Ketose-Messmethoden im Überblick: Atem, Blut und Urin

Von Michael Crass
30. April 2022
Medizin

Gespräche über Ernährung führen fast unausweichlich zu Diskussionen über den richtigen Anteil von Kohlenhydraten am Gesamtmix der Makro-Nährstoffe, da die zivilisatorische Errungenschaft, Dopamin mittels hochkonzentriertem weißen Pulver (Zucker!) in alle erdenklichen Lebensmittel zu stecken (Scinexx), zum Verruf aller, auch langkettiger, Kohlenhydrate geführt hat. Diese Frage hat den Autor des Artikels über Umwege auch in die Welt der Ketose geführt. Die Fragen nach den richtigen Lebensmitteln für eine ketogene Ernährung wird im Folgenden nicht beantwortet. Stattdessen wird es ausschließlich um die Werkzeuge zur Beantwortung dieser Frage gehen. Was ein gutes Lebensmittel zur Erreichung der Ketose ist, lässt sich am besten beantworten, wenn man nach dem Konsum Messungen durchführt und anhand dieser beurteilt, was zu essen ist und was nicht. Wie diese Messungen als Privatperson ohne Labor oder Arzt durchzuführen sind und wie diese Methoden sich im Vergleich miteinander schlagen, das ist Thema dieses Artikels.

Dieser Artikel wird zunächst die eingesetzten Geräte, ihre Preise und die Messmethoden vorstellen und ihre jeweiligen Vor- und Nachteile darlegen. Danach geht es um die Qualität der Methoden. Wie wird die Qualität hier bewertet? Man könnte alle Geräte von Fachleuten in Laboren testen lassen und dafür einen hohen Preis zahlen. Dies wurde nicht gemacht. Stattdessen wurden mit allen Methoden Werte ermittelt und geprüft, ob sie sich so zueinander verhalten, wie man es vernünftigerweise erwarten müsste. Zudem wurde nicht nur die Ketonkörper-Konzentration überprüft, sondern auch die Blutzucker-Konzentration mit einem handelsüblichen Blutzuckermessgerät, dessen Qualität einem hohen Standard entsprechen muss, da Diabetiker diesen Geräten ihr Leben anvertrauen (müssen).

Was ist zu erwarten? Mit welchen vermeintlich vernünftigen Erwartungen wurde an die Tests herangegangen?

Annahmen:

Das Blutzuckermessgerät hat eine hohe Qualität.
Wenn die Blutzucker-Konzentration hoch ist, sollte die Ketonkörper-Konzentration niedrig sein bzw. sinken.
Wenn die Blutzucker-Konzentration niedrig ist, sollte die Ketonkörper-Konzentration hoch sein bzw. steigen.
Also: Es sollte eine starke negative lineare Beziehung zwischen Blutzucker-Konzentration und Ketonkörper-Konzentration nachzuweisen sein, falls das Ketosemessverfahren gut ist. (Immer wenn x steigt, sollte y sinken.) [x->y]
(Außerdem: Falls die Beziehung zwischen Blutzucker-Konzentration und Ketonkörper-Konzentration starke negativ linear ist, ist das enstprechende Ketosemessverfahren gut.) [y->x]
Desweiteren sollten unterschiedliche Ketosemessverfahren starke positive lineare Beziehung zueinander haben. (Immer wenn x steigt, sollte y steigen.)

Disclaimer: Dieser Artikel wurde von einem medizinischen und naturwissenschaftlich formal ungebildeten Autor verfasst und ist als privaten Erfahrungsbericht kein Ersatz für eine Fachauskunft. Über Kommentare mit Kritik oder Anregungen würde sich der Autor sehr freuen.

Eingesetzte Geräte und Messmethoden

Für die ermittelten Werte wurden folgende Geräte gekauft. Das Blutzuckergerät wurde zwei Jahre vor dem Ketosemessgerät gekauft. Wäre das Ketosemessgerät zuerst gekauft worden, hätte sich ein separates Blutzuckergerät erübrigt, da das FORA 6 in 1 Ketone Messgerät Blutzucker (BG), Hämatokrit (HCT), Hämoglobin (HB), ß - Ketone (KB), Harnsäure (UA) und Cholesterin (TCH) messen kann.

