СПОСОБ НЕИНВАЗИВНОЙ ЭКСПРЕСС-ДИАГНОСТИКИ ДИАБЕТА ВТОРОГО ТИПА МЕТОДОМ ИК-СПЕКТРОСКОПИИ
METHOD FOR NONINVASIVE RAPID DIAGNOSIS OF TYPE II DIABETES BY IR SPECTROSCOPY

Изобретение относится к области медицины, в частности эндокринологии, и может быть использовано в учреждениях здравоохранения для неинвазивной экспресс-диагностики диабета второго типа методом ИК-спектроскопии.
В настоящее время классическим и общепризнанным способом определения диабета второго типа является определение уровня глюкозы в плазме капиллярной крови натощак и через два часа после теста толерантности к глюкозе. При этом лабораторно подтвержденная гипергликемия - содержание глюкозы в плазме крови ≥7.0 ммоль/л натощак и ≥11.1 ммоль/л через 2 часа после теста толерантности к глюкозе является достаточным критерием диагностики диабета [1].
Недостатком такого способа является инвазивность (требуется забор капиллярной крови), а также отсутствие специфичности и чувствительности. Кроме того, данный способ не позволяет определить нарушенную переносимость глюкозы.
Известен способ определения концентрации глюкозы в крови человека, который заключается в том, что измеряют электрические передаточные функции посредством двух пар четырехэлектродных датчиков, закрепленных на поверхности тела человека, причем первую пару закрепляют вдоль магистральных кровеносных сосудов, преимущественно конечностей, а вторую пару электродов закрепляют в том же месте ортогонально первой [2]. Непрерывно измеряют электрические передаточные функции не только поверхности кожи, но и подкожных тканей, затем обрабатывают измерения четырехэлектродных датчиков по предварительно откалиброванной математической модели, причем модель калибруется путем сравнения результатов предлагаемого способа определения глюкозы в крови человека и любого другого известного метода определения глюкозы в крови. После чего вычисляют концентрацию глюкозы в крови человека по полученной автором зависимости.
Недостатком такого способа является зависимость точности определения глюкозы в крови от состояния поверхности кожи исследуемых, а также их малая выборка, включающая пять диабетчиков первого рода, два диабетчика второго рода и трех здоровых. Кроме того, данный метод не позволяет проводить экспресс-диагностику, поскольку на проведение испытаний требуется от двух до четырех часов.
165K
15K1
Существует способ неинвазивного определения концентрации глюкозы в крови, позволяющий диагностировать диабет второго типа [3]. В рамках данного способа измеряют систолическое и диастолическое артериальное давление натощак и после приема пищи. Рассчитывают содержание глюкозы в крови в ммоль/л натощак (Р) и после приема пищи (P1) по формулам: P=0.37⋅E, где E - постоянная, E=2,71828, Р1=0.65⋅Е, где E - постоянная, E=2,71828, K и K1 - коэффициенты корреляции, которые определяют как отношение среднеарифметического значения систолического артериального давления к среднеарифметическому значению диастолического артериального давления, измеренных на обеих руках пациента натощак (K) и после приема пищи (K1). Нарушение углеводного обмена определяют по данным сравнения полученных показателей P и P1 с критериями компенсации сахарного диабета.
Недостатком такого способа является неточность определения диабета второго типа у больных с повышенным или пониженным артериальным давлением, т.е. у больных с артериальной гипертензией. Кроме того, следует отметить узкий интервал применимости используемых расчетных соотношений.
Известен способ биоимпедансного выявления предиктора метаболического синдрома и сахарного диабета 2 типа у молодых людей с нормальной массой тела [4]. Данный способ включает определения резонансного сопротивления ткани пациента, отличающийся тем, что исследованию подвергают висцеральную жировую ткань пациента. Висцеральную жировую составляющую определяют с использованием определителя жировых отложений «BF-360», при показателях резонансного сопротивления висцеральной жировой ткани, близких к нулю, диагностируют у пациента наличие предвестника метаболического синдрома.
Недостатком такого способа является инвазивный характер диагностики, требующий измерения резонансного сопротивления висцеральной жировой ткани.
