Глюкометр , также называемый « глюкометром », [1] — это медицинский прибор для определения приблизительной концентрации глюкозы в крови . Он также может представлять собой полоску глюкозной бумаги, смоченную в веществе и измеренную по диаграмме глюкозы. Это ключевой элемент тестирования глюкозы , включая домашний мониторинг уровня глюкозы в крови (HBGM), выполняемый людьми с сахарным диабетом или гипогликемией . Небольшая капля крови, полученная путем легкого прокалывания кончика пальца ланцетом , помещается на одноразовую тест-полоску, которую глюкометр считывает и использует для расчета уровня глюкозы в крови. Затем глюкометр отображает уровень в единицах мг/дл или ммоль/л .
Примерно с 1980 года основной целью лечения диабета 1-го типа и сахарного диабета 2-го типа было достижение уровня глюкозы в крови, близкого к нормальному, на протяжении как можно большего времени, руководствуясь HBGM несколько раз в день. Преимущества включают в себя снижение частоты возникновения и тяжести долгосрочных осложнений гипергликемии , а также снижение краткосрочных, потенциально опасных для жизни осложнений гипогликемии .
Лиланд Кларк представил свою первую статью о кислородном электроде, позже названном электродом Кларка , 15 апреля 1956 года на собрании Американского общества искусственных органов во время ежегодных собраний Федеративных обществ экспериментальной биологии. [2] [3] В 1962 году Кларк и Энн Лайонс из Детской больницы Цинциннати разработали первый электрод фермента глюкозы. Этот биосенсор был основан на тонком слое глюкозооксидазы ( GOx) на кислородном электроде. Таким образом, показания представляли собой количество кислорода, потребляемого GOx во время ферментативной реакции с субстратом глюкозой. Эта публикация стала одной из наиболее часто цитируемых статей в области наук о жизни. Благодаря этой работе он считается «отцом биосенсоров», особенно в отношении определения глюкозы у пациентов с диабетом. [2] [3]
Другим ранним глюкометром был Ames Reflectance Meter Антона Х. Клеменса. Он использовался в американских больницах в 1970-х годах. Движущаяся стрелка показывала уровень глюкозы в крови примерно через минуту.
Домашний мониторинг уровня глюкозы был продемонстрирован для улучшения гликемического контроля диабета 1 типа в конце 1970-х годов, и первые глюкометры были проданы для домашнего использования около 1981 года. Две модели, изначально доминирующие в Северной Америке в 1980-х годах, были глюкометр, представленный в ноябре 1981 года, [4] чья торговая марка принадлежит Bayer , и глюкометр Accu-Chek ( Roche ). Следовательно, эти торговые марки стали синонимами дженерика для многих специалистов в области здравоохранения. В Великобритании специалист в области здравоохранения или пациент могут ссылаться на «принятие BM»: «BM миссис X составляет 5» и т. д. BM означает Boehringer Mannheim , теперь часть Roche, которая производит тест-полоски под названием «BM-test» для использования в глюкометре. [5] [6]
В Северной Америке больницы сопротивлялись принятию измерений глюкозы глюкометром для стационарного лечения диабета более десятилетия. Руководители лабораторий утверждали, что превосходная точность лабораторного измерения глюкозы перевешивает преимущество немедленной доступности и делает измерения глюкозы глюкометром неприемлемыми для стационарного лечения диабета. Пациенты с диабетом и их эндокринологи в конечном итоге убедили принять это. [ необходима цитата ] До прекращения его выпуска в июле 2021 года анализатор глюкозы и лактата YSI 2300 STAT PLUS был широко принят в качестве фактического стандарта для эталонных измерений и калибровки системы большинством производителей глюкометров в течение последних 30 лет, несмотря на отсутствие таких нормативных требований. [7] [8] [9] [10] [11]
Домашнее тестирование на уровень глюкозы было принято для диабета 2 типа медленнее, чем для диабета 1 типа, и большая часть людей с диабетом 2 типа никогда не была проинструктирована о домашнем тестировании на уровень глюкозы. [12] Это произошло в основном потому, что органы здравоохранения неохотно несли расходы на тест-полоски и ланцеты.
