ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ Целью данного исследования является разработка блока формирования излучения для спектрофотометрического глюкометра. Задачи исследования: - исследовать кровообращение и содержание глюкозы в мягких тканях организма по данным из научной литературы; - провести оценочные расчеты показателей поглощения глюкозы, воды и гемоглобина; - исследовать рассеяние света в тканях организма по данным в научной литературе; - разработать структурную схему спектрофотометрического глюкометра; - разработать и промоделировать формирования излучения. электрическую схему блока ВВЕДЕНИЕ Глюкоза является одним из важнейших источников углеводных питательных веществ и является фундаментальной для почти всех биологических процессов. Значительная роль для физиологического мониторинга глюкозы заключается в диагностике и лечении диабета. Диабет — это хроническая болезнь, развивающаяся в тех случаях, когда поджелудочная железа не вырабатывает достаточно инсулина или когда организм не может эффективно использовать вырабатываемый им инсулин [1]. Неконтролируемый диабет со временем приводит к серьезному повреждению многих систем организма, особенно нервов и кровеносных сосудов. В 2014 году уровень заболеваемости диабетом составил 8,5% среди взрослого населения 18 лет и старше. По оценкам, в 2016 году 1,6 миллиона смертельных случаев произошло по причине диабета, а в 2012 г. - 2,2 миллиона случаев смерти по причине высокого содержания сахара в крови [1]. Целью лечения диабета является поддержание уровня глюкозы в крови с помощью инъекций инсулина, модифицированной диеты, физических упражнений или их комбинации. Для последовательной терапии диабета требуется регулярное измерение уровня глюкозы в крови (до пяти раз в день) [2, 3]. Поскольку современные методы определения уровня глюкозы требуют инвазивной пункции кожи для получения образца крови для анализа, разработка неинвазивных методов определения глюкозы с использованием оптических методов является важной задачей [4]. 2 1 Спектрофотометрия Спектрофотометрия— анализ, основанный происходящего анализируемым на молекулярно-абсорбционный измерении вследствие ослабления избирательного веществом (системой). спектральный светового потока, поглощения света Изменение интенсивности электромагнитного излучения после взаимодействия с веществом связано с качественным и количественным составом вещества [5]. 1.1 Поглощение и рассеяние света в тканях организма При прохождении света через вещество изменяются его интенсивность, поляризация, фаза и другие характеристики вследствие его поглощения и рассеяния частицами вещества. Поглощением называется ослабление интенсивности света при прохождении через любое вещество за счет превращения световой энергии в другие ее виды (рисунок 1). Рисунок 1 – Прохождение излучения через слой поглощающей среды [6] Поглощение монохроматического параллельного пучка света однородно поглощающими средами описывается законом Бугера-ЛамбертаБера: 𝐼 = 𝐼0 ∙ 𝑒 −𝜀∙𝑐∙𝑙 (1), 3 где I – интенсивность выходящего света; 𝐼0 – интенсивность входящего света; 𝜀 - коэффициент экстинкции, л ∙ моль ∙ см−1 ; c – молярная концентрация поглощающих молекул вещества, моль/л; 𝑙 - длина слоя вещества, см [6]. 2 Кровообращение и содержание глюкозы в мягких тканях В данной работе мы проводим спектрофотометрические исследования мышцы предплечья. Кровоток в скелетных мышцах в покое составляет около 0,03 – 0,04 мл*г-1*мин-1. Поскольку общая масса скелетных мышц равна примерно 30 кг, мышечный кровоток в целом составляет 900 – 1200 мл/мин, т.е. 15 – 20% общего сердечного выброса. При максимальной физической нагрузке мышечный кровоток может достигать 0,5 – 1,3 мл*г-1*мин-1 [5]. Уровень глюкозы в плазме строго регулируется в пределах от 60 мг/дл (3,375 ммоль/ л) до 110 мг/дл (6,2 ммоль/ л) [6]. У больного сахарным диабетом уровень глюкозы в крови изменяется в большинстве случаев от 2 ммоль/л до 20 ммоль/л []. С учетом этих данных в приложении А приведены расчеты показателей поглощения воды, глюкозы и гемоглобина на длинах волн 830 и 660 нм. 3 Спектры поглощение основных хромофоров в мышечной ткани 4 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Всемирная организация здравоохранения [Электронный ресурс]. – URL: https://www.who.int/ru/ (дата обращения 20.04.2019) 2. D.C. Klonoff, “Continuous glucose monitoring,” Diabetes Care, vol. 28, 2005, pp. 1231-1239. 3. D.B. Sacks, D.E. Bruns, D.E. Goldstein, et al., “Guidelines and recommendations for laboratory analysis in the diagnosis and management of diabetes mellitus,” Clin. Chem., vol. 48, 2002, pp. 436-472. 4. O.S. Khalil, “Spectroscopic and clinical aspects of noninvasive glucose measurements,” Clin. Chem., vol. 45, 1999, pp. 165-177. 5. Дмитриевич И.Н., Пругло Г.Ф., Федорова О. В., Комиссаренков А.А. Физико-химические методы анализа. Ч.II. Оптические методы анализа: учебное пособие для студентов заочной формы обучения/СПбГТУРП. - СПб., 2014.- 39 с 6. Основы взаимодействия физических полей с биообъектами; Воздействие ионизирующего и оптического излучения; Учеб. пособие / Под ред. С.И. Щукина. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. баумана, 2006. – 240 с.: ил. (Биомедицинская инженерия в техническом универсистете). 7. Физиология человека. В 3-х томах. Под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. Пер. с англ . - 3-е изд. - М.: Мир, 2005; Т.1 - 323с., Т.2 - 314с.; Т.3 228с. 8. 5
