Биосенсоры: основы и приложения - Тёрнер Э.
Скачать (прямая ссылка):
предпочитают внешнюю градуировку по пробе крови. Однако необходима
осторожность, если концентрации определяемых веществ в крови связывают с
концентрациями в тканях больных. Глядя в будущее, можно предположить, что
внешнюю градуировку имплантированного на длительный срок сенсора будут
проводить с помощью капли капиллярной крови (вероятно, через специальное
внешнее устройство). Однако такую градуировку нельзя проводить чаще
одного раза в сутки (самим пациентом).
36.2.4. Мешающие вещества
Проблема неспецифичности биосенсоров в связи с анализом биологических
жидкостей общеизвестна. Биоинженерам важно понять, что концентрационный
диапазон любого мешающего вещества в крови не совпадает с его
физиологическим диапазоном. В крови тяжелобольных людей могут содержаться
очень далекие от нормы количества глюкозы, кислорода, органических
кислот, солей мочевой кислоты и т. д., а именно для таких пациентов
прежде всего предназначен мониторинг in vivo. Кроме того, в медицине
стало почти правилом применять множество лекарственных средств.
Лекарственные препараты (и их метаболиты) являются еще одним
потенциальным источником помех.
Биосенсоры в медицине: клинические требования
577
36.2.5. Анализируемые пробы
Клиницисты используют для анализа любые жидкие пробы, которые они могут
получить из организма пациента,-мочу, спинномозговую жидкость, слюну,
пот, выпоты и эксудаты,-но чаще всего кровь. Кровь-это биологическая
жидкость, которую легче всего получить, особенно в экстренных ситуациях,
и состав которой отражает химические изменения, происходящие в теле. К
сожалению, при работе с кровью возникают две частные проблемы. Во-первых,
переменная доля объема крови приходится на эритроциты (которые сами
примерно на 30% состоят из белка гемоглобина), внутренний состав которых
отличается от состава плазмы. Во-вторых, кровь содержит ряд веществ,
отобранных в ходе эволюции специально для взаимодействия с поверхностями.
Эритроциты можно отделить от плазмы центрифугированием, но это требует
времени и специального оборудования, а также может быть затруднен при
малых объемах проб. Кроме того, механическое разрушение центрифужных
пробирок может представлять реальную опасность для здоровья вследствие
образования аэрозолей плазмы.
Таким образом, сенсоры следует включать в системы, в которые поступает
кровь; это позволяет оценивать содержание в плазме веществ, для которых
не устанавливается быстрое равновесие через мембраны эритроцитов.
36.2.6. Безопасность и надежность
Казалось бы, можно сказать, что прибор пригоден для медицины, если шансы
спасения жизни с его помощью выше его опасности для жизни. Однако на
практике эта простая идея неприемлема, даже если риск поддается
количественной оценке, что обычно сделать трудно. Кроме того, в медицине
лечение часто направлено на облегчение болезни (страданий), а не
устранение угрозы смерти. Введение опасности для здоровья (и жизни)
вместо такого лечения или в качестве средства лечения чревато этическими
и социальными осложнениями. Вообще, чтобы любой новый способ лечения или
прибор стал приемлемым для медицины, выгоды от его использования должны
намного перевешивать возможные проблемы.
36.2.6.1. Ошибочные результаты. Необходимо всегда иметь в виду
возможность отказа любого сенсора. Отказ может приводить к ошибочному
результату, а затем-к неверному автоматическому срабатыванию или
информационному отклику сенсорной системы. Примером опасного отклика
может быть чрезмерное усиление сигнала глюкозного in vivo сенсора,
управляющего системой подачи инсулина. Использование дома прибора для
определения глюкозы в крови, дающего такую же ошибку, может привести к
тому, что пациент предпримет опасные действия, корректируя обнаруженное
"отклонение" от нормы. Точно так же, если из-за отказа прибора не
обнаружено реальное отклонение от нормы, может случиться, что врач не
примет соответствующих мер в опасных для жизни обстоятельствах.
Подходящими примерами здесь могут быть также случаи высокого содержания
кетонов в крови (диабетический кетоацидоз) или отравления парацетамолом.
Сложные приборы для мониторинга in vivo могут включать схемы для
обнаружения отказов электроники, хотя не может быть гарантий против
ошибочного сигнала сенсора, если только не используются дублирующие
сенсоры. В некоторых пределах сенсорные устройства можно программировать
на определение скорости изменения измеряемого параметра с выдачей сигнала
тревоги, если эти изменения выходят за допустимые границы. Следует,
однако, учитывать, что ошибка измерения обычно растет быстрее, чем
ожидаемые вследствие болезни изменения. Таким образом, при проектировании
всех частей сенсорных приборов необходимо постоянно обращать
37-1145
578
Глава 36
внимание на надежность, ориентируясь при этом на самые высокие
технические стандарты.
Вынести суждение о приборах, предназначенных для работы у постели
больного или управляемых им самим, значительно труднее. Частично это
