EP2252197A2 - Verfahren und einrichtung zur komplexen stoffwechselanalyse - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur komplexen stoffwechselanalyse

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EP2252197A2
EP2252197A2 EP09715141A EP09715141A EP2252197A2 EP 2252197 A2 EP2252197 A2 EP 2252197A2 EP 09715141 A EP09715141 A EP 09715141A EP 09715141 A EP09715141 A EP 09715141A EP 2252197 A2 EP2252197 A2 EP 2252197A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
invasive
status
correction
substances
metabolic
Prior art date
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Ceased
Application number
EP09715141A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hermann Heinrich
Klaus-Jürgen KURTH
Fred Lange
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Mevitec GmbH
Original Assignee
Labo TECH Labortechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Labo TECH Labortechnik GmbH filed Critical Labo TECH Labortechnik GmbH
Publication of EP2252197A2 publication Critical patent/EP2252197A2/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/14546—Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue for measuring analytes not otherwise provided for, e.g. ions, cytochromes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B5/0075—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence by spectroscopy, i.e. measuring spectra, e.g. Raman spectroscopy, infrared absorption spectroscopy
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    • A61B5/48—Other medical applications
    • A61B5/4866—Evaluating metabolism
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    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/41—Detecting, measuring or recording for evaluating the immune or lymphatic systems
    • A61B5/411—Detecting or monitoring allergy or intolerance reactions to an allergenic agent or substance

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for non-invasive or invasive measurement of control and regulatory processes of plant, animal or human metabolism to control disorders and for the determination of physical or chemical factors influencing the reaction conditions, from the changes of individual Metabolic parameters to draw conclusions about specific diseases.
  • the method is used in preventive examinations for early cancer detection or cancer aftercare, in all inflammatory diseases, damage to immune regulation, metabolic diseases, syndromes such as chronic fatigue or multiple chemical sensitivity, allergies in
  • Fluorescence spectrometric investigations have been known for some years as highly accurate and very specific methods in basic biological research on transport processes through biological membranes in all cellular compartments and biomedical investigations as a diagnostic tool and are z. Currently in a steady progressive development phase.
  • the basis of the measurement method is the knowledge of the properties of artificial fluorophores or the knowledge of the excitation and emission wavelength of autofluorophores.
  • a variety of metabolic parameters such as tryptophan, adenosine triphosphate (ATP), guanosine triphosphate (GTP), nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP), nicotinamide adenine dinucleotide reduced (NADH), kynurenine, flavin adenine dinucleotide (FAD) and thromboxane possess a so-called autofluorescence.
  • ATP adenosine triphosphate
  • GTP guanosine triphosphate
  • NADP nicotinamide adenine dinucleotide phosphate
  • NADH nicotinamide adenine dinucleotide reduced
  • kynurenine flavin adenine dinucleotide
  • FAD flavin adenine dinucleotide
  • thromboxane possess a so-called autofluorescence.
  • the invention is based on the object to propose a method and a device that make it possible to measure control and regulation processes of human and animal and also plant metabolism in order to detect changes in the metabolism of proteins, lipids, carbohydrates and Hormones to draw conclusions about specific clinical pictures.
  • the procedure is intended to make the actual measurement process noninvasive, or invasive and quickly repeatable, so as not to stress the measurement process.
  • Metabolic analysis for the control of disorders and for the determination of physical or chemical factors influencing the reaction conditions is characterized in that metabolically relevant substances, which influence all ways of the material conversion of proteins, lipids, carbohydrates and hormones decisive and arise during the metabolic processes, react with each other convert each other and / or influence each other in their concentration and reactivity and which have a (endogenous) autofluorescence, are determined by their fluorescence intensity and thus indirectly in their concentration side by side, the fluorescence spectra, from the detected wavelengths in the range of 287 nm 600 nm and the associated fluorescence intensities exist, stored and prepared for evaluation by value pairs of wavelength and fluorescence intensity for the metabolically relevant substances out are selected and combined in biophysical and biochemical models, are compared with indication-related glitch models that define different possibilities of metabolic regulation and change of metabolic state, the deviations of each status statement are calculated to the ideal value, wherein the weighted average from the deviations of the status statements to the ideal value into one mathematical relationship is established, which is made between a sought
  • Fluorescence spectrum in the wavelength range from 287 nm to 600 nm metabolically relevant biologically active substances that have an autofluorescence, are selected and in biochemical or
  • Biophysical models are linked together to describe control and regulatory processes in humans and animals or in plants.
  • the fluorescence spectra are detected via an optical measuring path, which consists of a light source, a light guide cable for supplying the excitation light to the measuring location, a light guide cable for the derivation of the fluorescent light to the spectrometer and an evaluation computer.
  • an optical measuring path which consists of a light source, a light guide cable for supplying the excitation light to the measuring location, a light guide cable for the derivation of the fluorescent light to the spectrometer and an evaluation computer.
  • Vital substance requirement, for a regulating influencing influence are determined from the non-invasive measured values by the determination of the deviations of status statements to the optimal health status.
  • the deviation values are weighted according to the importance of the nutrients for these deviations.
  • the weighted averages allow the calculation of the dosing units for the missing vital substances by inserting them into equalization polynomials of the third order.
  • the device proposed for carrying out the method consists of a light source, preferably a laser or xenon flash lamp, an optical filter, miniature spectrometer and connecting optical cables between the light source with probe at the site and an evaluation.