Тестовые полоски, которые меняли цвет и могли считываться визуально, без глюкометра, широко использовались с 1980-х годов. У них было дополнительное преимущество, поскольку их можно было разрезать продольно, чтобы сэкономить деньги. Критики утверждали, что тестовые полоски, считываемые на глаз, не так точны или удобны, как тестирование глюкометром. Производитель сослался на исследования, которые показывают, что продукт столь же эффективен, несмотря на то, что не дает ответа с точностью до одной десятой, что, по их мнению, необязательно для контроля уровня сахара в крови. Этот спор также произошел в Германии, где «Glucoflex-R» был признанной полоской для диабета 2 типа. По мере повышения точности глюкометра и страхового покрытия они потеряли популярность.
"Glucoflex-R" — это австралийский производитель National Diagnostic Products, альтернатива тест-полоскам BM. У него есть версии, которые можно использовать как в глюкометре, так и визуально. Он также продается под торговой маркой Betachek. 1 мая 2009 года британский дистрибьютор Ambe Medical Group снизил цену на свои тест-полоски "Glucoflex-R" для NHS примерно на 50%. Ожидалось, что это позволит NHS сэкономить деньги на полосках и, возможно, немного ослабить ограничения на поставку. Согласно источникам в NHS, вскоре по рецепту будет доступна еще одна недорогая визуально считываемая полоска. [ когда? ]
Теперь используются специальные глюкометры для многопациентного использования в больнице. Они обеспечивают более сложные записи контроля качества. Их возможности обработки данных предназначены для передачи результатов измерения глюкозы в электронные медицинские записи и лабораторные компьютерные системы для выставления счетов.
Существует несколько основных характеристик глюкометров, которые могут различаться в зависимости от модели:
Страны, которые используют ммоль/л, включают Австралию, Канаду, Китай, Хорватию, Чешскую Республику, Данию, Финляндию, Гонконг, Венгрию, Исландию, Ирландию, Ямайку, Казахстан, Латвию, Литву, Малайзию, Мальту, Нидерланды, Новую Зеландию, Норвегию, Россию, Словакию, Словению, Южную Африку, Швецию, Швейцарию и Соединенное Королевство. [14] [15]
Страны, которые используют мг/дл, включают Алжир, Аргентину, Австрию, Бангладеш, Бельгию, Бразилию, Чили, Колумбию, Кипр, Эквадор, Египет, Францию, Грузию, Германию, Грецию, Индию, Индонезию, Иран, Израиль, Италию, Японию, Иорданию, Корею, Ливан, Мексику, Перу, Польшу, Португалию, Южную Корею, Испанию, Сирию, Тайвань, Таиланд, Тунис, Турцию, Объединенные Арабские Эмираты, США, Уругвай, Венесуэлу и Йемен. [14] [15]
Стоимость домашнего мониторинга уровня глюкозы в крови может быть существенной из-за стоимости тест-полосок. В 2006 году стоимость каждой полоски для измерения уровня глюкозы в США для потребителей составляла от 0,35 до 1 доллара США . Производители часто предоставляют глюкометры бесплатно, чтобы стимулировать использование прибыльных тест-полосок. Диабетики 1-го типа могут проводить тестирование от 4 до 10 раз в день из-за динамики корректировки инсулина, тогда как диабетики 2-го типа обычно проводят тестирование реже, особенно когда инсулин не является частью лечения. В Великобритании, где Национальная служба здравоохранения (NHS), а не пациенты платят за лекарства, включая тест-полоски, исследование 2015 года по сравнительной экономической эффективности всех вариантов самостоятельного мониторинга уровня глюкозы в крови, финансируемое NHS, выявило значительные различия в взимаемой цене, которые нельзя объяснить наличием расширенных функций глюкометра. По оценкам, в общей сложности 12 млн фунтов стерлингов было инвестировано в обеспечение 42 миллионов тестов на самостоятельный контроль уровня глюкозы в крови с помощью систем, которые не соответствовали приемлемым стандартам точности, а экономия за счет повышения эффективности в размере 23,2 млн фунтов стерлингов в год могла быть достигнута, если бы NHS отказалась от технологий, предлагающих меньшую функциональность, чем доступные альтернативы, но по гораздо более высокой цене. [18]
