Eine der typischen Folgeerkrankungen des Diabetes mellitus ist die diabetische Neuropathie. Sie kann sowohl autonome als auch somatische Nervenfasern betreffen. Der häufigste Typ ist die distale symmetrische Polyneuropathie (engl. distal symmetric polyneuropathy, DSPN), die etwa 75 % aller diabetischen Neuropathien ausmacht [Dyck 2011]. Sie kann trotz fehlender Symptome vorhanden sein [Pop-Busui 2017].
Zusammenfassung
Die distale symmetrische diabetische Polyneuropathie (DSPN) ist eine sehr häufige Folgeerkrankung des Diabetes mellitus. Sie stellt eine der Hauptrisikofaktoren für Fußamputationen bei den Betroffenen dar. Zum Screening sind neurologische Tests etabliert, die allerdings erst bei manifester klinischer Ausprägung des Krankheitsbildes auffällige Ergebnisse zeigen. Mit der Thermografie des Fußes steht eine Methode zur Verfügung, die einfach, nicht-invasiv und kosteneffektiv auch beginnende neuropathische Veränderungen detektieren kann. Die hier vorgelegten Fallstudien zeigen das Potenzial des Verfahrens. In vielen Fällen besteht eine Korrelation zwischen den Thermografiebildern und einer DSPN. Die Untersuchung zeigt noch bestehende technische Grenzen der Testmethode auf und unterbreitet Lösungsvorschläge, die in weiterführenden Untersuchungen aufgegriffen werden sollten.
Schlüsselwörter
Thermografie, Screening, Polyneuropathie, Diabetes
Scoping case studies to assess the suitability of thermography for early detection and monitoring of distal symmetric polyneuropathy in people with diabetes
Summary
Distal symmetric diabetic polyneuropathy (DSPN) is a very common secondary complication of diabetes mellitus. It represents one of the main risk factors for foot amputation in affected individuals. Neurological tests are established for screening, but they tend to yield abnormal results only once the clinical picture is already manifest. Foot thermography offers a simple, non-invasive, and cost-effective method for detecting even early neuropathic changes. The case studies presented here demonstrate the potential of this procedure. In many cases, there is a correlation between the thermography images and DSPN. This study highlights the remaining technical limitations of the testing method and proposes solutions that should be addressed in further studies.
Keywords
Thermography, screening, polyneuropathy, diabetes
Einleitung und Zielrichtung der Studie
Die Prävalenz der peripheren Polyneuropathie bei Menschen mit Diabetes mellitus (MmD) liegt bei etwa 30 % [Ziegler 2023]. Somit stellt sie eine weit verbreitete Erkrankung dar. Die Ausprägung ist abhängig von Alter, Diabetestyp, Diabetesdauer und Qualität der Blutzuckereinstellung. Die DSPN ist mit einer erheblichen Morbidität verbunden, einschließlich Schmerzen, Stürzen, eingeschränkter Lebensqualität, Einschränkungen bei den Aktivitäten des täglichen Lebens und depressiver Symptome. Die Erkrankung spielt insbesondere bei der Entwicklung des diabetischen Fußsyndroms eine bedeutende Rolle (bei 85 – 90 % der Fälle) und stellt einen der Hauptrisikofaktoren für Fußamputationen dar [Hicks 2019, Ziegler 2023].
Die DSPN kann an unterschiedlichen peripheren Nervenfasern manifest werden. Sowohl sensorische (Temperaturempfinden, Vibration, Berührungsschmerz), motorische (Muskelkontrolle) als auch somatische (Schweißproduktion, Thermoregulation) Nerven können in unterschiedlicher Ausprägung betroffen sein.
Aktuelle Leitlinien wie die NG10 des britischen National Institute for Health and Clinical Excellence [NICE 2019] konzentrieren sich ausschließlich auf sensorische Neuropathie und empfehlen zur Diagnostik einen Test auf Berührung mit einem 10 g-Monofilament oder auf Vibration mit einer 128 Hz-Stimmgabel. Andere sensorische Testverfahren wie der Neuropathy Disability Score (NDS) [Dyck 1987] bewerten zusätzlich die Reaktion auf Temperaturreize und Nadelstichschmerzen. Ein Beispiel für einen unspezifischen Test auf das Vorliegen einer funktionellen Neuropathie ist der Achillessehnenreflex-Test.
