Портативные системы самоконтроля и лабораторный анализ концентрации глюкозы в крови. Сравнительное исследование.

             Концентрация глюкозы в крови изменяется при заболевании поджелудочной железы, щитовидной железы, гипофиза, надпочечников, почек, печени, кишечника, при травматическом, токсическом раздражении Ц.Н.С. и целом ряде других патологических состояний.  Ежегодно в мире увеличивается число больных сахарным диабетом. Все это подчеркивает необходимость получения быстрых и надежных сведений о содержании глюкозы в крови, помогающих клиницисту поставить диагноз и осуществлять наблюдение за успешностью лечения.

             Прогресс медицинских технологий привел к созданию портативных Систем Контроля Содержания Глюкозы (СКСГ, глюкометров), которые начали использоваться не только больными диабетом для домашнего самоконтроля уровня глюкозы, но и в офисах врачей общей практики, поликлиниках, отделениях эндокринологии лечебных учреждений. В связи с этим остро встал вопрос об истинности и сопоставимости данных, получаемых с помощью СКСГ и референтных лабораторных методов исследования глюкозы, о спектре задач,  для решения которых могут быть привлечены портативные СКСГ.

             Референтным лабораторным методом считается гексокиназный (Glucose – НК). Он требует дорогостоящих реактивов, ферментов и коферментов и может быть выполнен в ограниченном числе лабораторий, как и глюкозодегидрогеназный метод (Glucose – GDH). Наиболее распространенным в мире по экономическим соображениям является аналитически надежный глюкозооксидазный метод (Glucose – GOD).

             Это подтверждается и нашими данными, полученными при определении концентрации глюкозы в одних и тех же образцах сывороток, контрольных материалах с помощью гексокиназного метода (реактивы корпорации La Roche, автоматический анализатор Cobas MIRA, La Roche) и глюкозооксидазного метода (реактивы корпорации La Roche, а  также Vital Diagnostics).

          Cуществуют специальные лабораторные фотометрические анализаторы типа ESAT (Россия), Biosen (Германия) для определения глюкозы глюкозооксидазным методом по конечной точке. Они позволяют работать как с сывороткой, так и с цельной кровью. Появились приборы, реализующие кинетический принцип регистрации скорости глюкозооксидазной реакции. Результаты определения концентрации глюкозы, полученные таким методом, не зависят от наличия в пробе интерферирующих веществ.

          Стационарные лабораторные приборы, работа которых основана на электрохимическом (амперометрическом) принципе измерения: Stat Profile (США), Эксан Г (Литва), EcoTwenty (Германия), Super GL Ambulance (Германия) и др., имеют мембрану с иммобилизованной глюкозооксидазой. Измерительная ячейка прибора с одной стороны ограничена ферментной мембраной, с другой – платиновым электродом. Проба цельной крови разводится в специальном буфере и подается в проточную измерительную ячейку. В ходе глюкозооксидазной реакции образуется перекись водорода, которая диффундирует через мембрану и легко окисляется под действием платины, отдавая электроны. Электрический ток пропорционален числу молекул перекиси водорода, образующихся в результате преобразования такого же количества молекул глюкозы, то есть пропорционален концентрации глюкозы в пробе. Последняя вычисляется с помощью аналогоцифрового преобразователя.

          «Сухие» реагентные зоны тест-полосок, предназначенные для работы глюкометров, также содержат глюкозооксидазу. Одни из них дополнительно имеют пероксидазу и реализуют глюкозооксидазно-пероксидазную реакцию, в ходе которой в зоне реакции накапливается окрашенный продукт. Количество хромогенного продукта пропорционально концентрации глюкозы. Глюкометры в этом случае выполняют роль портативных отражательных фотометров.

           При работе с ранними моделями приборов приходилось через некоторое время удалять капельку крови с реагентной зоны, чтобы не мешать работе фотометра: Reflolux (Германия), Глюкохром (Россия), Accu-Chek Active (Германия). Большинство современных моделей предлагает более удобную, не требующую этой операции работу со специально сконструированными тест-полосками, имеющими особый слой, который выполняет роль фильтра, задерживающего клетки крови, губки-резервуара, собирающего необходимое количество жидкости, и гладкой поверхности, помогающей отражать свет: One Touch (Basic, Profile, Ultra; США, корпорация Life Scan), Glucotrend (Германия, Roche) и другие [2].

Результат, получаемый с помощью таких тест-систем, зависит от  чистоты, количества и активности ферментов, соотношения глюкозооксидазы / пероксидазы, концентрации реагентов, способа первоначальной калибровки, т.е. неизбежно варьирует в зависимости от фирмы-производителя.