  • Fluorescence spectra and guaranteed freedom from stress As a result of this measurement process repeat measurements can take place in very short time intervals and thus regulatory processes in the metabolism can be detected. By altering these regulatory processes under defined stress conditions conclusions about pathological changes of the organism can be drawn.
  • FIG. 1 shows a block diagram of the measuring path for measuring value measurement
  • FIG. 2 shows examples of native fluorescence spectra
  • Fig. 5 Selection using the emission wavelengths 509 nm and 495 nm
  • Fig. 6 Example for determining the deviations of the status statements for optimal health status
  • FIG. 7 Example for the determination of the weighted average value for each substance to be recommended by multiplication
  • FIG. 8 Example of the calculation of the dosage via a 3rd-order equalization polynomial for manganese
  • excitation light is irradiated locally into the skin surface 6 via a glass fiber probe 3 from a light source 1.
  • An optical filter 4 (bandpass and notch filter), which is connected by means of optical fiber cable 2 with a miniature spectrometer 5, limits the excitation light to the UV range. This ensures that the fluorescence signal to be measured is not superimposed with the excitation light and the scattered light of the skin surface.
  • the light source 1 and the fluorescence signal to be measured represent excited autofluorescent components from the interstitium just below the skin surface. Both the intensity of the excitation light and the duration of the irradiation are well below the legal maximum limits.
  • a miniature spectrometer 5 allows the spectral separation of
  • the components 1 to 5 are identical to Fluorescence components of the measurement signal.
  • the components 1 to 5 are identical to Fluorescence components of the measurement signal.
  • the recorded spectrum represents a screening of the current health status of the subject.
  • a combined measurement and evaluation software which is installed on a computer known per se, is used for the detection, evaluation, interpretation and visualization of the measurement results.
  • the result of the screening results in a finding with percentage-disaggregated statements about the current state of health of the subject.
  • the components light source PX - 2 xenon lamp 1, optical fiber for the derivation of excitation light and fluorescence signal 2, probe / measuring head 3, optical filter 4, miniature spectrometer USB 2000 with OFVL - filter 5, represent the measuring path according to the invention and are in housing 7 as Measuring cell mounted.
  • the stored in the computer fluorescence spectra which consist of the detected wavelengths in the range of 287 nm to 600 nm and the associated fluorescence intensities are prepared in a suitable table format for evaluation.
  • Fig. 2 shows examples of these native spectra.
  • the value pairings (wavelength and fluorescence intensity) for metabolically relevant, biologically active substances such as ATP, GTP, tryptophan, orotic acid, NADP, NADH, FAD, etc. are selected.
  • the excitation wavelengths and emission wavelengths of these substances were determined in extensive preliminary experiments. Since different skin structures and skin constituents do not allow the use of the absolute values, a further evaluation can only be made with relative values. It is therefore necessary to determine value pairings of the relevant biologically active substances and to link them in biophysical and biochemical models. These models include substances that react with one another during metabolic processes, interconvert and / or influence each other's concentration and responsiveness.
  • Fig. 3 shows the representation of the result of a simple biochemical model, as the first selection stage of the diagnosis
  • Fig. 4 shows a separation between cancers or treated cancers and inflammatory diseases.
  • Fig. 5 shows an additional selection at the wavelengths 509 nm and 495 nm, the emitting substances are not yet known, but the use of this selection shows success.
  • active substances vitamin substances
  • the disorders of the regulatory areas by active substances may preferably be due to all vital substances, such as iodine, selenium, calcium, potassium, magnesium, chromium, vanadium, copper, molybdenum, L-methionine, L-
  • the weighted average from the deviations of the status statements to the ideal value represents the mathematical approach for an individual statement on the required for the correction drug qualities and quantities.
  • the correction matrix has special coefficients as weighting factors for the correlation between the correction requirement and the status statements.
  • the interference models are calculated from the fluorescence intensities and correspond to the metabolically relevant substances, preferably ATP (adenosine triphosphate), GTP (guanosine triphosphate), FAD (nicotinic adenine dinucleotide, reduced), NDAP (nicotinic adenine dinucleotide phosphate, oxidized), kynurenine, orotic acid, thromboxane and tryptophan , in proportions that are very different in different metabolic disorders, correspond to such real disturbed metabolic states and are represented as so-called thermographers. These thermographers (at least 13) allow in statistically secured different combinations statements on various regulatory areas of life functions of all organisms as a status statement, including preferably protection against hyperacidity, immune defense, metabolic rate quality,
  • the statements on health status are determined by the non-invasive measurement as percentages. Derived from this, the calculation of the deviations of the current percentages to the optimal value of the health status.
  • the weighted mean value is obtained for the various vital substances (FIG. 7).
