Устройство для компенсации гипергликемии у больных сахарным диабетом

Устройство для компенсации гипергликемии у больных сахарным диабетом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к медицине, а именно к областям диагностики и устройствам для введения лекарств в организм с приданием лекарственным препаратам определенной физической или иной для употребления формы. Стремительный рост заболевших сахарным диабетом, 5% численности населения (включая выявленных больных и больных с не выявленным диабетом) сопровождается ростом случаев заражения инфекциями в случаях инвазивной диагностики уровня глюкозы в крови больного и индивидуального введения лекарственных препаратов в организм больного. В настоящее время почти все учреждения практического здравоохранения России используют для глюкометрии забор крови, а специализированные торговые сети снабжают население индивидуальными портативными глюкометрами с тест-полосками, действие которых также основано на заборе крови из пальца больного.

В общем случае актуальность неинвазивной диагностики обусловлена щадящими приемами забора материала для анализа, когда пациент не испытывает боль, физический и эмоциональный дискомфорт; безопасностью исследований ввиду невозможности заражения инфекциями, передающимися через кровь или инструментарий. Поэтому в последние годы стали создаваться и реализоваться федеральные и региональные научно-технические программы и проекты по разработке и созданию неинвазивных глюкометров.

Анализ публикаций и патентов свидетельствует о следующих направлениях в разработке неинвазивных глюкометров (Павлов А.Ф., Новак А.С. Проблемы и перспективы создания неинвазивных глюкометров. - Бюллетень медицинских Интернет-конференций (ISSN2224-6150), 2013, Том 3, №2):

- оптические методы измерений в ближнем инфракрасном диапазоне;

- электрические методы, например импендансометрия;

- термометрия;

- ультразвуковые измерения в сочетании с термометрией;

- использование других биообъектов (слюны, сетчатки глаза, сосудов головы).

Однако до сих пор усилия разработчиков не привели к появлению в продажу неинвазивных глюкометров.

В последнее десятилетие усилилось внимание исследователей и разработчиков к такому биообъекту для диагностирования как выдыхаемый воздух (ВВ), смотри, например, краткий обзор сотрудников Харьковского национального медицинского университета Клименко В.А. и Криворотько Д.Н. (статья «Анализ выдыхаемого воздуха как маркер биохимических процессов в организме» в журнале «Здоровье ребенка», 1(81), 2011).

Известно, что функции легких содержат помимо респиратурной и метаболическую, и выделительную функции. Легкие играют важную роль в регуляции агрегатного состояния крови. Через легкие выделяются химические соединения, в первую очередь, летучие, образующиеся в ходе реакций обмена, происходящих как в легочной ткани, так и во всем организме человека. По изменению количества и соотношения выделяемых при дыхании веществ можно делать выводы об изменениях обмена веществ и наличии болезни.

В середине двадцатого века методами масс-спектрометрии и хроматографии в ВВ было определено около 400 летучих метеболитов, многие из которых - маркеры заболеваний. В современной практике используются капнографы - приборы для регистрации углекислого газа (CO2); детекторы окиси азота (NO); алкометры - измеряющие содержание в крови человека этилового спирта (C2H5OH).

Современные методы газовой и жидкостной хроматографии определяют уже до 1000 субстанций в конденсате ВВ (Raed A. Dwink, Anton Amann. Exhaled breath analysis: the new frontier in medical testing J. Breath. Res. - 2008. - №2; doj: 10.1088/1752-7163/2/3/030301).

Аэрозоль ВВ насыщена водяным паром, количество которого составляет 7 мл/кг массы тела человека. Взрослый человек выделяет через легкие около 400 мл воды в сутки. Водяные пары служат переносчиками многих летучих и нелетучих соединений посредством растворения молекул (согласно коэффициенту растворения) и образования новых химических веществ внутри аэрозольной частицы (Климанов И.А. Механизмы формирования конденсата) выдыхаемого воздуха и маркеры оксидативного стресса при патологиях респираторного тракта //Пульманология. - 2009 - №2. - с. 113-119).

Средний диаметр аэрозольных частиц в ВВ в норме при нормальном дыхании у взрослого человека составляет около 0,3 мкм, а содержит в 1 см³ ВВ - до 4 частиц (Fairchild C.D., Stemfer J.E. Practicle concentration in exhaled breath // Am. Industr. Hyg. Assoc. J. - 1987 - №48 - P. 948-949). При охлаждении воздуха водяные пары и содержащиеся в них вещества конденсируются, что делает возможным их количественный анализ.

