смарт-часы с глюкометром

Где мои смарт-часы с глюкометром?! Или почему трекеры до сих пор не измеряют уровень сахара в крови

Последнее обновление:
Оценка этой статьи по мнению читателей:
5
(193)

Каждый год в интернете с завидной регулярностью всплывают слухи о том, что компания Apple вот-вот представит новые смарт-часы с функцией измерения глюкозы в крови.

Проходит время, выходят очередные Apple Watch без глюкометра и уже буквально через месяц по интернету снова начинают ходить слухи о том, что в следующий раз измерение сахара уж точно появится. Еще и температуру тела измерять будут!

Но, как мы знаем, за 7 лет эта функция так и не появилась. Ни у кого.

Что интересно, каждый раз такие новости комментируют три типа людей. Одни говорят, что им нет никакого дела до глюкометра в часах, так как это проблемы диабетиков. Другие убеждены, что подобная технология невозможна в принципе. Ну а третьи готовы отдать любые деньги за такие смарт-часы.

Сегодня на рынке предостаточно фитнес-трекеров, с высокой точностью измеряющих уровень кислорода в крови и вариабельность пульса. Есть смарт-часы, делающие электрокардиограмму и даже измеряющие артериальное давление без манжеты.

Но что не так с сахаром? Почему, несмотря на колоссальный спрос, сегодня нет глюкометра, достаточно точно измеряющего уровень сахара в крови без прокола кожи? И нужно ли вообще задумываться обо всём этом здоровому человеку?

Надеюсь, статья даст исчерпывающие ответы на эти вопросы. Но вначале необходимо ввести в курс дела тех, кто не в теме.

Нет здоровых людей, есть недообследованные. Или сахарный диабет для «чайников»

Разумеется, сахарным диабетом болеют далеко не все люди на земле. Согласно последним данным1, сегодня в мире каждый десятый взрослый человек (от 20 до 80 лет) — диабетик, а среди всех больных диабетом второго типа половина даже не знает об этом.

В 2009 году прогнозировали, что через 20 лет на планете будет 438 млн больных диабетом, но мы уже превысили этот показатель на 100 млн человек и теперь прогнозируем 643 млн больных (и это без учета детей) до 2030 года. А в прошлом году от диабета умирал один человек каждые 5 секунд.

И это только верхушка айсберга. Высокий уровень сахара в крови медленно, но уверенно уничтожает людей изнутри, приводя к самым различным заболеваниям, казалось бы, совершенно не связанных с сахаром.

Что же такое диабет и какое отношение к нему имеет сахар?

Для того чтобы жить, расти и просто нормально функционировать, нашему организму нужен не только «строительный материал» (белок, потребляемый в пищу), но и энергия.

И так сложилось, что основным источником энергии для живых организмов является сахар, а точнее — молекула под названием глюкоза (то, что мы называем сахаром и добавляем в чай — это более сложная молекула, состоящая из двух простых — глюкозы и фруктозы).

Один только мозг потребляет до 120 грамм12 глюкозы ежедневно (это примерно 420 ккал).

Мы получаем её из самых разнообразных продуктов питания. Кроме того, внутри нашего тела есть запасы глюкозы в виде молекул гликогена, которые при необходимости очень быстро и легко расщепляются до глюкозы.

Но есть один интересный нюанс, связанный с усвоением глюкозы. Эти молекулы не могут попасть в клетки самостоятельно. Им нужна помощь так называемых транспортных белков или белков-переносчиков под названием GLUT, которые могут переносить их через непроницаемую оболочку клетки.

Существует около дюжины различных транспортных GLUT-белков. В клетках мозга (нейронах) присутствуют белки GLUT3, в эритроцитах — GLUT1, в клетках мышц — GLUT4 и т.д.

Молекула глюкозы может попасть, скажем, в нейроны только благодаря GLUT3. Соответственно, когда глюкоза подплывает к нейрону, она тут же проходит через защитную мембрану клетки благодаря этому транспортёру:

как глюкоза попадает в клетку

Но кое-что интересное происходит, когда глюкоза подходит к клеткам, в которых используется транспортер GLUT4. Молекула глюкозы просто не может попасть внутрь, так как GLUT4 спрятан внутри клетки.