Tests für somatische Neuropathie werden derzeit nicht häufig verwendet. Dies ist bedauerlich, denn Carmichael (2021) stellte fest, dass die dünnen Nervenfasern (C-Fasern, Durchmesser unter 5 μm), zu denen die Nerven des somatischen Systems gehören, bei der Entwicklung einer Neuropathie als erste betroffen sind und sich die Krankheit erst später auf die myelinisierten Nervenfasern (Durchmesser über 5 μm), einschließlich derjenigen für Berührung und Vibration, ausweitet. Dünne Nervenfasern sind auch die ersten, die sich nach einer Schädigung regenerieren. Die Beurteilung des Zustands der dünnen Nervenfasern des autonomen somatischen Systems ist daher sowohl für die Früherkennung als auch die Therapieüberwachung von Neuropathien von Nutzen.
Im Fuß sind autonome dünne Nervenfasern für die Sudomotorik (Schweißdrüse) und die Wärmeregulation zuständig. Die sudomotorische Funktion kann durch patentierte Tests (Neuropad®, TRIGOcare International GmbH und Sudoscan™, Impeto Medical) bewertet werden.
In diesem Beitrag wird eine alternative temperaturbasierte Testmethode zur Beurteilung der Funktionsfähigkeit des somatischen Systems im Fuß vorgeschlagen. Dünne postganglionäre (nicht myelinisierte C-Fasern) des autonomen Nervensystems steuern die Funktion von Muskeln, die arteriovenöse Shunts im subpapillären Plexus zwischen retikulärer und papillärer Dermis öffnen oder schließen. Bei gesunden Menschen sind diese Nerven aktiv, wenn der Körper die Wärme im Kern erhalten will. Dies verursacht ein Zusammenziehen der Ringmuskeln um die Shunt-Blutgefäße, sodass in Folge die Füße kalt werden. Umgekehrt sind die Nerven passiv, wenn der Körper Wärme abgeben will. Die Shunts öffnen und die Füße erwärmen sich. Beschädigte autonome Thermoregulationsnerven sind ebenfalls passiv, was zu offenen Shunts und warmen Füßen führt, die ihre Temperatur nicht mehr regulieren. Dieser Mechanismus könnte daher genutzt werden, um einen Test zur Früherkennung und Behandlungsüberwachung bei peripherer diabetischer Neuropathie zu entwickeln.
Die Ziele der vorliegenden Studie sind daher:
- Zeigen, dass die vorgeschlagene Methode Potenzial hat.
- Aufzeigen von im praktischen Alltag aufkommenden Problemen mit Gerät und Methode/Protokoll.
- Unterbreiten von Vorschlägen, mit denen besagte Probleme beherrscht werden könnten.
MmD: Menschen mit Diabetes mellitus
NCS: Nervenleitfähigkeitsuntersuchungen
NDS: Neuropathy Disability Score
NSS: Neuropathic Symptom Scoreo
ABI: oszillometrischer Knöchel-Arm-Index
PAVK: periphere arterielle Verschlusskrankheit
Methode
Patientenkohorte
In die Untersuchung wurden Menschen mit Diabetes mellitus eingeschlossen, die sich wegen einer Stoffwechselentgleisung stationär in Behandlung befanden. Es wurden Geschlecht, Diabetestyp, Diabetesdauer und HbA1c-Wert zur Beurteilung der Diabeteseinstellung erfasst. Alle Patienten wurden ärztlich untersucht. Bei keinem fanden sich Fußulcera. Eine klinisch relevante periphere arterielle Durchblutungsstörung (periphere arterielle Verschlusskrankheit, PAVK) konnte oszillografisch ausgeschlossen werden. Dazu wurde das AngE™ DIABETIC der Firma SOT Medical Systems (Maria Rain, Österreich) verwendet. Damit ist u. a. eine Bestimmung des oszillometrischen Knöchel-Arm-Index (oscillometric Ankle-Brachial-Index, oABI), Pulswellenindex und eine Beurteilung der arteriellen Flusskurven möglich. Auch eine kompensierte PAVK ist detektierbar (Patienten mit "k" in Spalte PAVK in Tabelle 1). Zum Screening auf das Vorliegen einer peripheren Polyneuropathie kam ein in den deutschen Behandlungsleitlinien empfohlenes evaluiertes Score-System zum Einsatz [Bundesärztekammer 2011, Young 1993]. Bei unklarer Befundkonstellation erfolgte zusätzlich mit dem Anhidrosetest "Neuropad®" der Firma TRIGOcare International (Wiehl, Deutschland) eine Untersuchung der Suderomotorik. Ein Farbindikator erlaubt hierbei Rückschlüsse auf die Schweißsekretion der Füße. Es wird zwischen Normalbefund, Grenzbefund und pathologischem Befund unterschieden [Quattrini 2008].