Установив принципиальную возможность оперативной гликометрии на базе выделяемого каждые 4 секунды диагностируемого биообъекта - ВВ, который хорошо концентрируется из литровых объемов до величины капли конденсата (КВВ), необходимо определиться с возможностью корректирующего воздействия на организм человека с целью компенсации гипергликемии. Для этого приведем краткий обзор технических аналогов, определяющих современный уровень техники в этом направлении.

Известны инвазивные методы гликометрии и реализующие их технические устройства, основанные на заборе из организма человека крови до и после еды (Эмануэль В.А., Карячина И.Ю., Эмануэль Ю.В. Портативные системы самоконтроля и лабораторный анализ концентрации глюкозы в крови. Сравнительное исследование // Лабор. Мед. 2009; 20-30), обладающие такими недостатками как дискомфортность и опасность заражения инфекциями.

Примеры неинвазивной гликометрии, особенно на базе серийно выпускаемых глюкометров, весьма немногочисленны.

Наибольшую известность получила методика и устройства, разработанные д.м.н. Эльбаевым А.Д. в диссертационном исследовании «Артериальная гипертензия и сахарный диабет: моделирование взаимосвязи, новые подходы к диагностике и комплексной терапии» - 2005, г. Нальчик и в изобретениях, охраняемых патентами РФ №№2198586; 2193875; 2368303, а также опубликованные в монографии «Сахарный диабет и артериальная гипертензия: механизмы взаимосвязи и пути коррекции». - Москва - Ставрополь. - 2003. - 136 с. / Авт.: Эльбаев А.Д., Курданов. Х.А.

Диагностическая методика основана на установленной опытным путем корреляции величины артериального давления у больного сахарным диабетом второго типа и уровня глюкозы в его крови.

Так, в «Способе определения концентрации глюкозы в крови» (по RU 2198586) утром, натощак, пациенту измеряют систолическое артериальное давление и диастолическое артериальное давление на левой и правой руках, определяют коэффициент корреляции, представляющий собой отношение наибольшего из измеренных значений систолического артериального давления на левой и правой руках к наименьшему из измеренных значений диастолического артериального давления на левой правой руках, и по формуле рассчитывают содержание глюкозы в крови.

В «Способе лечения больных сахарным диабетом второго типа» (по RU2193875) также используется устойчивая зависимость между уровнями гликемии и параметрами артериального давления, которая описывается математической моделью на базе уравнений регрессии.

В «Способе неинвазивного определения нарушений углеводного обмена» (по RU 2368303) систолическое артериальное давление и диастолическое артериальное давление измеряются натощак и после приема пищи, нарушение углеводного обмена определяется путем сравнения полученных результатов с критериями компенсации сахарного диабета, взятыми, например, из источника Древаль А.В. Лечение неосложненного инсулинонезависимого сахарного диабета// Проблемы эндокринологии. - 1995. - №14 - с. 28.

Известно также изобретение других авторов по RU 2444279, усовершенствующее вышеупомянутые способы в части калибровочных характеристик.

Основными общими недостатками этих известных способов являются косвенность гликометрии и невозможность их применения для диагностики и лечения инсулинозависимых больных сахарным диабетом.

Известны также другие неинвазивные косвенные способы гликометрии, например, «Способ неинвазивного определения содержания глюкозы в крови по голосу человека» по патенту RU 2295915. Этот способ также основан на экспериментально установленном факте того, что изменение частоты и интенсивности колебаний в области разговорной речи человека 100-20000 ГЦ при 60±5 дБ. Недостатком способа является подверженность голосового аппарата человека другим мешающим гликометрии воздействиям (сон, еда, простуда, инфекции и т.п.).

В источнике информации RU 2368312 представлены инвазивные и неинвазивные методы определения глюкозы крови.

Существо технического решения по патенту RU 2368312 составляет операция периодического ввода инсулина через интрадермальный порт и «кроме того, через интрадермальный порт в подкожную среду периодически погружают электрохимический датчик (электрод), чувствительный к глюкозе».

Согласно п. 1 формулы изобретения в способе мониторинга «используют перепад в результатах измерений, возникающий после каждой импульсной дозы инсулина, для определения текущего уровня глюкозы» и, соответственно, определенное при мониторинге значение «текущего уровня глюкозы» принадлежит больному организму в одной его параметрической точке (поз. 3 рис. на с. 9), где расположен «интрадермальный порт» и в одном временном стробе - в течение нескольких минут «полной кратковременной блокады глюкозы в окрестностях «интрадермального порта».

