Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Продолжительное время в области клинической медицины единственными доступными средствами диагностики сахарного диабета являлись различные инвазивные методы, такие как лабораторные [1] и лапароскопические методы [2] и т. д. Инвазивные методы всегда связаны с проникновением через естественные внешние барьеры организма (кожа, слизистые оболочки). Однако в связи с непосредственным вмешательством в организм, применение таких методов диагностики может привести к осложнениям.
Диабет – это общее название группы хронических эндокринных заболеваний. Все недуги этой группы имеют общий симптом – полиурию (повышенное образование мочи). Но только сахарный диабет связан с повышением концентрации глюкозы в крови [3].
Более распространенным является сахарный диабет — эндокринное заболевание, вызванное нарушением метаболических процессов в организме. Его главный симптом — гипергликемия (высокий сахар в крови), обусловленная инсулиновой недостаточностью, но существу3ют и другие виды [4].
Все эти болезни сопровождаются большой потерей жидкости и, как следствие, нарушением минерального обмена. Несахарные виды не несут угрозы жизни при условии, если больной своевременно и в достаточном объеме утоляет жажду.
Сахарный диабет — это одна из самых острых проблем мирового здравоохранения. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), от него страдают около 500 млн человек во всем мире [5].
Главную роль в развитии патологии играет инсулин — белково-пептидный гормон поджелудочной железы. Он отвечает за поддержание нормального уровня глюкозы в крови, обеспечивая ее поступление в клетки тканей для их питания.
При сахарном диабете происходит сбой обменных процессов. В зависимости от типа заболевания, либо поджелудочная железа не вырабатывает достаточно инсулина, либо организм теряет восприимчивость к нему. В результате глюкоза не достигает клеток, а накапливается в крови. Ткани испытывают энергетическое голодание.
Спектроскопия ‒ раздел физики, занимающийся изучением качественного и количественного состава электромагнитного излучения, поглощенного, испущенного, рассеянного или отраженного веществом.
Применение методов лазерной спектроскопии выходит за рамки чисто аналитических, они используются в физической оптике, лазерном разделении изотопов и лазерной химии, при создании оптических стандартов частоты и т. д. [6].
Одним из перспективных источников излучения в лазерной спектроскопии является квантово-каскадный лазер (ККЛ). Современные ККЛ обеспечивают формирование излучения в широком диапазоне спектра с достаточно высокой плотностью излучения за время около 0,1 с. [7]. Применение ККЛ в качестве источников излучения в лазерной ИК-спектроскопии позволяет дистанционно обнаруживать и идентифицировать незначительные количества вещества в воздушной среде и на поверхности.
Разработанная в рамках научной работы методика подразумевает применение квантово-каскадного лазера и многопроходовой газовой кюветы для анализа выдыхаемого человеком воздуха на наличие молекул ацетона в выдыхаемом человеком воздухе. Это обусловлено необходимостью широкополосности источника [6] и большой длиной оптического пути, который достигается путем множественных переотражений в кювете.
Наибольшее значение числа переотражений позволяет получить схему Эрриота с астигматическими зеркалами, показанную на рис. 1. Однако подобные кюветы разработаны для коллимированного лазерного излучения [8], что делает применение глобаров невозможным.
Разработанная экспериментальная установка состоит из двух основных модулей: модуля анализа излучения и модуля пробоподготовки и подачи пробы [9]. Установка предназначена для анализа, как чистых веществ, так и газовых смесей в диапазоне длин волн 5,3...12,8 мкм с минимальными обнаружимыми концентрациями на уровне долей ppm.
Для анализа выдыхаемого человеком воздуха тедларовый пакет с про бой присоединялся с помощью быстроразъемного соединения к системе. Далее осушенная проба попадала в кювету, где и происходила запись ИК-спектра.
На рис. 3, а представлено сравнение двух спектров выдыхаемого воз духа одного человека, снятые в один день, но в разное время суток. Корреляция между спектрами в таком случае получается порядка 0,95.
При рассмотрении спектров выдыхаемого воздуха различных людей (рис. 3, б) можно заметить определенные различия. Благодаря которым можно говорить о наличии в исследуемом образце молекул биомаркеров в концентрации, свидетельствующей об отклонении от нормы.
Корреляция спектров выдыхаемого воздуха двух разных людей равна 0,79. Такой результат объясняется тем, что у разных людей в большей или меньшей степени проявляются определенные биомаркеры, значения у которых могут варьироваться даже у здоровых людей.
Интереснее всего рассматривать спектр выдыхаемого воздуха человека с установленной патологией. На рис. 4 показ спектр выдыхаемого человеком воздуха с установленным диагнозом сахарный диабет. В красной окружности расположена характерная линия ацетона, являющегося биомаркером диабета.
Небольшая глубина характерной линии свидетельствует о малой концентрации ацетона в пробе, что соответствует наличию заболевания. Корреляция спектра, представленного на рис. 4 в области характерной линии ацетона, с базовым спектром из открытой базы NIST составляет 0,77. Данное значение позволяет судить о наличие в такой пробе молекул биомаркеров сахарного диабета.
Проведено исследование причин возникновения сахарного диабета сахарного диабета, а также различных методов анализа выдыхаемого человеком воздуха для возможности диагностики сахарного диабета, и разработана методика регистрации и анализа спектров выдыхаемого воздуха на наличие молекул ацетона. Был проведен анализ полученных ИК-спектров, в результате которого было установлено, что применение ИК-спектроскопии для анализа выдыхаемого человеком воздуха с целью ранней диагностики сахарного диабета первого типа возможно и является перспективным направлением.