белок-транспортер glut4

И для того, чтобы пропустить глюкозу, необходимо вывести GLUT4 на поверхность мембраны. А сделать это можно единственным способом — при помощи «ключа» под названием инсулин. Этот гормон попадает на специальный рецептор, после чего запускается цепочка биохимических реакций, выводящих GLUT4 на поверхность.

Теперь глюкоза может легко проникнуть и в клетки мышц.

Но не стоит думать, что без инсулина другие клетки будут нормально работать с глюкозой. Несмотря на то, что остальные транспортеры пропускают глюкозу без участия инсулина, внутри самой клетки он необходим для дальнейшего расщепления глюкозы (активации ферментов и пр.).

Итак, подытожим: каждой клетке необходима энергия, источником которой является глюкоза. Но без инсулина глюкоза бесполезна.

Если поджелудочная железа практически не вырабатывает инсулин, такая патология называется сахарным диабетом первого типа. Если же инсулин вырабатывается, но используется неэффективно (нарушается чувствительность клеток к инсулину) — это диабет второго типа.

В первом случае жизненно важно отслеживать уровень глюкозы в крови, чтобы самостоятельно контролировать баланс глюкозы и инсулина. Иначе можно впасть в диабетическую кому.

С диабетом 2-го типа ситуация опасна тем, что многие люди даже не догадываются о его наличии. Но постоянное высокое содержание глюкозы в крови со временем приводит к плачевным ситуациям: инфаркт, инсульт, болезни почек, проблемы со зрением и пр.

Именно поэтому люди, думающие, что смарт-часы с глюкометром им не нужны, очень сильно заблуждаются. Измерение сахара в крови намного важнее популярного нынче измерения уровня кислорода. И было бы очень здорово, если бы фитнес-трекеры справлялись с этой задачей.

Как сегодня определяют количество сахара в крови

Раньше всё было просто — попробовал мочу на вкус и определил примерный уровень глюкозы. Это был единственный «анализ на сахар» в древности.

Когда в организме нет инсулина, клетки не могут использовать глюкозу. Поэтому организму кажется, что проблема заключается именно в нехватке глюкозы. Он начинает увеличивать её количество, давая команду поджелудочной железе синтезировать глюкагон. Этот гормон в свою очередь заставляет печень расщеплять запасенные ранее молекулы гликогена, добывая тем самым глюкозу.

В итоге концентрация глюкозы в организме возрастает еще сильнее, но клетки всё равно её не получают. Лишняя глюкоза начинает выходить с мочой, придавая ей сладкий привкус. Отсюда и название болезни — сахарный диабет (от лат. diabetes mellitus — сладкий как мед).

Как бы там ни было, сегодня никто не определяет болезнь по её «органолептическим свойствам». Для этого существует специальный прибор под названием глюкометр, которым может самостоятельно пользоваться любой человек:

классический глюкометр

Принцип работы глюкометра заключается в следующем. На специальную полоску наносится капля крови и глюкоза вступает в реакцию с электродом, покрытым особым ферментом, который окисляет глюкозу.

В результате цепочки реакций возникает электрический ток. Общий заряд пропорционален количеству глюкозы в крови. Прибор считывает этот заряд и показывает одну цифру — количество молекул глюкозы на литр крови.

В норме уровень сахара натощак должен лежать в диапазоне от 3.3 до 5.5 ммоль/л, а после еды — не превышать 8 ммоль/л.

И пусть вас не смущает величина «ммоль/л» — это всего лишь удобная форма записи количества молекул. Чтобы не оперировать невообразимо большими числами (миллиарды триллионов), решили считать молекулы «пачками» или группами, где 1 миллимоль (ммоль) — это 600 миллионов триллионов молекул2.

На западе вместо ммоль/л используется более привычная форма записи — мг/дл или количество миллиграммов глюкозы на 100 мл (1 децилитр) крови. Соответственно, вместо диапазона 3.3-5.5 ммоль/л указывают 60-100 мг/дл, для чего просто умножают значение в миллимолях на 18.

Что не так с электрохимическими глюкометрами?

Казалось бы, проблема решена. Ведь есть удобные, доступные и достаточно надежные приборы (глюкометр должен измерять глюкозу с погрешностью не более 0.83 ммоль/л в 95% измерений3). Но, не всё так просто.

Прежде всего, здоровый человек не будет покупать себе глюкометр, так как это не самая дешевая вещь, да и необходимости в ежедневном контроле глюкозы у него нет.