Источник информации Pooja Singal М D et al. «Intra-Individual Variability of C02 Breath Isotope Enrichment Compared to Blood Glucose in the Oral Glucose Tolerance Test». Diabetes Technol Ther. 2010 Dec;12(12):947-953, Full Text, найдено из PubMed PMCID: РМС014756 указывает на известность из уровня техники возможности проведения сравнительного гликемического контроля путем исследования крови на толерантность к глюкозе до и после еды (болюсного введения 75 г глюкозы) с последующим регулярным контролем через каждые 30 минут в течение за уровнем гликемии в течение 3 часов (то есть 180 минут) у здоровых людей, позволяющего сделать вывод о корреляции между собой полученных результатов измерения гликемии путем инвазивной и неинвазивной методик, как и в заявленном способе.

В упомянутой работе приведена оригинальная методика экспериментального исследования гликемии по маркерному соотношению изотопов углерода в выдыхаемом с воздухом диоксидом углерода (¹³С/¹²С) и по результатам экспериментов с использованием стандартного теста OGTT и изотопной масс-спектрометрии делается заключение о корреляции результатов инвазивной и неинвазивной методик (с. 1-8).

Недостатком данного технического решения является косвенное измерение метаболита СО₂ (¹³С/¹²С) со слабо учитываемой погрешностью за счет побочного источника углерода (кроме ¹³С - плазмы глюкозы) из жирных кислот (с. 6).

Из источника информации Novae B.J. et al. «Exhaled methyl nitrate as a noninvasive marker of hyperglycemic in type 1 diabetes». Proc Natl Acad Sci USA. 2007 Oct 2; 104(40): 15613-15618, Full text, найдено из PubMed PMCID: PMC1994136 известен сравнительный регрессионный анализ у здоровых людей и у пациентов с сахарным диабетом с целью оценки корреляции результатов неинвазивного и инвазивного исследований уровня гликемии с соответствующим выбором нормативных коридоров для неинвазивного исследования и возможность использования неинвазивного исследования для контроля за терапией гипергликемии у пациентов сахарным диабетом.

В документе содержится информация об экспериментальной проверке гипотезы неинвазивного контроля гипергликемии, возникающей спонтанно у детей с 1-м типом диабета, посредством измерения одного из компонентов летучих органических соединений (VOC_s) в выдыхаемом ребенком воздухе, а именно - газа метилнитрата CH₃ONO₂. По итогам обсуждения результатов экспериментов делается заключение о корреляции результатов неинвазивного и инвазивного контроля и возможности использования данного неинвазивного метода для контроля терапии гипергликемии у пациентов с сахарным диабетом (с. 1-8).

Недостаток решения - косвенные измерения метаболита-метилнитрата, который образуется спонтанно (с. 1) и не является постоянно действующим маркером глюкозы.

Источник информации Кураева Т.П. и др. «Полноценная жизнь с сахарным диабетом у детей и подростков» (книга для родителей и детей с сахарным диабетом), М., 2014 (см. стр. 16-18, стр. 21-22, стр. 27-28, стр. 46, стр. 49-53, стр. 58-59) содержит цифровые показатели критериев компенсации сахарного диабета - показатели гликемии (уровень глюкозы в капиллярной крови) натощак 5,0-8,0 ммоль/л (уровень глюкозы в капиллярной крови) после еды (постпрандиальная гликемия через 2 часа после еды) 5,0-10,0 ммоль/л. Из источника известно также, что в случае выявления гипергликемии у пациентов с сахарным диабетом следует принять меры для снижения уровня сахара в крови, то есть ввести быстродействующий сахароснижающий препарат (например, инсулин короткого действия), дозу которого изменяют в зависимости от уровня гипергликемии с последующим контролем уровня гипергликемии, что предполагает сравнение полученных результатов у конкретного пациента с нормами гликемии у здорового человека.

Недостатком данного технического решения является то, что в качестве базовых критериев используются результаты всего двух измерений глюкозы - натощак и после еды, однако, как известно, через две точки можно провести бесконечное множество кривых - это означает, что от уровня гликемии натощак до уровня гликемии через два часа после еды организм пациента может пройти через состояния гипогликемии и/или гипергликемии, спровоцированные, например, стрессовыми ситуациями.

Источник информации Балаболкин М.И. «Диабетология», М.: «Медицина», 2000 (см. стр. 541, рис. 6.1) указывает на известность регрессивного анализа уровней гликемии графическим методом.