В Соединенных Штатах были обнаружены партии поддельных тест-полосок для некоторых приборов, дающие ошибочные результаты испытаний, которые не соответствуют спецификациям законного производителя. [19]
Поиск успешной методики начался около 1975 года и продолжается до настоящего времени без клинически или коммерчески жизнеспособного продукта. [20] По состоянию на 1999 год [update]только один такой продукт был одобрен для продажи FDA, основанный на методике электрического вытягивания глюкозы через неповрежденную кожу, и он был отозван через короткое время из-за плохой производительности и случайных повреждений кожи пользователей. [21]
Системы непрерывного мониторинга уровня глюкозы могут состоять из одноразового датчика, помещаемого под кожу, передатчика, подключенного к датчику, и считывателя, который получает и отображает измерения. Датчик может использоваться в течение нескольких дней, прежде чем его необходимо будет заменить. Устройства обеспечивают измерения в реальном времени и уменьшают необходимость в тестировании уровня глюкозы из пальца. Недостатком является то, что измерители не настолько точны, поскольку они считывают уровни глюкозы в интерстициальной жидкости , которые отстают от уровней в крови. [22] [23] Системы непрерывного мониторинга уровня глюкозы в крови также относительно дороги.
Точность глюкометров является распространенной темой клинической озабоченности. Глюкометры должны соответствовать стандартам точности, установленным Международной организацией по стандартизации (ISO). Согласно ISO 15197, глюкометры должны обеспечивать результаты, которые находятся в пределах ±15% от лабораторного стандарта для концентраций выше 100 мг/дл или в пределах ±15 мг/дл для концентраций ниже 100 мг/дл по крайней мере в 95% случаев. [24] Однако на точность теста могут влиять различные факторы. Факторы, влияющие на точность различных глюкометров, включают калибровку глюкометра, температуру окружающей среды , давление, используемое для стирания полоски (если применимо), размер и качество образца крови, высокие уровни определенных веществ (например, аскорбиновой кислоты ) в крови, гематокрит , грязь на глюкометре, влажность и старение тест-полосок. Модели различаются по своей восприимчивости к этим факторам и по своей способности предотвращать или предупреждать о неточных результатах с помощью сообщений об ошибках. Сетка ошибок Кларка была распространенным способом анализа и отображения точности показаний, связанных с последствиями управления. Совсем недавно вошла в употребление улучшенная версия сетки ошибок Кларка: она известна как сетка ошибок консенсуса . Старые глюкометры часто требуют «кодирования» с использованием партии тест-полосок, в противном случае точность глюкометра может быть скомпрометирована из-за отсутствия калибровки.
Один неинвазивный глюкометр был одобрен FDA США: GlucoWatch G2 Biographer производства Cygnus Inc. Устройство было разработано для ношения на запястье и использовало электрические поля для забора жидкости из организма для тестирования. Устройство не заменяло традиционный мониторинг уровня глюкозы в крови. Одним из ограничений было то, что GlucoWatch не мог справиться с потоотделением в месте измерения. Пот должен был высохнуть, прежде чем можно будет возобновить измерение. Из-за этого и других ограничений продукт больше не продается.
Введение на рынок неинвазивного измерения уровня глюкозы в крови спектроскопическими методами измерения в области ближнего инфракрасного диапазона (БИК) с помощью экстракорпоральных измерительных приборов не увенчалось успехом, поскольку приборы измеряют уровень сахара в тканях организма, а не уровень сахара в крови в кровяной жидкости. Например, для определения уровня глюкозы в крови измерительный луч инфракрасного света должен проникнуть в ткань для измерения уровня глюкозы в крови.
