Биосенсоры здоровья

Пятьдесят лет назад Лелеанд Кларк разработал электрохимический метод измерения уровня глюкозы в крови. Этот принцип лежит в основе работы современных глюкометров.

14 ноября – День Всемирной борьбы с диабетом. В 1991 году он был учрежден Международной диабетической федерацией и Всемирной организацией здравоохранения. С 1993 года к международной программе «Всемирный день диабета» присоединилась Россия. Крайняя важность проблемы признаётся и на государственном уровне: 8 мая 1996 года издан Указ Президента РФ «О мерах государственной поддержки лиц, больных сахарным диабетом». В России на сегодняшний день сахарный диабет считается третьей по смертности болезнью после сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний. В 2007 году принята специальная резолюция ООН, в которой констатируется чрезвычайная угроза этого заболевания для всего человечества.

При диабете возникают серьезные поражения сосудов сердца, мозга, конечностей, почек, сетчатки глаз, что приводит к развитию инфаркта миокарда, инсульта, гангрены, слепоты и т.д. Это неизлечимое эндокринное заболевание, вызываемое недостатком инсулина в организме или снижением эффективности его действия. Сегодня в мире насчитывается 371 млн человек, страдающих данным заболеванием; всего год назад их было 366 млн. К 2030-му этот показатель достигнет 552 млн. Причем около 50% из них приходится на наиболее активный трудоспособный возраст 40–59 лет. Эксперты ВОЗ считают, что число больных увеличивается сегодня в основном за счет диабета II типа. Он развивается главным образом у взрослых и часто связан с избыточной массой тела, неправильным питанием, недостаточной физической активностью. Еще одной причиной развития диабета становится стресс. Многие люди, нервничая, начинают «заедать стресс» и тем самым существенно нарушают режим питания, что также может привести к развитию диабета. Исходя из этого, диабет может быть назван одной из болезней цивилизации.

Чрезвычайная угроза требует соответствующих методов противодействия. И они были разработаны. В противном случае, все призывы к борьбе с диабетом были бы не более чем восстанием обречённых. И хотя в настоящий момент диабет признаётся хроническим неизлечимым заболеванием, тем не менее, современные методы диагностики и лечения данного заболевания позволяют страдающему от диабета человеку не только сохранить жизнь, но и предотвратить развитие грозных осложнений.

Двумя важнейшими вехами антидиабетической борьбы являются открытие инсулина и изобретение биосенсоров, способных определять уровень глюкозы в крови.

Инсулин современная медицина относит к категории жизнеспасающих препаратов. По своему масштабу (по количеству спасённых жизней) открытие инсулина приравнивается к изобретению антибиотиков. Именно в честь канадского врача и физиолога Фредерика Гранта Бантинга (1891–1941), который, совместно с Джоном Дж. Р. Маклеодом и Чарльзом Бестом, исследуя секрецию поджелудочной железы, открыл гормон инсулин день 14 ноября (день рождения Ф.Г. Бантинга) объявлен Международным днём борьбы с диабетом. Наградой за столь значимое открытие стала Нобелевская премия, полученная Бантингом совместно с Маклеодом в 1923 году. Интересно, что Бантинг чуть было не отказался от премии, так как Бест не был включён в число номинантов. Премию он всё же получил, отдав Бесту половину суммы.

Второму по времени появления, но не по значимости, фактору борьбы с диабетом – биосенсоров – предшествовал ряд открытий. Так, например, в 1908 году Стэнли Бенедикт создаёт т.н. «реактив Бенедикта», содержащий сульфат меди и винную кислоту, для определения концентрации глюкозы в моче. В 1918 году на базе фотометрического метода датчане Хагедорн и Йенсен разрабатывают метод количественного определения глюкозы в крови. В 1921 году появляются таблетки, а затем и тест-полоски с реактивом Бенедикта. Постепенно лечение диабета врачи начинают корректировать исключительно по уровню глюкозы в крови, как более точному.

С появлением биосенсоров, приоритет в создании которых, конечно же, принадлежит  Леланду Кларку, считающемуся «отцом биосенсоров», наступает новая эпоха в лечении и диагностике диабета. Появляется возможность самостоятельного контроля пациента за уровнем глюкозы и его более действенного взаимодействия с врачом. Современные исследователи так определяют термин «биосенсор»: «Это устройство, в котором чувствительный слой, содержащий биологический материал (ферменты, ткани, бактерии, дрожжи, антигены/антитела, липосомы, органеллы, рецепторы, ДНК), непосредственно реагирующий на присутствие определяемого компонента, генерирует сигнал, функционально связанный с концентрацией этого компонента».

