Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

НЕИНВАЗИВНЫЕ МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ КОНЦЕНТРАЦИИ ГЛЮКОЗЫ И ХОЛЕСТЕРИНА В КРОВИ

Эльбаева А.Д. 1
1 ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
Разработаны и защищены патентами РФ на изобретения способы неинвазивной диагностики концентрации глюкозы и холестерина в крови, которые строятся на моделировании корреляционной связи показателей системной гемодинамики, параметров углеводного и липидного обмена как компонентов метаболического синдрома. Путем статистической обработки данных обследования пациентов, в том числе больных артериальной гипертензией и сахарным диабетом 2 типа, получены математические уравнения регрессии для расчета содержания глюкозы и холестерина в крови в зависимости от колебаний артериального давления. Разработан прибор для неинвазивной диагностики концентрации глюкозы и холестерина в крови, который может быть использован при массовых профилактических обследованиях населения. Прибор могут использовать больные артериальной гипертонией и другими заболеваниями сердечно-сосудистой системы для самоконтроля уровня артериального давления, концентрации общего холестерина и глюкозы в крови.
глюкоза
холестерин
артериальное давление
корреляция
неинвазивная диагностика
1. Ахманов М., Чайковский И. Неинвазивный глюкометр: обзор проблемы. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://moidiabet.ru/articles/neinvazivniigljukometr-obzor-problemi- (дата обращения: 06.04.16).
2. Боровиков В.П. Популярное введение в STATISTICA. – М.: Компьютер Пресс, 1998. – 267 с.
3. Мамедов М.Н., Оганов Р.Г. Эпидемиологические аспекты метаболического синдрома // Кардиология. – 2004. – № 9. – С. 1-4.
4. Патент РФ № 2368303. Способ неинвазивного определения концентрации глюкозы в крови / Эльбаев А.Д., Курданов Х.А., Эльбаева А.Д. / Опубл. 29.09.2009. Бюл. № 27.
5. Патент РФ № 2465817 С1. Способ неинвазивного определения концентрации холестерина в крови / Эльбаев А.Д., Эльбаева А.Д., Перковский Р.А., Эльбаева Р.И. / Опубл. 10.11.2012. Бюл. № 31.
6. Патент РФ № 2473307 С1. Устройство для неинвазивного определения концентрации холестерина и глюкозы в крови / Эльбаев А.Д., Эльбаева Р.И., Перковский Р.А., Эльбаева А.Д. / Опубл. 27.01.2013. Бюл. № 3.
7. Эльбаев А.Д, Курданов Х.А., Эльбаева А.Д. Диагностические аспекты взаимосвязи параметров гемодинамики и уровня глюкозы в крови. // Клиническая физиология кровообращения. – 2006. – № 3. – С. 15-20.
8. Tara А., Maran А., Pacini G. Non-invasive glucose monitoring: Assessment of technologies and devices according to quantitative criteria //Diabetes Research and Clinical Practice. – 2007. – N 77. – P. 16-40.

Уровни концентрации глюкозы и холестерина в крови являются необходимыми показателями при диагностике и контроле состояния сердечно-сосудистой системы. Лабораторная диагностика использует стандартные методы прямого анализа invasio крови с помощью биохимического анализатора и ферментных наборов, который основан на непосредственном исследовании капли крови для получения результата. Однако такой анализ связан с риском занесения инфекций, дополнительным травмированием пациента, не удобен для ежедневного применения. [http://www.provisor.com.ua/].

В настоящее время широко применяют портативные глюкометры, позволяющие осуществить оперативный анализ малотравматичными способами. Главное звено глюкометра – тест-полоска (стикер) с нанесенным на нее реактивом, или биосенсор. При электрохимическом методе с помощью тест-полосок измеряется слабый ток, возникающий в процессе реакции с кровью, в случае использования фотометрического метода анализируется цвет активной зоны теста. Это позволяет использовать минимальное количество крови и быстро получать результаты анализа. Рынок представил рейтинг лучших глюкометров, куда вошли портативные приборы различных фирм: One Touch Ultra Easy, Trueresult Twist, Акку-Чек Актив, One Touch Select Cимпл, Акку-Чек Мобайл, Акку-Чек Перформа, Сontour TS, Diacont [https://yandex.ru/search/text=глюкометры&l].

Разработка портативных приборов в последние годы ориентирована на создание многофункциональных систем. Имеются сообщения о применении анализаторов для определения общего холестерина и глюкозы в крови, например, «Easy Touch», «Аккутренд Плюс», «CardioChek», «CardioChek PA», «MultiCare-in», «Аккутрендж Джис Си» [https://yandex.ru/search/text=анализаторы %20крови].

