Ist Schweiß die Zukunft der Gesundheitsüberwachung?

Von Natalie Sabin

13. September 2022 - Auch während Sie dies lesen, arbeitet Ihr Körper daran, das Gleichgewicht zu halten - und zwar nicht nur im Sinne von "nicht umfallen". In Ihrem Inneren laufen unzählige chemische Reaktionen ab, die Energie erzeugen, Abfallstoffe verarbeiten und Sie gesund erhalten. Währenddessen sendet Ihr Körper Signale über Ihr Wohlbefinden aus.

Wearable Technology kann einige dieser Signale aufzeigen, z. B. die Herzfrequenz oder den Schlafzyklus. Viele weitere wichtige Hinweise auf Ihre Gesundheit sind im Blut zu finden. Das Problem: Die meisten Menschen lassen sich nicht gern mit einer Nadel stechen. (Fragen Sie einfach jeden Diabetiker, der sich ein Dutzend Mal am Tag in den Finger stechen muss).

Aber vielleicht gibt es eine Alternative. Schweiß entsteht aus dem Wasser in unserem Blut, was bedeutet, dass Schweiß "wie ein Fenster zum Blut ist", sagt Sarah Everts, Wissenschaftsjournalistin und Autorin von The Joy of Sweat: The Strange Science of Perspiration.

Da Schweiß leichter zugänglich ist als Blut, untersuchen Forscher, ob er ein schmerzfreier Weg sein könnte, um einen besseren Einblick in unsere Gesundheit zu erhalten.

Was ist wirklich in unserem Schweiß?

Schweiß fasziniert Wissenschaftler schon seit Jahrhunderten. Bereits im zweiten Jahrhundert nach Christus untersuchte Galen - ein prominenter griechischer Arzt im Römischen Reich -, ob Menschen durch Schwitzen Körperfett aus ihren Poren ausschwitzen oder ihr Blut entgiften können, sagt Everts.

Während das Fettgewebe nicht aus den Poren sickert, können andere Substanzen ausschwitzen. Schweiß besteht zu 99 % aus Wasser, enthält aber geringe Mengen an Natrium, Chlorid, Laktat, Glukose, Cortisol, Ammoniak, Harnstoff, Ethanol und kleine Proteine.

Schweiß kann auch Spuren von Chemikalien und Giften wie Schwermetallen und Bisphenol A (BPA) enthalten, allerdings nur, wenn diese auch im Blut vorhanden waren. (Everts berichtete einmal von einem seltenen Fall, bei dem sich der Schweiß einer Krankenschwester rot färbte, weil sie Unmengen von Chips mit rotem Farbstoff gegessen hatte.)

Bei normalen, gesunden Menschen übernehmen Leber und Nieren den größten Teil der Bemühungen des Körpers, Giftstoffe auszuscheiden - und das auch ohne die Notwendigkeit einer Sauna.

Wie wird die Schweißüberwachung heute eingesetzt?

Es gibt einige Möglichkeiten, wie die Medizin - und die Strafverfolgungsbehörden - die Schweißüberwachung bereits nutzen.

Mukoviszidose

Ein hoher Chloridgehalt im Schweiß ist ein Symptom für Mukoviszidose, eine Erbkrankheit, die Kinder krank macht, weil sie die normale Funktion der Lungenzellen stört. In den späten 1950er Jahren wurde der Schweißchlorid-Test Teil der Diagnose von Säuglingen mit Mukoviszidose und gilt heute als Goldstandard.

Dabei werden Sonden auf die Haut des Säuglings geklebt und der Patient durch einen leichten elektrischen Impuls zum Schwitzen angeregt. Der Schweiß wird in einem aufgerollten Plastikschlauch aufgefangen und auf Chlorid untersucht.

Schweißchlorid-Tests werden routinemäßig durchgeführt, sind aber umständlich", sagt Dr. John Rogers, Professor an der McCormick School of Engineering der Northwestern University. Aus diesem Grund haben er und sein Team Schweißaufkleber entwickelt. Die farbwechselnden Aufkleber verfügen über winzige Kanäle, Ventile und Reservoirs, die, wenn sie auf die Hautoberfläche geklebt werden, den Schweiß auffangen und speichern können, sobald er austritt, so dass er leichter gesammelt und analysiert werden kann. In einer kürzlich durchgeführten Studie haben Rogers und sein Team gezeigt, wie gut dieses Gerät bei der Diagnose von Mukoviszidose bei Kindern funktioniert.