  • the regression calculation thus allows a correction recommendation as a derivation from the measurement results of the method of complex serum redox difference provocation analysis and the measured values of the specific fluorescence intensities of the noninvasive method.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur nichtinvasiven oder invasiven Messung von Steuer- und Regelungsprozessen des pflanzlichen, des tierischen oder menschlichen Stoffwechsels zur Kontrolle von Störungen sowie zur Bestimmung von physikalischen oder chemischen Einflussfaktoren auf die Reaktionsbedingungen, um aus den Veränderungen einzelner Stoffwechselparameter Rückschlüsse auf spezifische Erkrankungen ziehen zu können. Es ist die Aufgabe, ein Verfahren und eine Einrichtung vorzuschlagen, die es ermöglichen, Steuer- und Regelungsprozesse des Stoffwechsels zu messen, um bei Veränderungen dieser Prozesse Rückschlüsse auf spezifische Krankheitsbilder ziehen zu können. Das Verfahren soll den eigentlichen Messvorgang nichtinvasiv, oder invasiv und schnell wiederholbar machen, um keine Stressbelastung durch den Messprozess hervorzurufen. Das Kennzeichnende besteht darin, dass aus dem nativen Fluoreszenzspektrum im Wellenlängenbereich von 287 nm bis 600 nm stoffwechselrelevante biologisch aktive Substanzen, die eine Autofluoreszenz besitzen, ausgewählt werden und in biochemischen bzw. biophysikalischen Modellen miteinander verknüpft werden, um Steuer- und Regelungsprozesse bei Mensch und Tier bzw. in Pflanzen zu beschreiben.

Description

Verfahren und Einrichtung zur komplexen Stoffwechselanalyse
Beschreibung
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur nichtinvasiven oder invasiven Messung von Steuer- und Regelungsprozessen des pflanzlichen, des tierischen oder menschlichen Stoffwechsels zur Kontrolle von Störungen sowie zur Bestimmung von physikalischen oder chemischen Einflussfaktoren auf die Reaktionsbedingungen, um aus den Veränderungen einzelner Stoffwechselparameter Rückschlüsse auf spezifische Erkrankungen ziehen zu können.
[0002] Das Verfahren findet Anwendung bei präventiven Untersuchungen zur Krebsfrüherkennung oder Krebsnachsorge, bei allen entzündlichen Erkrankungen, bei Schädigungen der Immunregulation, bei Stoffwechselerkrankungen, bei Syndromen wie chronische Müdigkeit oder Multiple Chemische Sensitivität, bei Allergien, bei
Autoimmunerkrankungen, Hautkrankheiten, bei neurologisch-psychischen Erkrankungen, Erkrankungen durch Viren, Bakterien oder Pilze u.v.a. und der Bestimmung des individuellen spezifischen quantitativen und qualitativen Antioxidantienbedarfs, der Therapiekontrolle der einzelnen Krankheitsbilder sowie der Routineuntersuchung bei Berufsgruppen mit besonderer physischer und psychischer Belastung.
Stand der Technik
[0003] Fluoreszenzspektrometrische Untersuchungen sind seit einigen Jahren als hochgenaue und sehr spezifische Verfahren in der biologischen Grundlagenforschung zu Transportprozessen durch biologische Membranen in allen zellulären Kompartimenten und biomedizinische Untersuchungen als diagnostisches Hilfsmittel bekannt und befinden sich z. Zt. in einer stetigen progressiven Entwicklungsphase.
[0004] Die Grundlage der Meßverfahren ist die Kenntnis der Eigenschaften künstlicher Fluorophore bzw. die Kenntnis der Excitations- und Emissionswellenlänge von Autofluorophoren.
24.02.2009 [0005] Eine Vielzahl von stoffwechselrelevanten Parametern wie Tryptophan, Adenosin triphosphat (ATP), Guanosin triphosphat (GTP), Nicotinamid adenin dinucleotid phosphat (NADP), Nicotinamid adenin dinucleotid reduziert (NADH), Kynurenin, Flavin adenin dinucleotid (FAD) und Thromboxan besitzen eine sogenannte Autofluoreszenz.
[0006] Die Bestimmung dieser Autofluoreszenzen besitzt den Vorteil, daß dem Stoffwechsel keine unphysiologischen Substanzen zugeführt werden müssen. So wird im Patent, DE 35 42 167 A1 , die Änderung der Autofluoreszenz von Ascorbinsäure während des Oxidationsprozesses zur Bestimmung der Augenlinsentrübung in einem nichtinvasiven Verfahren genutzt.
[0007] Weiterführende Arbeiten nutzen die hohe native Fluoreszenz von NADH zum Nachweis von Melanomen, DE 695 18 915 T2.
[0008] Im Patent, DE 32 10 593 A1 , wird in einem invasiven Verfahren mittels Endoskop die Autofluoreszenz des NADH zur Bestimmung des Oxido- Reduktionszustandes von Organen benutzt.
[0009] Im Patent, DE 19 53 51 14 A1 , wird die unterschiedliche Autofluoreszenz biologischen Gewebes im Emissionsbereich von 520 - 600 nm zur Diagnose von krebsbefallenem Gewebe verwendet, wobei auf keine spezielle biologisch relevante Substanz Bezug genommen wird. Auch bei diesem Verfahren muß die Meßvorrichtung mittels eines Endoskops invasiv an den Messort gebracht werden.
[0010] Nach umfangreichen Experimenten wurde in den Patenten, US 59 83 125, US 57 69 081 , US 53 69 496, US 60 91 985, US 60 80 584, US 63 46 101 B 1 , US 2002 / 000 23 37 A 1 , US 59 43 113, US 62 05 353 B1 , das fluoreszenzspektrometrische Verhalten biologischer Gewebe und Organe hinsichtlich einer präventiven Krebsdiagnostik beschrieben. Zur Auswertung wurden die Intensitäten einzelner Substanzen wie Tryptophan, NADH und Flavine wie auch die maximale Fluoreszenzintensität im Wellenlängenbereich von 320 - 580 nm herangezogen. Zusätzlich wurden auch Ergebnisse der Fourieranalyse zur Auswertung herangezogen.
