Сахарный диабет — это неизлечимая метаболическая болезнь, при которой человеческий организм не может вырабатывать или обрабатывать гормон под названием «инсулин». В результате это приводит к тому, что концентрация глюкозы в крови варьируется за пределами нормы — это ведет к таким серьезным нарушениям как нарушение слуха, сердечно-сосудистые заболевания, повреждения нервной системы, повреждение почек и к многим другим. Только еще в 2013 году более 382-х миллионов людей по всему миру страдали от диабета, и эта цифра обещала вырасти на 55 % в течении следующих 25 лет. Отталкиваясь от показаний организации ВОЗ, целые 9 % населения планеты имеют диагноз «сахарный диабет», и расчетно к 2030 году сахарный диабет встанет на 7 место как самая смертоносная болезнь, что в свою очередь показывает ее перспективную распространенность среди населения Земли.
Чтобы противостоять сахарному диабету, больные должны прокалывать свои пальцы по 4–5 раза в день для мониторинга уровня глюкозы в крови. Несмотря на то, что этот метод инвазивен, болезнен и имеет инфекционный риск, он является наиболее широко практикующимся по всему миру. На протяжении десятилетий человечество пыталось изобрести новые методы безболезненного измерения глюкозы в крови, включая минимально-инвазивный и неинвазивный методы. В то время, когда минимально-инвазивный метод несет с собой некоторый риск инфекции, неинвазивный мониторинг не имеет никакого риска инфекции и является комфортным в использовании, именно поэтому данный метод является фокусом экстенсивных исследований нашего столетия. Среди многих кандидатов инфракрасная спектроскопия является наиболее обещающей, включая инфракрасную спектроскопию ближней дальности действия (NIR) и средней дальности действия (MID-IR). Хотя NIR спектроскопия имеет дальность проникновения, достигающую 50мм в человеческих тканях, что обеспечивает прямой доступ к детектированию уровня глюкозы в капиллярах, поглощение глюкозы в длине волны NIR настолько мало, что вода в тканях человека поглощает настоящие результаты о уровне сахара в крови. Тем не менее, MID-IR спектроскопия действует таким образом, что ее длины волны хватает, чтобы получить достаточно точное значение уровня глюкозы в крови. Несмотря на то, сколько усилий было вложено в изучение MID-IR спектроскопии, этот метод не соответствует стандартам и является неточным в нормальных условиях среды.
В долгой битве неинвазивных глюкометров, начиная с 90-х годов, были испробованы многие спектры человеческого организма: спектр носа, спектр слизи и даже спектр слёз человека, но не один из них не давал надежной информации о уровнях глюкозы в крови. Не так давно было обнаружено, что межклеточная жидкость, находящаяся между шиповидным и роговым слоем человеческого эпителия, содержит высокую корреляцию глюкозы, которую можно измерить с помощью различных неинвазивных методов. С помощью этих знаний ученые стали применять MID-IR спектроскопию в области внутренней стороны губы, данный метод предоставил результаты 80 % точности в измерениях уровня глюкозы в крови. Вскоре после этого появился еще более точный метод, применяемый на ладонях рук при помощи сразу нескольких методов IR спектроскопии, при использовании этого метода результаты доходили до 84 % точности. Хотя эти инновационные приборы добились намного большего успеха в точности, чем прежние, которые едва-ли доходили до 80 % точности, в среднем колеблясь в пределах 70 %, все же новые инновации еще не соответствовали стандартам. Опираясь на данные из моего исследования, в настоящее время существует достаточно много точных неинвазивных глюкометров, таких как GlucoWatch, SugarBeat или, например тот же GlucoTrack DF-F. Данные глюкометры добились невероятного успеха, за счет чего и появились на рынке. Показания этих глюкометров, в основном, попадают в зоны А и В (70–80 % +- точности), что ведет к положительному выбору лечения.
Рис. 1
Но даже несмотря на то, что данные глюкометры появились на рынке, они не соответствовали стандартам, требующим точность не меньше 90 %, так как лечение больных должно быть максимально правильным для предотвращения каких-либо неудобств для пациента.
Поэтому целью моего исследования было найти такой метод неинвазивного мониторинга сахара в крови, который бы не уступал инвазивным аналогам и соответствовал стандартам. Оказалось, что решение проблемы точности измерения было невероятно близко все это время: если оказывать определенное постоянное давление на палец пациента, при этом применяя вышеуказанный MID-IR метод, то точность измерения подымается вплоть до 100 % точности, в основном варьируясь в пределах от 95 % точности, тем самым абсолютно соответствуя стандартам.