Существует способ диагностики гестационного сахарного диабета у беременных, включающий проведение исследования крови утром натощак с определением содержания глюкозы венозной плазмы [5]. Сущность способа состоит в том, что при уровне глюкозы венозной плазмы натощак менее 5,1 ммоль/л, а также при выявлении факторов риска диабета дополнительно проводят определение глюкозы капиллярной крови путем непрерывного мониторирования в течение 3 суток. При фиксировании одного или более показателей уровня глюкозы венозной плазмы крови натощак более или равном 5,1 ммоль/л, но менее 7,0 ммоль/л, через один час после еды, показателя уровня глюкозы венозной плазмы более или равным 10 ммоль/л, через 2 часа после еды, показателя уровня глюкозы венозной плазмы более или равным 8,5 ммоль/л диагностируют гестационный сахарный диабет.
Недостатком такого способа является инвазивный характер диагностики, включающий не только забор крови, но и подкожное введение сенсора в латеральные отделы брюшной стенки. Кроме того, рассматриваемый способ не позволяет проводить экспресс-иагностику, поскольку требует непрерывного мониторирования глюкозы капиллярной крови в течение 3 суток.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является способ, позволяющий диагностировать диабет второго типа по инфракрасным (ИК) спектрам поглощения слюны человека [6]. Способ заключается в том, что проводится забор биологического материала (слюны человека); с помощью метода ИК-Фурье спектроскопии записываются ИК-спектры полос поглощения слюны здорового и больного диабетом второго типа человека; вычитают из ИК-спектра полос поглощения слюны здорового человека ИК-спектр полос поглощения слюны больного диабетом второго типа; по разнице ИК-спектров диагностируют диабет второго типа.
Недостатком такого способа является отсутствие количественного критерия, являющегося маркером диабета второго типа, а также относительная неточность метода, поскольку разница ИК-спектров полос поглощения слюны здорового и больного диабетом второго типа человека не может служить достоверным критерием для диагностики.
Технический результат настоящего изобретения состоит в том, что с помощью метода ИК-Фурье спектроскопии по маркеру в слюне человека диагностируют диабет второго типа.
-1
Сущность предлагаемого способа заключается в том, что проводится забор биологического материала (слюны человека); с помощью метода ИК-Фурье-спектроскопии записываются ИК-спектры полос поглощения подсушенного при 20°С материала; идентифицируются характеристические пики поглощения; определяется наличие или отсутствие расщепления полосы поглощения (маркера) с максимумом 1550 см, соответствующей колебаниям группы амид II; отсутствие расщепления данной полосы поглощения однозначным образом указывает на наличие диабета второго типа.
Такое сочетание экспериментальных и теоретических данных позволяет с помощью метода ИК-Фурье спектроскопии диагностировать диабет второго типа по слюне человека.
Пример выполнения способа.
Статистической обработке были подвергнуты результаты обследования 50 больных сахарным диабетом второго типа, а также контрольная группа из 50 здоровых (не болеющих диабетом и хроническими заболеваниями желудочно-кишечного тракта) человек в возрасте от 20 до 75 лет женского и мужского пола.
1. Забор биологического материала.
1.1 Забор слюны обследуемых объемом около 3 мл осуществлялся в стеклянные стерильные пробирки непосредственно перед проведением измерений (через 2 часа после последнего приема пищи).
1.2 Для проведения измерений на ИК-Фурье-спектрометре биологический материал объемом 1 мл помещался на инструментарий, представляющий собой высококачественную стерильную алюминиевую пластину.
2. Запись ИК-спектров полос поглощения подсушенного при 20°С материала. ИК-спектры записывали на ИК-Фурье-спектрометре ФСМ 1201 (ООО «Инфраспек», г. Санкт-Петербург, Россия) с помощью приставки зеркального отражения ПЗО30. Метод зеркального отражения использовался с целью увеличения точности проводимых измерений (за счет его нечувствительности к толщине слоя исследуемого материала), и обеспечения стерильности инструментария.
-1
На фиг. 1 представлены характерные ИК-спектры полос поглощения биологического материала (слюны человека) у здоровых (кривая 1) и больных сахарным диабетом второго типа (кривая 2), снятые в спектральном диапазоне 400-3800 см.
3. Идентификация характеристических полос поглощения.
