СПОСОБ ОТБОРА ПОДКОЖНОЙ ИНТЕРСТИЦИАЛЬНОЙ ЖИДКОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR COLLECTION OF SUBCUTANEOUS INTERSTITIAL FLUID AND DEVICE THEREFOR

Изобретения относятся к области медицины, в частности к способам и устройствам отбора биологических жидкостей, в частности подкожной интерстициальной жидкости, используемых для определения уровня биохимических показателей. Состав подкожной интерстициальной жидкости (далее - ПИЖ) из-за разветвленности подкожной капиллярной сети идентичен набору биомаркеров и метаболитов в крови.
Изобретения могут быть использованы для целей диагностики заболеваний человека.
В России для диагностики заболеваний человека ежегодно выполняется порядка 60 млн. анализов крови. Темп прироста анализов ежегодно составляет 15-18%. Существующие традиционные технологии предусматривают отбор биоматериала (крови и подкожной интерстициальной жидкости) для исследований с помощью инъекционной иглы (Патенты РФ №2005111767, 2002128734, 2256396, 2496406), что обуславливает травматичность, негативное психологическое воздействие, риск инфицирования (до 30%), необходимость выполнения процедуры в лицензированных медицинских учреждениях обученным персоналом, значительные затраты на утилизацию расходных материалов (на 1 шприц ценой 4 руб. расходы составляют около 9 руб.).
Одним из способов решения данной проблемы является отбор только подкожной интерстициальной жидкости (высокоинформативного биоматериала). На сегодняшний день во всем мире ведутся активные разработки технологий, которые позволят отбирать и исследовать данный биосубстрат. Одной из фундаментальных задач в области исследований является поиск сопоставимых показателей в подкожной жидкости с показателями сыворотки крови на основании выполнения процедуры сравнительного анализа общепринятыми биохимическими методиками. Для этих целей необходимы большие объемы биологических субстратов, не менее 500 мкл.
Например, известны способы отбора ПИЖ и устройства для их реализации в виде микроигольных аппликаторов (далее - МИА) для отбора проб ПИЖ, описанных в таких источниках информации, как: Mukerjee E.V., Collins S.D., Isseroff R.R., Smith R.L. Microneedle array for transdermal biological fluid extraction and in situ analysis // Sensors & Actuators-2004, Vol.114 - P.267; Wang P.M., Cornwell M., Prausnitz M.R. Minimally Invasive Extraction of Dermal Interstitial Fluid for Glucose Monitoring Using Microneedles // Diabetes Technology & Therapeutics - 2005, Vol. 7, №1 - P. 131-141.
При реализации известного способа производят формирование на участке кожи множества микропор, посредством микроигольного аппликатора, содержащего ряд игл, путем прикладывания положительного давления на указанный аппликатор и извлечение подкожной интерстициальной жидкости через указанные микропоры внутрь игл. Иглы МИА проникают сквозь кератиновый слой кожи и входят в эпидермис, поверхностный слой живых клеток, в котором нет нервных окончаний, поэтому их введение является безболезненным. Также использование МИА безопасно, поскольку именно в эпидермисе находятся важнейшие элементы иммунной системы человека, клетки Лангерганца, и вероятность проникновения инфекции значительно меньше, чем при обычной подкожной инъекции, когда игла проникает глубже этого защитного слоя. Таким образом, введение в кожу МИА не требует специальной медицинской подготовки, что делает их особенно востребованными для систем самодетекции и широкомасштабного скрининга.
А МИА, который требуется для реализации известного способа, состоит из подложки, на которой размещен ряд полимерных игл, обладающих способностью к диффузии ПИЖ при проникновении указанных игл под кожу.
Однако не существует универсальной методики отбора ПИЖ с помощью МИА, при реализации которой была бы получена физиологическая жидкость ПИЖ в нужном объеме для различных диагностических направлений при минимальном количестве используемых МИА, т.к. имеются сложности при извлечении ПИЖ из игл. И практически невозможно получить для исследований известным способом с помощью известного МИА ПИЖ, объемом не менее 500 мкл. Кроме того, нет 100%-ной гарантии, что отобранная этим способом ПИЖ не будет загрязнена капиллярной кровью, что может сказаться на точности последующих исследований характеристик ПИЖ.