Für Blutzuckermessung war ein Gerät nötig, das nicht sonderlich viel kostet. Jeder einzelne Test bedarf eines Teststreifens, der ca. 50 Cent kostet. Dasselbe gilt für die Messung der Ketonkörper-Konzentration im Blut, wobei sowohl das Gerät als auch und vor allem die Teststreifen wesentlich teurer sind. Jeder Test kostet mehr als 2 Euro. Bei allen Blutmessungen sind Einweg-Lanzetten zu nutzen, damit aus einem Finger etwas Blut für die Messung gewonnen werden kann. Mit ca. 7 Cent je Lanzette ist zu rechnen. Sehr günstig ist dagegen die Messung der Ketonkörper-Konzentration im Urin, sofern man einfache Teststreifen mit Reagens nutzt und dabei kein Gerät erwerben muss. Dann kostet ein Test weniger als 10 Cent. Das Keton-Atemanalysegerät war die teuerste Anschaffung, dafür gibt es allerdings (fast) keine variablen Kosten. Es sind einige Mundstücke dabei, die man mehrfach nutzen und reinigen, aber auch nachkaufen kann.

	Blutzuckermessung	Ketose Blutmessung	Ketose Urinmessung	Ketose Atemmessung
Gerät	Contour Next Blutzuckermessgerät	FORA 6 in 1 Ketone Messgerät	–	EEK-Brand Keton-Atemanalysegerät
Kosten Gerät	10,22 €	36,99 €	0,00 €	53,20 €
Kosten je Test	0,56 €	2,17 €	0,09 €	0,00 €

Abbildung 1: Kosten je Messung von Blutzucker und Ketonkörper

Nun zu der Erläuterung der unterschiedlichen Messverfahren. Alle Messungen fanden morgens und nüchtern direkt nach dem Aufstehen statt.

Abbildung 2: Eingesetzte Geräte zur Messung der Ketonkörper- und Blutzuckerkonzentration

Blutzucker-Messung

Die Blutzucker-Messung ist recht simpel: Man wäscht sich die Hände, sticht sich mit einer Stechhilfe die Lanzette in einen Finger und drückt den Finger gegebenenfalls etwas, damit ein Tropfen Blut dem Finger entweicht. Als Vorbereitung hat man den Teststreifen in das Messgerät gesteckt und bringt dann den Teststreifen mit dem Blut am Finger in Kontakt. Das Messgerät liefert dann in wenigen Sekunden einen Wert in mg/Dl oder mmol/L. Diese Werte sind ineinander umrechenbar:

mg/dl x 0,0555 = mmol/l
mmol/l x 18,02= mg/dl

Quelle und Rechner: https://www.diabsite.de/diabetes/labor/umrechnung.html

Ketonkörper-Messung mittels Blut

Die Messung der Ketonkörper-Konzentration über die Entnahme von Blut funktioniert genauso wie die Blutzucker-Messung, wobei die Messtreifen zu dem o.g. Messgerät einzeln verpackt waren und damit den morgendlichen Aufwand erhöht haben. Außerdem musste für jede Messstreifen-Packung das Gerät mithilfe eines anderen (mitgelieferten) Streifens kalibriert werden.

Ketonkörper-Messung mittels Atem

Die einfachste Messung der Ketonkörper-Konzentration erfolgte über den Atem. Man schaltet das Gerät an, wartet 20 Sekunden und pustet in das Mundstück. Nach wenigen Sekunden gibt das Gerät einen Wert aus.

Ketonkörper-Messung mittels Urin (Teststreifen)

Die Testung läuft so ab: Man taucht den Teststreifen in eine Urinprobe, streift ihn am Gefäß ab und legt den Test für 45 Sekunden ab und vergleicht dann die Farbe des Reagenzes mit einer Skala des Herstellers ab und hat dann eine Zahl. Das ist eines der Probleme bei diesem analogen Verfahren: Man muss Farben vergleichen, um zu einem Wert zu gelangen. Die Farben des Streifens sind nicht immer leicht zuzuordnen. Anhand des Urins einen digitalen Wert zu ermitteln, ist eben nicht mit 9 Cent-Teststreifen, sondern nur mit mehr Technik möglich. Die Farbskala ist in Abbildung 2 auf der Dose zu erkennen. Falls die Farbe des Messstreifens der ganz links und damit "negativ" entsprach wurde dies als 0 gewertet.

Das zweite Problem liegt im Urin: Da sich die Blase über einen Zeitraum mit Urin füllt, kann aus dieser Körperflüssigkeit auch kein Wert ermittelt werden, der über die aktuelle Ketonkörper-Konzentration etwas aussagt, sondern eben nur einen (halbwegs gemittelten) Wert über die letzten Stunden liefert. Was wäre beispielsweise, wenn man viel Sport macht und dementsprechend viel trinkt und sich öfters entleeren muss? Während der Blutzuckerspiegel sicherlich sinkt, sollten die Ketose über den Urin immer schwieriger nachweisbar sein (schließlich wird auch die Farbe des Urins immer heller).