24.02.2009 [0011] Bei den Untersuchungen konnte nachteilig festgestellt werden, daß weder die Verwendung der maximalen Fluoreszenzintensität im Wellenlängenbereich von 320 nm - 600 nm oder die absoluten Fluorezenzintensitäten relevanter Stoffwechselparameter wie NADH, Tryptophan, FAD und Kynurenin noch das Verhältnis von zwei Substanzen wie NADH und Kynurenin eine eindeutige Trennung zwischen „Gesund" und Krebsbelastung gestattet.
[0012] So ist z. B. ein geringes Verhältnis zwischen den Intensitäten von NADH und Kynurenin nicht nur charakteristisch für eine Krebsbelastung, sondern alle entzündlichen Erkrankungen weisen ein ähnliches Verhältnis auf. Dies ist nicht absonderlich, da viele Krebserkrankungen mit entzündlichen Erscheinungen einhergehen.
[0013] Ein weiterer Nachteil der oben beschriebenen invasiven Methoden ist es, dass durch die Stressbelastung des Messvorganges eine verfälschte Momentaufnahme des Stoffwechsels entsteht und keine Aussagen über Stoffwechselregelungsprozesse möglich sind. Eine solche Aussage kann nur durch eine in kurzen Abständen wiederholbare stressfreie Messung oder durch zeitlich definierte Messungen vor und nach einer Stressbelastung erfolgen.
Darstellung der Erfindung
[0014] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Einrichtung vorzuschlagen, die es ermöglichen, Steuer- und Regelungsprozesse des menschlichen und tierischen bzw. auch pflanzlichen Stoffwechsels zu messen, um bei Veränderungen im Metabolismus der Proteine, Lipide, Kohlenhydrate und Hormone Rückschlüsse auf spezifische Krankheitsbilder ziehen zu können. Das Verfahren soll den eigentlichen Messvorgang nichtinvasiv, oder invasiv und schnell wiederholbar machen, um keine Stressbelastung durch den Messprozess hervorzurufen.
[0015] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in den Patentansprüchen offenbarten Merkmale gelöst.
24.02.2009 [0016] Das Verfahren zur nichtinvasiven und/oder invasiven komplexen
Stoffwechselanalyse zur Kontrolle von Störungen sowie zur Bestimmung von physikalischen oder chemischen Einflussfaktoren auf die Reaktionsbedingungen ist dadurch gekennzeichnet, dass stoffwechselrelevante Substanzen, welche alle Wege der stofflichen Umsetzung von Proteinen, Lipiden, Kohlenhydraten und Hormonen bestimmend beeinflussen und während der Stoffumsatzvorgänge entstehen, miteinander reagieren, sich einander umwandeln und/oder sich gegenseitig in ihrer Konzentration und Reaktionsfähigkeit beeinflussen und die eine (endogene) Autofluoreszenz aufweisen, über ihre Fluoreszenzintensität und somit mittelbar in ihrer Konzentration nebeneinander bestimmt werden, wobei die Fluoreszenzspektren, die aus den erfassten Wellenlängen im Bereich von 287 nm bis 600 nm und den dazugehörigen Fluoreszenzintensitäten bestehen, gespeichert und zur Auswertung vorbereitet werden, indem Wertepaarungen von Wellenlänge und Fluoreszenzintensität für die stoffwechselrelevanten Substanzen ausgewählt und in biophysikalischen und biochemischen Modellen verknüpft werden, mit indikationsbezogenen Störmodellen, die unterschiedliche Möglichkeiten der Stoffwechselregulation und Änderung des Stoffwechselzustandes definieren, verglichen werden, die Abweichungen jeder Statusaussage zum Idealwert berechnet werden, wobei der gewichtete Mittelwert aus den Abweichungen der Statusaussagen zum Idealwert in einen mathematische Zusammenhang gesetzt wird, wobei dieser zwischen einem gesuchten Mengenverhältnis und einem spezifischen Erfordernis an Wirkstoffen und den gegebenen Abweichungen der Statusaussagen durch eine Korrekturmatrix hergestellt wird.
[0017] Das Kennzeichnende besteht darin, dass aus dem nativen
Fluoreszenzspektrum im Wellenlängenbereich von 287 nm bis 600 nm stoffwechselrelevante biologisch aktive Substanzen, die eine Autofluoreszenz besitzen, ausgewählt werden und in biochemischen bzw.
24.02.2009 biophysikalischen Modellen miteinander verknüpft werden, um Steuer- und Regelungsprozesse bei Mensch und Tier bzw. in Pflanzen zu beschreiben.
[0018] Die Fluoreszenzspektren werden über eine optische Messstrecke erfasst, die aus einer Lichtquelle, einem Lichtleitkabel zur Zuführung des Anregungslichtes zum Messort, einem Lichtleitkabel zur Ableitung des Fluoreszenzlichtes zum Spektrometer und einem Auswerterechner besteht.
[0019] Aussagen zum Mangel an und Bestimmungen des spezifischen
Vitalstoffbedarfs, für eine regulierende Einflussnahme werden aus den nichtinvasiven Messwerten über die Feststellung der Abweichungen von Statusaussagen zum optimalen Gesundheits-Status ermittelt. Dabei werden die Abweichungswerte entsprechend der Bedeutung der Vitalstoffe für diese Abweichungen gewichtet. Die gewichteten Mittelwerte erlauben schließlich durch Einsetzen in Ausgleichspolynome dritter Ordnung die Berechnung der Dosiereinheiten für die fehlenden Vitalstoffe.
