Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
Berichte, Jahrestagung Oesterr. Ges. BMT, 273-6 (1982).
24. Vetter K.J. Electrochemical kinetics. Academic Press, New York, 1962.
25. Vossen J.L., Kern W. Thin-film processes. Acad. Press, New York,
1978.
26. Wise K. D., Najafi K. A micromachined integrated sensor with on-chip
self-test capabilities, Proc. IEEE Solid-State Sensor Conference, 1984,
pp. 12-16.
27. Wise K.D., Angell J.B. A low-capacitance multielectrode probe for
neurophysiology, IEEE Trans. Biomed. Eng., 22, 212-19 (1975).
Глава 22 Проектирование и разработка глюкозных сенсоров для искусственной
поджелудочной железы
Гилберто Д. Велхо, Джерард Рич, Даниэль Р. Тевено
22.1. Введение
Инсулин, полипептидный гормон, производимый бета-клетками поджелудочной
железы, жизненно необходим во многих метаболических путях углеводов,
белков и жиров: при отсутствии нормальной секреции инсулина
расстраивается энергетический гомеостазис организма. Сахарный диабет
характеризуется относительным или абсолютным недостатком инсулина,
проявляющимся в утрате контроля над уровнем глюкозы в циркулирующей крови
и других метаболических отклонениях от нормы.
Диабет часто встречается в богатеющих обществах, охватывая от одного до
трех процентов всего населения и нередко от пяти до десяти процентов
людей в возрасте свыше 40 лет [22]. В развивающихся странах, где были
проведены систематические обследования, преобладает уровень
заболеваемости от одного до двух процентов населения [5]. Таким образом,
диабет представляет собой одну из важнейших проблем всемирного
здравоохранения, оказавшую сильное влияние на социальное и экономическое
развитие общества, главным образом из-за вызываемых им осложнений. Авторы
[1], ссылаясь на доклад Национальной комиссии до диабету в конгрессе США
[35], полагают, что в этой стране у больных диабетом вероятность
возникновения слепоты в 25 раз, болезней почек в 17 раз, гангрены в 5 раз
и болезней сердца в 2 раза выше, чем у людей, не страдающих этим
заболеванием. Ожидаемая продолжительность жизни у больных диабетом
приблизительно на одну треть меньше, чем у населения в целом.
Сахарный диабет является гетерогенной болезнью, и только у небольшой
части пациентов, представляющей, однако, три человека на тысячу человек
населения, секреция инсулина нарушена настолько, что требуется
инсулиновая терапия. С момента ее появления в начале двадцатых и до конца
семидесятых годов инсулиновую терапию осуществляли только путем
периодического введения инсулина при помощи одной, двух, а иногда и
нескольких ежедневных инъекций.
Поиски лучших методов лечения инсулин-зависимого диабета и связанных с
ним осложнений в последнее десятилетие привели к разработке новых
устройств для инсулиновой терапии. Для врачей-клиницистов и пациентов,
страдающих диабетом, были созданы системы непрерывной подачи инсулина
(инсулиновые насосы), состоящие из резервуара, насоса и источника
питания, объединенных в один портативный блок. В настоящее время в
нескольких лабораториях с успехом разрабатывают портативную
саморегулируемую систему, объединяющую имплантируемый глюкозный сенсор с
устройством для подачи инсулина. Эту систему принято называть системой с
замкнутым контуром в отличие от предыдущей несаморегулируемой системы,
известной как система с открытым контуром (рис. 22.1). На рис. 22.2
показаны графики подачи инсулина системами с открытым и замкнутым
контуром в сравнении с аналогичными графиками для физиологической
регуляции секреции инсулина.
Глюкозные сенсоры для искусственной поджелудочной железы
317
Рис. 22.1. Схемы трех возможных методов инсулино-терапии. а: интенсивная
терапия (многократные инъекции инсулина в зависимости от результатов
определения глюкозы с помощью полоски индикаторной бумаги); б: система с
открытым контуром (непрерывное вливание инсулина, программируемое в
зависимости от результатов определения глюкозы с помощью полоски
индикаторной бумаги);
в: система с замкнутым контуром (непрерывное саморе-гулируемое вливание
инсулина. Компьютер задает скорость введения инсулина в зависимости от
непрерывно измеряемой сенсором концентрации глюкозы).
Инди каторнал бум сс га
GC
Шприц
СС: обычная терапия
6:
=0
Сенсор
уЦтгоритт
^-'Компьютер
Масос'
система с открытым контуром
в: система с замкнутым контуром
: физиологи ческий контроль глюкозы
§ а
if
S §3
ё §
"0 $ч §
ъ § к*.
SisS
? v §§*
!!>!
6: система с замкнутым контуром
п ? ?
\
_л_л_л
^а
If
II
• Ss-1 8 У
a ">.
в: система с открытым контуром
? ? ?
\
TLSLTL
06:00 12:00 18:00
-Л_Л_А
Ч-------1-----1--
06:00 12:00 18:00
Рис. 22.2. Физиологическая регуляция глюкозы в крови поджелудочной
железой (а) и контроль ввода инсулина системами с замкнутым (б) и
открытым контуром (в). В последнем случае введение инсулина
программируется так, чтобы нормализовать содержание глюкозы в крови, а не
регулируется уровнем глюкозы.
Г. шва 22
В этой главе рассмотрены преимущества системы с замкнутым контуром для