Указанный способ принят за ближайший аналог-прототип для предлагаемого способа.
При этом из уровня техники не были выявлены известные медицинские устройства, позволяющие проводить подготовку кожи человека к отбору подкожной интерстициальной жидкости, поэтому сделать выбор ближайшего аналога к заявляемому техническому объекту - устройству такого назначения не представляется возможным.
Единый технический результат, достигаемый предлагаемым способом, реализуемый с помощью заявляемого устройства, заключается в расширении диапазона объема отобранных проб ПИЖ и гарантированного исключения при этом загрязнения проб ПИЖ капиллярной кровью.
Указанный технический результат достигается предлагаемым способом отбора подкожной интерстициальной жидкости, включающим отбор из-под кожи человека подкожной интерстициальной жидкости, при этом новым является то, что выполняют подготовку кожи человека к отбору проб подкожной интерстициальной жидкости ПИЖ путем создания на коже везикул и осуществляют последующий отбор проб ПИЖ посредством проникновения через дермальный слой каждой везикулы проникающим зондом и взятие пункции из нее, при этом подготовку кожи человека к отбору проб ПИЖ осуществляют устройством, содержащим корпус в виде пластины с цилиндрическими сквозными отверстиями диаметром 3-5 мм, расположенными на расстоянии 3 мм друг от друга, а крайние относительно торцов пластины отверстия расположены на расстоянии 7-10 мм, причем с одной плоскости пластина снабжена крышкой, установленной герметично, с образованием полости в 3-8 мм между плоскостью пластины и крышкой, при этом в крышке с торцевой части выполнено отверстие для подсоединения к источнику вакуума, причем подготовку кожи человека к отбору ПИЖ с созданием везикул выполняют путем наложения на открытый участок кожи пластины устройства плоскостью с открытыми отверстиями, подключают к крышке пластины источник вакуума в режиме 300 мм рт.ст., через 5 минут увеличивают мощность источника вакуума до 450 мм рт.ст. и выдерживают в таком режиме 30-45 минут, а далее последовательно каждые 10 с снижают мощность источника вакуума на 50 мм рт.ст., вплоть до полного отключения, затем снимают пластину устройства с кожи и из каждой образовавшейся везикулы производят отбор ПИЖ путем пункции.
Указанный технический результат также достигается предлагаемым устройством для подготовки кожи человека к отбору подкожной интерстициальной жидкости, характеризующимся тем, что оно содержит корпус в виде пластины с цилиндрическими сквозными отверстиями диаметром 3-5 мм, расположенными на расстоянии 3 мм друг от друга, а крайние относительно торцов пластины отверстия расположены на расстоянии 7-10 мм, причем с одной плоскости пластина снабжена крышкой, установленной герметично, с образованием полости высотой 3-8 мм между плоскостью пластины и крышкой, при этом в крышке с торцевой части выполнено отверстие для подсоединения к источнику вакуума.
Каждое сквозное отверстие со стороны плоскости пластины с открытыми отверстиями снабжено круговым буртиком высотой 0,5-1,0 мм.
Крышка выполнена заодно с корпусом-пластиной.
Его пластина и крышка выполнены из полистирола или поливинилхлорида.
По форме пластина выполнена в виде прямоугольника, или квадрата, или круга, или овала.
Цилиндрические сквозные отверстия в пластине расположены симметрично или ассиметрично.
Отверстие в крышке для подсоединения к вакуумному насосу выполнено в направлении, перпендикулярном направлению отверстий в пластине.
Указанный технический результат достигается за счет следующего.
Реализация предлагаемого способа осуществляется по сути в два этапа: подготовка кожи человека к отбору заявляемым устройством и сам отбор.
