DE19627369A1 - Non-invasive determination method of oxidative stress level - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur nichtinvasiven Bestimmung des oxidativen Streßzustandes, die direkt am lebenden Menschen einsetzbar ist.The invention relates to a method and an arrangement for the non-invasive determination of the oxidative stress state, which can be used directly on living people.
Die Anordnung besteht aus zwei, nach gleichem Wirkprinzip arbeitenden Geräten, einem stationären Gerät ("RENI stat") und einem tragbaren Gerät ("RENI port"). Das stationäre Gerät wird beim praktizierenden Arzt oder in medizinisch-diagnostischen Labors eingesetzt, das portable Gerät wird beim Patienten, unabhängig von seinem Aufenthaltsort, angewendet.The arrangement consists of two devices working on the same principle, one stationary device ("RENI stat") and a portable device ("RENI port"). The stationary Device is used by a practicing doctor or in medical diagnostic laboratories, the portable device is used on the patient, regardless of his location.
Verfahren zur Überwachung und Kontrolle der schädigenden Einflüsse der verschiedenen
Streßfaktoren als Wechselwirkung der Umwelt mit den darin lebenden Menschen (Psychostreß
aller Art, Elektrosmog, Chemikalien wie Medikamente, Pflanzenschutzmittel, Farbstoffe,
Industrieabprodukte, Inhaltstoffe der Abgase von Verbrennungsmotoren, Reinigungsmittel
und Kosmetika, energiereiche Strahlungs-Partikel sowie magnetisch-, hochfrequente me
chanische Dauerbelastung u. a.) sind bekannt. (1. Elstner, E.F.; "Der Sauerstoff",
Wissenschaftsverlag Mannheim-Wien-Zürich 1990; 2. Kollath, F.; "Redoxpotentiale,
Zellstoffwechsel und Krankheitsforschung"; Ergebnisse aus Hygiene,
Bakteriologie, Immunitätsforschung und experm. Therapie"; Bd. 21, 1938, S. 269-337;
3. Wille, E.; "Kosten-Nutzen-Analyse in der med. Diagnostik", Labormedizin, Bd. 12, H. 12,
1989, S. 657-663, 691, 4. Amstrong, D. et. all.; "Molecular Biology, Aging and Disease";
Academic Press, New Jork 1984, 5. Sohal, R.S.; "Age Pigment", Elveir/North-Holland
Biomedical Press, Amsterdam, New Jork, Oxford 1981)
Der Nachteil dieser Verfahren besteht darin, daß sie jedoch an die Analyse von Körperinhalts
stoffen gebunden sind, also im wesentlichen invasive Verfahren darstellen. Ihre Durchführung
erfordert viel Zeit. Die erzielten Meßergebnisse sind nur relativ interpretierbar. Die oftmals bei
Risikopatienten wünschenswerte oder notwendige permanente Kontrolle des Redoxstatus und
seiner Veränderungen über einen längeren Zeitraum ist bis heute nicht möglich. Außerdem
sind die bekannten Verfahren sehr kostenintensiv und nur an großen medizinischen
Einrichtungen durchführbar.Process for monitoring and controlling the damaging influences of the various stress factors as an interaction of the environment with the people living in it (psychological stress of all kinds, electrosmog, chemicals such as medicines, pesticides, dyes, industrial by-products, constituents of exhaust gases from internal combustion engines, cleaning agents and cosmetics, high-energy radiation Particles, as well as magnetic, high-frequency mechanical stress, etc. are known. (1. Elstner, EF; "Der Oxygen", Wissenschaftsverlag Mannheim-Vienna-Zurich 1990; 2. Kollath, F .; "Redox Potentials, Cell Metabolism and Disease Research"; Results from Hygiene, Bacteriology, Immunity Research and Experm. Therapy "; Vol. 21, 1938, pp. 269-337; 3. Wille, E .; "Cost-benefit analysis in medical diagnostics", Labormedizin, Vol. 12, H. 12, 1989, pp. 657-663, 691, 4. Amstrong, D. et. All .; "Molecular Biology, Aging and Disease"; Academic Press, New Jork 1984, 5. Sohal, RS; "Age Pigment", Elveir / North-Holland Biomedical Press, Amsterdam, New Jork , Oxford 1981)
The disadvantage of these methods is that, however, they are bound to the analysis of substances in the body, ie they are essentially invasive methods. It takes time to complete. The measurement results achieved can only be interpreted relatively. The permanent control of the redox status and its changes over a longer period, which is often desirable or necessary for risk patients, is still not possible today. In addition, the known methods are very expensive and can only be carried out at large medical facilities.
