Ждать муравьев или сделать татуировку? Способы определения сахара в крови

Здравствуйте, уважаемые коллеги. Сегодня в новой статье из серии публикаций для пациентов с сахарным диабетом мы поговорим об истории и перспективах глюкометрии.

Всякому диабетику известно, что уровень сахара в крови нужно контролировать каждый день, и даже по нескольку раз в день. Сейчас с этим проблем нет – современные глюкометры позволяют свести неприятные моменты процедуры к минимуму. А как диабетики справлялись с измерением глюкозы раньше? И какие есть перспективы в этом направлении? Сегодня поговорим об истории и будущем определения уровня сахара в крови.

«Медовая моча» и «писающее зло»

Сахарный диабет (СД) –заболевание с долгой историей, считавшееся, однако, вплоть до XIX в. патологией почек. В далекой древности из-за недостаточных знаний о строении и функциях тела человека, отсутствия диагностических инструментов заболевание оставалось крайне сложным для понимания.

Древние врачи обращали внимание лишь на состояние пациента, поэтому первым методом диагностики являлось наблюдение. Папирус Эберса, датированный примерно 1552 г. до нашей эры, содержит заметки одного из первых известных врачей Хеси-Ра. Именно он впервые описал чрезмерную жажду и полиурию (повышенный объем мочи) как характерные симптомы болезни.

Около V в. до н.э. индийский хирург Сушрута в своей работе «Самхита» определил диабет, используя термин «мадхумеха» («медовая моча»), и указал на липкое ощущение на коже при прикосновении и способность привлекать муравьев.

В знаменитой книге Гиппократа «Об эпидемиях», датированной 400 г. до нашей эры, также описывалось характерное для заболевания состояние, при котором объем мочи непропорционален объему выпитой жидкости.

Первое полное клиническое описание диабета составлено во II в. нашей эры греческим врачом Аретеем Каппадокийским. Термин «диабет» происходил от греческого слова «диабайн» (проходящий), обозначающего чрезмерное количество мочи, выделяемое пациентами.

Определение органолептических (т.е. вкусовых) свойств мочи стало следующим этапом развития диагностики диабета, длившимся до начала XX в.

В VII в. н.э. Чэнь Чуань определил сладкий вкус мочи при СД, а Сяо Хо Пинг описал характерные симптомы диабета: сильную жажду, провоцирующую обильное питье, полиурию и сладкий вкус мочи. Авиценна (980-1073) описал СД, указав на повышенный аппетит и нарушение половых функций, а также впервые задокументировал сладкий вкус мочи у пациентов с этим заболеванием. Авиценна разделил пациентов с диабетом на 2 группы: молодых и худых, а также старых и страдающих ожирением (да-да, он первый разделил диабет на СД1 и СД2 в современном понимании).

Прорыв в области диагностики СД сделан Парацельсом (1493-1541). Он обнаружил, что при испарении мочи больного диабетом оставался белый осадок. Парацельс, однако, назвал осадок «солью» и сообщил, что эта соль являлась причиной «жажды почек», которая привела к полиурии. Известный английский врач и анатом Томас Уиллис в 1674 г. описал «удивительно сладкий» вкус мочи у пациентов, страдающих «писающим злом». Именно он стал использовать термин СД, чтобы отличать это состояние от других причин полиурии.

Спустя столетие Мэтью Добсон в 1776 г. выпарил мочу больного диабетом и доказал наличие в ней глюкозы. Кроме того, он связал сладость мочи с избытком глюкозы в крови¹.

От качества – к количеству (пока наполовину)

Следующим этапом развития попыток определения уровня глюкозы стала разработка химических методов, позволяющих обнаружить глюкозу в моче.

Фрэнсис Хоум в 1780 г. разработал дрожжевой тест для определения уровня глюкозы в моче. В 1841 и 1848 г. соответственно Троммер и Фелинг разработали качественные тесты для измерения уровня глюкозы в моче. Они использовали реакцию со щелочными сульфатно-медными реагентами, что давало характерное окрашивание.

В 1908 г. Стэнли Росситер Бенедикт разработал и предложил анализ с использованием реагента, содержащего сульфат меди, карбонат натрия и цитрат натрия. Данный тест введен в 1925 г. для самоконтроля пациентов с СД¹. Однако, процедура была очень трудоемкой и давала весьма приблизительные результаты. Для проведения анализа требовалось добавить 8 капель мочи к 5 мл реактива в пробирке и вскипятить раствор, держа его непосредственно над огнем в течение 2 мин. При этом глюкоза мочи окислялась, в результате чего снижалась интенсивность голубого цвета сульфата меди, изменялся цвет раствора и выпадал окрашенный осадок. Цвет и осадок являлись индикаторами уровня глюкозы мочи. Чистый голубой цвет без осадка указывал на отсутствие глюкозы, в то время как изменение цвета — от зеленого с желтым осадком до насыщенного оранжевого или красного — напрямую зависело от количества сахара в моче.

