Самарский портал "Технологии, компьютеры"

18 ноября 2017 года компания Medtronic провела в Самаре социальную акцию, посвящённую Всемирному дню борьбы с диабетом. Пожалуй, диабет нагляднее всех других болезней показывает, насколько с одной стороны совершенен наш организм, а с другой – насколько он хрупок. С третьей же стороны – возможности современных технологий.

К тому, чтобы наладить работу организма, наука даже не подступалась, при этом в деле замены естественной системы выработки инсулина на искусственную успехи просто потрясающие.

Но для начала немного мрачной статистики, о которой рассказала главный детский эндокринолог г. Самары и Самарской области, к.м.н. Евгения Геннадьевна Михайлова.

Ожидается, что к 2030 году от диабета будут страдать 10% населения планеты. К этому есть предпосылки: за последние 5 лет распространённость диабета 1 типа выросла у детей почти на 16%, у подростков на 26% и у взрослых на 17%.

Считается, что пионером в изучении диабета стал римский врачеватель Аретеус Каппадокийский, живший в 1 веке до нашей эры. Ничего определённого, кроме частого мочеиспускания, он не обнаружил (да и было ли это всегда следствием именно этой болезни), однако название diabetes (прохожу сквозь, протекаю) дал именно он. Более точное наблюдение впервые встречается в арабских рукописях того же времени: если моча больного диабетом оказывалась возле скопления муравьёв, то насекомые начинали ей интересоваться. В 1679 году (оцените темпы развития медицины) Томас Уиллис первым определил, что моча диабетика имеет сладковатый привкус, и с тех пор на протяжении нескольких веков врачи пользовались исключительно таким неаппетитным способом анализа мочи на сахар. Лично у меня такие люди вызывают уважение по причине преданности профессии. Сам я долгое время работал исследователем гидросистем и был пропитан маслом – но какое же это счастье, когда получаешь результат. Собственно, именно Томас Уиллис по-настоящему и открыл диабет, поскольку все прежние рассуждения таковыми и являлись, в отличие от подлинно научных знаний. В 1869 году Пауль Лангерганс обнаружил в поджелудочной железе островковую (инсулярную) ткань, которую впоследствии назвали «островки Лангерганса» и которая ответственна за выработку гормона инсулина, оказывающего влияние на обмен практически во всех тканях, но главным образом в проникновение глюкозы из межклеточной жидкости во внутреннюю среду клетки и стимуляции переработки глюкозы в гликоген.

В 1889 году Джозеф Меринг и Оскар Минковский, проводя опыты на собаках (слабонервным лучше не читать), экспериментально доказали, что поджелудочная железа отвечает за углеводный обмен, однако это оказалось не совсем точным. За обмен отвечала не вся железа, а исключительно уже упомянутые островки Лангерганса, которые выделяли инсулин не по протоку в желудок, а непосредственно в кровь. Это открытие сделал в 1900 году российский учёный Леонид Соболев, который предположил, что экстракт из островков Лангерганса поможет в лечение сахарного диабета. Однако выделить инсулин канадцам Фредерику Бантингу (именно день рождения Бантинга 14 ноября и стал Всемирным днём борьбы с сахарным диабетом) и Чарльзу Бесту, работавшим в лаборатории Джона Маклеода, удалось только в 1921 году, а уже в 1922 году (сравните темпы развития с теми, что были ранее) Бертрам Коллип получил инсулин, пригодный для введения людям. Известна дата первой инъекции и имя первого пациента: 11 января 1922 года инсулин был введён 14-летнему Леонарду Томпсону. Это не только высокопрофессиональное, но и весьма смелое решение.

Интересно, что ещё до первого успешного лечения инсулином, в 1921 году американская компания Eli Lilly при участии Университета Торонто, где работали эти исследователи, начала разработку методики промышленного производства этого препарата, и в 1923 году первой начала его изготавливать, а с 1930 года, благодаря финансированию Джона. Д. Рокфеллера, это производство стало массовым, что позволило снизить его себе себестоимость, и цена упала на 90%. Это показывает, насколько эффективно свободное предпринимательство во всех областях человеческой деятельности, в том числе и в медицине.