Ein nichtinvasives Meßverfahren und eine dazugehörige Anordnung zur routinemäßigen in vivo-Kontrolle des Redoxstatus des Menschens mit Hilfe einer leicht zu handhabenden Apparatetechnik steht bisher nicht zur Verfügung. Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.A non-invasive measuring method and an associated arrangement for routine in Vivo control of human redox status using an easy to use Apparatus technology is not yet available. The invention seeks to remedy this.
Der in den Ansprüchen angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung mit dazugehörigem Auswerteprogramm zur nichtinvasiven Bestimmung des oxidativen Streßzustandes zu schaffen, mit dem eine Erfassung, Verarbeitung und Speicherung der Meßergebnisse möglich ist.The invention specified in the claims is based on the problem of a method and an arrangement with associated evaluation program for the non-invasive determination of the to create an oxidative stress state with which acquisition, processing and storage of the measurement results is possible.
Erfindungsgemäß wird das Problem durch die in den Patentansprüchen und dazugehörigen Unteransprüchen angegebenen Merkmale gelöst.According to the invention, the problem is solved by those in the claims and the associated claims Characteristics specified sub-claims solved.
Mit der Erfindung werden folgende Vorteile erzielt:The following advantages are achieved with the invention:
- 1. Die Messungen sind nicht an die Analyse von Körperinhaltsstoffen nach Entnahme gebunden. 1. The measurements are not related to the analysis of body ingredients after removal bound.
- 2. Die Durchführung der Messungen ist innerhalb kürzester Zeit möglich und beliebig bzw. wahlweise wiederholbar.2. The measurements can be carried out within a very short time and are arbitrary or optionally repeatable.
- 3. Das mittels der Anordnung durchführbare Meßverfahren bietet erstmals die Möglichkeit ohne Belastung für den Patienten bzw. Probanden über längere Zeiträume (Tage bzw. Wochen) stoffwechsel- bzw. gesundheitsrelevante Werte zu erfassen.3. The measuring method that can be carried out by means of the arrangement offers the possibility for the first time without stress for the patient or test person over longer periods (days or Weeks) to record metabolic and health-related values.
- 4. Bei klinikstationären Risikopatienten bietet das mittels des Gerätesystems durchführbare Meßverfahren erstmals die Möglichkeit einer permanenten Kontrolle der Krankheitszustandes unter ärztlichen Therapiemaßnahmen.4. For clinic inpatients at risk, this can be done using the device system Measuring method for the first time the possibility of permanent control of the disease state under medical therapy.
- 5. Das mittels der Anordnung durchführbare Meßverfahren ist im Vergleich zu den bisher bekannten invasiven Meßverfahren sehr kostengünstig sowohl in bezug auf die Anschaffungs kosten als auch im unmittelbaren Betrieb des Gerätesystems.5. The measuring method that can be carried out by means of the arrangement is compared to that previously known invasive measuring methods very inexpensive both in terms of purchase costs as well as in the direct operation of the device system.