В настоящее время доступны три системы CGMS (системы непрерывного мониторинга глюкозы). Первая — Minimed Paradigm RTS от Medtronic с подкожным зондом, прикрепленным к небольшому передатчику (примерно размером с четвертак), который каждые пять минут отправляет уровни интерстициальной глюкозы на небольшой приемник размером с пейджер. Система Dexcom — еще одна система, доступная в двух разных поколениях в США: G4 и G5. (1 квартал 2016 г.). Это подкожный зонд с небольшим передатчиком. Приемник размером с сотовый телефон и может работать на расстоянии до двадцати футов от передатчика. Dexcom G4 передает данные по радиочастоте и требует специального приемника. [25] Версия G5 использует Bluetooth с низким энергопотреблением для передачи данных и может передавать данные напрямую на совместимый сотовый телефон. В настоящее время в качестве приемника можно использовать устройства iPhone и Android от Apple. [26] Помимо двухчасового периода калибровки, мониторинг регистрируется с пятиминутными интервалами в течение 1 недели. Пользователь может установить высокие и низкие сигналы тревоги по уровню глюкозы. Третий доступный CGMS — FreeStyle Navigator от Abbott Laboratories.
В настоящее время предпринимаются усилия по разработке интегрированной системы лечения с глюкометром, инсулиновой помпой и наручным контроллером, а также усилия по интеграции глюкометра и мобильного телефона. Тестовые полоски являются собственностью и доступны только через производителя (страхование не предусмотрено). Эти «глюгофоны» в настоящее время предлагаются в трех формах: как донгл для iPhone , дополнительный пакет для мобильных телефонов LG моделей UX5000, VX5200 и LX350, а также дополнительный пакет для мобильного телефона Motorola Razr. В США это ограничивает поставщиков AT&T и Verizon . Аналогичные системы тестировались в течение длительного времени в Финляндии. [ необходима цитата ]
Недавние достижения в области технологий сотовой связи позволили разработать глюкометры, которые напрямую интегрируют возможности сотовой передачи данных, позволяя пользователю как передавать данные об уровне глюкозы медицинскому работнику, так и получать прямые указания от него на экране глюкометра. Первое такое устройство от Telcare, Inc. было представлено на выставке CTIA International Wireless Expo 2010 [27] , где оно получило награду E-Tech. Затем это устройство прошло клинические испытания в США и за рубежом.
В начале 2014 года Google сообщила о тестировании прототипов контактных линз , которые отслеживают уровень глюкозы и предупреждают пользователей, когда уровень глюкозы превышает определенные пороговые значения. [28] [29] [30] Apple запатентовала методы определения уровня сахара в крови с помощью абсорбционной спектроскопии, а также путем анализа выдыхаемого воздуха в своих электронных устройствах. [ необходима цитата ]
Многие глюкометры используют окисление глюкозы до глюконолактона, катализируемое глюкозооксидазой (иногда известной как GOx). Другие используют похожую реакцию, катализируемую другим ферментом , глюкозодегидрогеназой (GDH). Это имеет преимущество в чувствительности по сравнению с глюкозооксидазой, но более восприимчиво к интерферирующим реакциям с другими веществами. [31]
Устройства первого поколения основывались на той же колориметрической реакции, которая до сих пор используется в тест-полосках для определения глюкозы в моче. Помимо глюкозооксидазы, тестовый набор содержит производное бензидина , которое окисляется до синего полимера перекисью водорода , образующейся в реакции окисления. Недостатком этого метода было то, что тест-полоску приходилось проявлять через точный промежуток времени (кровь приходилось смывать), а измеритель требовал частой калибровки.