В 2012 году исполняется 50 лет созданным Кларком биосенсорам (в 1962 году), называемым также «электродами Кларка», «тест-полосками» или «тест-электродами». Электроды Кларка созданы при помощи изобретённого Кларком электрохимического метода. 1969 год – создан первый, сравнительно небольшой для своего времени, компактный глюкометр (вес его составил порядка 1,5 кг). Использовался только в клинических условиях. В 1981 году фирма «Байер» внедряет в медицинскую практику прибор под торговой маркой «Глюкометр». Почти одновременно на рынок выходит и другая торговая марка — «Акку-чек» фирмы «Бёрингер Маннгейм», в настоящее время известная как «Рош». Некоторое время спустя слово «Глюкометр» — коммерческий неологизм фирмы «Байер» становится нарицательным.

Существенной особенностью современных глюкометров, созданных на основе электрохимического метода, является применение технологии «Без кодирования». До её появления перед началом использования новой партии тест-полосок (тест-электродов) калибровка глюкометра производилась пациентами вручную, иногда не всегда точно, а иногда и не производилась вовсе (некоторые пациенты в ряде случаев просто забывали об этом). Подобные ошибки в использовании глюкометров небезопасны, так как расчёт вводимой дозы инсулина зависит именно от этого, а неправильно рассчитанная дозировка инсулина может привести к разной степени тяжести гипо- или гипергликемическим состояниям.

Принцип технологии «Без кодирования» очень прост. К двум стандартным (функциональным) элементам глюкометра добавляется третий — калибровочный. После такого рода модернизации калибровка осуществляется автоматически всякий раз, когда тест-полоска вставляется в глюкометр. Сама же калибровка необходима для того, чтобы настроить глюкометр пациента в соответствии с параметрами очередной партии используемых им тест-полосок (тест-электродов). По сути дела, если провести аналогию с настройкой музыкального инструмента, то калибровочный элемент, подобно камертону, помогает настроить глюкометр.

Начало разработки неинвазивных методов определения уровня глюкозы в крови было положено ещё в 70-х гг. ХХ века. В 80–90-е годы ХХ века предпринимались попытки создания неинвазивных глюкометров на основе спектрофотометрических методов. В настоящее время работа над неинвазивными методами определения уровня глюкозы в крови продолжается.

В рамках проведения Международного дня борьбы с диабетом проводятся, в числе прочего, соответствующие образовательные программы, направленные на возможно более широкое распространение знаний о диабете и его осложнениях. Предотвращение крайне опасного при любом заболевании самолечения и обращения к шарлатанам также весьма значимо для данной просветительской деятельности. Примером такого рода деятельности может служить проведённая 13 ноября 2012 года в Центральном Доме Литератора (ЦДЛ) пресс-конференция (организованная фирмой «Байер») под названием «Международный день борьбы с диабетом: актуальные проблемы самоконтроля». Тематический мюзикл, поставленный силами сотрудников данной компании, стал интересным дополнением этого мероприятия. Широкая просветительская деятельность ведётся и общественными организациями, например Московской Диабетической Ассоциацией. Информация о них доступна на сайте данной организации (http://diabet-mda.ru/index.html).

Диабет – наследственное заболевание. Если в вашей семье есть диабетики, необходимо время от времени измерять сахар крови (http://www.nkj.ru/archive/articles/7756/) и при повышенных значениях и других признаках болезни непременно обратиться к врачу. Вылечить диабет сегодня невозможно, но «поймав» заболевание на ранних стадиях можно избежать многих серьезных осложнений.

При подготовке статьи использованы следующие источники:

1. Советский Энциклопедический Словарь, 1986
2. http://www.dislife.ru/flow/theme/5546
3. http://www.dislife.ru/flow/theme/921
4. http://www.dislife.ru/flow/theme/16215/
5. http://www.dia-enc.ru/diabet/patients/diabetes_mellitus/
6. http://www.diadom.ru/catalog/index.php?productID=84
7. http://forum.diabetes-ru.org/es/about-rda/honorary-members/leland-klark-pochetnyj-chlen-rda
8. http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/216.html
9. http://www.intuit.ru/department/hardware/intsensors/17/6.html
10. http://diabet-mda.ru/page/act.html
11. http://www.endocrincentr.ru/endocrin_history/history_enc/

На фото: 1. Леланд Кларк. 2. Фредерик Грант Бантинг.