Die Erfindung wird nachstehend an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention is explained in more detail below using several exemplary embodiments. Show it:
Fig. 1 prinzipieller Aufbau der Anordnung (RENI) Fig. 1 basic construction of the assembly (RENI)
Fig. 2 Anordnung mit mechanisch oder elektrisch bewegten Filterrädern Fig. 2 arrangement with mechanically or electrically moving filter wheels
Fig. 3 Kippspiegel-Anordnung Fig. 3 tilting mirror arrangement
Fig. 4 Frequenzteiler-Kippspiegel-Anordnung Fig. 4 frequency divider tilting mirror arrangement
Fig. 5 Frequenzteiler-KS-Detektor-Anordnung, gleichzeitiges Messen von (λ1/λ2) bzw. (λ3/λ3) Fig. 5 frequency divider KS-detector arrangement, simultaneous measurement of (λ1 / λ2) and (λ3 / λ3)
Fig. 6 Frequenzteiler-Drehfilter-Anordnung, gleichzeitiges Messen von (λ1/λ2) bzw. (λ2/λ3) Fig. 6 frequency divider rotary filter arrangement, simultaneous measurement of (λ1 / λ2) or (λ2 / λ3)
Fig. 7 Frequenzteiler-3-Detektor-Anordnung, nur ein bewegtes Teil Fig. 7 frequency divider 3 detector arrangement, only one moving part
Fig. 8 Frequenzteiler-3-Detektor-Anordnung, kein bewegtes Teil Fig. 8 frequency divider 3 detector arrangement, no moving part
Fig. 9 Faser-3-Detektor-Anordnung Fig. 9 fiber 3 detector arrangement
Unter nativen Bedingungen wird das Gewebe (Ohren, Nase) bei λ=365 nm monochromatisch angeregt und die NADH + H⁺- bzw. NADPH + H⁺-abhängige Fluoreszenzemission von λ=480 nm wird gemessen. Für NAD⁺ ergibt sich die monochromatische Anregung bei λ=395 nm und die Messung der Fluoreszenzemission bei λ=500 nm.Under native conditions, the tissue (ears, nose) becomes monochromatic at λ = 365 nm excited and the NADH + H⁺- or NADPH + H⁺-dependent fluorescence emission of λ = 480 nm is measured. For NAD⁺ there is a monochromatic excitation at λ = 395 nm and the measurement of fluorescence emission at λ = 500 nm.
FADH + H⁺ wird gemessen durch Anregung bei λ=420 nm und Emission bei λ=530 nm. Die oxidierte Stufe FAD⁺ wird bei λ=470 nm angeregt und durch Registrierung der emittierten Strahlung bei λ=560 nm gemessen.FADH + H⁺ is measured by excitation at λ = 420 nm and emission at λ = 530 nm oxidized stage FAD⁺ is excited at λ = 470 nm and by registering the emitted Radiation measured at λ = 560 nm.
Die festgestellten Fluoreszenzintensitäten sind den Gehalten der genannten Stoffe direkt proportional und für die Diagnostik der Stoffwechselstörungen auswertbar. The fluorescence intensities determined are direct to the contents of the substances mentioned proportional and evaluable for the diagnosis of metabolic disorders.
Der prinzipielle Aufbau für der Anordnung RENI sieht nach Fig. 1 wie folgt aus:
Das von einer Lichtquelle 1 ausgehende Licht, welches in den in Frage kommenden
Spektralbereichen eine besonders hohe spezifische spektrale Ausstrahlung besitzt, wird in der
Anregungsfiltereinheit 2 mit zwei schmalbandigen Interferenzfilter in die Wellenlängen λ3
und λ2 4 spektral selektiert. Dieses quasi monochromatische Licht wird auf das zu
untersuchende Meßobjekt (Probe) 5 geleitet. Die Strahlformung bzw. die Beleuchtungs- und
die Meßgeometrie werden durch eine spezifische Optik bewerkstelligt. Das von der Probe 5
transmittierte Licht und das von der Probe 5 emittierte Licht gelangt über die Meßfilteran
ordnung 6 durch schmalbandige Filter mit λ1 7, λ2 8, λ3 9 in den jeweils zur Detektion
interessierenden Spektralbereichen auf das/die Detektorelement/e 10. Eine Prozessoreinheit
12, beispielsweise ein Mikrocontroller, übernimmt die Steuerung des Detektors 10 und die
Verarbeitung des vom Detektor 10 in elektrische Signale gewandelten Lichts. Die elektrischen
Signale werden in einer elektronischen Verstärkerschaltung 11 verstärkt. Weiterhin hat die
Prozessoreinheit 12 die Aufgabe, die Meßwerte in einem internen RAM oder in einen
Datenlogger abzulegen, bzw. über standardisierte Schnittstellen an einen Host-PC direkt zu
übertragen oder über Modem fernzuübertragen. Die aktuellen Meßwerte können auch
jederzeit an einem integrierten Display 13 angezeigt werden.The basic structure for the RENI arrangement according to FIG. 1 is as follows:
