Wie Narkose heute funktioniert und warum Propofol noch eine Messlücke hat
Wie sich die Anästhesie von der Äthernarkose zur modernen Vollnarkose entwickelte – und warum Propofol künftig per Atemluft messbar werden könnte.
Während einer Vollnarkose überwacht das Anästhesieteam zahlreiche Vitalparameter. Bei intravenös verabreichtem Propofol fehlt bislang jedoch eine kontinuierliche direkte Messung der Wirkstoffkonzentration.
Foto: Smarterpix / e.a.nekrasov
Während einer Narkose werden zahlreiche Körperfunktionen kontinuierlich überwacht – bei einem der wichtigsten intravenösen Narkosemittel fehlt bislang jedoch ein vergleichbarer Messwert. Die Propofol-Konzentration lässt sich im klinischen Alltag nicht kontinuierlich direkt bestimmen. Ein neuer photoakustischer Sensor soll das ändern. Der Weg von den ersten Äthernarkosen bis zum modernen Monitoring war lang.
Wer heute unter Vollnarkose operiert wird, ist von Messtechnik umgeben. Blutdruck, Herzfrequenz, Sauerstoffsättigung und Kohlendioxid in der Ausatemluft werden kontinuierlich überwacht. Auch die elektrische Aktivität des Gehirns lässt sich per EEG erfassen.
Bei einem der wichtigsten intravenösen Narkosemittel fehlt jedoch ein vergleichbarer Messwert: Wie viel Propofol tatsächlich im Körper verfügbar ist, lässt sich während einer Operation im klinischen Alltag nicht kontinuierlich direkt bestimmen. Moderne Infusionssysteme können die zu erwartende Konzentration berechnen, messen sie aber nicht.
Das Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP will diese Lücke gemeinsam mit der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) schließen. Die Forschenden entwickeln einen Detektor, der Propofol in der Ausatemluft misst und damit erstmals ein kontinuierliches Echtzeit-Monitoring des Narkosemittels im klinischen Routinebetrieb ermöglichen soll. Drei optimierte Prototypen befinden sich derzeit in der Entwicklung. Bis 2030 strebt das Fraunhofer IBP einen internationalen Markteintritt an.
Inhaltsverzeichnis
- Narkose war von Anfang an eine Frage der Dosierung
- Kaum Kenntnis über Wirkung und Nebenwirkung
- Zur Narkose kommt die Überwachung
- Propofol verändert die intravenöse Narkose
- Die benötigte Propofol-Dosis ist individuell
- Die Konzentration wird berechnet, aber nicht direkt gemessen
- Warum die Atemluft Propofol verrät
- Wenn Licht Propofol hörbar macht
- Erste klinische Tests sind vielversprechend
- Vom Messwert zum Regelkreis
Narkose war von Anfang an eine Frage der Dosierung
Als der Zahnarzt William Thomas Green Morton am 16. Oktober 1846 am Massachusetts General Hospital in Boston öffentlich die Wirkung einer Äthernarkose demonstrierte, begann eine neue Ära der Medizin. Chirurgische Eingriffe konnten vorgenommen werden, ohne dass Patienten die Schmerzen des Eingriffs bewusst erleben mussten. Allerdings war die neue Methode alles andere als präzise.
Schon in der Frühzeit der Anästhesie zeigte sich eines ihrer grundlegenden Probleme: Es genügt nicht, das richtige Narkosemittel zu finden. Ebenso wichtig ist die Frage, wie viel davon ein Patient benötigt.
Kaum Kenntnis über Wirkung und Nebenwirkung
Mit Chloroform kam bereits 1847 ein weiteres Narkosemittel hinzu. Doch die Kenntnisse über Pharmakologie und Nebenwirkungen waren noch gering, ebenso die Möglichkeiten, einen bewusstlosen Patienten zu überwachen.
Mediziner wie der britische Arzt John Snow begannen deshalb, sich systematisch mit der Verabreichung von Narkosemitteln zu beschäftigen. Snow gehörte zu den ersten Ärzten, die sich intensiv auf Anästhesie spezialisierten. Sogar Königin Victoria vertraute sich ihm bei zwei Geburten für eine Chloroformanästhesie an.
Zur Narkose kommt die Überwachung
Sein Nachfolger Joseph Thomas Clover entwickelte die kontrollierte Zufuhr der Narkosemittel und die Überwachung der Patientinnen und Patienten weiter. Von ihm stammt unter anderem ein Äther-Inhalationsapparat.