Наряду с данным подходом развивается и совершенствуется направление создания «электронных» тест-полосок, базирующееся на использовании электрохимического метода. Это модели  Smart Scan ( фирма Life Scan), Glucocard II (Arkray), Elite и Esprit (Bayer), Accu-Chek Advantage (Roche), Precision QID, XTRA (Medi Sense) и др.

Такая тест-полоска имеет микроячейку, содержащую комплекс реагентов и измерительные электроды. Амперометрический метод измерения концентрации глюкозы несколько модифицирован. Окисление глюкозы при участии глюкозооксидазы сопровождается восстановлением ферроцианида калия, который при контакте с электродом окисляется, отдавая электрон. В пределах диапазона измерения прибора зависимость электрического тока от концентрации глюкозы имеет линейный характер и характеризуется калибровочным фактором. Фактор в свою очередь зависит от конструкции измерительной ячейки, концентрации реагентов, активности фермента.

Фирмы-производители постоянно вносят технические усовершенствования, позволяющие уменьшать объем пробы и сокращать время анализа с 4 мкл, 45 секунд (One Touch Basic, Accu- Chek Advantage) до 1 мкл, 5 секунд (One Touch Ultra, Accu- Chek Active). Многим приборам для этого требуется 2 – 3 мкл и 15 – 30 секунд: Sure Step, Fast Take ( Life Scan), Glucocard II (Arkray), Elite, Esprit (Bayer), Sof Tact (Medi Sense). Упрощается техника нанесения крови на полоску. Первые модели требовали нанесения капли точно в центр реагентной зоны, не допуская касания полоски пальцем. Современные аналоги допускают прикосновение даже к одной из сторон полоски, т.к. благодаря встроенным микрокапиллярам кровь быстро и равномерно попадает в зону тестирования (Glucocard II, Glucotrend, Accu-Chek Complete, Elite, Esprit  и др.). Разработаны приборы, совмещенные с ланцетом, в которых игла сама набирает кровь и передает на тест-полоску (At Last, Chek Mate Plus; США), а также глюкометр, совмещенный со шприцем (In Duo, США).

Одни производители идут по пути максимального упрощения работы с прибором для пользователя, уменьшения его габаритов, массы (Glucocard II, Япония) или удешевления (Reli ON, США). Другие усовершенствуют программное обеспечение, позволяя высчитывать среднюю за сутки, неделю, месяц, строить графики, соединять глюкометр при необходимости с персональным компьютером (фирмы Roche, Bayer и др.). Третьи дополняют определение глюкозы созданием тест-полосок на кетоны (для прибора Precision XTRA), холестерин (для Accutrend GC).

Прибор Sens Lab 1A (Германия), позволяющий определить глюкозу, лактат и этанол, снабжен тремя видами амперометрических ферментных биосенсоров, которые могут промываться и неоднократно использоваться. Появились другие устройства нового типа. Например, Thera Sense Free Style и Tracker (США), позволяющие определить концентрацию глюкозы всего в 0,3 мкл крови, неинвазивный глюкометр Gluco Watch Biographer (Cygnus Inc., США), который пока еще дорог и требует замены сенсора каждые 12 часов.

Разработка портативных систем контроля содержания глюкозы чрезвычайно важна. При этом, естественным желанием эндокринологов и врачей-лаборантов является приобретение информации о сопоставимости результатов, получаемых с помощью какой-либо портативной СКСГ (глюкометра) и более привычного эталонного лабораторного метода. В связи с этим учеными разных стран были проведены исследования, результаты которых отличались не только из-за использования разных моделей глюкометров, но и наборов реактивов, измерительных устройств и технологии проведения эталонного глюкозооксидазного метода. Известно, что величины содержания глюкозы в цельной крови составляют  приблизительно 90% от ее уровня в сыворотке (плазме). Поэтому результаты, полученные в клинико-диагностической лаборатории с помощью эталонного метода в сыворотке крови, необходимо было предварительно уменьшать в 1,12 раз и только потом сравнивать с данными, полученными с помощью глюкометра в капиллярной крови того же пациента. (В настоящее время в приборе Smart Scan предусмотрен подобный пересчет).

             Несмотря на учет этого фактора, отклонение данных, предоставляемых СКСГ, от лабораторного значения составило от 2% до 30%, причем, отмечалась устойчивая тенденция в получении более низких цифр концентрации глюкозы на тест-полосках [2].       Более логичной представляется попытка сравнения результатов, полученных с помощью глюкометра, с данными лабораторных эталонных методов, в которых используется цельная кровь (анализаторы глюкозы для цельной крови типа  Stat Profile, Yellow  Springs Instruments (YSI,  США),  ESAT (Германия).