Известна из источника информации Лукащ С.И. «Проблемы диагностики некоторых заболеваний по выдыхаемому воздуху» // « засоби, мережiта системи», 2010, №9, стр. 62-71 (см.стр. 62-68) информация о том, что с целью гликометрии конденсат выдыхаемого воздуха исследуют электрохимическим методом, в том числе для определения уровня гликемии у больных сахарным диабетом. В источнике представлена информация об изучении выдыхаемых газов человека в состоянии гипергликемии. При этом использовалось мультигазовое моделирование летучих органических соединений (VOC_s), которые «представляют собой идеальные маркеры эндогенного метаболизма и должны быть использованы в неинвазивных измерениях вариабельности глюкозы в циркулирующей плазме (крови)».

Поскольку летучие органические соединения (VOC_s) являются по определению нестабильными (неустойчивыми) коррелятами глюкозы в крови человека, фактически, косвенными идентификаторами глюкозы, так как они - суть метаболиты биохимических процессов, то и изложенные сведения не реализуют заявленного изобретения, в котором процесс «гликометрии аэрозоля/конденсата выдыхаемого воздуха» включает прямое измерение структур глюкозы.

Из источника информации Lee J et al. «Improved predictive models for plasma glucose estimation from multi-linear regression analysis of exhaled volatile organic compounds)). J Appl Phisiol (1985). 2009 Jul; 107(1):155-60, Full Text, найдено из PubMed PMCID: PMC2711799 известно исследование конденсата выдыхаемого воздуха, подготовленного для диагностирования.

Источник содержит информацию о том, что «легкие газы … образуются в организме, присутствуют в выдыхаемом воздухе в виде следов (концентрация менее 10^-6%) и являются признаками или маркерами протекающих биохимических процессов» (с. 62).

В Таблице 1 на с. 63 источника в числе других «заболеваний и сопутствующих им газов в выдохе человека указаны заболевания поджелудочной железы и сахарный диабет, маркерные газы ацетон и ацетальдегид в концентрациях 4-20 ppm».

Ацетон C₃H₆O, являясь продуктом метаболизма свободных жирных кислот, образуется при декомпенсированном сахарном диабете. «Некоторое количество ацетона выделяется из организма в неизменном виде с выдыхаемым воздухом и через кожу, создавая так называемый слабый запах «кленового сиропа», а некоторое - с мочой» (с. 65).

В диапазоне измерения 0-2-20 мг/м³ ацетон может быть измерен с помощью электрохимического или полупроводникового датчиков с абсолютной погрешностью ±0,5 мг/м³ и относительной погрешностью ±25% (Таблица 2 с. 67).

Недостатком данного решения является измерение концентрации метаболитов биохимических процессов (ацетонометрия), а не глюкозы.

Из работы Barnett А.Н. et al. «An open, randomized, parallel-group study to compare the efficacy and safety profile of inhaled human insulin (Exubera) with glibenclamide as adjunctive therapy in patients with type 2 diabetes poorly controlled on metformin)). Diabetes Care. 2006 Aug; 29(8): 1818-25, реферат, найдено 07.04.2016 из PubMed PMID:16873786 известно ингаляционное введение инсулина и метформина для лечения сахарного диабета.

В данной работе сравниваются результаты терапии диабета 2-го типа у двух групп пациентов посредством вдыхаемого человеческого инсулина (Exubera) и метфорином в таблетках.

Упомянутые препараты применялись в течение 24-х недельного эксперимента в обычной форме, по обычной схеме - для базовой терапии одних пациентов метформином и для базовой терапии других пациентов аэрозолем Exubera.

Технический уровень в области устройств для реализации предлагаемого изобретения может быть представлен следующими техническими решениями.

По данным сайта kakmed.com/15217/, 2015 г., в 2005 г. ученые Сиракузского университета (США) предприняли попытку создания лазерного глюкометра на базе метода рамановской спектрометрии. Однако готового к использованию неинвазивного глюкометра не было создано.

Информация о пилотном испытании лазерного глюкометра принстонского университета (США) была опубликована в «Biomedical Optics Expess».

Принцип действия прибора основан на том, что квантово-каскадный луч лазера средних инфракрасных частот направляется на ладонь, измеряется его поглощение и рассеяние во внутритканевой жидкости кожи, состояние которой строго коррелирует с искомым уровнем моносахаридов в крови. Пока достигнутая точность прибора невелика - 84%, но работы продолжаются с целью создания портативного лазерного генератора.