Aus der zunächst schwer kalkulierbaren Betäubung entwickelte sich allmählich ein medizinisches Verfahren, bei dem Dosierung und Monitoring immer stärker zusammengehörten.
Fast 180 Jahre später sind Medikamente, Dosierung und Überwachung erheblich präziser geworden. Vollständig geschlossen ist der Kreis zwischen verabreichter Dosis, tatsächlicher Wirkstoffkonzentration und Wirkung allerdings noch immer nicht.
Propofol verändert die intravenöse Narkose
Eines der wichtigsten modernen Narkosemittel ist Propofol. Der Wirkstoff wurde 1970 vom britischen Pharmakologen John B. Glen entdeckt und setzte sich in den folgenden Jahrzehnten in der Anästhesie durch. Propofol wirkt schnell und lässt sich aufgrund seiner kurzen Wirkdauer gut steuern.
Anders als volatile Anästhetika wird es nicht über die Atemwege, sondern intravenös verabreicht. Bei der sogenannten totalen intravenösen Anästhesie, kurz TIVA, wird die Allgemeinanästhesie ohne gasförmige Narkosemittel aufrechterhalten.
Das hat Folgen für die Überwachung. Bei volatilen Anästhetika lässt sich die Konzentration des ausgeatmeten Narkosegases kontinuierlich messen. Für eine TIVA mit Propofol gibt es ein entsprechendes klinisch etabliertes Echtzeit-Monitoring des Wirkstoffs bislang nicht.
EEG-basierte Verfahren können Informationen über die Wirkung der Narkosemittel auf das Gehirn liefern. Sie messen aber nicht, wie viel Propofol tatsächlich vorhanden ist.
Die benötigte Propofol-Dosis ist individuell
Die richtige Dosierung ist eine zentrale Aufgabe der Anästhesie. Eine zu hohe Propofol-Dosis kann unter anderem Blutdruckabfall und Atemstörungen verursachen. Bei ausgeprägter Überdosierung sind schwere kardiovaskuläre Komplikationen möglich.
Eine unzureichende hypnotische Wirkung erhöht dagegen das Risiko, dass Bewusstsein während eines Eingriffs nicht ausreichend unterdrückt wird.
Hinzu kommt, dass Menschen unterschiedlich auf das Narkosemittel reagieren. Alter, Körpergewicht, Vorerkrankungen, Begleitmedikamente und weitere individuelle Faktoren können beeinflussen, welche Dosis benötigt wird.
Die Konzentration wird berechnet, aber nicht direkt gemessen
Moderne Infusionspumpen führen Propofol sehr präzise zu. Bei der Target Controlled Infusion, kurz TCI, berechnen pharmakokinetische Modelle, welche Wirkstoffkonzentration im Blutplasma oder am angenommenen Wirkort zu erwarten ist. Gemessen wird die tatsächliche Konzentration dabei jedoch nicht.
Eine zweite Informationsquelle ist die Wirkung auf das Gehirn. EEG-basierte Monitore helfen dabei, den hypnotischen Zustand einzuschätzen. Auch sie erfassen jedoch nicht das Medikament selbst.
Eine direkte Wirkstoffmessung könnte das bestehende Monitoring deshalb um eine zusätzliche Information ergänzen. Genau an diesem Punkt setzt die Suche nach einem weiteren Messverfahren an. Denn obwohl Propofol intravenös verabreicht wird, gelangt ein kleiner Teil des Wirkstoffs über das Blut zur Lunge und von dort in die Ausatemluft.
Eine 2025 veröffentlichte Untersuchung von LMU und Fraunhofer IBP verdeutlicht, warum unterschiedliche Messgrößen interessant sein können. Bei acht von zehn untersuchten Patientinnen und Patienten wurde die Propofol-Dosis während der Untersuchung insgesamt 13-mal angepasst, obwohl das EEG nach Angaben der Forschenden häufig eine ausreichende Sedierung anzeigte.
Das bedeutet nicht, dass eine Messmethode falsch lag. EEG und Atemgasanalyse erfassen unterschiedliche Größen: Das EEG liefert Informationen über die Wirkung auf das Gehirn, während die Atemgasanalyse den Wirkstoff selbst nachweist.
Warum die Atemluft Propofol verrät
Atemluft steht mit jedem Atemzug zur Verfügung und könnte deshalb ein nichtinvasives kontinuierliches Monitoring ermöglichen. Dass sich Propofol darin nachweisen lässt, ist seit Jahren bekannt. Untersucht wurden unter anderem Massenspektrometrie, Ionenmobilitätsspektrometrie und weitere Verfahren.