"Die Vision ist ein Schweißtest, der per Post verschickt und zu Hause durchgeführt werden kann, um diesen Screening-Test auch Menschen zugänglich zu machen, die keinen Zugang zu solchen Einrichtungen haben", sagt Rogers. "Man bräuchte weder geschultes Personal noch die teuren Laborgeräte."

Alkoholüberwachung

Es besteht ein enger Zusammenhang zwischen dem Alkoholgehalt im Blut und der im Schweiß gefundenen Menge.

Seit 2003 gibt es die so genannten SCRAM CAMs (SCRAM Continuous Alcohol Monitoring), die der Polizei und den Gerichten bei der kontinuierlichen Alkoholüberwachung von Straftätern mit hohem Risiko für Alkohol am Steuer und in Fällen häuslicher Gewalt helfen sollen.

Es ist, als hätte man einen Alkoholtester am Knöchel, der ständig nach Alkohol im Schweiß sucht.

Was könnte die Schweißüberwachung sonst noch leisten?

In einer Welt mit fortschrittlicheren Schweißüberwachungs-Wearables könnte eine Person theoretisch:

• Stress durch die Cortisolproduktion messen. Eine Studie hat gezeigt, dass es möglich ist, Cortisol durch ein tragbares Pflaster zu messen. Die Arbeit befindet sich jedoch noch in einem sehr frühen Stadium und wurde noch nicht für eine aussagekräftige klinische Bewertung verwendet.

• Informieren Sie die Trinker darüber, dass es an der Zeit ist, nach Hause zu fahren. Die Forschung hat gezeigt, dass flexible Pflaster (die wahrscheinlich viel bequemer sind als eine SCRAM CAM) Ethanol im Blut nachweisen können. Stellen Sie sich also vor, Sie tragen ein kleines Pflaster, das Sie per Push-Benachrichtigung auf Ihr Telefon informiert, wenn Sie bei der Happy Hour ein paar Gläser zu viel getrunken haben.

• Sagen Sie einem Trainer, dass ein Sportler eine Pause braucht. Stellen Sie sich ein saugfähiges Pflaster auf der Haut vor, das Informationen über den Laktatspiegel sammelt und die Ergebnisse sofort an den Computerbildschirm des Trainers an der Seitenlinie sendet, um ihm mitzuteilen, dass es Zeit für eine Spielerauswechslung ist.

• Ersparen Sie Menschen mit Diabetes das viele Stechen in die Finger. Andere frühe Studien zeigen, dass nicht-invasive, bandagenartige, tragbare Technologien möglicherweise den Blutzucker über den Schweiß messen könnten. Kürzlich haben Forscher der Ohio State University ein "intelligentes Halsband" entwickelt, das den Blutzuckerspiegel der Person, die es trägt, überwachen kann. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Sensor auch zur Überwachung anderer wichtiger Chemikalien im Schweiß eingesetzt werden kann", heißt es in einer Pressemitteilung.

Aber die Wissenschaft und die Technologie, um diese Dinge zu tun, sind noch nicht so weit. Es gibt auch widersprüchliche Beweise dafür, ob Schweiß ein zuverlässiges Mittel ist, um all die Dinge aufzuspüren, auf die wir neugierig sein könnten.

Ein weiteres Problem: Schweiß kann zwar einen Eindruck davon vermitteln, was im Körper vor sich gehen könnte, aber er spiegelt die Realität nicht immer perfekt wider. Bei Sportlern zeigt beispielsweise der Laktatspiegel im Blut, wie hart die Muskeln arbeiten. Aber auch beim Schwitzen selbst wird Laktat produziert.

Das bedeutet, dass jemand, der hart trainiert, möglicherweise mehr schwitzt und höhere Laktatwerte in seinem Schweiß produziert. Aber dieses zusätzliche Laktat zeigt möglicherweise nicht genau die Muskelermüdung oder -anstrengung an.

Es wäre zwar cool, während des Trainings ein Feedback über die chemische Zusammensetzung des Schweißes zu erhalten, aber die Daten sind möglicherweise nicht sehr hilfreich, wenn man eine hohe Schweißrate hat.