The light coming from a light source 1 , which has a particularly high specific spectral radiation in the spectral ranges in question, is spectrally selected in the excitation filter unit 2 with two narrowband interference filters in the wavelengths λ3 and λ2 4. This quasi-monochromatic light is directed onto the measurement object (sample) 5 to be examined. The beam shaping or the lighting and the measuring geometry are accomplished by a specific optics. The light transmitted by the sample 5 and the light emitted by the sample 5 passes through the measuring filter arrangement 6 through narrow-band filters with λ1 7, λ2 8, λ3 9 in the spectral regions of interest in each case to the detector element (s) 10 . A processor unit 12 , for example a microcontroller, takes over the control of the detector 10 and the processing of the light converted into electrical signals by the detector 10 . The electrical signals are amplified in an electronic amplifier circuit 11 . Furthermore, the processor unit 12 has the task of storing the measured values in an internal RAM or in a data logger, or to transmit them directly to a host PC via standardized interfaces or to transmit them remotely via modem. The current measured values can also be shown on an integrated display 13 at any time.
Dieser prinzipielle Aufbau kann nun in verschiedenen Anordnungsvarianten zum Einsatz kommen. Der Kern dieser Anordnungsvarianten liegt in der jeweiligen optischen Anordnung und Ausführung der verwendeten Komponenten und Einheiten. Diese Varianten unterscheiden sich nicht nur in ihrer Anordnung, sondern gerade auch wegen ihrer Anordnung in ihren Vor- bzw. Nachteilen.This basic structure can now be used in various arrangement variants come. The core of these arrangement variants lies in the respective optical arrangement and execution of the components and units used. Differentiate these variants not only in their arrangement, but also precisely because of their arrangement in their Disadvantages.
Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung zeichnet sich durch ihre einfache und kostengünstige Ausführung aus. Es werden keine zusätzlichen optischen Komponenten zur Strahlablenkung benötigt. Durch mechanische oder elektrische Verstelleinheiten kann die entsprechende Paarung zwischen Anregungs- und Meßwellenlänge eingestellt werden. Die Messung von Excitation und Emission für λ1, λ2, λ3 erfolgt sequentiell. Dies setzt eine relativ hohe Konstanz des zu detektierenden Lichtes über einen relativ großen Zeitraum (ca. 1 bis 3 min.) voraus, ebenso wie eine hohe Konstanz der Parameter der Elektronik und der Lichtquelle 1. Vorteilhaft unter Kostenaspekt für diese Anordnung ist weiterhin die Verwendung nur eines Detektors 10. Nachteilig wirkt sich aber hier speziell der notwendig hohe Dynamikbereich des Detektors und der schaltungstechnischen Ausführung des Verstärkers mit einem Dynamikumfang von mehreren Dekaden aus.The arrangement shown in Fig. 2 is characterized by its simple and inexpensive design. No additional optical components for beam deflection are required. The corresponding pairing between the excitation and measurement wavelengths can be set by mechanical or electrical adjustment units. Excitation and emission for λ1, λ2, λ3 are measured sequentially. This presupposes a relatively high constancy of the light to be detected over a relatively large period (approx. 1 to 3 minutes), as well as a high constancy of the parameters of the electronics and the light source 1 . From the cost point of view of this arrangement, the use of only one detector 10 is also advantageous. The disadvantage here is the high dynamic range of the detector and the circuit design of the amplifier with a dynamic range of several decades.
Die Anordnung Fig. 3 unterscheidet sich von Fig. 2 insofern, daß statt Verschiebeelemente Kippspiegel 2a, bzw. 6a in den Strahlengang ein- bzw. ausgeblendet werden. Dies bedingt die entsprechende Paarung zwischen Anregungs- und Meßwellenlänge.The arrangement of FIG. 3 differs from FIG. 2 in that tilting mirrors 2 a or 6 a are shown or hidden in the beam path instead of sliding elements. This requires the corresponding pairing between the excitation and measurement wavelengths.