Показания концентрации свободного холестерина и глюкозы при измерениях такими приборами не должны отличаться от базовых лабораторных анализов более, чем на 10-15 % [1]. Однако данные приборы не всегда обеспечивают заданную точность, а используемые методы не могут быть отнесены полностью к неинвазивным, поскольку для анализа требуется взятие крови. Неинвазивные методы исключают забор крови, внесение в организм болезнетворных вирусов и бактерий, освобождают пациента от комплекса болевых ощущений, позволяют исключить лучевую нагрузку на организм. Анализы noninvasio базируются на данных, полученных, как правило, косвенным путем. Для создания неинвазивных приборов рассматриваются различные физические и физико-химические методы: инфракрасная спектроскопия, поляризационная спектроскопия, тепловая спектроскопия, ультразвуковая технология с применением лазеров [1, 8].

Примером неинвазивной диагностики может служить разработанный в НИИ физико-химической медицины МЗ РФ скрининг-тест трех капель, который осуществляется при нанесении на кожу ладони бесцветного раствора, состоящего из жидкого полимера, одновременно связанного с множеством молекул дигитонина и ферментом – пероксидазой. Попадая на кожу, раствор проникает в роговой слой эпидермиса и прочно связывается с холестерином эпидермиса, а при последующем нанесении проявляющего раствора переходит в окрашенную форму, поэтому появляется возможность следить за содержанием холестерина в эпидермисе. Разрабатываются также методы «сухой химии», в основе которых лежит принцип взаимодействия субстрата, например, глюкозы, со специфическим ферментом, например, глюкозооксидазой, в результате чего образуются новая форма вещества и перекись водорода. Для анализа используются бумажные полоски (стрипы), которые окрашиваются при нанесении на них капли крови тем интенсивнее, чем больше в капле определяемого субстрата. Индийские исследователи разработали метод определения уровня общего холестерина, который основан на фотоснимках тыльной стороны ладони пациента. Полученное изображение кодируется и сопоставляется со специально созданной базой данных для определения холестерина [http://mllsk.narod.ru/med/neinvaz.htm].

Перспективным направлением неинвазивной диагностики является изучение корреляционных связей уровня глюкозы и холестерина с физиологическими показателями: температурой в отдельных точках тела, составом слюны, слёзной жидкостью, концентрацией ацетона в составе выдыхаемого воздуха и др. В то же время достоверность получаемых результатов подвергается сомнению, так как недостаточно исследованы физиологические процессы, на которых основана работа датчиков, а предлагаемые методы не позволяет достичь необходимой точности анализов из-за сложности учета индивидуальных особенностей пациента и трудно устранимых побочных эффектов. Приборное воплощение этих методов, как правило, отсутствует [1].

В наших исследованиях были использованы закономерности взаимосвязи показателей гемодинамики, параметров углеводного и липидного обмена как компонентов метаболического синдрома [3, 7]. Была поставлена задача разработки нового способа и портативного прибора для неинвазивного анализа концентрации глюкозы и холестерина в крови, основанного на моделировании корреляционной связи между артериальным давлением, уровнем глюкозы и холестерина в крови.

Параметры кровяного давления в наибольшей степени характеризуют системное функциональное состояние организма в норме и патологии. У здоровых людей, в норме, уровни систолического и диастолического артериального давления соответственно на обеих руках одинаковы или отличаются незначительно, а их отношение, согласно критериям ВОЗ, составляет 1,5 ± 0,02. В случае заболевания могут измениться как абсолютные значения показателей АД, так и их соотношение на левой и правой руках [7].

Материалы и методы исследования

Статистической обработке были подвергнуты результаты обследования 162 здоровых и больных, в том числе имеющих сахарный диабет 2 типа и артериальную гипертензию, в возрасте от 40 до 69 лет (средний возраст 48,4 ± 7,8 лет), с длительностью заболевания до трех лет. Уровень артериального давления (АД) составлял менее 180/110 мм рт. ст., уровень общего холестерина крови – менее 12 ммоль/л, содержание глюкозы в крови натощак – менее 14 ммоль/л. Способ осуществляли следующим образом. При обследовании пациента измеряли показатели АД утром, натощак, после 12-часового голодания, последовательно на левой и правой руках. Точность измерения АД ± 2 мм рт. ст. Сразу после измерения АД проводили забор крови для биохимического анализа, который выполняли на анализаторе Vital Diagnostics для определения содержания глюкозы и холестерина в крови. Точность анализа ± 0,05 ммоль/л. Измеряли стандартным методом массу тела, рост пациента и определяли индекс массы тела как отношение массы тела к квадрату роста пациента (кг/м2). Обработка данных обследования проведена с помощью компьютерной программы Statistica [2].

Сравнение уровней глюкозы и холестерина в крови показано на рис. 1: по оси «Х» – номер обследования.

elb1.tif

Рис. 1. Сравнение уровней глюкозы и холестерина в крови: 1 – концентрация глюкозы, ммоль/л; 2 – концентрация холестерина, ммоль/л

Результаты исследования и их обсуждение

В результате статистической обработки была установления корреляционная связь между уровнем глюкозы в крови и параметрами АД. .