Элиот Проктор Джослин одним из первых задумался об оптимизации дозировок и в 1924 году предложил схему введения инсулина с обратной связью. По его методике инъекции следовало делать перед каждым приёмом пищи, предварительно измеряя уровень сахара в моче и в соответствии с ним корректируя дозу. Эта идея и на сегодняшний день остаётся единственной, только мочу для повышения точности и лучшего отслеживания динамики заменили кровью.

С этого же времени стал формироваться своего рода всемирный клуб вынужденных пользователей внешнего инсулина, поскольку единственной моделью поддержания жизни и здоровья становилось квалифицированное самообслуживание. И проблема здесь не только и не столько в стоимости обслуживания профессионалами: диабетики сами хотят вести нормальный и свободный образ жизни, минимально зависящий от медиков. Описываемое мероприятие, проходившее в Самаре – это как раз местное «заседание» такого клуба, где его члены делились собственными приёмами: как сделать своё пребывание на этом свете не тягостным существованием, а полноценной жизнью. Для достижения результата необходима согласованная и активная работа всех трёх участников процесса: самих диабетиков, врачей и производителей.

Мне, как инженеру, наиболее интересны и понятны как раз технологии, обеспечивающие жизнедеятельность диабетиков, а в качестве журналиста я смогу лучше всего рассказать именно о них.

В 1955 году Фредерик Сенгер (единственный в истории учёный, получивший две Нобелевские премии по химии) определяет формулу инсулина, что даёт предпосылки к получению искусственного препарата.

В начале 70-х появляется определение гликированного гемоглобина, вместе с этим начинают использоваться первые глюкометры. 1974 год считается годом начала самоконтроля по крови в домашних условиях, таким образом у диабетиков появилась возможность самим определять дозировку и делать себе «правильные» инъекции инсулина. Следует отметить, что патент на одноразовый шприц был получен Артуром Смитом в США в 1950 году, а в 1954 они стали массово производиться «Becton, Dickinson and Company». Поначалу одноразовые шприцы были стекленными, однако уже в 1956 году новозеландский фармацевт Колин Мёрдок запатентовал знакомый нам пластиковый шприц. Поэтому к самостоятельным инъекциям инсулина диабетиками мировая медицинская промышленность была готова. Единственное, что оставалось сделать – это специальные миниатюрные шприцы с малым диаметром цилиндра (поршня) объёмом 1 мл и градуировкой как в миллилитрах, так и в инсулиновых единицах (ЕД), что не представляло никаких сложностей. В СССР же одноразовые шприцы появились только спустя почти полвека после начала их массового выпуска, в конце Перестройки, когда стали открываться границы и зарождаться предпринимательство.

В 1978 появляется инсулиновая помпа. Помпа имеет автономное питание от аккумулятора, её размеры примерно с пачку сигарет (да простят меня медики за такое сравнение), а задача – впрыскивать инсулин под кожу по мере необходимости. В помпу устанавливается сменный резервуар для инсулина, а от помпы инсулин по катетеру через канюлю подается в подкожно-жировую клетчатку. Таким образом, уже 40 лет существует система дозированной подачи инсулина, однако остаётся вопрос самой дозировки: когда и по сколько впрыскивать. И здесь, как и во всех остальных отраслях, прогресс шёл в области информационных технологий. Помпы стали программируемые, программы подачи инсулина становились всё более сложными, а их интерфейс для пользователя, напротив, становился всё проще. Однако в обратной связи всё равно присутствовал диабетик: он должен был сам сделать забор крови, произвести измерение содержания сахара в ней и ввести обработанный результат измерения на вход помпы. Кроме того, диабетику надо самому оценить, чего и сколько он собирается съесть в ближайшее время, сделать какие-то поправки и добавить эти данные к текущему уровню сахара. Разумеется, как я уже упоминал, помпы становятся всё мозговитее и доброжелательнее к пользователю, однако без наличия собственной обратной связи, ручной ввод данных отменить не получится.

И вот наконец в 2017 году оно свершилось, круг замкнулся и компания Medtronic реализовала обратную связь чисто машинным путём, без участия человека. Выглядит это так.

