Система поддержки уровня глюкозы в крови человека, страница 8

где n - параметр, определяющий исчезновение инсулина; g– концентрация глюкозы; h – базальный уровень глюкозы; g – мера реакции поджелудочной железы на глюкозу; i(0) = i₀ – начальная концентрация инсулина.

Существуют математические модели, описывающие не всю систему саморегуляции уровня глюкозы в крови в целом, а только инсулярную функцию поджелудочной железы.

Несмотря на определенные успехи и достижения в работе по созданию математических моделей системы ауторегуляции уровня глюкозы в крови или динамики секреции инсулина поджелудочной железой, возможно в силу недостаточности знаний физиологических процессов, протекающих в ней, до сих пор не удалось построить достаточно эффективную физиологически обоснованную модель.

Разработанные к настоящему времени насосы-дозаторы инсулина, не решают полностью проблему полной компенсации сахарного диабета, что обусловлено отсутствием датчиков, контролирующих уровень глюкозы в крови в непрерывном режиме, наличие которых позволило бы осуществлять терапию по текущей концентрации глюкозы. Отсутствие обратной связи по глюкозе в дозаторах, не имеющих датчика глюкозы, в значительной степени можно компенсировать индивидуальным суточным профилем.

Компенсация сахарного диабета у пациента означает длительную многосуточную нормализацию уровня глюкозы в его крови. Для решения этой задачи нужно знать суточный гликемический профиль больного при его обычном режиме питания до коррекции и его соответствующую нормальную гликемическую кривую, к которой следует приближаться при инсулинотерапии. Ввиду отсутствия сведений о нормальной гликемической кривой уже заболевшего пациента, ее моделируют на основе справочных средних клинических данных, режима питания больного и минимальной математической модели динамики глюкозы в крови человека. При этом, из осторожности, базальный уровень глюкозы в крови берут не средним, а равным верхней границе нормы.

Структура терапевтической системы, в которой обобщен опыт применения существующих терапевтических систем и возможностей компьютерной техники приведен на рис. 3.1. Система осуществляет постоянную внутривенную инфузию инсулина и растворов солей (калия и натрия), на основе полученных исходных данных. Подсистема модельных расчетов и подсистема контроля текущих параметров позволяет изменять ход терапевтической процедуры в зависимости от состояния пациента.

Подсистема получения исходных данных предназначена для анализа содержания глюкозы и регистрации ЭКГ. На основе полученных данных в подсистеме модельных расчетов проводится индивидуализация математической модели динамики уровня глюкозы в крови таким образом, чтобы она воспроизводила патологическую гликемическую кривую пациента. Затем с помощью математической модели секреции инсулина подбирается индивидуальный режим инъекций инсулина, который максимально скорректирует патологическую кривую уровня глюкозы.

Анализ ЭКГ позволяет анализировать содержание ионов калия, коррекция концентрации которого позволяет корректировать параметры водно-солевого обмена и быстрее вывести пациента из кризисного состояния. При моделировании учитываются индивидуальные особенности пациента (антропометрия, пол, возраст, тяжесть заболевания). Результаты моделирования оптимального режима инъекций передаются в подсистему управления дозатором. Введение инсулина и растворов солей осуществляется внутривенно, что позволяет имитировать обменные процессы организма.

Рис. 3.1 – Структурная схема системы автоматизированной терапии сахарного диабета

Глюкоза является веществом, концентрация которого трудно поддается прямому измерению. Поэтому чаще используются косвенные измерения, когда измеряют либо продукты реакции с участием глюкозы, либо потребляемый в ходе реакции кислород. Для этих целей используют электрохимические преобразователи. В системах длительного поддержания уровня глюкозы и тяжелых формах сахарного диабета измерения необходимо проводить с интервалами не более двух часов. В этом случае применяют безкровные методы контроля. В настоящее время известно несколько методов безкровного измерения уровня глюкозы в крови человека. К ним относятся, ультразвуковые методы, метод лазерного гетеродинирования, определения концентрации сахара по смыву с пальца пациента. Наибольшие перспективы имеет метод контроля концентрации сахара по углу вращения плоскости поляризации оптического излучения прошедшего через глазное яблоко пациента. Схема реализации метода показана на рис. 3.2. В качестве источника используется лазер с коллимирующими линзами. Луч света ,проходя через переднюю камеру глаза, поступает на анализатор. Вращение плоскости поляризации света в передней камере, обусловленное наличием глюкозы и возможными помехами.