Определение уровня глюкозурии (т.е. содержания сахара в моче) стало наиболее популярным после открытия инсулина в 1921 г. и в дальнейшем использовалось в лечении СД. Однако до 1941 г., т. е. до тех пор пока Walter Compton и Maurice Treneer не изобрели первый химический тест с сухим реактивом в виде таблеток-реагентов Клинитест, не существовало более простого способа контроля глюкозурии. Таблетки содержали такой же реактив, как и в тесте Бенедикта, но в сухой форме с добавлением гидроксида натрия. Жидкостью, необходимой для запуска реакции, являлась моча. Таблетка опускалась в небольшое количество мочи, находящейся в пробирке, и возникала мгновенная реакция с выработкой достаточного количества тепла, приводящего к кипению. Глюкоза мочи окислялась, а насыщенность голубого цвета сульфата меди снижалась, что приводило к изменению цвета раствора — от голубого к зеленому до желтого и оранжевого. Полуколичественный результат оценивался при визуальном сравнении полученного цвета со шкалой-эталоном.

Первые тест-полоски с «сухим реактивом» были продемонстрированы в 1956 г. Речь идет о системе Клинистикс — тест-полоске для определения глюкозы в моче. Все необходимые реагенты были инкапсулированы в пористой основе полоски. Такой же ферментный принцип использовался при разработке в 1964 г. Декстростикса — одноразовой тест-полоски для полуколичественного анализа уровня глюкозы крови. Основной компонент сухого реактива содержал три слоя: поддерживающий слой, отражающую зону и реагирующую зону.

Тест-полоски для измерения глюкозы в моче до сих пор используются как скрининговый метод и очень редко в качестве диагностического метода для коррекции лечения диабета. Несмотря на дешевизну определения уровня глюкозурии, этот метод не позволяет назначить качественное лечение СД, так как не дает возможности выявить гипогликемию, а результаты анализа зависят от многих факторов, влияющих на выделение глюкозы через почки².

Наконец-то глюкометры!

Разработка первого глюкометра в 1966 г. Антоном Клеменсом стала важной вехой в развитии мониторинга гликемии. Глюкометр работал по принципу фотометрии и отображал приблизительное значение глюкозы в диапазонах 0-4, 4-10 и 10-55 ммоль/л. Только в 1981 г. появилось первое поколение цифровых глюкометров, работа которых основана на электрохимических реакциях – биосенсоры¹.

Биосенсор — это биоэлектрохимический преобразователь, который совместно с портативным анализатором регистрирует электрический сигнал, продуцируемый при биохимической реакции. Во многих приборах используются тест-полоски с сенсором, включающим фермент, который очень специфично ускоряет процесс окисления глюкозы, и медиатор, вовлеченный в окислительно-восстановительную реакцию².

Тест-полоски для мочи и глюкометры перенесли контроль уровня глюкозы из отделений неотложной помощи в домашнюю обстановку пациента, сделав болезнь более понятной и управляемой¹.

Следует отметить, что первые химические тесты были слишком неспецифичными, так как измеряли не только глюкозу, но и другие сахара и требовали нанесения очень большой капли крови. На сегодняшний день измерение более специфично и меньше подвержено влиянию других сахаров.

За годы использования глюкометров объем крови, необходимый для корректного определения уровня гликемии, значительно снизился. Тест-полоски первой генерации требовали не менее 50 мкл крови, в глюкометрах последнего поколения этот объем — меньше 2 мкл².

Эволюция или революция?

Эволюция домашнего мониторинга уровня глюкозы претерпела целую революцию с введением непрерывного контроля уровня глюкозы (CGM). В 1999 году Министерство продовольствия и медикаментов США одобрила первый «профессиональный» CGM, с помощью которого данными об уровне глюкозы, собранные в течение 3 дней, автоматически отправлялись врачу для ознакомления и принятия дальнейших решений по поводу лечения.