Bei 12 Patienten wurden die Ergebnisse der neurologischen Untersuchungen mit den klinischen Daten zur Stoffwechselerkrankung und den Befunden der Thermografie in Bezug gesetzt (Tabelle 1). Die Auswahl erfolgte nach Qualität der Thermografiebilder. Es wurden sowohl Menschen mit Diabetes mellitus Typ 1 als auch mit Typ-2- und Typ-3-Diabetes untersucht.
Tab. 1: Liste der 12 thermografisch untersuchten Patienten und deren Testcharakteristika. Farbkodierung: gute, mäßige, schwache und invertierte Korrelation zwischen thermologischem und Standardbefund. Fettgedruckte Altersangaben kennzeichnen die vier Patienten, die im Folgenden exemplarisch als Fallstudien dienen.
Gerät
Zur Aufnahme des Temperaturprofils der Fußsohle wurde das Gerät "Podium" (Thermetrix Ltd, Wales, Großbritannien) eingesetzt (Abbildung 1). Das Gerät nutzt thermochromische Flüssigkristall-Platten, die in Kontakt mit der Fußsohle temperaturabhängig ihre Farbe wechseln. Das dadurch entstehende Bild wird von einer im Gerät verbauten Kamera aufgenommen und zur Auswertung an ein Mobiltelefon oder Tablet geschickt.
Abb. 1: Das thermografische Podium-Gerät mit drei Flüssigkristall-Platten für kalte, normale und warme Füße (links). Beaufsichtigter Einsatz des Gerätes in der Klinik (rechts).
Im Gegensatz zu thermischen Infrarot (IR)-kameras ist der Einsatz des Podium- Gerätes in der klinischen Praxis einfacher und produziert gut wiederholbare Bilder. Nachteilig wirkt sich dagegen aus, dass die Flüssigkristall-Platten flach sind und daher Konturen des Fußes – insbesondere im Bereich des Spanns oder etwa bei Krallenzehen – nicht folgen können. Dadurch kann das thermografische Bild in den betroffenen Bereichen unvollständig sein.
Bildaufnahmeprotokoll
Idealerweise sollten alle Thermografiestudien gemäß eines Untersuchungsprotokolls durchgeführt werden, das die für die jeweilige Untersuchung relevanten Parameter standardisiert [Ammer 2008]. Dies sind insbesondere Parameter der Untersuchungsumgebung (Raumtemperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftzug, Nähe zu Heizkörpern oder Kühlgeräten usw.), des Patienten (Akklimatisierungszeit an die Raumtemperatur, Bekleidung, Nikotin-, Koffein-Konsum, körperliche Betätigung vor der Untersuchung usw.) und des thermografischen Gerätes selbst (Bildausschnitt, diverse Einstellungen usw.).
In der realen klinischen Praxis (Tabelle 2) ließen sich jedoch betriebsbedingt nicht all diese Parameter vollständig kontrollieren. Im Rahmen dieser Untersuchung, bei der die eingangs genannten Studienziele ohne quantitative Temperaturdaten und genaue statistische Analyse erzielt werden können, war es möglich, die Anforderungen etwas zu reduzieren.
Tab. 2: Die bei dieser Untersuchung zur Anwendung gebrachten Parameter.
Neuropathie-Test-Scores
Der NDS (Neuropathy Disability Score) ist ein standardisiertes Tool zur Bewertung der klinischen Ausprägung einer DSPN. Der NDS fasst das Ergebnis von vier Tests zusammen. Die Funktion der dicken Nervenfasern wird durch einen Test des Vibrationsempfindens (128 Hz-Stimmgabel nach Rydel-Seiffer) und einer Überprüfung des Achillessehnen-Reflexes bewertet. Kombiniert wird dies mit Untersuchungen der dünnen Nervenfasern durch Objektivierung des Temperaturempfindens (z. B. durch kalte Stimmgabel) und des Schmerzempfindens (z. B. durch spitzen Gegenstand). Der NDS ist ein quantitatives Maß für neurologische Defizite. Man kann die Schwere des neurologischen Defizits bewerten (3 – 5 Punkte: leichte Defizite; 6 – 8 Punkte: mäßige Defizite; 9 – 10 Punkte: schwere Defizite). Der NDS wurde validiert und erwies sich als 65 % sensitiv und 91 % spezifisch für die Diagnose der distalen symmetrischen Polyneuropathie [Dyck 1987].