Чтобы определить точность нового MID-IR метода, регулированного давлением, провели опыты с пациентами, при которых сравнивали показания инвазивных глюкометров и нового метода инфракрасной спектроскопии по формуле K=M/C, где К — коэффициент неточности, М — показания неинвазивного глюкометра, а С — показания инвазивного глюкометра. По ходу опыта на пальцы пациентов было применено разное давление: 20Н/см^2; 5Н/см^2; 0.1Н/см^2. На рисунке 2 мы видим результаты данного опыта, и становится очевидно, что роль давления очень сильно влияет на точность измерений. На рис. 2 показано, как меняется значение К в зависимости от давления — чем больше давление, тем меньше значение К.
Рис. 2
Также на рис. 3 можно увидеть, как меняется корреляция измерений сахара в крови в зависимости от применяемого давления у разных испытуемых:
Рис. 3
При слабом давлении — большинство результатов находятся в зоне В и С, что является опасным при выборе лечения, так как пациент может пострадать. При среднем давлении — большинство результатов попадают в зону А и В, что является безопасным, но все же не абсолютно точным. И наконец при сильном давлении все результаты попадают в зону А, это означает, что погрешность измерений стала невероятно мала, а значит новый метод неинвазивного измерения уровня глюкозы в крови почти не уступает обычным инвазивным аппаратам.
На рис. 4 показано, почему давление играет настолько значимую роль.
Рис. 4
При слабом давлении спектры инфракрасных лучей почти не достают до места расположения межклеточной жидкости (ISF), в которой находится информация о уровне глюкозы в крови. При сильном давлении роговой слой эпителия уплощается и того же спектра хватает для получения информации из межклеточной жидкости.
В заключении, на протяжении десятилетий медики пытались разработать оптимальный метод неинвазивного мониторинга сахара в крови. В XXI веке появились приборы, которые были достаточно точны и являлись удобными в применении, но все же не соответствовали стандартам. В итоге оказалось, что метод MID-IR открытый еще в прошлом столетии оказался наиболее точным если применять определенное давление, этот метод не уступает инвазивным приборам и является намного более комфортным в применении, этот факт не может вызывать ничего кроме вдохновения, и, казалось бы, зачем нам нужны инвазивные глюкометры, если есть более комфортные способы измерения глюкозы в крови? Чтобы дать ответ на данный вопрос, мне пришлось провести исследование, проведя опрос среди фармацевтов из различных городских аптек. По результатам опроса я составил статистику, которая показывает, что ни в одной из аптек неинвазивных глюкометров нет в продаже, в 80 % всех аптек считали, что неинвазивные глюкометры не точны и не сравнятся с инвазивными, в остальных 20 % фармацевты считали, что неинвазивные глюкометры подают большие надежды, но все же не очень точны. Также я поинтересовался если фармацевты знали о вышеупомянутом MID-IR методе — 90 % аптек ни разу не слышали о таком способе измерения сахара в крови. Из этого можно сделать вывод, что неинвазивные глюкометры не являются популярными в России и в продажу не выпущены. Люди, страдающие диабетом, вынуждены прокалывать пальцы по пять раз в день, что вызывает большие неудобства, если заменить обычные глюкометры на неинвазивные и начать спонсирование именно этого метода измерения уровня глюкозы в крови, жизнь диабетиков стала бы значительно комфортней без риска для здоровья.
Литература:
- Non-invasive blood glucose measurement of 95 % certainty by pressure regulated Mid-IR / Yuanzhe Jason, Zhou Qi, Xu Gu [и др.]. — Текст: непосредственный // Talanta. — 2019. — № 197. — С. 211–217.
- Janet, Tamad The GlucoWatch® biographer: a frequent, automatic and noninvasive glucose monitor / Tamad Janet, Potts Russell, Eastman,и Richard. — Текст: непосредственный // Annals of Medicine. — 2010. — № 32. — С. 632–641.
- lana, Harman-Boehm Noninvasive Glucose Monitoring: A Novel Approach / Harman-Boehm Ilana, Gal Avner, Raykhman Alexander. — Текст: непосредственный // Journal of Diabetes Science and Technology. — 2009. — № 3. — С.
- Andreea, Ciudin Non-Invasive Methods of Glucose Measurement: Current Status and Future Perspectives / Ciudin Andreea, Hernandez,and,Rafael Cristina. — Текст: непосредственный // Current Diabetes reviews. — 2012. — № 8. — С. 48–54.