Первым CGM «в реальном времени» был Glucowatch Biographer. Это устройство носили как наручные часы, используя «обратный ионофорез», с помощью которого измеряли уровень глюкозы посредством электрода. В 2004 году компания Medtronic представила систему CGM Guardian в режиме реального времени, которая могла уведомлять пользователей о потенциально опасной гипергликемии или гипогликемии, а к 2006 году та же компания выпустила первое интегрированное устройство, которое объединяло в себе инсулиновую помпу и датчик.

В 2015 году был запущен G5 Mobile, который теперь позволяет передавать данные на мобильный телефон пользователя (аналогично G6, который был запущен в 2018 году). Со временем улучшалась и точность датчиков.

Компания Abbott в 2016 году представила устройство FreeStyle Libre Pro. Этот профессиональный CGM — первый монитор, который не требует калибровки обычными тест-полосками. Он также уникален тем, что датчик можно носить в течение 14 дней³.

А может набить тату?

В ближайшем будущем диабетики, наверно, будут избавлены от необходимости постоянно колоть себя иглой для измерения уровня глюкозы в крови. Им достаточно будет сделать себе особую «татуировку».

Исследователи из Jacobs School of Engineering, San Diego разработали временную «татуировку», сделанную на бумажной основе. Эта мини-тату оказывает воздействие на кожу пациента слабым электротоком, что дает возможность измерить уровень глюкозы. В исследовании семь испытателей-добровольцев носили эти татуировки, принимая в лаборатории пищу, богатую углеводами. При этом оказалось, что прибор-тату оказался не менее эффективен, чем традиционный метод измерения с помощью глюкометра и укола в палец. При этом никто из волонтеров не испытал дискомфорта во время этих тестов, хотя некоторые из них отметили чувство легкого покалывания во время измерения.

Устройство работает пока лишь на «качественном» а не на количественном уровне, так что пациенты, больные диабетом, все же должны отслеживать свое состояние. Другое важное обстоятельство — то, что «умная» татуировка может в режиме онлайн дистанционно информировать лечащего врача о состоянии пациента, используя приложения для Bluetooth. Сегодня тату может работать в течение целого дня⁴.

Идея татуировок оказалась настолько привлекательной, что некоторые исследователи стали развивать ее в другом направлении.

Команда ученых Мюнхенского университета разработала технику татуировки, которая изменяет цвет в зависимости от химического состава крови и позволяет в реальном времени отслеживать концентрацию глюкозы, альбумина и уровень кислотности (pH).

Результаты исследования обещают настоящую революцию в эндокринологии и могут существенно упростить жизнь пациентов, страдающих от сахарного диабета или хронических заболеваний почек.

Немецким химикам же удалось разработать несколько красителей, изменяющих цвет в зависимости от концентрации различных веществ (биомаркеров) в межклеточной жидкости, где происходит обмен веществ. Фотографии пигментных рисунков, сделанные обычным смартфоном, позволили разработчикам с высокой точностью определить химические показатели крови: оценки ученых совпали с измерениями, полученными в результате традиционных анализов (рис. 1).

Рис. 1. Изменения цвета татуировки в зависимости от рН, концентрации глюкозы и альбумина

На картинке видно, как изменяется цвет татуировки в зависимости от каждого показателя. Например, повышение уровня сахара в крови придает желтому пигменту зеленый оттенок, который становится все более насыщенным по мере увеличения концентрации глюкозы.

Однако, по словам исследователей, разработанные пигменты нуждаются в усовершенствовании, а сама процедура пока прошла только первые испытания на животных⁵.

Итак, пока новые разработки проходят этапы испытаний, не забывайте регулярно контролировать свой уровень глюкозы с помощью удобного для вас глюкометра (конечно же, с соблюдением всех правил, описанных в инструкции). А чтобы показания глюкометра вас не расстраивали, а, напротив, радовали, принимайте сахароснижающие препараты, назначенные врачом, будьте физически активными и соблюдайте принципы рационального питания. Питаться не только правильно, но и вкусно вам поможет «Ботаника».

Готовые замороженные блюда «Ботаника» - низкоуглеводное готовое питание, с просчитанными гликемическим индексом и нагрузкой. Не содержит сахара и крахмала.

Наши блюда - не лекарства, не панацея и не считаются лечебными или диетическими. Они лишь призваны вам помочь с подсчетом уровня гликемической нагрузки для контроля сахара в крови. А за лечением - необходимо обратиться к врачу.

Мы используем только экологические, натуральные ингредиенты, а удивительно вкусные рецепты составлены по рекомендациям врача-диетолога. Правильное и сбалансированное питание «Ботаника» – залог Вашего здоровья и хорошего самочувствия.