Практически единственным неинвазивным глюкометром, выпускаемым серийно в России, является портативный прибор «Омелон В-2» (omelon2@yandex.ru). фактически представляющий собой тонометр с модифицированным электронным блоком, измеряющий артериальное давление пациента на левой и правой руках с индикацией, определенного автоматически расчетным путем, уровня глюкозы в крови (заявка на изобретение №2004136942 от 21.11.2004 г. «Портативный прибор для определения концентрации глюкозы в крови» / Авт.: Эльбаев А.Д. и др.).

Известно предложение доктора Джун Ху университета г. Акрон, шат Огайо, США (2012 г.) по использованию глазных контактных линз, включающих изобретенное им вещество, для гликометрии путем индикации интенсивности покраснения линз в зависимости от уровня содержания сахара в слезной жидкости.

Имеется информация (yalo.su/zdorove/3695) о том, что GOOGL и швейцарская фармацевтическая компания NOVARTIS подали в патентное ведомство в 2012 году заявку на изобретение «глюкометрических» контактных глазных линз. Инженеры этих заявителей создали линзы, снабженные сенсорами, микрочипом и передающим устройством сверхминиатюрных размеров. Вся электроника расположена между несколькими слоями прозрачного полимерного материала, а кольцевые сенсоры контактируют со слезной жидкостью, содержащей примеси сахара. Создан алгоритм автоматического преобразования аналогового сигнала с сенсоров в цифры. В 2015 г. «линзы-глюкометры» были официально разрешены в продажу.

Известны алкотестеры и алкометры - портативные приборы для неинвазивного контроля алкоголя в крови человека (alcotester/by/meyu/info/html#content). Алкотестеры (например, китайские с электрохимическим сенсором марок Satellite; Pluto; Stopcar; MARK V) - технические устройства для качественной оценки концентрации этанола в выдыхаемом человеке воздухе или в крови человека по ВВ; имеют ненормируемую погрешность и не подлежат метрологической поверке.

Алкометры (например, компании Lion Laboratories LTD., Великобритания типа Lion Alcobiow, Lion Alcometer 500, Lion Alcometr SD-400 или российской компании Алкотектор типа Алкотектор Юпитер) - технические средства измерения концентрации алкоголя в ВВ или крови человека по ВВ; имеют номируемую погрешность и подлежат метрологической проверке. Электрохимические сенсоры позволяют производить до 100 измерений в день.

В настоящее время для получения КВВ в диагностических целях используются приборы как серийного производства (EcoScreen - Jaeger Tomies Hoechberg, Германия: Rtube- Respiratory Reseach, Inc., США), так и самодельные, например, устройство Харьковского национального медицинского университета, Украина, заявка U 201005878 от 10.05.2010. Все эти устройства работают по одному принципу: пациент совершает форсированные выдохи в емкость (сосуд, колбу, трубку), в которой водяные пары, содержащиеся в ВВ, конденсируются при охлаждении (жидким или сухим льдом или жидким азотом).

Известно устройство для сбора КВВ (RU 6661), включающее U-образную трубку-конденсатор из нержавеющей стали, титана или алюминиевого сплава, футерованную изнутри полиуретаном, загубник и холодильную камеру, помещенную в теплоизолирующий кожух из пенопласта.

Известно устройство для сбора КВВ по SU 694180, состоящее из U-ной стеклянной трубки-конденсатора диаметром 15-20 мм и высотой колена 200 мм, соединенной с загубником и помещенной в холодильную камеру при температуре от 0 до -5°С.

Известно «Устройство для сбора конденсата выдыхаемого воздуха у животных» (RU 134772), содержащее сменный полипропиленовый контейнер-накопитель КВВ, спирометр, маску дыхательную (латекс, резина) с клапанами вдоха и выдоха, холодильную камеру с охлаждающей смесью (лед с водой или лед с поваренной солью), теплоизолирующий кожух холодильной камеры.

Раскрытое в заявке US 2014144431 устройство предназначено для контроля гипергликемии у спонтанно засыпающих диабетиков в автоматическом режиме (реферат, формула). При этом устройство по заявке US 2014144431 имеет выносные элементы (поз. 10, 20, 80, 100 Фиг. 1-3).

Кроме того, блок диагностики 80, фактически, является чрескожным детектором уровня сахара крови ([0018] с. 2), что лишает противопоставленного устройства статуса прибора, использующего только неинвазивные методы контроля гипергликемии.