[0020] Die zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagene Einrichtung besteht aus einer Lichtquelle, vorzugsweise einem Laser oder Xenon-Blitzlampe, einem optischem Filter, Miniaturspektrometer und verbindende Lichtleitkabeln zwischen der Lichtquelle mit Messsonde am Messort und einer Auswerteeinheit.
[0021] Die Vorteile der Erfindung liegen in der nichtinvasiven Messung der
Fluoreszenzspektren und der dadurch garantierten Stressfreiheit. Infolge dieses Messvorganges können in sehr kurzen zeitlichen Abständen Wiederholungsmessungen erfolgen und somit Regulationsvorgänge im Stoffwechsel erkannt werden. Durch Veränderungen dieser Regulationsprozesse unter definierten Stressbedingungen können Rückschlüsse auf krankhafte Veränderungen des Organismus gezogen werden.
24.02.2009 Kurze Beschreibung der Abbildungen
[0022] Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 : Blockschaltbild der Messstrecke zur Messwerterfassung Fig. 2: Beispiele nativer Fluoreszenzspektren
Fig. 3: Ergebnisdarstellung eines einfachen biochemischen Modells als Selektionstufe
Fig. 4; Ergebnis der Separation von Krebserkrankungen und entzündlichen Erkrankungen
Fig. 5: Selektion unter Verwendung der Emissionswellenlängen 509 nm und 495 nm
Fig. 6:Beispiel zur Ermittlung der Abweichungen der Statusaussagen zum optimalen Gesundheits-Status
Fig. 7: Beispiel zur Ermittlung des gewichteten Mittelwertes für jede zu empfehlende Substanz durch Multiplikation Fig. 8: Beispiel der Berechnung der Dosierung über ein Ausgleichspolynom 3. Ordnung für Mangan
Ausführung der Erfindung
[0023] Gemäß dem Blockschaltbild der Messstrecke nach Fig. 1 wird über eine Glasfasersonde 3 von einer Lichtquelle 1 Anregungslicht lokal in die Hautoberfläche 6 eingestrahlt. Ein optisches Filter 4 (Bandpass- und Sperrfilter), das mittels Lichtleitkabel 2 mit einem Miniaturspektrometer 5 verbunden ist, begrenzt das Anregungslicht auf den UV-Bereich. Damit wird sichergestellt, dass das zu messende Fluoreszenzsignal nicht mit dem Anregungslicht und dem Streulicht der Hautoberfläche überlagert wird. Die Lichtquelle 1 und das zu messende Fluoreszenzsignal repräsentiert angeregte Autofluoreszenz-Komponenten aus dem Interstitium unmittelbar unter der Hautoberfläche. Sowohl die Intensität des Anregungslichtes als auch die Dauer der Bestrahlung liegen deutlich unter den gesetzlichen Höchstgrenzen.
[0024] Ein Miniaturspektrometer 5 ermöglicht die spektrale Trennung der
Fluoreszenzkomponenten des Messsignals. Die Bauelemente 1 bis 5 sind
24.02.2009 in einem Gehäuse zu einer Messzelle zusammen geschaltet. Das aufgenommene Spektrum stellt ein Screening des aktuellen Gesundheitsstatus des Probanden dar.
[0025] Eine kombinierte Mess- und Auswertesoftware, die auf einen an sich bekannten Computer installiert ist, dient der Erfassung, Auswertung, Interpretation und Visualisierung der Messergebnisse. Im Ergebnis des Screenings entsteht ein Befund mit prozentual aufgeschlüsselten Aussagen zum aktuellen Gesundheitszustand des Probanden.
[0026] Die Bauelemente Lichtquelle PX - 2 Xenonlampe 1 , Lichtleitkabel zur Ableitung für Anregungslicht und Fluoreszenzsignal 2, Messsonde / Messkopf 3, Optisches Filter 4, Miniaturspektrometer USB 2000 mit OFVL - Filter 5, stellen die erfindungsgemäße Messtrecke dar und sind in Gehäuse 7 als Messzelle montiert.
[0027] Die im Rechner gespeicherten Fluoreszenzspektren, die aus den erfassten Wellenlängen im Bereich von 287 nm bis 600 nm und den dazugehörigen Fluoreszenzintensitäten bestehen, werden in einem geeigneten Tabellenformat zur Auswertung vorbereitet.
[0028] Fig. 2 zeigt Beispiele dieser nativen Spektren.
[0029] Aus diesen Tabellen werden die Wertepaarungen (Wellenlänge und Fluoreszenzintensität) für stoffwechselrelevante, biologisch aktive Substanzen wie ATP, GTP, Tryptophan, Orotsäure, NADP, NADH, FAD usw. ausgewählt. Die Anregungswellenlängen und Emissionswellenlängen dieser Substanzen wurden in umfangreichen Vorversuchen bestimmt. Da unterschiedliche Hautstrukturen und Hautbestandteile die Verwendung der Absolutwerte nicht zulassen, kann nur mit Relativwerten eine weitere Auswertung erfolgen. Es ist also notwendig, Wertepaarungen der relevanten, biologisch aktiven Substanzen zu bestimmen, und in biophysikalischen und biochemischen Modellen zu verknüpfen. Diese Modelle beinhalten Substanzen, die während der Stoffwechselvorgänge miteinander reagieren, ineinander umwandeln und/oder sich gegenseitig in ihrer Konzentration und Reaktionsfähigkeit beeinflussen.
