中紅外光譜無創(chuàng)傷檢測血糖新方法

關(guān)鍵詞:紅外光譜，血糖，糖尿病
糖尿病是一種常見的代謝內(nèi)分泌疾病，是由于人體內(nèi)缺乏胰島素或其受體異常所致，以高血糖為主要特征，為一種世界范圍內(nèi)的流行疾病。近年來其發(fā)病呈顯著上升趨勢，目前*約有10%的成年人身患此?。谖覈悄虿』颊呒s有四千萬人。血糖的測量對于臨床診斷和糖尿病人血糖的控制很重要。常規(guī)的方法是靜脈取血測量血糖，該方法會給病人帶來一定的痛苦，同時增加了感染機會。因此，迫切需要發(fā)展一種簡便、靈敏、準(zhǔn)確和無創(chuàng)傷的血糖測量方法。近年來，采用近紅外光譜方法測量血糖已有報道，此法的靈敏度較低，測量準(zhǔn)確度不高。本課題組在多年采用振動光譜開展生物醫(yī)學(xué)研究工作的基礎(chǔ)上，開展了利用中紅外光纖或者衰減全反射法無創(chuàng)傷檢測血糖的研究。結(jié)果表明，與葡萄糖相關(guān)的特征吸收峰的相對強度可以反映人體血糖的變化，因此該方法可作為人體血糖變化的間接檢測指標(biāo)。本文報道了采用帶有衰減全反射附件的國產(chǎn)紅外光譜儀進(jìn)行血糖測定的研究結(jié)果。
1 儀器與測試方法
光譜測試采用北京第二光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的帶有ZnSe窗片的ATR附件的WQF-200傅里葉變換紅外光譜儀．將糖尿病人和健康者的手指放在ZnSe晶片上緊密接觸，然后進(jìn)行光譜掃描．光譜的分辨率為4/cm，每次檢測掃描32次．光譜測試表明，左右手指的紅外光譜基本相同，為測試方便，選擇中指進(jìn)行測量，并與美國強生公司生產(chǎn)的穩(wěn)捷型血糖儀所測的血糖值進(jìn)行對比．實驗者為年齡在20～30歲之間的12名健康男性和15名健康女性以及年齡在50～75歲之間的26名糖尿病人．測試時，測試者的手指用中性肥皂洗干凈，用流動的自來水淋洗1min。10min后進(jìn)行光譜測定．以1170/m譜帶為基準(zhǔn)，測量1120，1080和1030/cm附近譜帶的相對強度。
2 結(jié)果和討論
2．1 血糖變化的測量 健康者中指的紅外光譜，與健康者相比，糖尿病人在1150～1000/cm區(qū)間內(nèi)的1120/cm附近譜帶的相對強度差別明顯。前期研究結(jié)果表明，1120，1080和1030/cm附近譜帶相對強度的變化可以表征人體血糖的濃度。健康者和糖尿病人餐后手指光譜中位于1120/cm附近譜帶強度的變化情況．該譜帶在餐前強度較低，餐后隨時間的增加，強度增大。對于健康者，餐后大約1h后，該峰強度達(dá)到zui高值，并于2 h后回復(fù)到正常值。但是糖尿病人的情況表現(xiàn)出明顯差別，餐前和餐后該峰的強度均高于健康者，達(dá)到zui高值的時間推遲到大約餐后2h。以上吸收峰強度的變化與采用血糖計測量的血糖值變化趨勢相同。實驗結(jié)果表明，采用衰減全反射（ATR）紅外光譜方法可以實時監(jiān)控血糖的變化。
2．2 中紅外光譜測定血糖的研究 測定了健康者和糖尿病人餐后不同時間的光譜變化。圖一組洗手后不同時間收集的光譜，以洗手結(jié)束的時間為起始，測量至35min．從圖可以看出，隨著時間的增加，光譜發(fā)生明顯變化，表明皮膚表面不斷有分泌物出現(xiàn)。以1170/cm附近譜帶為基準(zhǔn)，1120，1080和1030/cm附近譜帶的相對強度均隨洗手后時間的增加而增大，30min后這3個譜帶的相對強度增長變慢。1120/cm叫的相對強度增加幅度大于1080和1030/cm，表明1120/cm譜帶對葡萄糖的檢測靈敏度較高，因此在實驗中選擇該譜帶作為測試標(biāo)準(zhǔn)。由于在前30min內(nèi)，1120/cm譜帶強度與洗手后時間呈線性關(guān)系，因此選擇洗手后10min進(jìn)行測試。與葡萄糖相關(guān)的1120，1080和1030/cm附近譜帶強度的變化表明，人體手指皮膚的分泌物中存在含有與葡萄糖成分相關(guān)的物質(zhì)，而且分泌物是持續(xù)出現(xiàn)的，這是采用ATR方法測量血糖的實驗依據(jù)。洗手后立即測量仍可觀察到1120/cm譜帶，這是由于人體內(nèi)的葡萄糖不僅存在于血液中，而且也存在于細(xì)胞外基質(zhì)中。洗手后立即測試，測量的主要是皮膚中含有的葡萄糖成分的物質(zhì)；洗手后10min，紅外光譜檢測的內(nèi)來自皮膚內(nèi)和皮膚分泌物中含有葡萄糖成分相關(guān)的物質(zhì)。兩者的加和使該方法表現(xiàn)出更高靈敏度。
在健康者和糖尿病人洗手后立即測量和洗手后10min測量所得光譜中，1120/cm譜帶的相對強度與相應(yīng)血糖值呈線性關(guān)系，表明皮膚分泌物和人體皮膚內(nèi)的含有葡萄糖成分的物質(zhì)的含量均與人體血液中葡萄糖的濃度呈線性關(guān)系，因而均可表征人體血糖濃度。但是，洗手10min后測得的直線斜率大于洗手后立即進(jìn)行測量的結(jié)果，這是因為所檢測的是皮膚分泌物與人體皮膚內(nèi)的含有葡萄糖成分的物質(zhì)，而洗手后立即進(jìn)行測量，此時皮膚幾乎沒有分泌物，光譜檢測的只是皮膚里的含有葡萄糖成分的物質(zhì)，因此前者的靈敏度高于后者。該方法的依據(jù)正是由于來自皮膚中和皮膚分泌物中的葡萄糖成分與血糖值均存在正相關(guān)關(guān)系．
利用強生血糖儀考察了糖尿病人餐前和餐后血糖隨時間變化情況，以測量指血來測定血糖濃度，與紅外光譜的測定結(jié)果進(jìn)行了對照實驗。兩種方法測得的血糖變化趨勢相同，其中1120/cm譜帶的相對強度與血糖值呈良好的線性關(guān)系（R>97%）。表明用衰減全反射紅外光譜法表征血糖是可行的。這一無損檢測血糖的方法有希望發(fā)展成為一種實時監(jiān)控人體血糖變化的方法。
參考文獻(xiàn)
[1] Burmeister J．J．，Arnold M．A．．Clin．Chem．[J]，199