Благодаря тому что подготовка кожи человека к отбору производится путем создания на коже везикул, появляется возможность многократно увеличить объем отобранной пробы (т.к. последующий отбор будет произведен из каждой везикулы) по сравнению с известными методами. Причем отобранный объем ПИЖ можно варьировать в широком диапазоне, за счет проведения пункции только из нужного количества везикул.
Кроме того, очень большую роль выполняют режимы формирования везикул на коже (параметры вакуумирования, время, последовательность увеличения и снижения давления источника вакуума). Благодаря тому, что первоначальное вакуумирование проводят в режиме 300 мм рт.ст., увеличивая через 5 минут мощность источника вакуума до 450 мм рт.ст., с последующим выдерживанием в таком режиме 30-45 минут, обеспечивается довольно зримое образование везикул на коже необходимой выпуклости, но причем без нарушения подкожных капилляров, что позволит гарантированно избежать загрязнение проб ПИЖ капиллярной кровью.
А благодаря тому что потом последовательно каждые 10 с снижают мощность источника вакуума на 50 мм рт.ст., вплоть до полного отключения, обеспечивается щадящий режим выведения везикул из под давления. Главное при этом, что везикулы при таком режиме не «схлопываются», а держат свою форму даже после удаления с кожи заявляемого устройства в течение времени, достаточного для последующего отбора проб. То есть они готовы для пункции из них ПИЖ. Последующую пункцию проводят традиционным методом, например, с использованием стерильной иглы. При этом пунктируют только стенку пузыря (везикулы). Данная процедура является полностью безболезненной. Жидкость не выдавливают, а собирают дозатором, например автоматическим дозатором с пластиковым наконечником (например, Дозатор пипеточный 1-канальный BIOHIT (Финляндия)).
Но предлагаемый способ может быть реализован только посредством заявляемого устройства для подготовки кожи человека к отбору подкожной интерстициальной жидкости.
Выполнение корпуса устройства в виде пластины обусловлено тем, чтобы обеспечить более устойчивое положение пластины на коже человека и позволяющее расширить «зону» отбора ПИЖ, а значит - ее объем.
Размещение на пластине цилиндрических сквозных отверстий в виде массива с такими параметрами, как диаметр отверстия 3-5 мм, расположенных на расстоянии 3 мм друг от друга, позволяет получить при вакуумировании везикулы (пузыри на коже) оптимального размера, которые будут достаточно выпуклыми бугорками, причем без нарушения в этих участках подкожных капилляров, чтобы в последующем отобрать из каждой из них ПИЖ, и при этом везикулы такой размерности не будут «опадать» при снятии вакуума. Исследования показали, что если диаметр этих отверстий будет более 5 мм, то везикулы (бугорки на коже), после снятия пластины «опадают», что не позволяет извлечь из них ПИЖ, а при диаметре отверстий менее 3 мм при «толстой» коже пациентов везикулы не образуются, а при «тонкой» коже - возможны ее повреждения.
Благодаря тому что крайние отверстия в пластине относительно торцов пластины расположены на расстоянии 7-10 мм, обеспечивается равномерность распределения отрицательного давления на все сквозные отверстия пластины. При этом расстоянии менее 7 мм образующиеся везикулы будут наиболее выпуклыми у крайних отверстий, что чревато повреждением кожи в этих местах (особенно для тонкой кожи), а при этом расстоянии более 10 мм эффективность вакуумирования снижается, за счет увеличения бесполезной площади на пластине и снижения влияния вакуума на отверстия.
Снабжение пластины (корпуса) с одной горизонтальной плоскости крышкой, установленной жестко и герметично (также она в каких-то вариантах может быть выполнена с ней заодно), с образованием полости, высотой 3-8 мм между плоскостью пластины и крышкой, позволяет создать вакуумное пространство при присоединении источника вакуума к устройству, благодаря которому кожа будет «забираться» в отверстия и образовывать везикулы. Выполнение этой полости высотой более 8 мм не обеспечит нужную мощность вакуумирования, а при высоте менее 3 мм возможна поломка крышки из-за создания очень большого показателя вакуумирования.