Was hindert die Schweißüberwachung?

Es gibt zwei Haupthindernisse für das Lernen aus der Schweißchemie - und bis vor kurzem steckten sie in einer Art "Henne oder Ei"-Sackgasse.

Erstens geht es um die Erfassung der Daten. Fortschritte bei den Biomonitoring-Pflastern, wie die Schweißaufkleber von Rogers und andere tragbare Geräte, machen die Erfassung von Schweißdaten immer praktikabler.

Die zweite Herausforderung besteht jedoch darin, zu verstehen, ob die erfassten Daten aussagekräftig sind.

"Es gibt viele verschiedene Biomarker im Schweiß, die in der Vergangenheit nicht sehr sorgfältig untersucht wurden, weil es keine saubere und reproduzierbare Methode zur Schweißerfassung gab", erklärt Rogers.

Rogers glaubt, dass mikrofluidische Geräte wie der Schweißaufkleber in Zukunft noch wertvoller werden, weil sie den Forschern helfen, mehr und bessere Daten über Schweiß zu erhalten.

Was könnte noch nützlicher sein als die Schweißüberwachung?

Obwohl Schweiß Informationen enthält, die nützlich sein könnten, "hat sich der Körper so entwickelt, dass er Informationen von innen nach außen abschirmt, so dass es nicht einfach ist, durch Aufkleben auf die Haut an [Biomarker] heranzukommen - deshalb nehmen wir ja auch Blut ab, das ist ein Teil des Körpers", sagt Dr. Jason Heikenfeld, Professor an der Universität von Cincinnati.

Heikenfeld ist ein Forscher und Entwickler von tragbarer und flexibler Elektronik. Er versteht auch, warum viele das Potenzial der Schweißüberwachung sehen, aber er ist sich nicht sicher, ob es praktisch ist.

"Wir haben viel Zeit mit Schweiß verbracht, weil es der heilige Gral war, der einen nicht-invasiven, kontinuierlichen Zugang zu Dingen im Körper bietet", sagt er. Aber "die Anzahl der Dinge, die man messen kann, ist begrenzt. Und wir fanden heraus, dass Schweiß viel schwieriger [genau zu überwachen] ist. Vollblut ist gut gepuffert; sein pH-Wert ändert sich nicht. Der Salzgehalt und der pH-Wert von Schweiß ändern sich je nach Schweißrate, und das erschwert die Diagnose in Sensoren ungemein.

Aus diesem Grund glaubt Heikenfeld, dass die Zukunft von Wearables zur Überwachung der Chemie bei den meisten Maßnahmen nicht in der Schweißüberwachung, sondern in der Messung der interstitiellen Flüssigkeit (ISF) liegt.

Die interstitielle Flüssigkeit befindet sich unter der Haut, zwischen jeder Zelle. Sie enthält Dinge, die aus dem Blut austreten, was bedeutet, dass sie dem Blut noch ähnlicher ist als der Schweiß.

Für die ISF-Sensorik werden lediglich mikronadelartige Pflaster oder drahtbasierte Sensoren benötigt. Diese Technologie ist bereits für einige Biomarker verfügbar, z. B. für die kontinuierliche Überwachung des Blutzuckerspiegels, die mit einem Sensor, der die Haut durchdringt, am Arm getragen wird.

"Die große Zukunft, in der wir derzeit zu 100 % aktiv sind, ist die Messung der Zwischenzellflüssigkeit", sagt Heikenfeld. "Die meisten Dinge, die man im Blut messen möchte, kann man auch in der Zwischenzellflüssigkeit messen."

Er sagt, dass sein Team kurz davor steht, eine Studie zu veröffentlichen, die diese Behauptung untermauert.

Das bedeutet jedoch nicht, dass Schweiß keinen Platz haben wird, sagt Heikenfeld. Er sieht Möglichkeiten, den Schweiß zur Überwachung des Hormonspiegels (z. B. zur Regulierung von Stress, Sex und Schlaf) und zur Überwachung des Medikamentenspiegels im Körper und der Geschwindigkeit seines Abbaus zu nutzen.

Aber sowohl die Überwachung der interstitiellen Flüssigkeit als auch die des Schweißes erfordern noch viel mehr Forschung, bevor sie für den Massenmarkt verfügbar sind.