В целом для неинвазивного определения уровня глюкозы крови ученые пытаются использовать 4 группы физико-химических методов: оптические, термографические, электрические и даже нанотехнологические.
Оптические методы – это обширная группа спектроскопий в разных диапазонах, позволяющих оценивать свойства спектра, параметры отражения, поглощения и рассеивания световых волн. Молекулярная спектроскопия – известный метод, применяющийся во многих сферах науки, от аналитической химии до астрономии. В медицине спектроскопия позволяет выяснять состав биологических жидкостей. Это надежный метод для выяснения атомарного и молекулярного состава любого вещества, если речь идет о лабораторных условиях. Но о широком применении этой технологии пациентами для гликемического контроля говорить не приходится. В настоящее время ученым лишь удалось выяснить некоторые параметры и диапазоны волн для определения уровня глюкозы при размещении датчика для оптической спектроскопии на коже. Получаемые датчиком «сырые» данные требуют очень серьезной математической обработки, чтобы приобрести диагностическую значимость. Основная проблема здесь – обилие «шума», но прежде всего – очень сильные индивидуальные отличия. Фактически датчик надо специально калибровать для каждого отдельного пациента. Эта техническая сложность резко ограничивает развитие метода. Сейчас она непреодолима.
Еще один вариант оптического неинвазивного измерения уровня глюкозы – это математический анализ характеристик пульсовой волны – «пульсовая глюкометрия». Носимый оптический датчик, размещенный на коже над лучевой артерией или на фаланге пальца, может фиксировать колебания стенок кровеносных сосудов, вызываемых сокращениями сердца. Скорость и ряд других характеристик пульсовой волны действительно зависят от состояния не только самих сосудов, но и от химического состава крови. Ученые выяснили, что столь серьезное отклонение от нормы, как гипергликемия, действительно влияет на параметры пульсовой волны. А значит, зафиксировав их, можно математически вычислить предположительный уровень глюкозы в крови. Идея отличная. Вот только зависимость, как говорится в статистике, очень слабая. То есть точность математического вычисления крайне низкая. В большинстве случаев такой носимый прибор просто ошибается. Виновата в этом не математика, а количество факторов, влияющих на параметры пульсовой волны. На их фоне глюкоза просто теряется, а диагностическая точность стремится к нулю.
Тем не менее исследования продолжаются. Инженеры во многих странах продолжают совершенствовать математическую обработку и строение гибких оптических датчиков для спектроскопии или оценки пульсовой волны. Впрочем, особого оптимизма это не внушает. Если проанализировать научные статьи, то одна из наиболее серьезных команд ученых в Японии уже почти 15 лет работает над этой проблемой, но значимого прогресса нет, дальше экспериментов дело не идет.
Термографические методы основаны на измерении колебаний температуры в результате метаболических процессов с участием молекулы глюкозы. Электрические методы подразумевают оценку диэлектрических характеристик глюкозы с применением электромагнитного излучения или ультразвука. Обе группы методов сложны технически и имеют низкую точность измерений.
Ведутся эксперименты и в сфере нанотехнологий. Для гликемического контроля пытаются применять методы на основе таких явлений, как, например, поверхностный плазмонный резонанс. Впрочем, эти разработки существуют пока только в теории. Они находятся на очень ранней стадии и потребуют десятилетий научной работы.
Общая ситуация с неинвазивными методами такова.
Подавляющее большинство пациентов хотели бы контролировать уровень глюкозы крови без многократных ежедневных проколов кожи. Идеальный вариант – это носимое цифровое устройство для мониторинга. Множество ученых по всему миру трудятся над решением этой задачи. Они проявляют удивительную изобретательность в подборе методов физики и химии, создают перспективные носимые гаджеты, однако барьеры технической сложности и диагностической ценности остаются непреодолимыми. Ни один из неинвазивных методов не может сравниться по точности измерений с самым простым глюкометром из ближайшей аптеки. А значит, пациентам пользоваться такими технологиями пока что бессмысленно. Ошибочные измерения приведут к неправильному лечению и питанию, тем самым усугубят болезнь. Что же… Остается ждать! Пытливый человеческий разум решал и не такие задачи. Неинвазивный гликемический контроль посредством носимых устройств остается пока лишь экспериментом в лабораторных исследованиях. По мере развития технологий они пройдут через клинические испытания, получат сертификации в разных странах в качестве медицинских изделий и станут надежным инструментом контроля диабета. Ну а пока пациентам остается ждать прогресса медицинской науки и биоинженерии, сохраняя тем временем свое здоровье при помощи обычного глюкометра.
Научный факт – телемедицина и mHealth берут под контроль сахарный диабет, что доказывается стабилизацией у пациентов уровня гликированного гемоглобина.
