einer linearen Regression war das Modell statistisch signifikant (F[1,49] = 63,8, P = 0,001). Der bereinigte R2-Wert betrug 0,56. Schließlich zeigte ein t-Test, dass die EIS-HF-Spektrumanalyse ein signifikanter Prädiktor für die HRV-NF-Spektrumanalyse war (t = 8,0, P = 0,001).
Die äquivalente galvanische Hautreaktion wurde bereits beim Diabetes-Screening eingesetzt20
Das Experiment zeigte, dass die elektrische Stimulation eine Zunahme der Schweißreaktion zwischen den beiden Elektroden verursachte. Bei den Kontrollpersonen erhöhte sich die Schweißrate um 20,2 %, bei den Menschen mit Diabetes um 18,2 %.

Diskussion

Es hat sich gezeigt, dass der EIS in der Lage ist, das Aktivitätsniveau des sympathischen Nervensystems vorherzusagen.20 Die Fähigkeit dieses GRS-Geräts, dies zu tun, wurde in zahlreichen Studien beschrieben,21,22 und lässt sich durch die Reaktion des Hypothalamus auf die Temperaturänderung entsprechend der Aktivität des sympathischen Systems über die cholinergen Fasern und die Schweißabgabe erklären.
Der EIS-Leitwert ist ein messbarer Marker für ADHS bei Kindern.19 Die EIS-Leitwertmessungen zwischen den beiden Frontelektroden sind bei Kindern mit ADHS erhöht, und dies könnte auf erhöhte zerebrale interstitielle Cl-Ionen zurückzuführen sein, die mit der coulometrischen Cotlove-Chlorid-Titrator-Methode im abgegebenen Schweiß gemessen werden, und somit auf eine Abnahme der intrazellulären Cl-Ionen. Es wurde gezeigt, dass die zerebralen intrazellulären Cl-Ionen mit dem zerebralen Sauerstoff/Glukosegehalt korreliert sind.23 Bei Kindern mit ADHS ist die Konzentration der interstitiellen Cl-Ionen erhöht und der zerebrale Sauerstoff/Glukosegehalt ist ebenfalls erhöht, was die ATPase-Pumpenaktivität und die neuronale Erregbarkeit erhöht und den zerebralen Dopaminspiegel verringert.24
Auch der EIS-Leitwert steigt nach 45 Tagen SSRI-Behandlung an.18 Untersuchungen zeigen, dass die erhöhten intrazellulären Cl-Ionen die zerebrale Sauerstoff-Glukose-Konzentration und die neuronale Erregbarkeit verringern. 24 Daher stehen die verringerten interstitiellen Cl-Ionen, die mit der coulometrischen Chlorid-Titrator-Methode von Cotlove im freigesetzten Schweiß in der Depressionsstudie18 gemessen wurden, in Zusammenhang mit einer verringerten zerebralen Sauerstoff-/Glukosekonzentration und neuronalen Erregbarkeit, was zu einer Erhöhung von GABA führt, was wiederum Depressionen hervorrufen kann. Der Marker α-Parameter zwischen den beiden Frontelektroden ist empfindlicher und spezifischer als die Leitwertmessung bei der Reaktion auf eine SSRI-Behandlung nach 45 und 60 Behandlungstagen.18
Der α-Parameter der Dispersion kann während einer SSRI-Behandlung in der Stirnbahn ansteigen, was auf Veränderungen in der Morphologie der extrazellulären Räume zwischen den beiden Elektroden zurückzuführen sein könnte.11 Ein Rückgang des zerebralen Serotonins könnte mit dem interstitiellen Flüssigkeitsvolumen und der zerebralen neuralen Plastizität zusammenhängen.25
Das Delta der Leitfähigkeit in der Fußbahn war der Marker, der beim Screening auf Prostatakrebs verwendet wurde. Gemäß der elektrochemischen Redoxreaktion an der Masse der Anoden- (Produktion von OH-) und Kathodenelektroden (Produktion von H+) könnten die Marker mit der Säureproduktion in der Fußbahn in Verbindung stehen.26 Darüber hinaus bietet die Technik der galvanischen Hautreaktion Marker für das Screening auf Diabetes.21 Untersuchungen haben eine Abnahme der Leitwertmessungen zwischen den Fußelektroden bei Patienten mit Typ-2-Diabetes gezeigt.27
Die gemeldete Abnahme der Leitfähigkeitsmessungen in der Fußbahn könnte mit einer Abnahme von NO zusammenhängen,27 was bedeutet, dass Patienten mit Diabetes weniger schwitzen,28 und dass bei mäßiger Schädigung der Fasern die Schweißreaktion verloren gehen kann.28 Die schlechte glykämische Kontrolle, die bei Diabetes auftritt, verursacht präkapillare Schäden, die wiederum zu mikrovaskulären Schäden führen.28 Präkapillare Schäden hemmen die normale Funktion von Endothelzellen und blockieren die normalen NO-Wege, die eine Gefäßerweiterung bewirken. Die Schädigung der Endothelzellen beeinflusst den Gefäßtonus, indem sie zu einem Verlust der Dehnbarkeit der Blutgefäße führt, was sich auf die Fähigkeit der Gefäße auswirkt, sich zu erweitern.28
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass mit den in diesem Beitrag besprochenen elektrischen Messungen fünf physiologische Krankheitsindikatoren festgestellt werden können. Die Ergebnisse der klinischen Untersuchungen können auf eine Reihe von Ursachen zurückzuführen sein, die in Abbildung 3 dargestellt sind.

Abbildung 3
Beziehung zwischen den elektrischen Messungen und den Ergebnissen der klinischen Untersuchungen.
Abkürzungen: ADHS, Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung; SSRIs, selektive Serotonin-Wiederaufnahmehemmer.

Schlussfolgerung

Nach 10 Jahren der Entwicklung sind die elektrischen EIS-Messungen aufgrund der Ergebnisse klinischer Untersuchungen besser verstanden worden. Elektrische EIS-Messungen haben interessante klinische Anwendungen in verschiedenen medizinischen Bereichen, z. B. als Marker für ADHS bei Kindern und für das Ansprechen auf die Behandlung mit SSRIs oder für die Abschätzung der Aktivität des Sympathikus und für das Screening auf Prostatakrebs. Um die Spezifität und Empfindlichkeit der Screening-Tests bei Diabetes zu verbessern, wurden die EIS-Daten zusammen mit Daten anderer Technologien wie der Analyse der Herzfrequenzvariabilität, der Bioimpedanz zur Bewertung der Körperzusammensetzung und der photoelektrischen Plethysmographie analysiert.

Danksagungen

Unser Dank gilt allen Personen, die an den klinischen EIS-Untersuchungen mitgewirkt haben.

Fußnoten

Offenlegung
Der Autor meldet keinen Interessenkonflikt in Bezug auf die klinischen EIS-Untersuchungen. Das Manuskript stellt lediglich eine Bewertung und Analyse des aktuellen wissenschaftlichen Kenntnisstandes in Bezug auf bioelektrische Messungen und klinische Untersuchungsergebnisse dar.

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