Die Anordnung nach Fig. 4 reduziert die zu bewegenden notwendigen Funktionselemente von sechs auf drei durch Einbringen von dichroitischen Spiegeln. Diese Spiegel nehmen eine Frequenzteilung der optischen Strahlung für die Anregung/Frequenzteiler 2c und die Messung 6c gleichermaßen vor. Die Frequenzteilung der optischen Strahlung erfolgt so, daß Licht unterhalb einer Wellenlänge λGrenz transmittiert (z. B. λ1) und oberhalb der Grenzwellenlänge reflektiert wird. Die Frequenzteiler 2c; 6c werden in folgenden Kombinationen verwendet, (Transmission/Reflexion) λ1/λ2 bzw. λ3/λ2.The arrangement according to FIG. 4 reduces the necessary functional elements to be moved from six to three by introducing dichroic mirrors. These mirrors perform a frequency division of the optical radiation for the excitation / frequency divider 2 c and the measurement 6 c equally. The frequency division of the optical radiation takes place in such a way that light is transmitted below a wavelength λ limit (eg λ1) and reflected above the limit wavelength. The frequency divider 2 c; 6 c are used in the following combinations (transmission / reflection) λ1 / λ2 or λ3 / λ2.
Die nachfolgenden Anordnungen nach Fig. 5, 6, 7 unterscheiden sich von Fig. 4 im Anregungsstrahlengang nicht. The following arrangements according to FIGS. 5, 6, 7 do not differ from FIG. 4 in the excitation beam path .
Die Anordnungen nach Fig. 5 bzw. 6 verwenden zwei Detektoren 10. So ist es zeitgleich möglich, die Exitation für λ1 und λ2, bzw. gleichzeitig die Emission des fluoreszierten Lichtes für λ2 und λ3 zu messen. Diese Anordnung bietet den Vorteil auf Grund der Auswertemethodik über eine Relativmessung weitestgehende Unabhängigkeit von zeitlichen Veränderungen der Ausstrahlung der Lichtquelle 1 zu sein, so daß eine höhere Reproduzier barkeit der Messungen erreicht werden kann.The arrangements according to FIGS. 5 and 6, use two detectors 10. It is therefore possible to measure the exitation for λ1 and λ2, or the emission of the fluorescent light for λ2 and λ3 at the same time. This arrangement offers the advantage of being largely independent of temporal changes in the emission of the light source 1 due to the evaluation methodology via a relative measurement, so that a higher reproducibility of the measurements can be achieved.
Die Kompaktheit des Aufbaus der Anordnung nach Fig. 6 wird im Gegensatz zu Fig. 5, wo Kippspiegel 6a verwendet werden, durch die Meßfiltereinheit 6 als Filterrad und durch Einsatz von Frequenzteilern 6c erreicht.The compactness of the structure of the arrangement according to FIG. 6, in contrast to FIG. 5, where tilting mirrors 6 a are used, is achieved by the measuring filter unit 6 as a filter wheel and by using frequency dividers 6 c.
Eine weitere Reduktion mechanisch bewegter Elemente wird in Fig. 7 durch drei Detektoren 10 erzielt.A further reduction of mechanically moving elements is achieved in FIG. 7 by three detectors 10 .
Die Anordnungen nach Fig. und Fig. 9 verwenden ebenso eine 3-Detektor-Anordnung, aber im Vergleich mit Fig. 2 bis Fig. 7 keine mechanisch bewegten Elemente. Es können bei Fig. 8 und Fig. 9 gleichzeitig die Excitation für λ1 und λ2, und die Emission des fluoreszierten Lichtes für λ2 und λ3 gemessen und analysiert werden. Notwendig ist hier die Verwendung zweier Lichtquellen 1 oder die Frequenzteilung der Strahlung der Lichtquelle 1 in einen kurzwelligen Anteil λ1 und in einen längerwelligen Anteil λ2.The arrangements according to Fig. And Fig. 9 using as a 3-detector arrangement, but in comparison with Fig. 2 to Fig. 7 no moving elements. It can in Figs. 8 and 9 at the same time Excitation for λ1 and λ2, and the emission of the fluoresced light will be for λ2 and λ3 measured and analyzed FIG.. The use of two light sources 1 or the frequency division of the radiation from the light source 1 into a short-wave portion λ1 and into a longer-wave portion λ2 is necessary here.