В источнике информации RU 2481129 С2 10.05.2013 (см. стр. 1 - реферат, стр. 33 строки 45, 50-52 - описание изобретения) «предлагается ингалятор … со множеством блистеров, при этом каждый блистер содержит прокалываемую крышку и вмещает дозу лекарственного аппарата для ингаляции пользователем, мундштук, через который доза лекарственного препарата вдыхается пользователем … так, что когда пользователь делает вдох через мундштук, через блистер создается воздушный поток для увлечения дозы, содержащейся в блистере, и ее выноса из блистера и через мундштук в дыхательные пути пользователя» (с. 1), а в качестве лекарственных препаратов могут применяться аналог гармона-инсулин (стр. 45 с. 33) и гипогликемические средства - метформин, пиоглитазон, розиглитазон и др. (стр. 50-52 с. 33).

Предложенный ингалятор реализует физический эффект «эжектирование» - всасывание во вдыхаемый поток воздуха диспергированного лекарственного препарата. При этом всас на вдохе не обеспечивает контролируемое соотношение дисперсная доза/дисперсная среда, характерное для аэрозолей.

В источниках информации (US 5743250; WO 2009/135729) представлены технические решения по дозированному инжектированию лечебного аэрозоля, также имеющие свои недостатки. Например, в отношении устройства по Патенту US 5743250 можно заметить следующее. При общности с заявленным устройством достигаемой цели известное устройство существенно конструктивно отличается наличием микропористых мембран (поз. 3 фиг. 1-4), вибрационного механизма (поз. 20-24, 28 Фиг. 4) и своей компоновкой составных частей (Фиг. 4). Также это устройство существенно ограничено в параметрах своего функционирования, например, диапазоном вибрации микропористых мембран 575-17000 кГц; диапазоном микропор 2,25-6,0 мкм; величиной вязкости, продавливаемой через мембраны жидкости - от 25 до 1000% относительно вязкости воды; рабочими интервалами давлений, температур, консистенцией жидкости (пп. 4-14 формулы).

Как видно из представленного краткого обзора устройств-аналогов, они могут быть разделены на группы по функциональному своему назначению: приборы косвенной гликометрии (по информативным признакам в виде голоса, состояния кожного покрова, дисбаланса артериального давления); приборы для сбора и подготовки к диагностике проб биообъектов; контактные глюкометры в виде глазных линз; портативные тестеры и измерители ингредиентов в ВВ/КВВ. Каждой группе устройств присущи свои недостатки, которые более отчетливо проявляются при подготовке их к серийному производству.

Поставлена задача - предложить техническое решение по компенсации гипергликемии у больных сахарным диабетом, реализуемое в устройстве, обладающем большей оперативностью, эргономичностью, комфортностью и безопасностью.

Поставленная задача решена посредством использования дыхательной активности больного путем диагностики выдыхаемого аэрозоля и коррегирующего воздействия вдыхаемым лечебным аэрозоле в следующих пунктах формулы изобретения.

1. Устройство для компенсации гипергликемии у больных сахарным диабетом, выполненное в виде портативного прибора и включающее блок диагностики выдыхаемого воздуха, выполненный с возможностью выдачи сигнала об объеме выдыхаемого воздуха и концентрации глюкозы в конденсате выдыхаемого воздуха, электронный блок, выполненный с возможностью выдачи звукового сигнала оповещения и визуальной информации, и блок дозированного инжектирования лечебного аэрозоля, при этом

блок диагностики выдыхаемого воздуха содержит последовательно соединенные загубный заборник выдыхаемого воздуха со спирометром, концентратор забранного аэрозоля, дроссель и конденсатор-детектор, содержащий сменный картридж с охлаждающей смесью или охлаждающее кольцо и измерительную электрохимическую ячейку для детектирования концентрации глюкозы в конденсате выдыхаемого воздуха,

электронный блок содержит последовательно соединенные регистратор детектируемого сигнала, запоминающее устройство, схему сравнения детектируемого и опорного сигналов, схему оценки величины корригирующего воздействия, и индикаторную панель для визуального отображения информации о содержании глюкозы в конденсате воздуха,

блок дозированного инжектирования лечебного аэрозоля содержит направляющий мундштук, аэрозольный баллончик с жидким лекарственным средством, снабженный распыляющей поршневой головкой, при этом баллончик фиксирован в посадочном гнезде в корпусе прибора и выполнен с возможностью ручной активации нажатием на распыляющую поршневую головку.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что концентратор забранного с выдыхаемым воздухом аэрозоля выполнен в виде аэроциклона.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дроссель выполнен в виде сопла Лаваля.