Ein drittes Problem darf man darin sehen, regelmäßig mit Urin hantieren zu müssen.

Diese Messmethode ist günstig, aber erscheint nur bedingt sinnvoll.

Vergleich der Messmethoden und Korrelationsanalyse

Ketonkörper-Konzentration über das Blut im Vergleich zu Atem und Blutzucker

Wie gut schneidet die Messung der Ketonkörper-Konzentration über das Blut ab? Wie korrelieren diese Werte mit denen der Messung über den Atem und wie korrelieren diese Werte mit der Blutzucker-Konzentration?

Aus Kostengründen wurden nur an 30 Tagen Ketose Messungen mittels Blut durchgeführt. Abbildung 3 zeigt, welche Blutzucker- und Ketose-Werte an den jeweiligen Tagen je zusammen gemessen wurden. Bspw. wurde an einem Morgen ein Blutzuckerwert von 87 mg/Dl und eine Ketonkörper-Konzentration von 3,0 mmol/L gemessen.

Die Korrelation zwischen Blutzucker und Ketonkörper im Blut beträgt -0,7495. Wie erwartet ist die Korrelation negativ und hoch. Außerdem ist sie bei einem Signifikanzniveau von 0,1 % (α = 0.001) hoch signifikant. Es gab 30 Messungen. Der p-Wert beträgt 0,00000187.

Abbildung 3: Blutzucker und Ketonkörper (Blut)

Die Korrelation zwischen Ketonkörper im Atem und Ketonkörper im Blut (Abb. 4) beträgt 0,7710. Wie erwartet (oder erhofft) ist die Korrelation positiv und hoch. Außerdem ist sie bei einem Signifikanzniveau von 0,1 % (α = 0.001) hoch signifikant. Es gab 30 Messungen. Der p-Wert beträgt 0,00000062.

Abbildung 4: Ketosemessung im Vergleich: Atem und Blut[/caption]

Abbildung 5 zeigt den Verlauf der Messungen. Es gab zwei Tage, an denen die Ketonkörper-Konzentration im Blut nicht gemessen werden konnte und bloß die Konzentration im Atem, sowie der Blutzucker. Außerdem sieht man, dass die nachweisbare Ketonkörper-Konzentration im Blut langsamer steigt als die im Atem. Sie fallen aber gleichermaßen schnell, sobald der Blutzucker steigt.

Abbildung 5: Verlauf der Ketosemessung Atem, Blut und Blutzucker

Wie die Korrelationsanalysen zeigen, liefert die Blut-Ketose-Messung Ergebnisse, die man erwarten würde und vernünftigerweise erwarten muss: Ein hoher Blutzuckerspiegel hat eine niedrige Ketonkörper-Konzentration im Blut zur Folge (bzw. korreliert signifikant stark negativ). Außerdem korreliert die Messung im Atem mit der Messung im Blut stark positiv und auch das mit einer hohen Signifikanz. Damit dürfte die genauere Betrachtung der Messung über den Atem praktisch überflüssig sein, allerdings wurden dazu deutlich mehr Daten erhoben, was auch am günstigeren Preis liegt. Die Resultate könnten für diese Methode damit noch aussagekräftiger werden.

Ketonkörper-Konzentration über den Atem im Vergleich zum Blutzucker

Der Verlauf der morgendlichen Nüchternmessungen von Ketonkörperkonzentration (Atem) und Blutzuckerkonzentration (Abb. 6) zeigt, auf den ersten Blick den negativen Zusammenhang zwischen Blutzuckerspiegel und Ketonkörperkonzentration. Damit scheint auch dieses Messverfahren geeignet zu sein.

Abbildung 6: Verlauf der morgendlichen Nüchternmessungen von Ketonkörperkonzentration (Atem) und Blutzuckerkonzentration

Um die Atemmessung als ein solches Verfahren zu bewerten, ist Abbildung 7 besser geeignet. Die Korrelation zwischen Ketonkörper im Atem und Blutzucker beträgt -0,7170. Wie erwartet ist die Korrelation negativ und hoch. Außerdem ist sie bei einem Signifikanzniveau von 0,1 % (α = 0.001) hoch signifikant. Es gab 92 morgendliche Messungen in Folge. Der p-Wert beträgt 0,00000000000000091.

Abbildung 7: alle morgendlichen Nüchternmessungen von Ketonkörperkonzentration (Atem) und Blutzuckerkonzentration

Die vergleichsweise einfache Durchführung der Messung, die niedrigen variablen Kosten und die auch die in Abbildung 4 gezeigte positive, hohe und signifikante Korrelation mit den Daten der Ketosemessung mittels Blut sprechen für die Atemanalyse.