             В рамках Европейской клинической программы по системам мониторинга глюкозы крови учеными Франции, Италии, Германии, Нидерландов были выполнены исследования по сравнению данных, представляемых СКСГ One Touch   и эталонным лабораторным методом определения глюкозы на анализаторе  YSI. Они объединены в European Clinical Compendium [3]. Сводные данные, выраженные в виде линейной регрессии результатов, показывают хорошую корреляцию с эталонным методом.

              Подобную хорошую корреляцию результатов демонстрирует эталонный лабораторный гексокиназный метод определения глюкозы (с цельной кровью) и СКСГ Glucotrend последнего выпуска  фирмы Roche - Behringer.

             Это вполне понятно. Оба прибора (One Touch и Glucotrend) показывают прекрасную корреляционную зависимость с тем методом, по которому его калибровали (соответственно: глюкозооксидазным и гексокиназным), хотя абсолютные цифры содержания глюкозы в одном и том же образце отличаются.

             Нами была проведена  сравнительная оценка результатов измерений содержания глюкозы глюкозооксидазным методом с помощью анализатора Stat Profile (США) и таких глюкометров как: One Touch Basic (фирмы Life Scan, США), Glucotrend  (Roche Behringer) и Глюкохром (Россия). Исследование капиллярной (или венозной) цельной крови пациентов производилось одномоментно. Полученные результаты распределились следующим образом: все глюкометры представили цифры, которые показывали меньшую концентрацию глюкозы по сравнению с данными анализатора Stat Profile: Glucotrend –на 12%, One Touch – на 15%, Глюкохром – на 25%. В качестве примера приведены конкретные данные для 3 различных по характеру исследованных образцов (табл. 1).

                                                                                                                                                         Таблица 1.

Значения концентрации глюкозы (ммоль/л),

 полученные с помощью анализатора Stat Profile

и различных глюкометров.

                Данные Start Profile были приняты за референтные в силу возможности  работы с цельной кровью, а не с сывороткой, которая используется при обычном фотометрическом анализе. Напомним, в этом приборе в ходе глюкозооксидазной реакции применяется амперометрический вариант измерения, а указанные глюкометры работают как отражательные фотометры. Это может служить источником некоторых разночтений, но определенно пополняет пеструю  и разноречивую картину сведений, касающихся сравнения результатов анализа уровня глюкозы в одном и том же материале, полученных на разных   моделях глюкометров в разных лабораториях [1].

                Вторая проблема  -  сопоставимость результатов между СКСГ разных фирм  -  неоднократно возникала при анализе контрольного материала в ходе проведения международного межлабораторного контроля качества исследований, обсуждалась в литературе [5]. Такая известная международная система контроля  качества  как  Labguality неоднократно  проводила широкомасштабные исследования, в которых принимали участие лаборатории многих стран, применявшие около двух десятков различных глюкометров: Elite, One Touch , Accutrend, Hemo Cue, Reflolux,Glucotrend, Medi Sense  и т.д. Наши данные, полученные с помощью глюкометров One Touch и Glucotrend,  всегда прекрасно укладывались в допустимый диапазон межприборной вариации внутри каждой группы, обобщающей результаты для приборов одной  и той же модели, но различались между собой в абсолютных цифрах. Подобная закономерность характерна и для других видов глюкометров.

                Различия результатов могут объясняться неодинаковостью принципов работы СКСГ, их калибровок, различной чувствительностью тест-полосок к  матриксным эффектам контрольного материала и т.д.

                В настоящее время национальный комитет по клиническим лабораторным стандартам Дании считает, что допустимым отклонением является предел в  ± 20%.   Американская ассоциация диабетологов, учитывая прогресс в технологиях портативных систем,  полагает, что максимальным должно считаться отклонение в ± 15 % для существующих  глюкометров и в ± 10%   -  для систем будущего поколения.     Таким   образом,  девиация в ± 10%     от     референтного значения считается хорошей, в 10-20 % - приемлемой и неприемлемой, если она выходит за пределы 20 %[5].

                В последнее десятилетие в целом ряде западных стран, в которых широко распространены офисы врача общей практики, оснащенные СКСГ, неизменно вставали два вопроса. Можно ли опираться на цифры содержания глюкозы в крови пациента, полученные с помощью СКСГ, для постановки первичного диагноза сахарный диабет?  Можно ли корректировать лечение больного после постановки диагноза только с помощью СКСГ?  Из ответов на эти вопросы неизбежно должен был следовать вывод о характере использования эталонных лабораторных методов определения глюкозы.