Die Anordnung nach Fig. 9 nutzt in der Anregungsfiltereinheit 2 und in der Meßeinheit 6 keine Frequenzteiler, sondern eine quasi Amplitudenteilung. Hier wird das Anregungs- bzw. Meßlicht annähernd intensitätsgleich auf zwei bzw. drei Lichtleitersysteme 14 aufgeteilt. Diese Anordnung bietet auf Grund der einfachen Fertigbarkeit der Anordnung einen entscheidenden Vorteil bzgl. Kostenminimierung.The arrangement according to FIG. 9 does not use frequency dividers in the excitation filter unit 2 and in the measuring unit 6 , but rather a quasi amplitude division. Here, the excitation or measurement light is divided into two or three light guide systems 14 with approximately the same intensity. Because of the simple manufacture of the arrangement, this arrangement offers a decisive advantage in terms of minimizing costs.
BezugszeichenlisteReference list
1 Lichtquelle
2 Anregungseinheit
2a Kippspiegel
2b Festspiegel
2c Frequenzteiler
3 schmalbandigen Interferenzfilter in den Wellenlängen λ1
4 schmalbandigen Interferenzfilter in den Wellenlängen λ2
5 Meßobjekt (Probe)
6 Meßfilteranordnung
6a Kippspiegel
6b Festspiegel
6c Frequenzteiler
7 schmalbandiges Filter mit λ1
8 schmalbandiges Filter mit λ2
9 schmalbandiges Filter mit λ3
10 Dektorenelement
11 elektronische Verstärkerschaltung
12 Prozessoreinheit, z. B. Mikrocontroller
13 integriertes Display
14 Lichtleitersystem 1 light source
2 excitation unit
2 a tilting mirror
2 b fixed mirror
2 c frequency divider
3 narrow-band interference filters in the wavelengths λ1
4 narrow-band interference filters in the wavelengths λ2
5 measurement object (sample)
6 measuring filter arrangement
6 a tilting mirror
6 b Fixed mirror
6 c frequency divider
7 narrowband filter with λ1
8 narrowband filters with λ2
9 narrow-band filter with λ3
10 detector element
11 electronic amplifier circuit
12 processor unit, e.g. B. microcontroller
13 integrated display
14 light guide system
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19627369A DE19627369A1 (en) | 1995-09-26 | 1996-07-06 | Non-invasive determination method of oxidative stress level |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19537507 | 1995-09-26 | ||
| DE19627369A DE19627369A1 (en) | 1995-09-26 | 1996-07-06 | Non-invasive determination method of oxidative stress level |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19627369A1 true DE19627369A1 (en) | 1997-10-09 |
Family
ID=7774358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19627369A Withdrawn DE19627369A1 (en) | 1995-09-26 | 1996-07-06 | Non-invasive determination method of oxidative stress level |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19627369A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000042910A1 (en) * | 1999-01-26 | 2000-07-27 | Newton Laboratories, Inc. | Autofluorescence imaging system for endoscopy |
-
1996
- 1996-07-06 DE DE19627369A patent/DE19627369A1/en not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000042910A1 (en) * | 1999-01-26 | 2000-07-27 | Newton Laboratories, Inc. | Autofluorescence imaging system for endoscopy |
| JP2002535025A (en) * | 1999-01-26 | 2002-10-22 | ニユートン・ラボラトリーズ・インコーポレーテツド | Autofluorescence imaging system for endoscopes |
| US7846091B2 (en) | 1999-01-26 | 2010-12-07 | Newton Laboratories, Inc. | Autofluorescence imaging system for endoscopy |
| US8764643B2 (en) | 1999-01-26 | 2014-07-01 | Hoya Corporation | Autofluorescence imaging system for endoscopy |
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