Большинство глюкометров сегодня используют электрохимический метод. Тест-полоски содержат капилляр, который всасывает воспроизводимое количество крови. Глюкоза в крови реагирует с ферментным электродом, содержащим глюкозооксидазу (или дегидрогеназу). Фермент повторно окисляется избытком реагента-медиатора, такого как ион феррицианида , производное ферроцена или комплекс бипиридила осмия. Медиатор, в свою очередь, повторно окисляется реакцией на электроде, которая генерирует электрический ток. Для того чтобы медиатор работал в течение длительного времени, он должен быть стабильным как в окисленном, так и в восстановленном состоянии. Это необходимо для обеспечения непрерывной регенерации окисленной формы медиатора для перемещения электронов от фермента к активному центру. Полипиридильные окислительно-восстановительные комплексы и полимеры на основе осмия являются привлекательными кандидатами в качестве медиаторов из-за их стабильности в окисленных и восстановленных формах, настраиваемого окислительно-восстановительного потенциала, простоты совместной иммобилизации и способности работать при низких потенциалах. [32] [33]
Общий заряд, проходящий через электрод, пропорционален количеству глюкозы в крови, которая прореагировала с ферментом. Кулонометрический метод — это метод, при котором общее количество заряда, генерируемого реакцией окисления глюкозы, измеряется в течение определенного периода времени. Амперометрический метод используется некоторыми счетчиками и измеряет электрический ток, генерируемый в определенный момент времени реакцией глюкозы. Это аналогично бросанию мяча и использованию скорости, с которой он движется в определенный момент времени, для оценки силы броска. Кулонометрический метод может допускать переменное время испытания, тогда как время испытания на счетчике, использующем амперометрический метод, всегда фиксировано. Оба метода дают оценку концентрации глюкозы в исходном образце крови.
Тот же принцип используется в тест-полосках, которые были коммерциализированы для обнаружения диабетического кетоацидоза (ДКА). Эти тест-полоски используют фермент бета-гидроксибутират-дегидрогеназу вместо фермента, окисляющего глюкозу, и использовались для обнаружения и лечения некоторых осложнений, которые могут возникнуть в результате длительной гипергликемии . [34]
Датчики содержания алкоголя в крови, использующие тот же подход, но с ферментами алкогольдегидрогеназы, были опробованы и запатентованы, но пока не получили успешного коммерческого развития.
Хотя кажущаяся ценность немедленного измерения уровня глюкозы в крови может показаться выше при гипогликемии (низкий уровень сахара), чем при гипергликемии (высокий уровень сахара), глюкометры оказались менее полезными. Основными проблемами являются точность и соотношение ложноположительных и отрицательных результатов . Неточность ±15% является меньшей проблемой для высоких уровней глюкозы, чем для низких. Существует небольшая разница в управлении глюкозой 200 мг/дл по сравнению с 260 (т. е. «истинная» глюкоза 230±15%), но погрешность ±15% при низкой концентрации глюкозы вносит большую неоднозначность в отношении управления глюкозой.
Неточность усугубляется относительной вероятностью ложноположительных и ложноотрицательных результатов в группах населения с диабетом и без него. У людей с диабетом 1 типа обычно более широкий диапазон уровней глюкозы, а пики глюкозы выше нормы, часто в диапазоне от 40 до 500 мг/дл (от 2,2 до 28 ммоль/л), и когда показания глюкометра 50 или 70 (2,8 или 3,9 ммоль/л) сопровождаются их обычными симптомами гипогликемии, существует небольшая неопределенность относительно показаний, представляющих собой «истинно положительный результат», и небольшой вред, нанесенный, если это «ложноположительный результат». Однако частота неосведомленности о гипогликемии, гипогликемическая ассоциированная вегетативная недостаточность (HAAF) и ошибочная контррегуляторная реакция на гипогликемию делают необходимость большей надежности на низких уровнях особенно актуальной у пациентов с сахарным диабетом 1 типа, в то время как это редко является проблемой при более распространенной форме заболевания, сахарном диабете 2 типа.
Напротив, люди, не страдающие диабетом, могут периодически иметь симптомы гипогликемии, но также могут иметь гораздо более высокий уровень ложных положительных результатов по сравнению с истинными, и глюкометр недостаточно точен, чтобы основывать на нем диагноз гипогликемии. Глюкометр иногда может быть полезен при мониторинге тяжелых типов гипогликемии (например, врожденного гиперинсулинизма ), чтобы гарантировать, что средний уровень глюкозы натощак остается выше 70 мг/дл (3,9 ммоль/л).