Также для работы этого прибора необходимо постоянно доставать расходный материал — одноразовые тест-полоски. Не всем и не всегда они достаются бесплатно, поэтому для диабетиков 1-го типа, которые тратят от 3-4 полосок ежедневно, это заметная проблема.

Но даже с учетом всего этого, глюкометры не решают полностью проблему, так как делают только разовые замеры. Между каждым измерением уровень сахара может сильно колебаться в течение дня и ночи, нанося тем самым вред организму.

Люди, болеющие диабетом, в основном, отлично чувствуют критическое падение уровня сахара (гипогликемию) или его повышение (гипергликемию). Но ощутить не смертельное повышение они не могут. Поэтому диабетики часто находятся в состоянии, при котором уровень глюкозы держится в районе 10-13 ммоль/л, что в 2 раза выше нормы.

Если же человек просто захочет узнать свой уровень сахара в крови, то разовый замер в больнице также не всегда может показать адекватную картину.

Даже популярный сегодня анализ на гликированный гемоглобин (A1c) показывает лишь «среднюю температуру по больнице». То есть, он показывает средний уровень глюкозы в крови за последние 3 месяца. И если у вас он постоянно скачет от 3 до 10 ммоль/л, то анализ выдаст вполне приемлемый результат — 6.5 ммоль/л.

Можно дополнительно проверить объемы производства инсулина в организме, сдав анализ на С-пептид. Но это лишь позволит поставить диагноз, а не контролировать глюкозу на ежедневной основе.

Поэтому смарт-часы с функцией измерения уровня сахара стали бы просто волшебным решением многих проблем. Но о волшебстве мы поговорим чуточку позже, а перед этим рассмотрим CGM-системы, набравшие популярность за последнее десятилетие.

Постоянный мониторинг сахара при помощи CGM

Частично решить проблемы диабетиков могут CGM-системы или Continuous Glucose Monitoring (непрерывный мониторинг глюкозы). Это устройства, состоящие обычно из небольшого одноразового сенсора и радиопередатчика.

Сенсор крепится на тело при помощи специального пластыря и тонкий электрод в момент крепления безболезненно входит под кожу, а сверху на сенсор надевается радиопередатчик. Выглядит это примерно так:

dexcom на человеке

Передатчик отправляет информацию об уровне глюкозы на специальное устройство, обычный смартфон или смарт-часы. В частности, одну из таких систем, работающих с Apple Watch, рекламировала Apple на WWDC 2017.

Таким образом вы можете в реальном времени следить за уровнем глюкозы в крови. Более того, система автоматически предупреждает, когда организм приближается к гипо- или гипергликемии.

В основном, CGM-системы измеряют уровень сахара каждые 5 минут и дают погрешность около 10%4. То есть, если реальный уровень глюкозы составляет 6.7 ммоль/л, то в среднем система может показать от 6.03 до 7.37 ммоль/л, что вполне приемлемо.

Очевидное преимущество CGM-систем заключается еще и в том, что вы видите не просто число, вырванное из контекста, а знаете тенденцию или направление изменения.

К примеру, что вы будете делать, если глюкометр покажет вам значение 10 ммоль/л? Станете ли вы сбивать сахар введением инсулина?

А если за 20 минут до этого уровень глюкозы составлял 13 ммоль/л, а еще чуть раньше — 15 ммоль/л? То есть, очевидно идет достаточно быстрое снижение глюкозы, но вы видите только цифру «10» и должны принять решение. Слишком рискованно, особенно если это последний замер глюкозы перед сном.

Ложка дёгтя в бочке глюкозы

К сожалению, недостатков у CGM-систем хватает. Прежде всего, такие приборы измеряют уровень глюкозы при помощи электрода, который входит под кожу (или сенсор целиком вживляется в тело).

Чтобы инородный предмет не вызывал у организма немедленную реакцию отторжения, его делают из специальных биосовместимых материалов. Но если чужеродный предмет не отторгается, он начинает довольно быстро покрываться слоем белка.

Поэтому с каждым днём белка на электроде становится всё больше и точность измерений падает, что требует либо периодической калибровки обычным глюкометром, либо частой замены сенсора. В любом случае, практически все CGM-системы не позволят вам пользоваться одним сенсором дольше 7 дней (те сенсоры, которые полностью вживляются в организм, могут работать до 90 дней без замены).

Помимо очевидных неудобств, всё это выливается в серьезные затраты, так как стоимость одного сенсора, работающего около 7 дней, может легко достигать $80.