[0030] Fig. 3 zeigt die Darstellung des Ergebnisses eines einfachen biochemischen Modells, das als erste Selektionsstufe der Diagnostik
24.02.2009 Verwendung findet, und aus der Verknüpfung von NADH, Kynurenin, FAD, NADP und Thromboxan besteht. Diese Darstellung lässt erkennen, dass selbst die Verwendung von fünf stoffwechselrelevanten Substanzen nicht ausreichend ist, um Krebserkrankungen von entzündlichen Erkrankungen zu trennen. Die erste Selektionsstufe ist nur geeignet „Krank" und „Gesund" zu unterscheiden.
[0031] Im Anschluss werden weitere Selektionsstufen durchlaufen, um entzündliche Erkrankungen von Krebserkrankungen zu differenzieren bzw. auch unter den entzündlichen Erkrankungen eine Differenzierung zu erkennen.
[0032] Fig. 4 zeigt eine Separation zwischen Krebserkrankungen bzw. behandelten Krebserkrankungen und entzündlichen Erkrankungen.
[0033] Parallel zur Auswertung der Spektren durch Selektion der Erkrankungen mittels biophysikalischer und biochemischer Modelle auf der Basis bekannter biologisch aktiver Substanzen, erfolgt eine Auswertung durch selbstlernende Systeme, die nach Unterschieden in den Spektren von gesunden Probanden und Patienten suchen, ohne eine bekannte Wertepaarung (Wellenlänge und Intensität) biologisch aktiver Substanzen zu verwenden.
[0034] Fig. 5 zeigt eine zusätzliche Selektion bei den Wellenlängen 509 nm und 495 nm, wobei die emittierenden Substanzen bisher nicht bekannt sind, die Verwendung dieser Selektion jedoch Erfolg zeigt. Zum Ausgleich der nichtinvasiv gemessenen Störungen von Regulationsbereichen im Stoffwechsel wird der Bedarf an Wirkstoffen (Vitalstoffen) aus den nichtinvasiven Messwerten abgeleitet.
[0035] Zu einem beliebigen Zeitpunkt der Messung werden definierte physikalische, chemische oder kombinierte Störeinflüsse oder Schädigungseinwirkungen auf künstliche oder natürliche Testobjekte ausgelöst, die Fluoreszenzintensitäten vor und nach der Belastung werden mehrmals gemessen und der Einfluss auf die Regulation im Stoffwechsel wird bestimmt. Die Störungen der Regulationsbereiche durch Wirkstoffe können vorzugsweise durch alle Vitalstoffe, wie Jod, Selen, Calcium, Kalium, Magnesium, Chrom, Vanadium, Kupfer, Molybdän, L-Methionin, L-
24.02.2009 Cystein, Coenzym Q 10, Quercetin, Cholin, L-Carnitin, d-alpha- Tocopherol, Retinol, Cholecalciferol, Ascorbinsäure, Thiamin, Riboflavin, Niacin, Pantothensäure, Pyridoxin, Inositol, Folsäure, Cobalamin, Biotin, Pangaminsäure, Carotinoide, 3-Epigalockatechin-Galat, Omega-3- Fettsäuren, Vitamin E, Alphaliponsäure, Glutathion, Zink, Eisen, Taurin, Cholamin, Lutein, Lycopin ausgeglichen werden, indem die Abweichungen jeder Statusaussage zum Idealwert berechnet werden (100 % oder 0 % je nach Aussagetyp). Wenn sich die Statusaussage dem Idealwert annähert, verringert sich der individuelle Bedarf an spezifischen Wirkstoffen.
[0036] Der gewichtete Mittelwert aus den Abweichungen der Statusaussagen zum Idealwert stellt den mathematischen Ansatz dar für eine individuelle Aussage zu den für die Korrektur erforderlichen Wirkstoffqualitäten und Quantitäten. Dabei wird der mathematische Zusammenhang zwischen den gesuchten Mengenverhältnissen und den spezifischen Erfordernissen an Wirkstoffen und den gegebenen Abweichungen der Statusaussagen durch eine Korrekturmatrix, bestehend aus 22 Zeilen für je einen Korrektur- Wirkstoff und aus 13 Spalten für 13 Statusaussagen, hergestellt.
[0037] Die Korrekturmatrix weist spezielle Koeffizienten als Wichtungsfaktoren für den Zusammenhang zwischen dem Korrektur-Bedarf und den Statusaussagen aus.
[0038] Die Störmodelle werden aus den Fluoreszenzintensitäten berechnet und entsprechen den stoffwechselrelevanten Substanzen, vorzugsweise ATP (Adenosin-triphosphat), GTP (Guanosintriphosphat), FAD (Nikotinadenindinukleotid, reduziert), NDAP (Nikotinadenindinukleotidphosphat, oxidiert), Kynurenin, Orotsäure, Thromboxan und Tryptophan, in Mengenverhältnissen, die bei verschiedenen Stoffwechselstörungen sehr unterschiedlich sind, solchen realen gestörten Stoffwechselzuständen entsprechen und als sogenannte Thermografen dargestellt werden. Diese Thermografen (mindestens 13) erlauben in statistisch gesicherten unterschiedlichen Kombinationen Aussagen zu verschiedenen Regulationsbereichen der Lebensfunktionen von allen Organismen als Statusaussage, darunter vorzugsweise Schutz vor Übersäuerung, Immunabwehr, Stoffumsatzqualität,
24.02.2009 Bindegewebszustand, Entzündungsprozesse, Trainingszustand, Schutz vor oxidativem Stress, mentale Belastbarkeit, allergische Aktivierung, Schutz vor infektiösen Prozessen, Zellneubildungs- und Zeildegenerationsprozesse sowie die physische und psychische Leistungsfähigkeit und ermöglichte Feststellung deren Störung.
