СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЛЮКОЗЫ В КРОВИ Российский патент 1994 года по МПК G01N33/66 

Изобретение относится к медицинской диагностике и может быть применено для контроля или опосредованного определения содержания глюкозы в крови у лиц, страдающих сахарным диабетом или в группах риска.

Известен способ определения глюкозы в крови, осуществляемый с помощью экспресс-анализатора глюкозы крови "Эксан-1", включающий проведение глюкозо-толерантного теста испытуемого, забор пробы крови для анализа методом пробоя кожного покрова и электрохимическое амперметрическое определение продуктов ферментативной реакции окисления глюкозы, катализируемой ферментом глюкозооксидазой. Недостатком известного способа является травматичность, необходимость контактного забора пробы крови с нарушением кожного покрова, что создает опасность инфицирования испытуемого.

Целью изобретения является снижение травматичности.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе определения глюкозы в крови, включающем измерение физиологического показателя организма испытуемого, в соответствии с предлагаемым изобретением, в качестве физиологического показателя используют критическую частоту слияния мельканий (КЧСМ), причем на глаз испытуемого воздействуют монокулярно импульсным излучением с фиксированной пиковой яркостью импульсов со скважностью 0,5, задают удаление глаза испытуемого от источника света на 300-360 мм, первоначально предъявляют цветовой стимул желтого цвета с длиной волны λ = =555 нм и диаметром цветового пятна 2,3-2,5 мм, затем красного цвета с длиной волны λ = 670 нм и диаметром цветового пятна 8-9 мм, определяют спектральную КЧСМ по каждому цвету, находят средние значения таких частот для левого и правого глаз по каждому цвету и проводят определение содержания глюкозы в крови по разности средних значений КЧСМ с использованием формулы
C= C_o-b˙Δ КЧСМ , где С - искомое содержание глюкозы в крови, b = 0,92, C_o = 10,6, Δ- разность средних значений КЧСМ для желтого и красного цветов.

Сущность изобретения основана на выявленной впервые авторами экспериментально корреляционной связи разности КЧСМ для красного и желтого цвета с содержанием глюкозы в крови, причем такая связь подтверждена независимым методом. Ранее использование КЧСМ на длинах волн красного и желтого цвета при указанных характеристиках цветовых стимулов не предлагалось в целях контроля и определения содержания глюкозы. Известно использование КЧСМ при контроле эндокринных изменений, связанных с изменением содержания адреналина в крови, которые выявляют по возрастанию КЧСМ для красного цвета и убыванию КЧСМ для синего цвета, причем область желтого цвета ( λ = 570 мкм) не обнаруживает изменений цветовой чувствительности. Таким образом, способ определения содержания глюкозы является новым и отвечает критерию "существенные отличия".

Сущность изобретения заключается в следующем. Известно, что цветовосприятие человека, в частности, КЧСМ, зависят как от физических параметров стимула, так и от физиологического состояния испытуемого. Использование цветового стимула строго определенной длины волны, яркости и определенного геометрического размера (в предлагаемом способе 2,5 мм и 8,0 мм), отнесенного на фиксированное расстояние (300-360 мм) от глаза испытуемого, позволяет проецировать изображение стимула на строго определенное место глазного дна, а именно, в область центральной ямки глаза, размеры которой в диаметре составляют около 0,4 мм.

Размер изображения Н стимула на сетчатке глаза определяется по формуле Н = = а/17, где а - угол визирования. При выбранных диаметрах стимулов и удалении стимула от глаза следует, что при диаметре стимула 2,5 мм его проекция на глазное дно равна приблизительно 0,1 мм в диаметре, т.е. он проецируется в самый центр центральной ямки, при диаметре стимула более 8,0 мм его проекция будет уже более 0,4 мм, что сопровождается "освещением" всей центральной ямки целиком. Целесообразность выбора предлагаемых угловых размеров стимула и их проекций на глазное дно определяется тем, что в области центральной ямки строение сетчатки по мере приближения к центру анатомически меняется. Десятислойная сетчатка радиально утоньшается: последовательно исчезают слой нервных волокон, слой оптико-ганглиозных клеток и внутренний сетчатый слой, и, наконец, внутренний зернистый слой ядра и наружный ретикулярный. На дне центральной ямки сетчатка состоит лишь из колбочко-несущих клеток. Остальные элементы как бы сдвинуты к краю желтого пятна. Исходя из принципа психофизиологического монизма, следует допустить, что диаметр стимула, попадающего на центральную ямку, в зависимости от включенности тех или иных структур сетчатки будет вызывать ту или иную реакцию, опосредующую физиологическое состояние организма, причем при различном спектральном составе излучения эта реакция будет разной.