Но есть и другие недостатки. Во-первых, все CGM-системы измеряют уровень глюкозы не в крови, а во внеклеточной жидкости. То есть, анализируется глюкоза за пределами клеток и кровеносных сосудов, куда она попадает с определенной задержкой (около 15 минут) относительно крови. Таким образом, CGM-система никогда не покажет текущее значение сахара в крови. Да и сами значения могут отличаться, так как корреляция непрямая5.

Кроме того, при движениях или смене положения тела, датчик может войти в контакт с тканью, тем самым ограничив или полностью перекрыв доступ электрода к жидкости. В результате чего человек будет получать ложный сигнал тревоги о наступлении гипогликемии.

Ну и, конечно же, подавляющее большинство здоровых людей не будут заморачиваться с покупкой дорогостоящего оборудования и частой заменой датчиков, чтобы следить за уровнем сахара. В этом нет никакого смысла и с таким же успехом можно было бы наблюдать за любым другим гормоном, секрецию которого контролирует мозг.

Нам нужен инструмент, который бы с легкостью позволял узнать уровень сахара без прокола кожи или вживления датчиков под тело, инструмент, которому не нужны расходные материалы или инструкция по использованию.

Человек просто должен нажать кнопку на своих часах и получить результат. Только в таком случае каждый захочет проверить глюкозу и будет это делать периодически, что может значительно улучшить ситуацию с диабетом во всем мире.

Смарт-часы с измерением сахара — несбыточная мечта или дерзкий вызов науке?

Итак, перед производителем стоит задача — измерить уровень глюкозы в крови, не прокалывая кожу и не работая с кровью или внеклеточной жидкостью. Как это сделать?

Первое, что приходит на ум — это анализ других жидкостей: слёз, пота, слюны. И действительно, такие попытки делались неоднократно.

К примеру, в 2014 году компания Google (её исследовательский центр Verily) разработала контактные линзы с функцией измерения сахара. Но спустя 4 года топтания на месте проект закрыли, сообщив в официальном блоге6, что это неразрешимая задача, так как корреляция уровня сахара в крови и слезах недостаточно большая, чтобы такие линзы когда-либо прошли сертификацию и стали медицинским устройством.

Как бы там ни было, всё это не подходит для наручных часов. Поэтому нужны совершенно другие технологии. И они существуют, позволяя в теории анализировать уровень глюкозы, но на практике всё далеко не так просто, как может показаться. Об этом и поговорим в заключительной части.

Если Apple или любая другая компания всё же выпустит смарт-часы с функцией измерения сахара в крови, её работа будет основана на одном из следующих принципов:

Обратный ионофорез

Ионофорез — это популярный в медицине и косметологии способ перемещения различных ионов (молекул, имеющих электрический заряд) под воздействием электрического тока.

Только если ионофорез служит для введения веществ под кожу, то обратный ионофорез выполняет противоположную задачу — вытягивает молекулы наружу, не нарушая при этом целостность кожи.

Поэтому мы можем поступить самым прямолинейным способом — вытащить молекулы глюкозы через кожу на датчик смарт-часов и посчитать их количество.

Для этого нам необходимо приложить к коже положительный и отрицательный электроды, после чего подать небольшой ток. Возникшее электрическое поле будет притягивать к положительному электроду отрицательно заряженные молекулы, а к отрицательному — положительно заряженные.

Проблема только в том, что у глюкозы нет заряда, так как это полярная молекула (у полярных молекул всегда с одной стороны «плюс», а с другой — «минус»). И поэтому ей нет никакого дела до электрического поля, созданного смарт-часами.

Но метод действительно работает, так как помимо глюкозы во внеклеточной жидкости находятся и заряженные молекулы, такие как натрий или хлор (формально это не молекулы, а химические элементы). Так вот они-то и движутся под действием электрического поля, создавая поток жидкости, в котором перемещается глюкоза (эффект электроосмоса)7:

обратный ионофорез

Этот метод лёг в основу одних из первых в мире наручных глюкометров, которые измеряли уровень сахара без прокалывания кожи. Это были печально-известные GlucoWatch, выпущенные лет 20 назад и обанкротившиеся спустя непродолжительное время.