Выполнение в крышке пластины с торцевой части отверстия для подсоединения к источнику вакуума позволяет создать указанное вакуумное пространство между плоскостью пластины и крышкой (конечно, при условии наложения второй плоскости пластины с открытыми отверстиями на кожу человека), а также позволяет создать равномерное отрицательное давление.
Благодаря тому что каждое сквозное отверстие со стороны плоскости планшета с открытыми отверстиями снабжено круговым округлым буртиком высотой 0,5-1,0 мм, будет исключен факт нарушения целостности кожного покрова, а значит, будет исключена вероятность попадания капиллярной крови в пробу ПИЖ.
Выполнение корпус-пластины и крышки из полистирола или поливинилхлорида позволяет, во-первых, производить визуальный контроль за формированием везикул, а во-вторых, легко стерилизовать прибор.
То, что продольное сечение пластины может быть выполнено в виде прямоугольника, или квадрата, или круга, или овала, расширяет ассортимент предлагаемого устройства и обеспечивает удобство пользования им пациентами при наличии у последних каких-то «мешающих» деталей туалета, например часы, браслет и т.п.
Выполнение отверстий в пластине симметрично или ассиметрично также направлено на расширение ассортимента устройства.
Таким образом, заявляемый способ, реализуемый с помощью предлагаемого устройства, обеспечивает не только расширение диапазона объема отобранной пробы ПИЖ до 500-1500 мкл, но и гарантирует исключение загрязнения пробы кровью, что в последующем может привести к неточным анализам, а значит - к неправильной диагностике заболевания.
При реализации предлагаемого способа выполняют следующие операции в нижеуказанной последовательности:
- на открытый участок кожи, предварительно обработанный спиртовой салфеткой, устанавливается пластина устройства плоскостью с открытыми отверстиями. Пластина выполнена, например, из полистирола и может содержать, например, 100 сквозных отверстий, расположенных в виде симметричного массива, каждое отверстие диаметром 3-5 мм. Устройство герметично фиксируется на коже создаваемым отрицательным давлением;
- к торцевому отверстию в крышке устройства подсоединяется через шланг, например, длиной 30 см, источник вакуума, например вакуумный аспиратор Pump-7e (Armed, Россия), позволяющий создавать вакуум с давлением до 600 мм рт.ст. Устанавливают его режим 300 мм рт.ст.;
- через 5 минут увеличивают мощность вакуумного аспиратора до 450 мм рт.ст.;
- выдерживают в таком режиме 30-45 минут;
- визуально фиксируют образование везикул (бугорков на коже). Причем время формирования везикул у разных людей различно. Это зависит от типа кожи, толщины подкожно-жировой клетчатки, от водной нагрузки и т.п.;
- а далее последовательно каждые 10 с снижают мощность вакуумного аспиратора на 50 мм рт.ст., вплоть до полного отключения;
- затем аккуратно снимают пластину устройства с кожи. На этом этап подготовки кожи к отбору ПИЖ завершен;
- далее, из каждой образовавшейся везикулы производят отбор ПИЖ путем пункции, например, автоматическим дозатором с пластиковым наконечником (таким дозатором, например, может быть дозатор пипеточный 1-канальный BIOHIT (Финляндия). Средний объем отобранной подкожной интерстициальной жидкости варьируется от 500 до 1500 мкл. и зависит от индивидуальных особенностей кожи и подкожно-жировой клетчатки человека. Можно отобрать и меньший объем ПИЖ, в зависимости от требуемого для исследований.
Предлагаемые изобретения иллюстрируются чертежами, где на фиг.1 изображено предлагаемое устройство для подготовки кожи человека к отбору подкожной интерстициальной жидкости в разрезе и выноска сквозного отверстия с буртиком; на фиг.2 - разрез В-В фиг.1; на фиг.3 - пластина со стороны открытых отверстий; на фиг.4 - наложение пластины на кожу и формирование везикул (30-я минута экспозиции пластины на коже); на фиг.5 - сбор ПИЖ автоматическим дозатором с пластиковым наконечником после отключения источника вакуумирования через 40 минут экспозиции на коже.