Ketonkörper-Konzentration über den Urin im Vergleich zum Blutzucker und zur Atem-Ketose-Messung

Die oben bereits angeführten Probleme des Urinmessverfahrens haben dazu geführt, weniger Daten als ursprünglich geplant zu erheben. Besonders die große Unsicherheit der Zuordnung der Farbe des Reagens zu einer Farbe der Skala (Abb. 1) machen diese Methode uninteressant. Dazu gab es nur die möglichen Ergebnisse negativ, 5, 15, 40 und 80. Dennoch wurden lineare Zusammenhänge erkennbar.

Die Korrelation zwischen Ketonkörper im Atem und im Urin (Abb. 8) beträgt 0,7440. Die Korrelation ist positiv und hoch. Außerdem ist sie sehr signifikant, obwohl es nur 13 Messungen gab. Der p-Wert beträgt 0,0035.

Abbildung 8: Urin und Atem Ketonkörper

Die Korrelation zwischen Blutzucker und Ketonkörper im Urin (Abb. 9) beträgt -0,4926. Die Korrelation ist negativ, aber nicht hoch. Außerdem ist das Ergebnis nicht signifikant, da es nur 12 Messungen gab. Der p-Wert beträgt 0,1037.

Abbildung 9: Blutzucker und Ketosemessung Urin

Eine höhere Anzahl von Tests wäre notwendig gewesen, aber das erschien nicht sinnvoll und war leider wenig verlockend.

Diskussion und Fazit

Abgesehen vom Disclaimer (Laie!) am Artikelanfang ist Folgendes besonders zu berücksichtigen: Autor und Gegenstand der Untersuchung sind ein und dieselbe Person. Das ist trivial, hat aber eine negative Folge: Aus der Perspektive der Untersuchung wäre es optimal, den gesamten Wertebereich des Inputs auszutesten, um alle möglichen und relevanten Daten des Outputs erfassen zu können. Das heißt, dass aus Sicht der Untersuchung der Messverfahren die gesamte (kurzfristig noch gesunde) Spannweite der Blutzuckerwerte auftreten hätten sollen. Hätte der Autor sich einige Tage ketogen ernährt, dann für einige Tage einen deutlich erhöhten Zuckerkonsum gehabt und danach sich wieder strikt an die ketogene Ernährung gehalten, würden weniger Daten fehlen. besonders in Abbildung 3 sieht man, dass der Atem-Ketonkörper-Wert während dieser Erhebung zu keinem Zeitpunkt unter 1,3 mmol/L war. Damit fehlen für den Bereich darunter alle Blut-Ketonkörper-Werte. Vermutlich sind gehen sie gegen Null. Der Wertebereich fehlt, da der Autor sich in dem Zeitraum nur zu bestimmten Anlässen und nur ausnahmsweise einen intensiven Zuckerkonsum erlauben wollte.

Zum Thema Wertebereich noch folgende Anmerkungen: Zur Blut-Ketonkörper-Messung ist als treffsicherer Wertebereich 0,10 bis 6,75 mmol/L angegeben. Die 30 erfolgten Messungen lagen zwischen 0,1 und 3,0 mmol/L. Eine weiterführende Untersuchung müsste eine längere Zeit ketongener Ernährung anstreben, um höhere Messungen zu prüfen. Gleichzeitig lagen die Messungen über den Atem in demselben Zeitraum zwischen 1,3 und 2,8 mmol/L und damit ist nach Angaben des Atemanalysegeräts der "gesunde" Bereich der Ketose fast ausgeschöpft (ab 3,0: "Starvation Ketosis", ab 7,0: "ketoacidosis"). Für die 2,8 mmol/L bei der Atem-Messung gibt es eine große Spannweite an Blut-Ketonwerten, sodass aus Atem-Werten die Blut-Werte nicht ableitbar sind (umgekehrt schon).

Außerdem sind die äußerlichen Rahmenbedingungen nicht für jeden Tag gleich (und die entsprechende Dokumentation wird in diesem Artikel nicht mitgeliefert): Sportliche Aktivität, Anzahl der Mahlzeiten und Lebensmittelverzehr variieren. Das ist an sich aber kein Problem, da der Fokus auf dem Zusammenhang zwischen den gemessenen Werten liegt und nicht auf der Ursache der Blutzuckerwerte.