Для того чтобы извлечь достаточное количество молекул глюкозы, приходилось поднимать напряжение на электродах, что часто приводило к ожогам кожи. Кроме того, необходимо было ежедневно менять одноразовую прокладку на крышке часов для электрохимического измерения глюкозы, после чего проводить повторную калибровку.

При обнаружении пота часы вообще переставали работать, либо давали огромную погрешность. Но самая главная проблема — точность измерений при снижении сахара в крови. Часам не всегда удавалось собрать достаточное количество глюкозы, когда её было много, что уж и говорить о гипогликемии.

Со времен GlucoWatch прошло бесконечно много времени, если судить с точки зрения технологий. Качество и чувствительность датчиков возросли в разы за последние 20 лет, также мы сейчас переживаем бум нейросетей, которые берут на себя всё больше задач.

Поэтому выход новых неинвазивных глюкометров (неинвазивный — без прокалывания кожи), основанных на технологии обратного ионофореза, — вполне реальное событие.

Самые последние глюкометры такого типа показывают высокую точность (погрешность ~12%), если уровень глюкозы в крови превышает 4.4 ммоль/л. Но когда глюкоза падает, погрешность увеличивается до 19% (>3.3 ммоль/л) или до 27% при глюкозе от 2.2 ммоль/л8.

Молекулярная спектроскопия

Это самый широкий набор методов для молекулярного анализа и в то же время самый удобный, так как прибор не содержит никаких расходных материалов. Все эти методы основаны на анализе взаимодействия молекулы со светом (под словом свет я подразумеваю электромагнитное излучение вообще, а не только видимый спектр).

Если говорить простым языком, то все эти зеленые, красные и инфра-красные лампочки с обратной стороны смарт-часов для измерения уровня кислорода в крови — это и есть разновидность спектроскопии:

светодиоды mi watch

И большинство пользователей уверены, что глюкометр в часах будет работать по тому же принципу, что и пульсоксиметр для измерения кислорода в крови. Возможно так и будет, но для этого необходимо решить очень серьезные проблемы.

В основном, для смарт-часов можно использовать одну из этих технологий:

  • NIR-спектроскопия (в ближнем ИК-спектре)
  • Cпектроскопия комбинационного рассеяния

Если мы говорим об инфракрасной NIR-спектроскопии, то процесс измерения глюкозы в крови выглядит следующим образом. Светодиод облучает кожу инфра-красным светом в ближнем диапазоне с частотой от 200 до 400 ТГц (это в десять тысяч раз выше частоты 5G).

Когда этот невидимый глазу свет попадает на молекулу, она может частично поглотить его, частично рассеять или отразить. Мы уже много раз на страницах dR обсуждали саму «механику» поглощения света веществом. Но здесь лишь отмечу, что энергия ИК-спектра слишком мала для того, чтобы её поглощали электроны.

Поэтому поглощение ИК-света осуществляется за счет вращения, вибрации и/или растягивания молекулы глюкозы:

вибрация молекул
Примеры движений условной молекулы

Так как все молекулы имеют разную структуру, то каждая из них поглощает свою часть спектра. То есть, падающий свет должен обладать частотой, совпадающей с частотами, на которых вибрирует сама молекула.

Именно поэтому, когда мы освещаем какое-то вещество и затем анализируем возвратившийся свет, он будет иметь разный состав в зависимости от того, какие молекулы были внутри вещества.

В этом и заключается суть ИК-спектроскопии. Инфракрасный свет в ближнем диапазоне легко проникает вглубь кожи и взаимодействует с внутренними тканями. Часть света возвращается на датчик, после чего нейросеть анализирует его спектр и интенсивность. По спектру мы понимаем, что это глюкоза, а по интенсивности определяем её количество.

Звучит довольно просто в теории, не так ли?

На самом деле этот метод похож на тот, который используется при измерении уровня кислорода в крови, но разница есть и она очень большая.

Прежде всего, количество гемоглобина (именно эта молекула отвечает за транспорт кислорода) превышает количество глюкозы в 140 раз9. Соответственно, работать с таким количеством вещества гораздо проще, чем с глюкозой.

Также гемоглобин, соединённый с кислородом, имеет один цвет, а без кислорода — другой. Соответственно, отличить их спектры очень легко, так как они поглощают электромагнитные волны на разных частотах. Молекула глюкозы же совершенно бесцветна.

Более того, многие молекулы имеют схожие с глюкозой структуры и поэтому их сигналы будут перекрываться, из-за чего будет очень сложно отличить глюкозу от других соединений, образующихся в результате метаболизма глюкозы.