Заявляемое устройство содержит корпус в виде пластины 1 (ее толщина может варьироваться примерно от 12 мм до 16 мм), например, выполненной из прозрачного материала полистирола или поливинилхлорида, с цилиндрическими сквозными отверстиями 2 диаметром 3-5 мм (они могут располагаться как симметрично, так и ассиметрично), расположенными на расстоянии примерно 3 мм друг от друга. Крайние относительно торцев 8 и 7 пластины 1 отверстия 2 расположены на расстоянии 12, составляющем 7-10 мм. Причем с одной плоскости 9 пластина 1 снабжена крышкой 4, установленной герметично (или в каком-то варианте можно эту крышку выполнить с ней заодно). Между плоскостью пластины 1 и крышкой 4 находится полость (зазор) высотой 3-8 мм, который как бы образует при работе вакуумное пространство 5. При этом в крышке 4 пластины 1 с торцевой части выполнено отверстие 6 для подсоединения к источнику вакуума (на чертеже не показано).
Каждое сквозное отверстие 2 со стороны плоскости 10 пластины 1 с открытыми отверстиями 2 снабжено круговым округлым буртиком 3 высотой примерно 0,5-1,0 мм, для исключения повреждения поверхности кожи острыми концами отверстий 2.
Пластина 1 может быть выполнена в виде прямоугольника, или квадрата, или круга, или овала, что повышает удобство пользования заявляемым устройством.
Работает предлагаемое устройство следующим образом. Его используют на этапе подготовки кожи человека к отбору проб ПИЖ. Для этого на открытый участок кожи устанавливается пластина 1 устройства плоскостью 10 с открытыми отверстиями 2 и фиксируется на коже посредством формирования отрицательного давления. К торцевому отверстию 6 в крышке 4 устройства подсоединяется через шланг (на чертеже не показан), например, длиной 30 см, источник вакуума (на чертеже не показан), например вакуумный аспиратор Pump-7e (Armed, Россия), позволяющий создавать вакуум с максимальным давлением до 600 мм рт.ст. Устанавливают на вакуумном респираторе режим 300 мм рт.ст. и через 5 минут увеличивают его мощность до 450 мм. рт.ст. Выдерживают в таком режиме 30-45 минут. Визуально фиксируют на коже образование везикул 11, которые образуются путем втягивания под действием вакуума кожи в открытый конец отверстий 2. Далее, после выдержки, последовательно каждые 10 с снижают мощность вакуумного аспиратора на 50 мм рт.ст., вплоть до его полного отключения. Затем аккуратно снимают пластину 1 устройства с кожи, освобождая везикулы 11. На этом этап подготовки кожи к отбору ПИЖ завершен.
Пример конкретного выполнения.
В исследованиях приняли участие мужчины русской национальности в возрасте 27-35 лет (16 человек). В анамнезе у этих лиц отсутствуют эпизоды девиантного поведения, острые заболевания (в течение 1 месяца до исследования) и обострение хронических соматических заболеваний. В течение 1 месяца до исследования никто не принимал лекарственных препаратов. Отсутствие травм, превышающих легкую степень тяжести (в течение 1 месяца до исследования). Отсутствие повреждений кожных покровов. Результаты исследований позволили установить, что средний объем отобранной подкожной интерстициальной жидкости у каждого лица составил 730±170 мкл. Установлено, что предлагаемый способ позволяет формировать везикулы без пропотевания капиллярной крови. При оценке болевых ощущений при проведении процедуры по шкале от 1 до 10 баллов (10 баллов - невозможно переносить), все добровольцы оценили в 2 балла. Болевые ощущения характеризовались легким жжением кожи. Причем большую часть процедуры болевые ощущения отсутствовали.
В ходе лабораторных испытаний также определяли успешность образования везикул (пузырей кожи) при режимах вакуумирования, отличающихся от заявленных. Данные приведены в таблице 1.