Der NSS (Neuropathic Symptom Score) ist eine standardisierte Skala, die das subjektive Empfinden neuropathischer Symptome von Patienten abschätzt. Dazu wird die Ausprägung von typischen Symptomen (hoch bewertet: Brennen, Taubheitsgefühl, Parästhesien; geringer bewertet: Schwächegefühl, Krämpfe, Schmerzen) erfasst und deren Lokalisation, tageszeitliches Ausprägungsmaximum und die Beeinflussbarkeit durch Aktivitätsniveaus der Patienten berücksichtigt. Anhand eines Punktesystems kann die Schwere der Symptome abgeschätzt werden (3 – 4 Punkte: leichte Symptome; 5 – 6 Punkte: mäßige Symptome; 7 – 10 Punkte: schwere Symptome). Gentile et al. (1995) stellten fest, dass die Symptome zu 87 % sensitiv und zu 60 % spezifisch sind, wenn man sie mit dem Goldstandard der Nervenleitfähigkeitsuntersuchungen (NCS) als Referenz vergleicht.
Auswertung der Thermografiebilder
Absolute (quantitative) Temperaturen werden bei der Auswertung vernachlässigt, da sie im klinischen Alltag schwer reproduzierbar sind. Es verbleiben jedoch, wie in Abbildung 2 sichtbar, mehrere qualitative Merkmale, die für die Thermografiebilder gesunder und neuropathischer Personen charakteristisch sind:
- Sowohl im gesunden wie auch im neuropathischen Fuß existiert eine gute Links/Rechts-Symmetrie, d. h. ein Fuß ist das thermometrische Spiegelbild des anderen. Da der neuropathische Fuß generell warm ist, haben lokale Entzündungen einen geringen Einfluss auf die Symmetrie. Es ist jedoch möglich, dass die Symmetrie durch eine einseitige arterielle Verschlusserkrankung gebrochen wird. Dies ist jedoch im Allgemeinen sehr offensichtlich.
- Im gesunden Fuß existiert ein Temperaturgradient vom Fußgewölbe hin zu den Zehen und der Ferse von bis zu 7 °C, insbesondere nach einem milden Kühlstress, bei dem die normalen Thermoregulationsprozesse des Körpers eine Schließung der arteriovenösen Shunts bedingen. Dies geschieht zeitlich zuerst in der Unterhaut der Zehen und dann von den Zehen her auf den gesamten Fuß übergehend. Im Gegensatz dazu fehlt im neuropathischen Fuß diese Regulation und alle Shunts sind permanent weit geöffnet, sodass der Fuß generell eine homogene Temperaturverteilung auf hohem Niveau aufweist.
- Durch die Shuntinsuffizienz zeigt sich eine typische Tendenz des neuropathischen Fußes zu größeren Flächen höherer Temperatur im Verhältnis zur Gesamtfußfläche. Dies ist in einem Histogramm der Temperaturverteilung oft gut als "Kopflastigkeit" sichtbar.
Abb. 2: Beispielhafte Thermografiebilder und zugehörige Histogramme einer fußgesunden Person (obere Reihe) und einer Person mit etablierter Neuropathie (untere Reihe).
Nachfolgend sind vier Fallstudien aufgeführt, die beispielhaft unterschiedliche Ergebnisse abbilden:
- Gute Korrelation zwischen Thermografie und Standardbefund
- Mäßige Korrelation zwischen Thermografie und Standardbefund
- Schwache Korrelation zwischen Thermografie und Standardbefund
- Inverse/negative Korrelation zwischen Thermografie und Standardbefund
Der thermografische Befund korreliert ausgezeichnet mit den NDS- und NSS-Testergebnissen. Befund und Testergebnisse deuten auf ausgeprägte Neuropathie hin.
Weitere Patienten, die ebenfalls eine gute Korrelation zwischen thermografischem und Standardbefund aufweisen: #0348, #0289, #0392, #0342 und #0299.
In dieser Studie ist der Temperaturgradient mit der Ausnahme der kleinen Zehen nur noch sehr schwach ausgebildet und somit typisch für eine noch nicht voll entwickelte, aber dennoch fortgeschrittene Neuropathie.
Der Standardbefund deutet dagegen auf ein früheres Stadium der Neuropathie hin und in diesem Fall korrelieren die Thermografieergebnisse mäßig gut mit denen der NDS- und NSS-Tests.
Weitere Patienten, die ebenfalls eine mäßige Korrelation zwischen thermografischem und Standardbefund aufweisen: #0318, #0312.