Но и это еще далеко не всё. Когда мы излучаем ИК-свет на кожу, значительная его часть тут же отразится от поверхности кожи и вернётся на приёмник (фотодиод). Это будет мощный по силе, но совершенно бесполезный и даже вредный сигнал, не содержащий никакой информации о глюкозе. По факту — это шум.

Даже если отфильтровать шум и выделить при помощи сложных математических расчетов и нейросетей слабый сигнал, связанный с глюкозой, то как отличить падение уровня глюкозы из-за диабета от банального сужения сосудов, скажем, от холода?

Ведь когда организм испытывает холод, первым делом сужаются сосуды в конечностях, тем самым сокращается объем крови. А так как в крови находится значительная часть глюкозы, то датчик заметит её падение. Но в реальности оно никак не связано с болезнью.

Все эти проблемы нужно как-то решить.

И чтобы еще лучше осознать масштаб проблемы, взгляните на приблизительный спектр воды в ближнем ИК-диапазоне9:

спектр воды в ИК-диапазоне

Всплеск между 1300 и 1500 нм означает, что вода поглощает максимальное количество электромагнитных волн в этом диапазоне. Соответственно, на фотодиод вообще не возвращается свет с частотой, на которой мы видим пик.

Если бы мы могли посмотреть на воду в этом ИК-спектре, она показалась бы нам черного непрозрачного цвета. Но для волн в видимом нами диапазоне вода полностью прозрачна.

Теперь давайте приготовим раствор, в котором будет 10% глюкозы, а всё остальное — вода. Фактически мы сделаем концентрацию глюкозы на уровне 100 грамм/литр или примерно 555 ммоль/л, что в 100 раз превышает уровень глюкозы в крови.

Если мы сравним эти спектры, то увидим большую разницу:

спектральный анализ воды с глюкозой

Но, к сожалению, основная разница обусловлена не добавлением глюкозы, а сокращением объема воды на 10%. То есть, в полученном спектре основную роль играет меньшее количество воды, а не появившаяся глюкоза. Если мы вычтем один спектр из другого, то, наверное, сможем заметить глюкозу.

Но если бы концентрация глюкозы составляла не 555 ммоль/л, как в этом примере, а 5.5 ммоль/л, как в организме, то на этом масштабе мы бы вообще не увидели глюкозу. Её вклад в спектр равнялся бы нулю и нам бы пришлось значительно усиливать сигнал, чтобы разглядеть в нём присутствие глюкозы.

Если мы говорим о реальном измерении глюкозы методом ИК-спектроскопии на смарт-часах, то даже незначительное изменение натяжения ремешка сильно исказит результат, так как датчик будет давить на кожу с другой силой, что повлияет на спектр.

Всё озвученное мною — лишь часть проблем, которые в реальности необходимо решить. И именно поэтому мы до сих пор не увидели смарт-часов со встроенным глюкометром. Ни одна компания не смогла добиться приемлемой точности вне лабораторных условий.

Cпектроскопия комбинационного рассеяния

Можно пойти и другим путем, воспользовавшись так называемой рамановской спектроскопией (названа в честь индийского физика по фамилии Раман), она же — спектроскопия комбинационного рассеяния.

В отличие от ИК-спектроскопии с обычными светодиодами, для этого метода нужно использовать лазер, то есть, свет с одной длиной волны. Напомню, обычный светодиод в смарт-часах, при помощи которого измеряется пульс, содержит в себе широкий набор волн разных частот, которые «на глаз» не отличаются друг от друга.

Здесь же принципиально важна одна частота, например, из того же ближнего инфракрасного диапазона или даже видимого света.

Чтобы понять суть метода, нужно вспомнить, что свет может не только поглощаться или отражаться, но и рассеиваться. Рассеяние — это когда свет сталкивается с какой-то частицей, взаимодействует с нею и меняет свои характеристики, обычно — направление движения.

И еще нужно знать, что существует два вида рассеяния — упругое и неупругое.

При первом типе рассеяния (упругом), свет не меняет своей частоты. Мы наблюдаем это рассеяние везде и всегда. Например, небо голубое именно благодаря упругому рассеянию, так как мелкие частицы в атмосфере рассеивают синий свет во все стороны и нам кажется, что оно голубого цвета.