Миниатюрный сенсор глюкозы Enlite имплантируется под кожу и автоматически каждые пять минут  измеряет содержание глюкозы в межклеточной жидкости - производит непрерывный мониторинг уровня глюкозы. Отмечу, что бесконтактные глюкометры, за идею которых авторы получили в 2011 году премию инноваций Сколково, так и остались обыкновенной маниловщиной, призванной доказать очередные преимущества советского российского строя.

Сенсор Enlite комплектуется специальным пластырем, позволяющим ему надёжно удерживаться на коже и не вызывающим раздражения. к сенсору присоединяется  трансмиттер, который по беспроводному интерфейсу Bleutooth передаёт данные управляющему блоку помпы.

Дальнейшее очевидно и понятно любому грамотному пользователю. В специальном облаке создаётся учётная запись пользователя, куда пользователь может выгружать данные о работе системы. Клиентская часть реализована с помощью двух веб-интерфейсов: CareLink Personal для «простых пользователей» и CareLink Pro для медицинских работников. Наверное, в эту же базу просятся данные о событиях в жизни диабетика, которые можно было бы наложить на графики объективных данных: экзамены, заставляющие понервничать, смена рациона на отдыхе или в командировке, физические нагрузки и прочее. Анализ этих данных, проводимый программой, врачом и «пользователем» позволят как скорректировать поведение диабетика, так и оптимизировать работу инсулиновой системы. Привычные нам по другим устройствам обновления могли бы приходить и сюда, однако сам диабетик не обладает правами администратора, и пока обновления прошивки имеет право делать только специально обученный персонал.

Следует отметить, что это первая в истории медицины система, которая самостоятельно, а не по назначению врача или по воле пациента производит введение препарата в организм больного, определяя время и дозу. Полагаю, что компании Medtronic как производителю медицинского оборудования было непросто решиться на такой шаг и принять на себя всю ответственность. И хотя с одной стороны такое решение было предопределёно всем развитием технологий (медицинских, информационных и прочих, участвующих в создании готового продукта), с другой стороны это шаг в новую эру медицины. Ведь инсулин не исключение, действие любого препарата неплохо бы контролировать в реальном времени и автоматически корректировать дозировку с учётом этого контроля.

Чего можно ожидать в будущем?

Как инженер, я понимаю, почему органы выделения инсулина, «островки Лангерганса» находятся именно в поджелудочной железе. Когда одни её компоненты начинают выделять вещества, участвующие в переваривании пищи, они сообщают об этом другим, выделяющим инсулин: «Эй, ребята, сейчас попрёт сахар, готовьтесь его принять». И те, как хороший стрелок, целят не в саму движущуюся мишень, а впереди неё, чтобы пуля, когда долетит, встретилась с мишенью. То есть начинают выделять инсулин не тогда, когда уровень сахара уже повысился, а с некоторым упреждением. А рядом эти компоненты расположены, чтобы не строить длинных коммуникаций, чтобы не кричать друг другу издалека, а только шепнуть: «Ребята, пора». Отсюда следующим шагом развития технологий борьбы с диабетом может быть установка сенсоров для измерения пищеварительной активности, которые бы позволили инсулиновой помпе действовать с упреждением, как это происходит у органов человека. Как именно – не берусь судить. Скажу только одно: Михаил Рыбаков, в свою бытность главой пресс-службы Intel и ранее работавший врачом, поведал мне как он вводил трубки Пито непосредственно в сердце, чтобы предельно точно диагностировать его работу. Поэтому я не удивлюсь, если получится внедрить сенсор непосредственно в поджелудочную железу, откуда он в течение нескольких лет будет сигнализировать помпе. А пока удовлетворимся совершенствованием программного обеспечения – здесь тоже существуют немалые возможности роста.

В 1947 году по инициативе Эллиота Джослина была учреждена специальная медаль «Victory». Она вручалась людям, прожившим с диабетом 25 лет, в знак признания их достижений в борьбе с болезнью. В 1970 году выдачу этой медали прекратили и учредили новую: за 50 лет жизни с диабетом. Конечно, жизнь с диабетом никогдаь не станет столь же комфортной, как без него, но как же много сделано для того, чтобы она всё же стала жизнью, а не ежедневным подвигом!

Благодарю представителей компании Medtronic Галину Пересыпкину и Ивана Владимирова за предоставленную возможность ознакомиться с высокими технологиями в медицине.