[0039] Durch eine multivariate Regression wird die bestmögliche
Übereinstimmung der Aussagen zum Korrekturbedarf aus zwei unabhängigen Messverfahren hergestellt, insbesondere durch den Bezug auf die Korrekturempfehlung als Ableitung aus der Komplexen Serum- Redoxdifferenz-Provokationsanalyse und der nichtinvasiven Methode durch die Messung der spezifischen Fluoreszenz-Intensitäten.
[0040] Im ersten Schritt werden die Aussagen zum Gesundheitsstatus durch die nichtinvasive Messung als Prozentwerte ermittelt. Davon abgeleitet erfolgt die Berechnung der Abweichungen der aktuellen Prozentwerte zum Optimalwert des Gesundheitsstatus.
[0041] Fig. 6 Auf der Grundlage der Erfahrungen aus der Anwendung des über mehr als ein Jahrzehnt angewendeten invasiven Verfahrens der Komplexen Serum-Redoxdifferenz-Provokationsanalyse wurde eine weitere Wichtungsmatrix erstellt, bezogen auf die unterschiedlich zu wertende Bedeutung der einzelnen Vitalstoffe im Zusammenhang mit den Statusaussagen.
[0042] Fig.7 Durch Multiplikation der Abweichungs-Faktoren (nach Fig. 6) mit dem für die Statusaussage zutreffenden Faktor aus der Wichtungsmatrix (Fig. 7) ergibt sich für die verschiedenen Vitalstoffe jeweils der gewichtete Mittelwert (Fig. 7).
[0043] Durch das Verfahren der multivariaten Regression ist unter Bezugnahme auf Aussagen zum Korrekturbedarf der Ergebnisse aus zwei Messverfahren die bestmögliche statistisch basierte mathematische Übereinstimmung herzustellen.
[0044] Die Regressionsrechnung erlaubt somit eine Korrekturempfehlung als Ableitung aus den Messergebnissen des Verfahrens der Komplexen Serum-Redoxdifferenz-Provokationsanalyse und den Messwerten der spezifischen Fluoreszenzintensitäten der nichtinvasiven Methode.
24.02.2009 [0045] Mittels Regressionsrechnung werden zur Korrektur die Koeffizienten für ein Ausgleichspolynom 3. Ordnung ermittelt. Diese Koeffizienten werden für die eingesetzten Wirkstoffe (Vitalstoffe) in Fig. 8 wiedergegeben.
[0046] Durch Einsetzen dieser Polynomkoeffizienten als Werte von X in das Ausgleichspolynom 0,00014 x 14 x x3 - 0,00337 x x2 + 0,03259 x X - 0,10534 = y (y = Dosiereinheiten: z.B. 1 ,565) ergeben sich die Dosiereinheiten (y) für die verschiedenen Vitalstoffe. Das Berechnungsbeispiel gilt für den Bedarf an Mangan bei Einsatz des gewichteten Mittelwertes von 17,23. (Fig. 8)
[0047] Bei der nach Fig. 6 nichtinvasiv gemessenen Statusaussage ergibt sich nach Fig. 8 somit z.B. ein Bedarf von 1.565 Dosiereinheiten für Mangan.
[0048] Durch die nichtinvasiven Messungen von Änderungen der Verhältnisse wesentlicher Stoffwechsel-Parameter können Störungen von Funktionen der Organismen ausgesagt oder vorhergesagt werden, um durch Einsatz vorzugsweise antioxidativer Schutzstoffe Schädigungen vorzubeugen.