Für den klinischen Alltag haben sich diese Methoden bislang jedoch nicht durchgesetzt. Hoch empfindliche massenspektrometrische Verfahren benötigen vergleichsweise große, teure und wartungsintensive Geräte. Bei anderen Verfahren können beispielsweise die hohe Feuchtigkeit der Ausatemluft und weitere Bestandteile des Gasgemischs die Messung erschweren.
Ein routinetaugliches Gerät für das kontinuierliche Propofol-Monitoring über die Atemluft steht deshalb bislang nicht zur Verfügung.
Fraunhofer IBP und LMU versuchen nun, diese Hürde mit einem anderen Messprinzip zu überwinden: der Photoakustik.
Wenn Licht Propofol hörbar macht
Bei der photoakustischen Spektroskopie absorbieren Gasmoleküle Licht bestimmter Wellenlängen und erwärmen sich dabei. Wird die Lichtquelle periodisch moduliert, entstehen winzige Druckschwankungen und damit Schallwellen. Ein Mikrofon erfasst das Signal. Aus dessen Stärke lässt sich auf die Konzentration des gesuchten Stoffes schließen.
Für Propofol ist das anspruchsvoll: In der Ausatemluft liegen nur Konzentrationen im Bereich weniger Parts per Billion, kurz ppb, vor. Das Forschungsteam entwickelte deshalb eine photoakustische Messzelle mit UV-LED und Resonator. In Laborversuchen erreichte das System eine Nachweisgrenze von 0,7 ppb.
Damit wird aus einem ursprünglich akustischen Messprinzip ein Sensor für extrem geringe Wirkstoffkonzentrationen.
Erste klinische Tests sind vielversprechend
Auch unter klinischen Bedingungen wurde die Technik bereits erprobt. Bei zehn Patientinnen und Patienten verglichen die Forschenden die photoakustischen Messwerte mit einer massenspektrometrischen Referenzmessung.
Über insgesamt 18 Stunden Propofol-Anästhesie wurden in der Ausatemluft Konzentrationen zwischen 4 und 47 ppb erfasst. Die Ergebnisse zeigen, dass sich Propofol mit dem photoakustischen Verfahren auch während einer Narkose kontinuierlich bestimmen lässt.
Wichtig ist allerdings die Unterscheidung: Gemessen wird die Propofol-Konzentration in der Ausatemluft. Sie ist nicht identisch mit der Konzentration im Blut oder am Wirkort. Für einen späteren klinischen Einsatz muss deshalb weiter untersucht und validiert werden, wie sich der Atemgaswert zuverlässig für das Monitoring nutzen lässt.
Bis daraus ein reguläres Gerät für den OP wird, sind weitere Schritte nötig. Fraunhofer-Forschende arbeiten derzeit an drei optimierten Prototypen. Das System soll kompakt, vergleichsweise kostengünstig und wartungsarm werden. Zusätzlich entwickelt das Institut ein mobiles Kalibrierungsgerät.
Vom Messwert zum Regelkreis
Sollte sich das Verfahren bewähren, wäre der Propofolwert eine zusätzliche Information für Anästhesistinnen und Anästhesisten. Der Sensor misst das Medikament – nicht dessen Wirkung.
Da dieselbe Propofolkonzentration bei verschiedenen Menschen unterschiedlich wirken kann, würde die direkte Wirkstoffmessung EEG, Vitalparameter und klinische Überwachung ergänzen, nicht ersetzen.
Langfristig könnte daraus ein engerer Regelkreis entstehen: Eine Infusionspumpe dosiert Propofol, der Sensor erfasst die tatsächlich erreichte Konzentration in der Ausatemluft und EEG sowie Vitalparameter liefern Informationen über die Wirkung.
Von einer vollständig automatisierten Narkose ist die Technik allerdings noch entfernt. Zunächst muss sich zeigen, wie zuverlässig die direkte Propofolmessung bei unterschiedlichen Patienten, Eingriffen und klinischen Bedingungen funktioniert – und welchen zusätzlichen Nutzen sie gegenüber dem bestehenden Monitoring tatsächlich bringt.
Quellen
- Fraunhofer IBP: Erstmals Echtzeit-Monitoring des Narkosemittels Propofol, Presseinformation vom 8. September 2026.
- Meidert et al.: Photoacoustic detection of propofol in breath gas for monitoring depth of anaesthesia: from bench to bedside, British Journal of Anaesthesia, 2025, DOI: 10.1016/j.bja.2025.07.080.
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