Авторами экспериментально установлено, что для мелькающего стимула красного цвета с диаметром пятна 8-9 мм КЧСМ слабо меняется во времени, являясь как бы темпераментным свойством испытуемого, и может быть принята за линию отсчета. Критическая частота КЧСМ по желтому цвету при диаметре стимула 2,5 мм довольно резко изменяется по отношению к красному цвету, причем разность КЧСМ на этих волнах хорошо коррелирует с мгновенной величиной концентрации глюкозы в крови испытуемых. Резкие колебания концентрации глюкозы в крови сопровождаются резкими колебаниями КЧСМ по желтому цвету у испытуемых, не имеющих колебаний содержания глюкозы в крови, разность частот остается достаточно устойчивой. Теоретического объяснения связи изменений КЧСМ по желтому цвету и концентрации глюкозы в крови человека пока не существует. Корреляционных связей КЧСМ для других, кроме желтого, цветов с содержанием глюкозы в крови не выявлено. Коэффициент корреляции параметров k = 0,92.

На фиг. 1 представлена схема устройства и измерений; на фиг.2 - временной ход индивидуальных значений содержания глюкозы в крови (кривая 1), КЧСМ для желтого цвета (кривая 2) и КЧСМ для красного цвета (кривая 3); на фиг.3 - регрессионная зависимость разности КЧСМ на двух волнах от изменения содержания глюкозы в крови, описываемая зависимостью C=C_o-bΔ КЧСМ , С_о = 10,6, b = 0,92.

Способ осуществляется с помощью устройства (фиг.1), которое содержит монокулярную трубу 1 строго фиксированной длины 330 нм, в которой размещены источники спектрального излучения 2, выполненные в виде светодиодов АЛ 360 красного и желтого цвета, причем диод желтого цвета установлен на подвижной плате 3. Питание диодов производят от генератора.

Способ осуществляют следующим образом. Монокулярную трубу 1 прикладывают к глазу испытуемого с обеспечением необходимого удаления глазного дна. Вначале испытуемому предъявляют цветовой стимул желтого цвета ( λ = 560 нм) с диаметром цветового пятна 2,3-2,5 мм на левый и правый глаз и находят среднюю величину КЧСМ для обоих глаз. Повторяют измерения для красного цвета стимула ( λ = 670 нм) с диаметром цветового пятна 8-9 мм и также находят среднее значение КЧСМ для обоих глаз. Частоту мельканий и величину КЧСМ задают и определяют, соответственно, с помощью регулятора частоты на генераторе. Измерения КЧСМ проводят через фиксированные промежутки времени, например, каждые 6 мин. При каждом измерении определяют разность средних значений КЧСМ для желтого и красного цветов и по серии измерений составляют временную зависимость этой разности КЧСМ и по полученной временной зависимости производят определение содержания глюкозы в крови человека. Производная кривой зависимости ΔКЧСМ/С характеризует тенденцию изменения содержания глюкозы: когда производная равна 0, т.е. кривая КЧСМ практически постоянна, постоянно и содержание глюкозы, при увеличении или уменьшении производной наблюдается относительное увеличение или уменьшение содержания глюкозы по сравнению с предшествующим уровнем. При измерении можно дополнительно определить и абсолютное содержание глюкозы в крови, если для испытуемого определить его "сахарную кривую" при проведении глюкозо-толерантного теста и произвести "индивидуальную "градуировку" испытуемого. Время проведения одной процедуры измерения - около 1 мин. Испытуемый в состоянии проводить измерения самостоятельно. Значения КЧСМ в пределах от 4 до 10 Гц соответствуют норме концентрации глюкозы в крови человека. Большие или меньшие значения КЧСМ свидетельствуют о гипо- или гипергликемических состояниях. Физические параметры стимула - яркость, спектральный состав, геометрические размеры - тщательно подбираются и требуют метрологического контроля. Методика измерений согласно предлагаемому способу поясняется фиг.2, на которой представлены экспериментальные зависимости изменения КЧСМ по желтому и красному цвету от времени, причем для желтого цвета приведены зависимости для правого (кривая 1) и левого (кривая 2) глаз, для красного цвета дана усредненная кривая для обоих глаз (кривая 3). Крестиками (х) отмечены значения концентрации глюкозы в крови, полученные параллельно инвазийным методом анализа.

Размерность измеряемых величин: время - в часах, КЧСМ - в Гц, концентрация глюкозы в крови С - в ммоль/л. Измерения величины С проведены на экспресс-анализаторе "Эксан-1", погрешность измерений ±0,3 ммоль/л.

Фиг. 2 показывает наличие корреляционной зависимости между КЧСМ и С (коэффициент корреляции достигает 0,92). В целом, можно считать, что гипергликемические состояния человека наблюдаются при разности КЧСМ 3 Гц. Если значения частот КЧСМ по желтому цвету оказываются меньшими, чем по красному, то с вероятностью 0,95 можно констатировать наличие патологии.

Ограничения в применении способа:
- нарушение цветовосприятия, например, распространенное при неврозах, неверная идентификация цветов;
- гиперметропии и миопии более ±0,7 диоптр., иначе глаз перестает быть "оптическим прибором";
- дальтонизм.