Но при неупругом рассеянии частота света изменяется. Как именно — зависит от вещества, с которым свет взаимодействует.

Так вот, суть анализа глюкозы этим методом заключается в следующем. Смарт-часы светят на руку лазером. Этот свет проходит под кожу, сталкивается с различными веществами, включая глюкозу, и рассеивается.

Так как это неупругое рассеивание, мы получаем набор световых волн с разными частотами. Теперь отфильтровываем мощный свет, который рассеялся упруго, то есть без изменения частоты (это и свет, который отразился от кожи). Всё что осталось — усиливаем и анализируем.

Так как нам прекрасно известен раман-спектр глюкозы (у каждого вещества свой спектр или свой набор волн на разных частотах, как «отпечаток пальца»), отыскать его в общем сигнале — более простая задача, чем в случае с ИК-спектроскопией:

раман-спектр глюкозы
Приблизительный раман-спектр глюкозы

Ну и количество глюкозы напрямую зависит от интенсивности («яркости») данного спектра.

Что интересно, в 2013 году выходила новость10 о том, что Apple наняла ключевых сотрудников закрывшейся компании C8 MediSensors, которая как раз-таки занималась разработкой глюкометра, работающего по принципу рамановской спектроскопии и показывавшего уже тогда погрешность в 2 ммоль/л.

Рассмотренные технологии (обратный ионофорез, ИК-спектроскопия и Рамановская спектроскопия) — это основные претенденты на использование в смарт-часах. Но есть и множество других методов.

Выводы

Объем статьи не позволяет рассмотреть все методы неинвазивного измерения сахара, включая фотоакустический эффект (возникновение звука при облучении глюкозы светом), биоимпедансный анализ (метод, используемый также для определения состава тела в умных весах) и др.

Но, надеюсь, я смог донести основные мысли, которые еще раз повторю тезисно:

  • Каждому человеку нужно знать уровень сахара в крови хотя бы для того, чтобы убедиться в отсутствии сахарного диабета, особенно 2-го типа, умеющего неплохо скрываться.
  • Измерение глюкозы при помощи смарт-часов — не совсем безумная идея. В теории есть масса способов сделать это без крови и прокалывания кожи.
  • На текущий момент нет ни единого доступного в продаже сертифицированного неинвазивного глюкометра в виде часов или браслета.

Появятся ли в этом году смарт-часы с глюкометром? Не знаю. Но могу с уверенностью сказать, что они не заменят «классический» глюкометр с тест-полосками или надежные сертифицированные CGM-системы еще лет 10 точно.

В статье мы затронули основные проблемы, которые нужно преодолеть, чтобы выпустить на рынок не очередную игрушку, а полезный инструмент. И пока этого сделать никто не смог, несмотря на миллионы долларов, которые готовы отдавать инвесторы любому желающему попробовать свои силы.

Сегодня многие пользователи жалуются на то, что их фитнес-трекеры неправильно определяют пульс или уровень кислорода в крови. Так если даже с такими примитивными задачами (а это именно примитивная задача по сравнению с измерением глюкозы) не всегда справляются трекеры, то о каком измерении сахара может вообще идти речь?

Многие неинвазивные технологии уже показывают неплохую (и даже очень хорошую) точность работы, если глюкозы в крови много (скажем, от 10-15 ммоль/л и выше). Но как только её уровень снижается, всё буквально разваливается. И это та стена, об которую бьются десятилетиями лучшие умы человечества.

В любом случае, надеюсь, теперь, когда вы хорошо представляете проблему, вам будет интереснее наблюдать за рынком. И когда первая компания выпустит свои смарт-часы с глюкометром, вы уже будете понимать принцип его работы и те трудности, которые пришлось преодолеть.

Для читателей, поддерживающих Deep-Review, доступно продолжение этого материала! Как поддержать проект и получить доступ к закрытым материалам

Алексей, главред Deep-Review

 

P.S. Не забудьте подписаться в Telegram на наш научно-популярный сайт о мобильных технологиях, чтобы не пропустить самое интересное!

Если вам понравилась эта статья, присоединяйтесь к нам на Patreon - там еще интересней!

 

Как бы вы оценили эту статью?

Нажмите на звездочку для оценки

Внизу страницы есть комментарии...

Напишите свое мнение там, чтобы его увидели все читатели!

Если Вы хотите только поставить оценку, укажите, что именно не так?