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-
2
2
3
ИК-спектры полос поглощения слюны человека, представленные на фиг. 1, содержат характеристические особенности. Широкая полоса поглощения в спектральном диапазоне 3100-3600 см отвечает валентным колебаниям группы ОН и показывает наличие HO в слюне. Слабые полосы поглощения с максимумами 1460, 2890, 2930, 2970 см характерны для валентных и деформационных симметричных и ассиметричных колебаний групп СН и СН и отвечают жирам, присутствующим в слюне. Полоса поглощения 2360 см является неинформативной и соответствует шуму от углекислого газа, находящегося в воздухе. Полосы поглощения, соответствующие волновым числам 1645, 1550 и 1240 см, отвечают амидным I, II и III колебаниями. Волновое число 1670 см соответствует валентным С=O колебаниям (амид I), 1550 см - валентным CN и деформационным NH колебаниям (амид II), а 1240 см - валентным CNH колебаниям (амид III). Полосы поглощения 1410 и 1080 см отвечает карбоксильным группам СОО и валентным симметричным колебаниям С-О-С сахара и фосфолипидов соответственно.
-1
4. Определения наличия или отсутствия расщепления полосы поглощения (маркера) с максимумом 1550 см, соответствующей колебаниям группы амид II.
-1
На фиг. 2 представлены характерные ИК-спектры полос поглощения биологического материала (слюны человека) у здоровых (фиг. 2, а) и больных сахарным диабетом второго типа (фиг. 2, б), снятые в спектральном диапазоне 1500-1600 см.
-1
-1
-1
Анализ данных графиков показывает, что для здоровых (не болеющих диабетом и хроническими заболеваниями желудочно-кишечного тракта) людей характерно симметричное расщепление полосы поглощения с максимумом 1550 см (фиг. 2, а), отвечающей колебаниям группы амид II, на полосы поглощения 1542 и 1553 см. Для больных сахарным диабетом второго типа на ИК-спектрах полос поглощения слюны такого расщепления не наблюдается, что является маркером, позволяющим диагностировать данное заболевание. Это связано с тем, что при сахарном диабете второго типа изменяется как качественный, так и количественный состав эндогенного инсулина. В связи с этим нарушается синтез в некоторых группах белков, спектроскопически находящихся в спектральном диапазоне 1500-1600 см, в результате чего полоса поглощения, отвечающая колебаниям группы амид II, симметрично не расщепляются.
-1
-1
5. Отсутствие расщепления полосы поглощения с максимумом 1550 см отвечает диагностированию диабета второго типа. Весь процесс диагностики, включающий забор биологического материала (слюны человека), запись ИК-спектров полос поглощения, идентификацию характеристических полос поглощения, определение наличия и отсутствия расщепления полосы поглощения с максимумом 1550 см, выполняется в течение 5-7 минут квалифицированным персоналом, что обеспечивает экспрессность метода.
Заявленный способ может найти применение в клинической медицине для неинвазивной экспресс-диагностики диабета второго типа.
Источники информации
1. Дедов И.И. Сахарный диабет: развитие технологий в диагностике, лечении и профилактике (пленарная лекция) // Сахарный диабет. 2010. №3. С. 6-13.
2. Новиков И.А. Способ определения концентрации глюкозы в крови человека // Патент РФ №2342071, МПК А61В 5/053 (Бюллетень №36 от 27.12.2008).
3. Эльбаев А.Д., Курданов Х.А., Эльбаева А.Д. Способ неинвазивного определения концентрации глюкозы в крови // Патент РФ №2368303, МПК А61В 5/021 (Бюллетень №27 от 27.09.2009).
4. Дмитриев А.Н., Сарапульцев П.А., Якушева М.Ю., Футерман Е.М., Перминова Л.Р. Способ биоимпедансного выявления предиктора метаболического синдрома и сахарного диабета 2 типа у молодых людей с нормальной массой тела // Патент РФ №2408261, МПК А61И 5/05 (Бюллетень №1 от 10.01.2011).
5. Каширова Е.Ж., Брызгалина С.М., Герус А.Ю., Лукашевич Г.Г. Способ диагностики гестационного сахарного диабета // Патент РФ №2557978, МПК G01N 33/50 (Бюллетень №21 от 27.07.2015).
6. David A Scott, Diane Е Renaud, Sathya Krishnasamy, Pinar , Nurcan Buduneli,, Kan-Zhi Liu Diabetes-related molecular signatures in infrared spectra of human saliva // Diabetology & Metabolic Syndrome. 2010. V. 2:48.