                Для нашей страны эти вопросы были не так остры, так как относительно небольшое число СКСГ сосредоточены, в основном, в руках людей, страдающих сахарным диабетом. Применение этих систем в поликлинических условиях, офисах семейного врача, стационарах ограничено и дублируется, как правило, лабораторными исследованиями. Тем не менее, и врачи-эндокринологи, и врачи общей практики, и врачи-лаборанты должны быть вооружены ответами на эти насущные, жизненно важные вопросы.

                В 1998 году специалисты рабочей группы по сахарному диабету Всемирной Организации Здравоохранения разработали и приняли новые параметры, позволяющие отнести пациента к той или иной группе по риску заболевания диабетом [4]. 

                Нормальным считается содержание глюкозы, взятой натощак, до 5,6 ммоль/л. В случае получения результата, превышающего 6,0 ммоль/л, делается предположение, что пациент может быть болен. После повторной проверки этого значения должна быть применена определенная схема обследования. Полноценное обследование на наличие диабета следует предпринять и для пациента, имеющего уровень содержания глюкозы между 5,6 – 6,0 ммоль/л. Рабочая группа ВОЗ относит его к новой категории, которая в англоязычной литературе обозначается аббревиатурой IFG (Impaired Fasting Glucose – «вредящая концентрация глюкозы при состоянии натощак»).

                Если разность в 0,4 ммоль/л диагностически значима, то возможность точного улавливания этой разницы должна быть обеспечена техническими характеристиками прибора. Значение ± 2S должны быть менее 0,4 ммоль/л.  Максимальное отклонение от эталонного результата, например,  6,0 ммоль/л, не должно превышать 6,5%  (0,4  ммоль/л от 6,0 ммоль/л). Этого не могут обеспечить существующие СКСГ с достаточной аналитической надежностью.

                Для постановки первичного диагноза сахарный диабет должны  быть произведены лабораторные исследования.

                Проблема своевременной диагностики гипогликемии при лечении сахарного диабета является чрезвычайно важной. По данным рабочей группы ВОЗ необходимо точно улавливать разницу в снижении концентрации глюкозы на 1 ммоль/л. Критическое различие между двумя определяемыми результатами, то есть та наименьшая разница между ними, которая позволяет заключить, что эти результаты действительно отличаются,  рассчитываются как:                            CV % * 2,77 (р < 0,05)

Поскольку большинство СКСГ имеют при значениях  4,0 – 5,0  ммоль/л  CV%  приблизительно равным 10%, то они могут дать достоверные различия только, когда разность между значащими цифрами двух показаний превышает  10% * 2,77 = 27,7 %  или 1,4 ммоль/л, а не 1,0 ммоль/л.

             Таким образом,  проводить коррекцию терапии больного диабетом, опираясь только на данные самоконтроля или применения СКСГ в офисе врача общей практики нельзя. Необходимы периодические лабораторные исследования.

К настоящему времени специалистами Американской Ассоциации диабетологов, Национальных Ассоциаций ряда других стран, а также специалистами Ассоциаций по клинической лабораторной диагностике, включая Россию, сформировано следующее мнение: портативные глюкометры с тест-полосками могут применяться для установления факта гипергликемии, тяжелой гипогликемии, а также для мониторинга содержания глюкозы в крови пациентов с установленным диагнозом диабет. Для первичной диагностики, отслеживания степени гипогликемических  состояний и коррекции терапии должны применяться зарекомендовавшие себя эталонные лабораторные методы.

             Эти выводы дают также возможность объяснить пациенту, почему врач-диабетолог периодически направляет больного для исследования в лабораторию, подчеркивая, что полностью доверяет данным самоконтроля.

             Вместе с тем необходимо подчеркнуть важность появления и более широкого распространения таких технических средств медицинского назначения как СКСГ среди больных, страдающих сахарным диабетом. Пациенты, владеющие СКСГ, более активно вовлечены в лечебный процесс, ежедневно могут контролировать его результаты, смелее расширяют пределы ограничений в образе жизни и, следовательно, повышают ее качество.

Литература:

1.               Астахов Ю.С.,  Благосклонная Я.В., Панов А.В. и др. Поздние осложнения сахарного диабета 2-го типа. – СПб – 1999.

2.             Эмануэль Ю.В., Карягина И.Ю. Лабораторные технологии диагностики и мониторинга сахарного диабета. // Клинич. лаб. диагн. – 2002.- №5.- С.25-32.

  3.                European Clinical Compendium. – Paris. – 1998.

4.                Kallner A.  //Scand. J. Clin. Lab. Invest. – 1998. – Vol.58,  № 228. – P.98-104.

5.                Stahl  M., Brandslund               I., Iversen S., Filtenborg  J. //Clin. Chem. – 1997. – Vol..43,  № 10.

            –  P. 1926 –31.