Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
врача. Капиллярную кровь нетрудно отбирать из пальца. Широкое и вполне
успешное применение данного метода [11] открыло клиницистам глаза на
возможности "мгновенных" биохимических анализов и привело к осознанию
потребности в еще более удобных и надежных в работе системах для
определения глюкозы в крови.
Неустойчивость реакции организма на подкожное введение инсулина также
дала толчок к созданию приборов, способных вводить инсулин внутривенно,
что физиологически более целесобразно. Требуемое количество инсулина
заметно варьирует в зависимости от приема пищи, физической нагрузки,
стрессов, телесных повреждений, инфекций и даже времени суток. Поэтому
значительное внимание привлекают приборы, которые могут непрерывно
следить за содержанием глюкозы в крови и выходной сигнал которых можно
использовать для управления инсулиновым насосом. Именно это достоинство
такой "искусственной поджелудочной железы" [2] как магнитом почти
неминуемо привлекает тех, кто больше интересуется применением биосенсоров
в медицине, чем просто обычными измерительными приборами.
В этой главе предпринята попытка определить те области, в которых
требования клиницистов могли бы быть удовлетворены использованием
биосенсоров; затем обсуждается, что необходимо для внедрения таких
приборов в медицинскую практику.
36.1. Возможности применения биосенсоров в медицине
36.1.1. Отделение интенсивной терапии
Довольно легко понять, что непрерывный или периодический (достаточно
часто повторяемый) контроль состояния пациента в отделении интенсивной
терапии может оказать большую помощь в лечении. Соответствующие
возможности уже имеются в случае многих физических (пульс, кровяное
давление, температура) и некоторых биохимических (кислород, pH,
концентрация глюкозы) параметров. Можно также выделить другие
биохимические параметры, контроль которых был бы полезен в отделении
интенсивной терапии:
В крови
кислород, С02, pH лактат
(аминокислоты, кетоны)
В крови или подкожной ткани глюкоза натрий, калий кальций
креатинин, мочевина
В моче
натрий, калий креатинин, мочевина
Труднее, однако, сказать, как внедрить такие системы в практику. Проблема
состоит не только в клинических требованиях, но и в практической
применимости приборов, которая зависит от простоты устройства и легкости
использования. В настоящее время даже в тех отделениях, где имеются
контролируемые содержанием глюкозы в крови системы для введения инсулина
(искусственная поджелудочная
570
Глава 36
железа, Biostator), содержание глюкозы в крови на практике нередко
определяют с помощью прикроватного измерительного прибора по цвету
индикаторных полосок, а инсулиновый насос регулируют, исходя из опыта или
используя известные алгоритмы.
Для определения в крови газов (кислород, диоксид углерода), pH и
электролитов (натрий, калий) и впредь будут использовать преимущественно
химические сенсоры. Поучительно, однако, рассмотреть различия в обработке
получаемой информации. Парциальное давление кислорода в крови больных и
ее насыщение кислородом в значительной степени определяются
функционированием легких и кровообращением; их трудно корректировать
простым изменением концентрации кислорода во вдыхаемом воздухе или
частоты дыхания. Кроме того, давление кислорода изменяется быстро.
Поэтому здесь требуется действительно непрерывный мониторинг, но с
обратной связью, замыкаемой человеком. Гораздо легче повлиять на входные
и выходные характеристики баланса электролитов и воды. Если имеется
возможность определять концентрации веществ в крови и моче, а также
измерять расход жидкости, нетрудно представить себе автоматическое
устройство, поддерживающее сбалансированный состав жидкости. Вход такого
устройства должен контролироваться обратной связью, хотя здесь нужно
учитывать опыт с устройством Biostator. Заметим, что в большинстве
случаев достаточно проводить измерения ежечасно при условии, что есть
дополнительное устройство для экстренной помощи.
Требования к определению глюкозы в крови сходны с требованиями в случае
электролитов. Так, уже прикроватный прибор, управляемый вручную и
обрабатывающий пробы крови с интервалами от 15 мин до 4 ч, является
серьезным достижением по сравнению со стационарными лабораторными
системами анализа крови. До некоторой степени этот рынок удовлетворяется
измерительными устройствами на основе индикаторной бумаги, но время
отклика таких приборов неприемлемо велико (2 мин) и, кроме того,
требуется специальная подготовка оператора. Возможность непрерывного
определения глюкозы в крови пациентов в отделениях интенсивной терапии
имела бы ценность не только для диабетиков, но и для тех, кто принимает
высокие дозы инотропных агентов (которые могут быть диабетогенными) для
поддержания сердечной деятельности, а также при использовании растворов
глюкозы высокой молярности для внутривенного вливания. Хотя в этих
условиях желательно переходить к контролируемому содержанием глюкозы