Получено уравнение регрессии для расчета содержания глюкозы (p < 0,05):

Р = 0,37*exp (1,65*К),

где Р – уровень глюкозы в крови, ммоль/л;

К – коэффициент корреляции, представляющий отношение среднеарифметического значения систолического артериального давления к среднеарифметическому значению диастолического артериального давления, измеренных на обеих руках пациента натощак:

К = САД ср./ДАД ср.,

где САД ср. = 0,5(САД L + САД R); ДАД ср. = 0,5(ДАД L + ДАД R);

САД L, САД R – показатели систолического АД на левой и правой руках соответственно, мм рт.ст.; ДАД L, ДАД R – показатели диастолического АД на левой и правой руках соответственно, мм рт.ст.

Получен патент РФ на изобретение «Способ неинвазивного определения концентрации глюкозы в крови» [4]. Относительная погрешность измеренного и расчетного уровней глюкозы не превышает 10-15 %.

Установлена корреляционная связь между уровнем холестерина в крови, параметрами АД и показателем индивидуальной массы тела, которая описывается уравнением регрессии (p < 0,05):

Х = 0,6321 + 20,4861* log10 (В1*В2),

где Х – уровень холестерина, ммоль/л; В1, В2 – коэффициенты корреляции.

Коэффициент В1 вычисляется как отношение среднеарифметического значения систолического АД к среднеарифметическому значению диастолического АД, измеренных на обеих руках пациента натощак.

Коэффициент В2 вычисляется как отношение индекса массы тела (ИМТ) пациента к индексу массы тела, принятого за норму (25 кг/м2). Например, если значение ИМТ пациента = 25 кг/м2 , то В2 = 1,0; если значение ИМТ пациента = 30 кг/м2, то В2 = 30/25 = 1,2; если значение ИМТ пациента = 40 кг/м2, то В2 = 1,6.

Получен патент РФ на изобретение «Способ неинвазивного определения концентрации холестерина в крови» [5]. Относительная погрешность измеренного и расчетного уровней холестерина не превышает 10-15 %.

Результаты исследований были положены в основу разработки прибора для неинвазивного определения концентрации глюкозы и холестерина в крови по анализу параметров пульсовой волны [6]. Прибор содержит корпус с клавиатурой и кнопками управления, жидкокристаллический индикаторный дисплей, цифровой блок для ввода показателей, соединенный проводниковым шлейфом с микропроцессором. Микропроцессор содержит прикладную программу и таблицу корреляций для вычисления уровня глюкозы и холестерина в крови по соотношению параметров артериального давления и показателю индивидуальной массы тела. К корпусу механически прикреплена компрессионная манжета для измерения артериального давления.

Алгоритм действий, реализованный в приборе, схематически показан на рис. 2.

elb2.wmf

Рис. 2. Алгоритм прибора для определения концентрации глюкозы и уровня холестерина в крови

Пациенту измеряют автоматически показатели систолического и диастолического АД последовательно на обеих руках, которые записываются в память микропроцессора прибора. Вводят измеренные значения массы тела (кг) и роста пациента (м) также в память микропроцессора, после чего микропроцессор автоматически запускает прикладную программу для определения уровня холестерина и глюкозы в крови. На основании эмпирических формул регрессии в памяти микропроцессора заложены таблицы корреляций, которые используются для определения уровня общего холестерина и уровня глюкозы в крови. На дисплее устройства отображаются показатели артериального давления слева и справа (мм рт.ст.), содержание холестерина и содержание глюкозы в крови (ммоль/л).

Прибор обеспечивает диапазон измерения АД от 20 до 280 мм рт.ст., уровня холестерина крови от 2 до 12 ммоль/л; уровня глюкозы крови от 2 до 20 ммоль/л. Погрешность измерения АД ± 3 мм рт.ст. Относительная погрешность измерения уровня глюкозы и холестерина крови в сравнении с биохимическим анализом составляет ± (10-15 %). Длительность проведения анализа совместно с измерением АД составляет 50-60 с.

Нами получен патент РФ на изобретение «Устройство для неинвазивного определения концентрации холестерина и глюкозы в крови» [6].

Изготовлен опытный образец прибора, который подтвердил возможность его промышленного изготовления и практического использования. Габаритные размеры прибора в пределах 180 х 140 х 70 мм.

Заключение

Проведенные исследования отражают корреляционную связь между колебаниями параметров АД, концентрацией глюкозы и холестерина в крови и могут быть рекомендованы для проведения анализа неинвазивным способом. Разработанный прибор обеспечивает возможность быстрого и комфортного обследования пациентов и может быть использован в качестве экспресс-анализа при массовых профилактических обследованиях населения. Кроме того, прибор могут использовать больные артериальной гипертонией и другими заболеваниями сердечно-сосудистой системы для самоконтроля уровня артериального давления, концентрации общего холестерина и глюкозы в крови.


Библиографическая ссылка

Эльбаева А.Д. НЕИНВАЗИВНЫЕ МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ КОНЦЕНТРАЦИИ ГЛЮКОЗЫ И ХОЛЕСТЕРИНА В КРОВИ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 6-2. – С. 301-305;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=9601 (дата обращения: 22.06.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074