Спектроскопия в ближней инфракрасной области для измерения уровня глюкозы в крови в условиях интенсивной терапии

Было продемонстрировано, что поддержание жесткого гликемического контроля у пациентов в критическом состоянии значительно снижает заболеваемость и смертность у пациентов в критическом состоянии в условиях операционной и интенсивной терапии. Многочисленные (>20) рецензируемые публикации продемонстрировали преимущества строгого гликемического контроля. Например, было показано, что строгий гликемический контроль снижает инфекции в области хирургического вмешательства на 60 % у пациентов с кардиоторакальной хирургией (Furnary et al., 1999) и снижает общую смертность в отделении интенсивной терапии на 40 % со значительным снижением заболеваемости и продолжительности пребывания в отделении интенсивной терапии. пребывания (Ван ден Берге, 2001).

Исторически лица, осуществляющие уход, лечили гипергликемию (высокий уровень глюкозы в крови) только тогда, когда уровень глюкозы превышал 220 мг/дл. Однако, основываясь на этих недавних клинических данных, эксперты теперь рекомендуют контролировать уровень глюкозы в крови в пределах нормогликемического диапазона (80-110 мг/дл). Соблюдение таких строгих режимов контроля уровня глюкозы требует почти непрерывного мониторинга уровня глюкозы в крови и частой корректировки инфузии инсулина для достижения нормогликемии, избегая при этом риска гипогликемии (низкий уровень глюкозы в крови). Опросы показывают, что в ответ на эту продемонстрированную клиническую потребность более 50% больниц США в настоящее время приняли протоколы жесткого гликемического контроля для некоторых пациентов в критическом состоянии, и ожидается, что еще 23% примут такие протоколы в течение следующих 12 месяцев.

В настоящее время эти протоколы TGC требуют внутривенного введения инсулина для достижения и поддержания контроля уровня глюкозы в пределах нормогликемического диапазона. Протоколы также предусматривают частый мониторинг уровня глюкозы в крови пациентов медперсоналом. С существующей технологией каждый тест включает взятие образца крови и тестирование на портативных глюкометрах или анализаторах газов крови. Этот процесс обременительный, трудоемкий и часто разрушительный для пациента. Хотя больницы реагируют на выявленные клинические потребности, современные технологии имеют ограниченное применение по двум основным причинам:

1. Страх гипогликемии: введение инсулина для поддержания пациента в целевом диапазоне глюкозы 80-110 мг/дл подвергает пациента повышенному риску клинической гипогликемии (глюкоза крови менее 50 мг/дл). Пациенты в критическом состоянии часто находятся под действием седативных средств и не проявляют типичных признаков гипогликемии, что усугубляет риск гипогликемии. Необходимость частого мониторинга и опасения по поводу риска гипогликемии повышают стресс у лиц, осуществляющих уход, и могут ограничивать соблюдение строгих протоколов контроля гликемии.
2. Мониторинг уровня глюкозы традиционными методами представляет собой обременительную процедуру: большинство протоколов жесткого контроля гликемии требуют частого мониторинга уровня глюкозы и корректировки инсулина с интервалами от 30 минут до 2 часов (обычно ежечасно), чтобы избежать гипогликемии при поддержании нормогликемии. Определение уровня глюкозы с помощью современных технологий (включая подготовку инструментов, сбор образцов крови и анализ инструментов) обычно занимает 5 минут на одно измерение.

Спонсор разрабатывает автоматизированный монитор уровня глюкозы в крови пациента, который будет автоматически проводить частые измерения уровня глюкозы в крови. Частые измерения позволят лучше отслеживать состояние глюкозы пациента и предоставят информацию о тенденциях уровня глюкозы в крови. Система предупредит лиц, осуществляющих уход, о надвигающихся или фактических состояниях гипогликемии. Автоматизация уменьшит трудовую нагрузку, связанную с существующей технологией. Устройство предназначено для того, чтобы помочь лицам, осуществляющим уход, лучше контролировать гликемический индекс своих пациентов.

Устройство измеряет уровень глюкозы в цельной крови, пропуская образец крови пациента через оптическую проточную кювету, пропуская через образец свет ближнего инфракрасного диапазона. Компоненты крови, включая глюкозу, характерным образом поглощают часть энергии ближнего инфракрасного диапазона. Прибор измеряет полученный спектр пропускания и анализирует спектр для определения концентрации глюкозы в образце крови.

Хотя предлагаемое исследование будет представлять собой первоначальные измерения, проведенные устройством у пациентов в отделении интенсивной терапии, Спонсор собрал данные исследований на добровольцах, проведенных в учреждении InLight. В одном исследовании мы собрали кровь у доноров-добровольцев и создали отдельные образцы крови с переменным уровнем глюкозы (диапазон уровня глюкозы 50–550 мг/дл), добавив в образцы концентрированный раствор глюкозы. Мы также индуцировали изменение гематокрита в пределах 30-50% в этих образцах, контролируя соотношение эритроцитов и плазмы. Спектральные измерения, полученные с помощью устройства-прототипа, были математически коррелированы с одновременными измерениями уровня глюкозы в тех же образцах, полученными с помощью анализатора глюкозы Yellow Springs Instruments YSI 2700 Select (стандартный лабораторный анализатор глюкозы) для создания спектральной модели глюкозы и получения базовой линии, близкой к -инфракрасные результаты измерения глюкозы. Эта оценка показала, что измерения уровня глюкозы устройством отслеживают измерения уровня глюкозы YSI 2700 с точностью 8,9 мг/дл (1 стандартное отклонение). См. рис. 1.

В другом исследовании мы собрали серийные образцы крови у 5 добровольцев с диабетом, у которых наблюдались динамические изменения уровня глюкозы, вызванные приемом углеводов и введением инсулина. Мы получили спектральные измерения уровня глюкозы в образцах крови с помощью прототипа устройства ближнего инфракрасного диапазона и сравнили их с одновременными измерениями уровня глюкозы в крови тех же образцов, полученными с помощью анализатора глюкозы YSI 2700 Select. Результаты Спонсора выгодно отличались от результатов YSI 2700, демонстрируя среднеквадратичную ошибку (1 стандартное отклонение) 5,9 мг/дл (рис. 2). Этот уровень точности сравним с современной технологией портативных измерительных приборов.

Мы ожидаем, что в условиях операционной и интенсивной терапии нашему прибору придется столкнуться с новыми физиологическими и фармакологическими проблемами. Предлагаемое исследование, по сути, является предварительным исследованием, которое даст Спонсору представление об этих проблемах. Доступ к деидентифицированным картам отделения интенсивной терапии позволит Спонсору сопоставить измерения уровня глюкозы и ошибки измерения с конкретными фармакологическими методами лечения и физиологическими явлениями. Таким образом, предлагаемое исследование фактически является скрининговым.