Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
состоит в том, чтобы определять фактическое содержание глюкозы в крови
или связанную с ним величину концентрации глюкозы в подкожной ткани.
Такой способ применения постоянно носимых игольчатых сенсоров глюкозы
даже более важен, чем управление инсулиновым насосом, поскольку
большинство приступов гипогликемии происходит ночью и сенсор приходится
подключать только на время сна. Помимо подстраховки пациента дома,
регистрация изменения концентрации глюкозы в течение нескольких ночей
может оказать значительную помощь в выборе режима инсулиновой терапии.
574
Глава 36
Предварительные технические условия использования сенсоров в медицине
детально обсуждаются ниже. Очевидно, однако, что для управления
инсулиновым насосом можно использовать только сигнал сенсора, быстро
реагирующего на изменение концентрации глюкозы в крови и
характеризующегося надежностью, селективностью и отсутствием дрейфа
базовой линии. Объединение такого сенсора с неизбежно довольно сложным
имплантируемым инсулиновым насосом (который должен был быть опробован в
1986 г.) позволит создать эффективную искусственную поджелудочную железу.
Подкожные сенсоры [9] обладают очевидными преимуществами в смысле
доступности, однако во время приема пищи их сигналы запаздывают по
сравнению с изменениями концентрации глюкозы в крови. Найти решение этой
проблемы довольно трудно, поскольку физиологическая концентрация инсулина
после еды увеличивается очень быстро [1]. Кроме того, для управления
имплантированным насосом сигнал должен как-то передаваться через кожу к
насосу. Поэтому первые подкожные сенсоры, видимо, лучше использовать
совместно с обычными способами введения инсулина под кожу (инъекцией или
с помощью дозирующего насоса), обрабатывая данные в уме или при помощи
специализированного компьютера [10].
Было бы полезно определять у пациентов, страдающих диабетом, и другие
субстраты (табл. 36.1). При физиологически наиболее целесообразном
ежедневном введении инсулина возрастает риск острых обострений диабета
при других болезнях (например, инфекции), и желательно было бы иметь
прибор, предупреждающий о высоком уровне содержания кетонов (например, 3-
гидроксибутирата) в крови. Для этой цели снова наиболее пригодны накожные
и подкожные сенсоры (или детекторы ацетона в выдыхаемом воздухе). Быстрое
увеличение концентрации лактата в крови может наблюдаться не только в
отделениях интенсивной терапии. В отсутствие физической нагрузки это
свидетельствует о сверхбыстром увеличении скорости оборота глюкозы,
связанном с передозировкой инсулина. Объединение лактатного сенсора и
сенсора глюкозы, контролирующего подачу инсулина, могло бы быть первым
шагом к достижению совершенства, свойственного природным В-клеткам.
Следующими кандидатами на постоянный контроль в системе искусственной
поджелудочной железы являются аминокислоты.
36.2. Применение биосенсоров в медицине
Применение техники в медицине налагает специальные требования, которые
неизбежно меняются в зависимости от того, соседствует ли прибор с тканями
человека, насколько его выходной сигнал, несущий информацию или
воздействующий на организм, важен для обеспечения жизненных функций. Во
многих ситуациях детектирующие и измерительные приборы, хотя и могут
предупреждать об отклонениях от нормы, но не обеспечивают модификации
лечения без вмешательства человека. Так, например, отклонения частоты
сердечных сокращений сами по себе, без врача, не вызывают импульсы
постоянного тока, стимулирующие работу сердца (кардиоверсия). В более
сложных случаях это связующее звено может быть утеряно, и его невозможно
восстановить. Наиболее известный пример-водители ритма сердца, выходной
сигнал которых может спасти жизнь, но может быть и фатальным.
Эти различия приводят к тому, что выдвигаются самые разные требования к
надежности, точности, биосовместимости, безвредности для пациента и
взаимодействию с ним. С инженерной точки зрения прибор для внешних
измерений, проходящий обычный контроль качества, может быть
сконструирован немногим надежнее, чем требуют обычные потребительские
стандарты; постоянно используемые дома приборы, от которых зависит жизнь
пациента, должны удовлетворять техническим условиям уровня военной и
аэрокосмической промышленности.
Биосенсоры в медицине: клинические требования
575
36.2.1. Правильность, воспроизводимость и чувствительность
Совершенно очевидно, что любой измерительный прибор должен давать
результат, близкий к реальному значению измеряемой величины
(правильность) и с достаточной воспроизводимостью, чтобы можно было
доверять его показаниям. Обычно правильность не является проблемой для
приборов, градуируемых по известным эталонным методам, если только
отсутствует дрейф градуировки, клиническая медицина удивительно
нетребовательна к воспроизводимости в отличие от, например, химической
технологии. По крайней мере врачи, принимая решение на месте, обычно не
реагируют на различия в + 10%, хотя при последовательных измерениях такая