Экспериментальные исследования предлагаемого способа проведены при параллельном измерении содержания глюкозы в крови испытуемых (прототип).

П р и м е р 1. Испытуемый 1 был размещен перед оптическим прибором - молекулярной трубой на расстоянии 330 мм от источников света. На испытуемого воздействовали цветовым стимулом - мелькающим цветовым пятном диаметром 2,3 мм сначала на левый, а потом на правый глаз. Каждый раз частоту мелькания увеличивали до слияния мельканий, которое констатировал испытуемый. Определяли среднее значение КЧСМ для желтого цвета. Повторили аналогичное предъявление цветового стимула, но уже красного цвета, также на каждый глаз в отдельности. Диаметр красного пятна составил 8,0 мм. Определили среднее значение КЧСМ для обоих глаз, а затем разность ΔКЧСМ для двух цветов. Серия из 5 измерений, проведенных через каждые 10 мин, дала следующий набор величин ΔКЧСМ: - 6,7, - 4,0, + 3,0, + 1,0, + 3,0 Гц. Параллельный глюкозо-толерантный тест дал следующие изменения величин содержания глюкозы в крови в те же моменты измерений: - 3,25, - 3,75, + 3,07, + 1,34, + 3,0 ммоль. Обе зависимости обнаруживают согласный ход во времени, что подтверждает возможность определения содержания сахара в крови по изменению КЧСМ.

П р и м е р 2. На группе испытуемых проводили испытания способа в течение 30 дней с ежедневными измерениями КЧСМ и параллельным контролем содержания глюкозы в крови по способу-прототипу. Методика индивидуального обследования как в примере 1. Результаты, усредненные по всей выборке для каждого испытуемого, приведены в таблице.

Результаты статистических исследований (таблица) показывают, что повышение концентрации глюкозы в крови имеет место при разности частот КЧСМ менее 3 Гц. Для индивидуальных испытуемых коэффициент корреляции величин КЧСМ и С составляет 0,92, что подтверждает достижение цели изобретения.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа заключается, прежде всего, в возможности оперативного контроля состояния организма человека неинвазийным способом, что может быть проведено и внелабораторных условиях, кроме того, проведение измерений доступно самому испытуемому. Проведение самоконтроля, простота и малая длительность отдельных измерений позволяют организовать на базе данного способа систему профилактических мероприятий для лиц с высоким риском аномалий содержания сахара в крови. Предлагаемый способ позволит существенно снизить нагрузку на лечебные учреждения, выполняющие контрольно-аналитические работы, обеспечить массовый контроль населения. Способ может дать заметный эффект, в том числе, экономический, за счет своевременного выявления эндокринных нарушений, особенно, "бессимптомных", и получения адекватной картины их развития.

Использование: медицина, в целях контроля или определения содержания глюкозы в крови человека, например, при сахарном диабете. Цель: атравматичность способа. Сущность изобретения: испытуемому монокулярно предъявляют цветовые стимулы желтого и красного цвета в виде импульсов с фиксированной пиковой яркостью, при этом глаз испытуемого удаляют на 300 - 360 мм от источника света, а диаметр желтого стимула устанавливают равным 2,3 - 2,5 мм и диаметр красного стимула - 8 - 9 мм. По каждому цвету определяют критическую частоту слияния мельканий к 4 см для правого и левого глаза отдельно, устредняют КЧСМ для каждого цвета и определяют при каждом измерении разность КЧСМ для желтого и красного стимулов. По полученным результатам рассчитывают разность показателей для желтого и красного цвета с последующим расчетом концентрации глюкозы по формуле C= Co - b·Δ КЧСМ , где C - искомая концентрация глюкозы, Co - 10,6 ммоль/л; b - 0,92 Δ КЧСМ - разность величины критической частоты смещения мельканий для желтого и красного цвета. 3 ил., 1 табл.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЛЮКОЗЫ В КРОВИ, включающий лабораторно-инструментальный анализ, отличающийся тем, что, с целью обеспечения атравматичности способа на глаз пациента с нормальным цветовосприятием, воздействуют монокулярно импульсным излучениям с фиксированной пиковой яркостью импульсов с величиной скважности 0,5 желтого цвета с длиной волны 555 нм и диаметром цветового пятна 2,3 - 2,5 мм, затем - красного цвета с длиной волны 670 нм и диаметром цветового пятна 8 - 9 мм, при этом источник света помещают от глаза на расстоянии 330 - 350 мм, определяют критическую частоту слияния мельканий для желтого и красного цветов, вычисляют средние значения показателя для каждого цвета для каждого глаза, затем рассчитывают разность показателей желтого и красного цветов с последующим расчетом концентрации C глюкозы по формуле
C = C_o - b˙Δ КЧСМ ,
где C - искомая концентрация глюкозы;
C₀ - 10,6 ммоль/л;
b - 0,92;
Δ КЧСМ - разность величин критической частоты слияния мельканий для желтого и красного цветов.