Однако есть еще одна особая технология для лечения диабета – инсулиновая помпа.
Это компактное электронное устройство для непрерывного введения инсулина в подкожную клетчатку. Применяется оно у пациентов, страдающих, увы, достаточно серьезными формами сахарного диабета. Безусловно, использовать можно только помпы, имеющие сертификацию в качестве медицинского изделия. Помпа как бы имитирует работу поджелудочной железы и заменяет регулярные частые инъекции для введения инсулина.
Помимо необходимой электроники помпа содержит резервуар для лекарства и поршень. В подкожно-жировую клетчатку живота посредством специального устройства вводится тончайшая пластиковая игла-канюля. По гибкой трубочке через канюлю и подается инсулин из резервуара помпы. Важная функция устройства – возможность постоянного автоматического измерения уровня глюкозы. Соответствующие данные могут отображаться на небольшом дисплее, расположенном прямо на помпе, или передаваться в некую информационную систему (например, в больнице).
Для современных моделей помп обязательно создаются мобильные приложения. Помимо всех функций, описанных выше (дневник, справочник, оповещение и т. д.), приложение позволяет управлять работой помпы, менять режимы введения и контролировать расход инсулина. Помпы интенсивно оснащают средствами прогнозирования: «искусственный интеллект» анализирует динамику уровня глюкозы в крови, вычисляет тренды и в соответствии с прогнозом меняет режим введения инсулина. Все соответствующие оповещения пациент видит в мобильном приложении. Естественно, что всегда есть возможность откорректировать режим или на время остановить введение инсулина.
Довольно типична такая технология – алгоритм прогнозирования уровня глюкозы в крови через 30 минут после проведения очередного измерения. При «предсказании» понижения уровня сахара помпа автоматически приостанавливает введение инсулина. Возобновление терапии стартует снова, когда содержание глюкозы в крови начинает нарастать. По данным некоторых исследователей, при использовании помп с «искусственным интеллектом» длительность гипогликемических состояний снижается на 30 %. Это хороший клинический показатель, делающий жизнь пациентов более стабильной и безопасной.
Данные, получаемые от помпы, накапливаются мобильным приложением и связанной с ним информационной системой (обычно это система для телемониторинга при какой-нибудь больнице). Соответственно лечащий врач может анализировать показатели пациента, вовремя предпринимать нужные действия, корректировать схему лечения и т. д.
Преимущества и недостатки помп, показания и противопоказания к их применению – вопрос для профессионального обсуждения с эндокринологом. В контексте изучения цифровых технологий мы лишь хотим обратить внимание на наличие таких устройств. При выборе конкретной модели помпы надо учитывать ее технологичность, прежде всего наличие и функционал мобильного приложения. Это сделает использование помпы более эффективным, комфортным и безопасным.
Сахарный диабет – это комплекс метаболических болезней, чреватых инвалидизирующими и смертельно опасными осложнениями. Контроль болезни обеспечивается постоянным лечением и мониторингом 3 показателей: уровня глюкозы в крови, количества потребленных хлебных единиц и доз принимаемых по назначению врача медикаментов (прежде всего, инсулина). Цифровые технологии позволяют эффективно и безопасно реализовать такой мониторинг, предпочтение при этом следует отдавать мобильным приложениям с беспроводной передачей данных, функциями дневника, оповещения, информирования и прогнозирования.
Глава 6Цифровые технологии для сердечников
Распространенность ишемической болезни сердца (ИБС) со стенокардией и тяжелейшими осложнениями в виде инфаркта миокарда, хронической сердечной недостаточности, нарушений ритма и проводимости сердца (аритмий) очень высока. Болезни сердечно-сосудистой системы – одна из главных проблем современного здравоохранения. В числе причин смерти они «успешно конкурируют» со злокачественными опухолями. В предыдущих главах мы неоднократно говорили о необходимости контроля хронической болезни для ее сдерживания и минимизации рисков осложнений, вплоть до смертельных. Все сказанное в полной мере относится и к обширной группе заболеваний сердца и сосудов. Многие из них (поражения клапанов, пороки развития) изначально имеют хронический характер, а перенесенные острые состояния (инфаркты, аритмии) требуют пожизненного врачебного наблюдения. Пациентам с нарушениями ритма (аритмиями), сердечной недостаточностью, врожденными или приобретенными поражениями клапанов сердца, а также перенесшим инфаркт миокарда, необходим телемониторинг для своевременного выявления негативных тенденций, признаков приближающихся осложнений, снижения рисков резких ухудшений состояния, чреватых как минимум госпитализацией, а как максимум – гибелью.