中红外光谱无创伤检测血糖新方法

关键词:红外光谱，血糖，糖尿病
糖尿病是一种常见的代谢内分泌疾病，是由于人体内缺乏胰岛素或其受体异常所致，以高血糖为主要特征，为一种世界范围内的流行疾病。近年来其发病呈显著上升趋势，目前*约有10%的成年人身患此病．在我国，糖尿病患者约有四千万人。血糖的测量对于临床诊断和糖尿病人血糖的控制很重要。常规的方法是静脉取血测量血糖，该方法会给病人带来一定的痛苦，同时增加了感染机会。因此，迫切需要发展一种简便、灵敏、准确和无创伤的血糖测量方法。近年来，采用近红外光谱方法测量血糖已有报道，此法的灵敏度较低，测量准确度不高。本课题组在多年采用振动光谱开展生物医学研究工作的基础上，开展了利用中红外光纤或者衰减全反射法无创伤检测血糖的研究。结果表明，与葡萄糖相关的特征吸收峰的相对强度可以反映人体血糖的变化，因此该方法可作为人体血糖变化的间接检测指标。本文报道了采用带有衰减全反射附件的国产红外光谱仪进行血糖测定的研究结果。
1 仪器与测试方法
光谱测试采用北京第二光学仪器厂生产的带有ZnSe窗片的ATR附件的WQF-200傅里叶变换红外光谱仪．将糖尿病人和健康者的手指放在ZnSe晶片上紧密接触，然后进行光谱扫描．光谱的分辨率为4/cm，每次检测扫描32次．光谱测试表明，左右手指的红外光谱基本相同，为测试方便，选择中指进行测量，并与美国强生公司生产的稳捷型血糖仪所测的血糖值进行对比．实验者为年龄在20～30岁之间的12名健康男性和15名健康女性以及年龄在50～75岁之间的26名糖尿病人．测试时，测试者的手指用中性肥皂洗干净，用流动的自来水淋洗1min。10min后进行光谱测定．以1170/m谱带为基准，测量1120，1080和1030/cm附近谱带的相对强度。
2 结果和讨论
2．1 血糖变化的测量 健康者中指的红外光谱，与健康者相比，糖尿病人在1150～1000/cm区间内的1120/cm附近谱带的相对强度差别明显。前期研究结果表明，1120，1080和1030/cm附近谱带相对强度的变化可以表征人体血糖的浓度。健康者和糖尿病人餐后手指光谱中位于1120/cm附近谱带强度的变化情况．该谱带在餐前强度较低，餐后随时间的增加，强度增大。对于健康者，餐后大约1h后，该峰强度达到zui高值，并于2 h后回复到正常值。但是糖尿病人的情况表现出明显差别，餐前和餐后该峰的强度均高于健康者，达到zui高值的时间推迟到大约餐后2h。以上吸收峰强度的变化与采用血糖计测量的血糖值变化趋势相同。实验结果表明，采用衰减全反射（ATR）红外光谱方法可以实时监控血糖的变化。
2．2 中红外光谱测定血糖的研究 测定了健康者和糖尿病人餐后不同时间的光谱变化。图一组洗手后不同时间收集的光谱，以洗手结束的时间为起始，测量至35min．从图可以看出，随着时间的增加，光谱发生明显变化，表明皮肤表面不断有分泌物出现。以1170/cm附近谱带为基准，1120，1080和1030/cm附近谱带的相对强度均随洗手后时间的增加而增大，30min后这3个谱带的相对强度增长变慢。1120/cm叫的相对强度增加幅度大于1080和1030/cm，表明1120/cm谱带对葡萄糖的检测灵敏度较高，因此在实验中选择该谱带作为测试标准。由于在前30min内，1120/cm谱带强度与洗手后时间呈线性关系，因此选择洗手后10min进行测试。与葡萄糖相关的1120，1080和1030/cm附近谱带强度的变化表明，人体手指皮肤的分泌物中存在含有与葡萄糖成分相关的物质，而且分泌物是持续出现的，这是采用ATR方法测量血糖的实验依据。洗手后立即测量仍可观察到1120/cm谱带，这是由于人体内的葡萄糖不仅存在于血液中，而且也存在于细胞外基质中。洗手后立即测试，测量的主要是皮肤中含有的葡萄糖成分的物质；洗手后10min，红外光谱检测的内来自皮肤内和皮肤分泌物中含有葡萄糖成分相关的物质。两者的加和使该方法表现出更高灵敏度。
在健康者和糖尿病人洗手后立即测量和洗手后10min测量所得光谱中，1120/cm谱带的相对强度与相应血糖值呈线性关系，表明皮肤分泌物和人体皮肤内的含有葡萄糖成分的物质的含量均与人体血液中葡萄糖的浓度呈线性关系，因而均可表征人体血糖浓度。但是，洗手10min后测得的直线斜率大于洗手后立即进行测量的结果，这是因为所检测的是皮肤分泌物与人体皮肤内的含有葡萄糖成分的物质，而洗手后立即进行测量，此时皮肤几乎没有分泌物，光谱检测的只是皮肤里的含有葡萄糖成分的物质，因此前者的灵敏度高于后者。该方法的依据正是由于来自皮肤中和皮肤分泌物中的葡萄糖成分与血糖值均存在正相关关系．
利用强生血糖仪考察了糖尿病人餐前和餐后血糖随时间变化情况，以测量指血来测定血糖浓度，与红外光谱的测定结果进行了对照实验。两种方法测得的血糖变化趋势相同，其中1120/cm谱带的相对强度与血糖值呈良好的线性关系（R>97%）。表明用衰减全反射红外光谱法表征血糖是可行的。这一无损检测血糖的方法有希望发展成为一种实时监控人体血糖变化的方法。
参考文献
[1] Burmeister J．J．，Arnold M．A．．Clin．Chem．[J]，199