Методической основой технического решения являются два теоретико-практических положения - одно из области неинвазивной диагностики состояния организма человека, другое из области управления динамическими системами.

Диагностические возможности исследования ВВ/КВВ базируются на положении о том, что изменения концентрации химических веществ в ВВ/КВВ, сыворотке крови, легочной ткани, бронхоальвеолярной лаважной жидкости однонаправлены (Read А. Dweik, Anton Amann, 2008; Щербакова Н.В., Начаров П.В., Янов Ю.К., 2005).

Возможность тактической компенсации начинающейся или развивающейся гипергликемии базируется на эффективности малых управляющих воздействий на ход процесса на начальной фазе обнаруженного отклонения от расчетных или регламентированных значений параметров динамической системы.

Кратко комментируем эти положения.

Глюкоза попадает в легкие с венозной кровью, текущей по большому кругу кровообращения от желудка, двенадцатиперстной кишки, печени к сердцу и далее - по малому (легочному) кругу кровообращения. В легких артерии разветвляются на все более тонкие, подходят к легочным пузырькам-альвеолам и разветвляются на капилляры, оплетая тонкие стенки альвеолярных пузырьков. Из альвеолярного воздуха в кровь диффундирует кислород, а из венозной крови в альвеолярный воздух уходит углекислый газ и часть молекул глюкозы. При этом установлено, что количество глюкозы, испаряющейся в выдыхаемый воздух из крови, пропорционально ее концентрации в венозной крови, согласно следствию закона Генри - это обосновывает возможность использования ВВ/КВВ в качестве диагностируемого биообъекта.

В статье «Неинвазивная диагностика», размещенной на http://mllsk.narod.ru/med/neinvaz.html, сообщается об исследованиях в НИИ физико-химической медицины МЗ РФ по мониторированию глюкозы с помощью биосенсоров в поте, моче, кале, слюне, слезах, ВВ, кожном сале, волосах. В число этих исследовательских работ входит разработка прибора для неинвазивной гликометрии путем измерения глюкозы в составе пота на базе модифицированного электрода Кларка. Приведена информация об экспериментальном доказательстве наличия в КВВ глюкозы в количестве 0,01-0,03 ммоль/л, то есть на два порядка меньше, чем в крови (3,9-5,5 ммоль/л). Таким образом, факт наличия глюкозы в ВВ/КВВ установлен несмотря на то, что молекулы белков нелетучи и выведение их с ВВ труднообъяснимо.

Второе положение проиллюстрируем конкретным примером, общеизвестным из средств массовой информации. При запуске орбитальных космических аппаратов используются ракеты с мощными разгонными блоками, как правило, с третьей и второй отделяемыми ступенями. Космический аппарат - спутник Земли, выведенный на заданную орбиту с течением времени начинает отклоняться от заданной орбиты. Чтобы спутник ранее запланированного срока не сгорел в плотных слоях атмосферы или не упал на землю производят коррекцию его орбиты с помощью малых тяг штатных микрореактивных установок, мощность которых на несколько порядков меньше мощности разгонных блоков, обеспечивших вывод спутника на заданную орбиту (Левантовский В.И. Механика космического полета в элементарном изложении - М.: Наука. - 1980 [параграф 9, глава 5]).

Исходя из этих положений можно сделать заключение о том, что диагностируя неинвазивным путем микроколичества глюкозы в ВВ/КВВ у больного сахарным диабетом и обнаруживая признаки гипергликемии, целесообразно компенсировать ее уже на начальной стадии минимальными дозами быстродействующего лекарственного средства.

Заявленное техническое решение предполагает осуществление нескольких общих с традиционными инвазивными способами и неинвазивным способом по аналогу операций:

- приборное определение уровня глюкозы в крови пациента до еды (натощак) и после еды;

- сравнение определенных уровней глюкозы с коридорами общепринятых значений аналогичных уровней глюкозы в крови пациента от принятого значения уровня глюкозы у здорового человека;

- выявление, в общем случае, величины отклонения глюкозы в крови пациента от принятого значения уровня глюкозы здорового человека;

- при обнаружении отклонения значимой величины, служащего признаком гипергликемии, производится коррегирующее воздействие на организм с целью компенсации гипергликемического или гипогликемического отклонения;

- величины коррегирующего воздействия - его доза и/или его длительность пропорциональна величине отклонения.