Подписаться
Уведомить о
32 комментариев
Новые
Старые Популярные
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
Руслан
6 месяцев назад

Алексей, нижайший поклон, за такой основательный материал. Думаю сразу было ясно что подобный гаджет не будет заменой глюкометру, особенно людям с первым типом, там очень важна точность. Но вот простым обывателям и людям со 2м типом определенно будет полезно. У кого-то появиться повод задуматься что и сколько они едят, может есть смысл сходить к врачу. Лично у меня выявили и поставили диагноз только после теста с нагрузкой. Колю палец каждые три дня до и после еды. Сахар не скачет слава богу, но проблема есть. Подобный гаджет мог бы избавить меня от этой процедуры или как минимум ориентировать на протяжении дня что и как происходит.

Кобра Кай
6 месяцев назад

СДЕЛАЙТЕ ЮТУБ КАНАЛ

Андрей
7 месяцев назад

Спасибо за полезную статью. Но будущее уже наступило:
notebookcheck.net/Quantum-Operation-Inc-announces-smartwatch-that-supports-non-invasive-blood-glucose-monitoring.589173.0.html

Андрей
7 месяцев назад
Ответить на  Алексей (Deep-Review)

Понятно, спасибо.

Вадим
7 месяцев назад

Похоже, первые часы всё же появились. Их 4 января на выставке CES представил (gizmochina.com/2022/01/04/quantum-operation-unveils-smartwatch-non-invasive-blood-glucose-monitoring/) японский стартап Quantum Operation Inc. Пока прототип. Что скажете про это? Возможно, следует слегка обновить статью?

Валентин
7 месяцев назад

Спасибо за отличный материал. А стационарные неинвазивные измерители уже есть? Чтобы «в лабораторных условиях», но без прокола?

Юрий
7 месяцев назад

Отличная постановка задачи! В принципе прибор можно крепить не обязательно на часах, а , скажем, на ушной раковине или другом тонком месте чтобы удобнее использовать именно пропускание. И стоит принять во внимание другие частоты электромагнитного излучения. Спасибо, приятно было почитать!

Akhan
7 месяцев назад

Спасибо, очень интересно!
А касательно инвазивных методов, можно совместить какой-нибудь датчик с вживляемым чипом? Или он тоже зарастет белком? Если это возможно, то тогда смарт-часы могли бы периодически «опрашивать» чип под кожей и передавать данные на часы, а те выводили бы данные… Ведь чипирование тоже не стоит на месте.
Для тех кто не читал, рекомендую:
https://deep-review.com/articles/tol9-microchipping/

Akhan
7 месяцев назад
Ответить на  Алексей (Deep-Review)

Интересно, нельзя ли приделать к такому выдвигающиеся иглы сенсора для преодоления слоя фиброзной ткани?

Al Ekses
7 месяцев назад

Здравствуйте Алексей и спасибо Вам за познавательные статьи, написанные красивым языком — сейчас такое редко встречается.
Многое, до сих пор остающеесе за кадром, после Ваших статей становится более понятным.

Если можно, поменяйте в заголовке «!?» на «?!» и не сочтите за придирку.

Mikhail
7 месяцев назад

Очень полезная и интересная статья! Алексей, Вы умеете привлечь внимание к современным проблемам в разных областях человеческой деятельности. Я с интересом слежу за вашими статьями. Держите нас в постоянном творческом напряжении!

vvzvlad
7 месяцев назад

>>Теперь инсулин может легко проникнуть и в клетки мышц.
Точно речь про инсулин, а не про глюкозу?

Megabass
7 месяцев назад

К своему стыду до настоящего момента не знал ничего про сахарный диабет. Теперь знаю 🙂 Алексей спасибо за столь подробное и одновременно простое предоставление материала.

Олег
7 месяцев назад

Очень хороший материал. Пожалуй, в первый раз вижу настолько подробное и при этом доступное описание проблемы. Спасибо автору!
Подписался на ТГ-канал и пошёл дальше по сайту искать, что ещё есть интересного

Богдан
7 месяцев назад

Большое вам спасибо! Захватывающе и актуально. Я не знаю сколько вы потратили времени на написание, но видно что вы проделали огромную работу. Особенно это видно в выводах.

Dmitry
7 месяцев назад

Спасибо Вам огромное. Очень здорово всё донесли. ✊

Alex Exler
7 месяцев назад

Очень полезно, доступно и интересно, спасибо.