24.02.2009 Bezugszeichen
1. Lichtquelle PX - 2 Xenonlampe
2. Lichtleitkabel zur Ableitung für Anregungslicht und Fluoreszenzsignal
3. Messsonde / Messkopf
4. Optisches Filter
5. Miniaturspektrometer USB 2000 mit OFVL - Filter
6. Hautoberfläche (Messort)
7. Gehäuse
8. Computer ACER Aspire 1310, Windows XP, Office Paket (Excel/ Access)
9. Netzteil
24.02.2009

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur nichtinvasiven und/oder invasiven komplexen Stoffwechselanalyse zur Kontrolle von Störungen sowie zur Bestimmung von physikalischen oder chemischen Einflussfaktoren auf die Reaktionsbedingungen, gekennzeichnet dadurch, dass stoffwechselrelevante Substanzen, welche alle Wege der stofflichen
Umsetzung bestimmend beeinflussen und während der
Stoffumsatzvorgänge entstehen, miteinander reagieren, sich einander umwandeln und/oder sich gegenseitig in ihrer Konzentration und
Reaktionsfähigkeit beeinflussen und die eine (endogene) Autofluoreszenz aufweisen, über ihre Fluoreszenzintensität und somit mittelbar in ihrer
Konzentration nebeneinander bestimmt werden, wobei die Fluoreszenzspektren, die aus den erfassten Wellenlängen im Bereich von 287 nm bis 600 nm und den dazugehörigen Fluoreszenzintensitäten bestehen, gespeichert und zur Auswertung vorbereitet werden, indem
Wertepaarungen von Wellenlänge und Fluoreszenzintensität für die stoffwechselrelevanten Substanzen ausgewählt und in biophysikalischen und biochemischen Modellen verknüpft werden, mit indikationsbezogenen Störmodellen, die unterschiedliche Möglichkeiten der Stoffwechselregulation und Änderung des Stoffwechselzustandes definieren, verglichen werden, die Abweichungen jeder Statusaussage zum Idealwert berechnet werden, wobei der gewichtete Mittelwert aus den Abweichungen der
Statusaussagen zum Idealwert in einen mathematische Zusammenhang gesetzt wird, wobei dieser zwischen einem gesuchten Mengenverhältnis und einem spezifischen Erfordernis an Wirkstoffen und den gegebenen Abweichungen der Statusaussagen durch eine Korrekturmatrix hergestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die stoffwechselrelevanten Substanzen vorzugsweise ATP (Adenosin- triphosphat), GTP (Guanosintriphosphat), FAD (Nikotinadenindinukleotid,
24.02.2009 reduziert), NDAP (Nikotinadenindinukleotidphosphat, oxidiert), Kynurenin, Orotsäure, Thromboxan und Tryptophan sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Fluoreszenzintensitäten im Wellenlängenbereich von vorzugsweise 340 nm bis 600 nm, für stoffwechselrelevante Substanzen, deren Emissionswellenlängen bekannt sind, vorzugsweise ATP, GTP, FAD, NADH, NADP, Kynurenin, Orotsäure, Thromboxan und Tryptophan gemessen werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die biologisch aktiven Substanzen und Stoffwechsel-Intermediate im zellulären und interzellulären (interstitiellen) Bereich mit Licht einer Exzitationswellenlänge von 287 nm bis 340 nm, vorzugsweise 340 nm zur Emission angeregt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Fluoreszenzintensitäten zu einem beliebigen Zeitpunkt und/oder in festgelegten zeitlichen Abständen erfolgt, so dass durch diese Verlaufsmessungen Steuer- und Regelungsprozesse erkannt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass zu einem beliebigen Zeitpunkt der Messung definierte physikalische, chemische oder kombinierte Störeinflüsse oder Schädigungseinwirkungen auf künstliche oder natürliche Testobjekte ausgelöst werden, die Fluoreszenzintensitäten vor und nach der Belastung mehrmals gemessen werden und der Einfluss auf die Regulation im Stoffwechsel bestimmt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Störungen der Regulationsbereiche durch Wirkstoffe vorzugsweise durch alle Vitalstoffe Jod, Selen, Calcium, Kalium, Magnesium, Chrom, Vanadium, Kupfer, Molybdän, L-Methionin, L-Cystein, Coenzym Q 10, Quercetin, Cholin, L-Carnitin, d-alpha-Tocopherol, Retinol, Cholecalciferol, Ascorbinsäure, Thiamin, Riboflavin, Niacin, Pantothensäure, Pyridoxin, Inositol, Folsäure, Cobalamin, Biotin, Pangaminsäure, Carotinoide, 3-Epigalockatechin-Galat,
24.02.2009 Omega-3-Fettsäuren, Vitamin E, Alphaliponsäure, Glutathion, Zink, Eisen, Taurin, Cholamin, Lutein, Lycopin ausgeglichen werden, indem die Abweichungen jeder Statusaussage zum Idealwert berechnet werden (100 % oder 0 % je nach Aussagetyp).
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturmatrix aus 22 Zeilen für je einen Korrektur-Wirkstoff und aus 13 Spalten für 13 Statusaussagen besteht.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturmatrix spezielle Koeffizienten als Wichtungsfaktoren für den Zusammenhang zwischen dem Korrektur-Bedarf und den Statusaussagen ausweist.
10. Verfahren nach Anspruch 1 , 6, 7, 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass durch eine multivariate Regression die bestmögliche Übereinstimmung der Aussagen zum Korrekturbedarf aus zwei unabhängigen Messverfahren hergestellt wird, insbesondere durch den Bezug auf die Korrekturempfehlung als Ableitung aus der Komplexen Serum-Redoxdifferenz-Provokationsanalyse und der nichtinvasiven Methode durch die Messung der spezifischen Fluoreszenz-Intensitäten.
11. Einrichtung zur komplexen Stoffwechselanalyse dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtquelle (1), vorzugsweise ein Laser oder eine Xenon-Blitzlampe mit optischem Filter (4) über ein Lichtleitkabel (2) mit einer Messsonde (3) verbunden ist und dass erforderliche optische Filter (4) vorgesehen sind, die zwischen der Lichtquelle (1) und dem Messort (3) angeordnet sind.
12. Einrichtung nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Filter (4) eine Kombination aus Sperrfilter (mit spezifischer Bedampfung) und Bandpassfilter in einer festgelegten Reihenfolge ohne Zwischenringe darstellen.
13. Einrichtung nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass ein optischer Sperrfilter mit zweiseitiger Sperrschicht nach Abschleifen der ursprünglich
24.02.2009 aufgedampften Reflexionsschicht zum Erreichen besserer Transmissionsergebnisse vorgesehen ist.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass ein Miniaturspektrometer (5) mit einem CCD-Zeilensensor oder mit einem akustooptischen Monochromator und Photomultiplyer und geeigneten Rechnerstrukturen vorgesehen ist zum Zwecke der Auswertung des emittierten Lichtes der Autofluorophore.
24.02.2009
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