In dieser Fallstudie ist das Thermografiebild durch den hohen Spann des Patienten irreführend. Das Fußgewölbe ist rein augenscheinlich kühler als Ferse und Vorfuß. Dies ist jedoch ein technisches Artefakt, verursacht durch den geringen Kontakt der Füße mit der thermografischen Platte im Bereich des Gewölbes/Spanns. Dort ist die Temperatur in Wirklichkeit daher vermutlich genauso hoch wie in benachbarten Bereichen. Es existiert daher ein Gradient zu den Zehen, jedoch nicht zu den Metatarsen und nur gering zu den Fersen. Dies ist mit einer beginnenden oder schwach ausgeprägten Neuropathie vereinbar. Auch im Histogramm ist dies mit einer leichten "Kopflastigkeit" sichtbar.
Der thermografische Befund korreliert daher nur schwach mit den NDS- und NSS-Testergebnissen.
Weitere Patienten, die ebenfalls eine schwache Korrelation zwischen thermografischem und Standardbefund aufweisen: #0281.
Der thermografische Befund legt das Vorhandensein einer ausgeprägten Neuropathie nahe. Im Gegensatz dazu stehen jedoch die niedrigen NDS- und NSS-Werte der Standarduntersuchung.
In diesem Fall könnte die negative Korrelation durch schwache Protokolldisziplin hervorgerufen sein: Die generell gleichmäßige und Neuropathie-typische Temperaturverteilung könnte durch ein nach dem Entfernen von Schuhen und Strümpfen wesentlich zu frühes Aufnehmen des Thermogramms hervorgerufen worden sein.
Dies ist der einzige der 12 Patienten, bei dem eine inverse Korrelation zwischen thermografischem und Standardbefund besteht.
Diskussion
Im Zusammenhang mit Neuropathie sind bei thermografischen Aufnahmen insbesondere die Temperatur des Untersuchungsraumes, die Akklimatisationszeit des Patienten an diesen Raum und die Wartezeit nach dem Entfernen von Schuhen und Strümpfen wichtig. Diese Zeit bedarf der Optimierung (so kurz wie möglich, so lang wie nötig) und muss, möglicherweise durch das Gerät erzwungen, festgelegt und kontrollierbar sein, um fragwürdige Ergebnisse wie in Fallstudie 4 in Zukunft zu vermeiden. In diesem Zusammenhang ist es möglich, dass die Applikation eines milden Kältestresses (z. B. Zugluft) sowohl diese Wartezeit verkürzen als auch die Unterscheidungsempfindlichkeit zwischen normalem und neuropathischem Fuß erhöhen kann.
Andere Parameter wie zum Beispiel die Vermeidung von Koffein, Nikotin und größerer körperlicher Anstrengung vor der Untersuchung spielen ebenfalls eine Rolle. Leider lässt sich das theoretische Idealprotokoll in der klinischen Praxis, in der oft unter Zeitdruck gearbeitet werden muss, nicht sicherstellen. Weitergehende Untersuchungen sind daher notwendig, um die relevanten von den weniger relevanten Parametern zu trennen – mit dem Ziel, die praktische Durchführbarkeit thermografischer Untersuchungen zu erleichtern und damit die Akzeptanz im klinischen Umfeld zu verbessern.
Technische Verbesserungen sind ebenfalls erforderlich. Die hier zum Einsatz gekommenen Flüssigkristall-Platten haben im Gegensatz zu Infrarotkameras den Vorteil, gut wiederholbare Ergebnisse zu erzielen, da immer ein fester Bildausschnitt und ein konstanter Abstand zur Fußsohle gewährleistet ist und keine IR-Kamera-spezifischen Variablen wie z. B. Anpassungen der Emissivität oder des Temperaturmessintervalls vorgenommen werden müssen. Wie Fallstudie 3 jedoch zeigt, ist das Thermografiebild durch einen hohen Spann des Patienten irreführend. Mit einer flexibleren Fußplatte könnten derartige Kontaktprobleme verhindert werden.
Zusammenfassung
Die in diesem Beitrag vorgestellten Fallstudien zeigen, dass die thermografischen Aufnahmen der Fußsohle das Potenzial haben, Neuropathie als unabhängige neue Testmodalität zu etablieren. Von den 12 untersuchten Patienten weisen fünf gute, vier mäßige, zwei schwache und lediglich eine Person eine invertierte Korrelation zwischen thermologischem und Standarbefund auf.
Aufgrund der kleinen Patientenkohorte und des hier angewandten Versuchsprotokolls lässt sich jedoch zu der Frage, ob Neuropathie zu einem früheren Zeitpunkt erkennbar ist als mit traditionellen Methoden, zu diesem Zeitpunkt noch keine klare Aussage treffen.
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Erschienen in: Diabetes, Stoffwechsel und Herz, 2025; 34 (4) Seite 185-191