Für die Messmethoden über den Atem und über das Blut hat der Artikel bestätigt, dass sie erwartbare Ergebnisse liefern und für den Fall, dass man einer dieser Methoden das Vertrauen schenkt, wurde gezeigt, dass sie stark positiv korrelieren und daher beide infragekommen. Die Ergebnisse sind signifikant. Die direktere Messung ist die über das Blut, da alles andere lediglich messbare Folgeerscheinungen (Atem/Urin) sind, allerdings spricht der Preis dafür, die Ketose über den Atem zu messen.

Der Urin mag geeignet sein, aber aufgrund der geringen Datenmenge konnte das nicht bestätigt werden. Die weiteren Probleme der Urinmessung sind der mögliche zeitliche Abstand zwischen körperlichem Zustand und der messbaren Ketonkörperkonzentration im Urin, da dieser sich über Stunden ansammelt.

Mit Blick auf den Preis kann man besonders das Atem-Messverfahren zur Feststellung der Ketonkörper-Konzentration empfehlen.

Daten

Folgende Daten wurden morgens nach dem Aufstehen und nüchtern erfasst.

Blutzucker mg/Dl	Atem Ketose mmol/L	Blut Ketose mmol/L	Urin Ketose mg/Dl
107	1,7
93	1,8
106	1,3
99	1,5
92	2,5
91	2,6
87	2,5
102	2,7
94	2,7
89	2,8
96	2,8
107	2,5
106	1,7
113	1,4
109	1,0
118	0,8
125	0,9
151	1,1
131	1,0
117	1,1
124	0,4
127	0,7
120	1,0
138	0,6
105	0,6
106	1,4
115	1,3
96	2,6
96	1,4
94	2,5
96	2,6
95	2,5
103	1,4
105	2,1
102	1,9
151	1,1
116	0,6
102	1,1
119	1,2
105	1,4
108	1,5
107	1,5
104	2,5
91	1,9
90	2,5
99	2,5
100	2,6
105	2,8
114	2,8
123	1,3
105	1,9	1,1
110	1,6	0,2
98	1,9	0,4
97	1,9	0,3
95	2,3	0,8
99	2,5	0,8
103	1,6
124	1,8
113	1,6	0,1
110	1,3	0,2
110	1,7	0,3
106	1,5	0,3
107	2,0	0,4
97	2,5	0,6
90	2,6	1,2
88	2,7	1,8
85	2,8	1,9
92	2,8	1,5
97	2,8	1,8
87	2,8	3,0
92	2,8	1,6
117	1,8	0,4
100	2,5	0,8
103	2,5	0,5
106	2,5	0,5
113	2,6	0,5
95	2,7	1,1
112	1,9	0,3
118	1,4	0,2
108	1,5	0,1
133	1,3	0,2
107	1,5	0,2
111	1,6
101	1,8
100	2,5
93	2,5
93	2,6
87	2,6		40
97	2,6		40
97	2,4		15
103	1,9		15
122	1,3		0

In die Berechnungen der Korrelationsanalyse von Urinketonkörper/Atemketonkörper sowie Urinketonkörper/Blutzucker gingen insgesamt folgende Daten ein, davon einige auch nicht nüchtern:

Blutzucker mg/Dl	Urin Ketose mg/Dl	Atem Ketose mmol/L	morgens und nüchtern? (1=ja)
87	40	2,6	1
97	40	2,6	1
	40	1,8	0
97	15	2,4	1
89	15	1,8	0
103	15	1,3	0
101	40	1,9	0
103	15	1,9	1
105	15	1,3	0
109	5	1,1	0
122	0	1,3	1
101	0	1,3	1
96	0	0,5	0

Hilfreich waren für diesen Artikel folgende Seiten:

Excelformeln:

	Korrelationskoeffizient	t-Wert	p-Wert	Messungen	Signifikanz
Blutzucker, Urin Ketonkörper	-0,4926	-1,790	0,1037	12	nicht signifikant
Urin Ketonkörper, Atem Ketonkörper	0,7440	3,693	0,0035	13	sehr signifikant
Blutzucker, Atem Ketonkörper	-0,7170	-9,757	0,0000000 0000000091	92	hoch signifikant
Blut Ketonkörper, Atem Ketonkörper	0,7710	6,407	0,00000062	30	hoch signifikant
Blutzucker, Blut Ketonkörper	-0,7495	-5,991	0,00000187	30	hoch signifikant
Blutzucker, Blut Ketonkörper	=KORREL(A52:A83;C52:C83)	=(O89WURZEL (R89-2)) /WURZEL(1-(O89O89))	=T.VERT. 2S(ABS(P89); R89-2)	=ANZAHL (C52:C83)	=WENN(Q89>= 0,05; "nicht signifikant"; WENN(Q89>= 0,01 ;"signifikant"; WENN(Q89>= 0,001; "sehr signifikant";"hoch signifikant")))