Существенными отличиями в работе заявленного устройства, усовершенствующими известные технические решения, являются следующие операции:

- построение графика функции отклика организма здорового человека на стандартное гликемическое воздействие;

- выбор логистической кривой этого графика в качестве опорной целевой градуированной зависимости уровня глюкозы в крови больного пациента;

- проведение неинвазивной диагностической гликометрии в области первой половины логистической кривой;

- последовательное сравнение каждого показания гликометрии с соответствующим значением опорной целевой градуировочной зависимости;

- компенсация первого же обнаруженного гипергликемического отклонения минидозой быстродействующего лекарственного средства;

- оценка последующими диагностическими замерами эффективности начинающейся гипергликемии;

- проведение, при необходимости, повторной минидозовой коррекции с соответствующей проверкой эффективности воздействия;

- обеспечение совпадения диагностической логистической кривой графика функции отклика организма больного пациента с логистической кривой графика опорной целевой градуировочной зависимости.

На поясняющих чертежах проиллюстрируем некоторые отличительные признаки заявленного изобретения.

Фиг. 1 наглядно демонстрирует второе базовое положение, лежащее в основании заявленного решения, взятое из основ кибернетики в области управления динамическими системами, здесь обозначено: 1 - заданная траектория движения или заданный ход процесса из точки А в точку Б (линия АБ); 2 - кривая АВ, отклоняющаяся от заданного условия функционирования системы; Д1 - минимальная величина отклонения кривой АВ на начальном участке; Д2 - значительная величина отклонения кривой АВ на конечном участке от линии АБ. Очевидно, что чем раньше будет достоверно обнаружено отклонение кривой АВ от линии АБ, тем меньшими усилиями можно будет скорректировать отклонение.

На Фиг. 2А представлен типичный график функции отклика организма здорового человека на гликемическое воздействие - кривая 3, видно, что на начальном участке функция имеет пологонаклонный отрезок, далее кривая в точке перегиба на участке развития процесса роста уровня глюкозы в крови переходит в крутонаклонный отрезок и затем достигает максимального значения функции отклика.

На Фиг. 2Б представлена стандартизованная часть кривой 3 в виде S-образного участка или логистической кривой в принятой в математике терминологии. Стандартизация получения логистической кривой 4 необходима для ее использования в качестве опорной целевой градуировочной зависимости в процессе диагностической гликометрии больного пациента.

Составными частями стандартизации логической кривой 4 являются следующие выполняемые условия:

- обеспечение стандартного гликемического воздействия во время еды, эквивалентное, например, приему 75 мг глюкозы;

- обеспечение стандартной процедуры регулярных, с интервалом 10-15 мин, измерений уровня глюкозы в крови инвазивным глюкометром (7-8 замеров в течение 1-1,5 часов);

- обеспечение нахождения кривой 4 в пределах стандартного коридора принятых значений уровней глюкозы в крови натощак (5,0-7,0 ммоль/л) и после еды (8,0-10,0 ммоль/л).

В математике логистическая кривая 4 описывается уравнением Ферхюльста, которое используют при изучении большого числа процессов, характеризующихся медленным развитием в начальной фазе, лавинообразным развитием в средней фазе и замедленным приближением к максимуму в завершающей фазе (к такому процессу относится, например, рост популяций растений и животных).

На Фиг. 3 показан различный ход логистических кривых здорового человека - 4 и больного - 5. Аналогично рисунку на Фиг. 1 видно, что коррегировать уровень глюкозы в крови больного целесообразнее на начальном участке (д1<<д2), поскольку компенсацию скорости роста уровня глюкозы в крови можно осуществить посредством приема минимальной дозы лекарственного средства.

На Фиг. 4 проиллюстрировано принципиальное отличие порядка работы заявленного устройства от традиционного инвазивного и от неинвазивного способа по аналогу-прототипу, заключающееся в том, что в известных решениях компенсацию гиперглкемии осуществляют постфактум (через 2 часа после еды) по величине абсолютного значения уровня глюкозы в крови в условиях уже развившейся гипергликемии (Д2) большими дозами лекарственного средства, а в заявленном способе компенсируют малое отклонение Д1 минимальной дозой лекарственного средства. В результате этого малого, но своевременного воздействия изменяется скорость роста уровня глюкозы в крови больного пациента, что соответствует сближению левых половин логистических кривых 5→4:tgα₂→tgα₁ и tgβ₂→tgβ₁. При этом на завершающей фазе логистическая кривая 5 не выходит за пределы верхнего уровня (10 ммоль/л) коридора принятых значений, то есть осуществлена компенсация гипергликемии.

Поскольку описанный выше порядок работы предполагает выполне