3 Lời mở đầu Có thể nói một trong những bệnh không lây phổ biến nhất trên toàn cầu là các bệnh về đường huyết Theo thống kê vào năm 2015, trên toàn thế giới có 415 triệu người lớn (độ tuổi 20 79) mắc.
Tổng quan về đường huyết
Giới thiệu về đường huyết
Đường huyết hay nồng độ đường trong máu là lượng đường (glucose) hiện diện trong máu của một người hay động vật
Đường là nguồn năng lượng chính cho cơ thể, đặc biệt quan trọng cho hệ thần kinh và não bộ Nó được vận chuyển từ ruột hoặc gan đến các tế bào qua máu, và được hấp thụ nhờ hormone insulin, hormone hạ đường huyết do tuyến tụy sản xuất.
Chỉ số đường huyết (GI) là thước đo nồng độ glucose trong máu, thường được biểu thị bằng mmol/l hoặc mg/dl Nồng độ glucose này có thể thay đổi liên tục trong suốt ngày, đặc biệt là do chế độ ăn uống và sinh hoạt hàng ngày Lượng đường trong máu luôn có mặt, nhưng nếu tăng hoặc giảm quá mức so với bình thường, điều này có thể là dấu hiệu cảnh báo về sức khỏe, dẫn đến các bệnh như tiểu đường và nhiều biến chứng nguy hiểm khác.
Các trạng thái đường huyết của con người
Mức đường huyết thường thấp nhất vào buổi sáng trước bữa ăn đầu tiên trong ngày và tăng lên sau bữa ăn trong vòng một hoặc hai giờ Khi lượng đường trong máu vượt ra ngoài phạm vi bình thường, điều này có thể là dấu hiệu của một bệnh Mức đường huyết cao liên tục được gọi là tăng đường huyết, trong khi mức thấp được gọi là hạ đường huyết.
Hình 1-2 Sự biến động của đường huyết (màu đỏ) và insulin (màu xanh) ở cơ thể người trong cả một ngày với 3 bữa ăn
Chỉ số đường huyết an toàn đối với người bình thường như sau:
- Chỉ số đường huyết đo lúc bất kỳ : < 140 mg/dL (7,8 mmol/l)
Chỉ số đường huyết lúc đói bình thường nằm trong khoảng 70 mg/dL (3,9 mmol/L) đến 100 mg/dL (5,6 mmol/L) Để có kết quả chính xác, chỉ số này được đo vào buổi sáng sau khi nhịn ăn ít nhất 8 giờ, khi cơ thể chưa tiếp nhận bất kỳ loại thực phẩm hay đồ uống nào.
- Chỉ số đường huyết sau bữa ăn của người bình thường khỏe mạnh là dưới 140mg/dL (7,8 mmol/L), được đo trong vòng 1 – 2 giờ sau ăn
- HbA1C (Hemoglobin A1C - chỉ số phản ánh lượng đường trung bình trong máu) dưới 48 mmol/mol (6,5%) là bình thường
1.2.2 Đường huyết tăng Đường huyết tăng là hiện tượng có quá nhiều đường trong máu, phản ánh sự dư thừa đường tại các mô của cơ thể Insulin không được bài tiết đủ để giải quyết lượng đường trong máu sẽ dẫn tới tình trạng đường huyết tăng Nếu tình trạng này kéo dài thì sẽ dẫn tới mắc bệnh tiểu đường, và nguy hiểm hơn có thể gây tổn thương tim, mắc các bệnh về tim, tổn thương mắt ( đường huyết tăng cao khiến hệ thống mao mạch ở mắt tổn thương gây mờ mắt, mù lòa) Ngoài ra, đường huyết cao còn gây nhiễm trùng trên nhiều bộ phận trên cơ thể, vết thương khó lành do suy giảm miễn dịch
Hình 1-4 Biểu hiện của đường huyết tăng Ở người mới mắc tiểu đường (tiền tiểu đường):
- Chỉ số đường huyết đo lúc đói ≥ 7 mmol/l tương đương từ 126 mg/dl trở lên
- Chỉ số đường huyết đo 2 giờ sau khi ăn ≥ 10 mmol/l tương đương từ 180 mg/dl trở lên
10 Ở người bị tiểu đường lâu năm hoặc có biến chứng tim mạch, suy thận:
- Chỉ số đường huyết đo lúc đói ≥ 8,5 mmol/l tương đương từ 153 mg/dl trở lên
- Chỉ số đường huyết đo 2 giờ sau khi ăn là 10 mmol/l tương đương 180 mg/dl
Hạ đường huyết là tình trạng đường huyết trong máu giảm xuống dưới mức bình thường, cụ thể là dưới 3,9 mmol/l (70 mg/dl) Khi nồng độ đường trong máu quá thấp, cơ thể sẽ thiếu năng lượng, dẫn đến các triệu chứng như mệt mỏi, chóng mặt và thậm chí có thể gây đột quỵ.
Hình 1-5 Biểu hiện của hạ đường huyết
1.2.4 Các biện pháp duy trì chỉ số đường huyết Để duy trì mức độ đường huyết ổn định lành mạnh cần có chế độ ăn uống khoa học, tập thể dục và duy trì một lối sống khỏe mạnh
Một số cách để giúp đường huyết ổn định hơn:
Bổ sung thực phẩm màu xanh và đỏ tươi như nho, dâu và quả mọng chứa anthocyanins giúp kiểm soát lượng đường huyết hiệu quả hơn.
- Theo dõi đường huyết thường xuyên và đều đặn
Để kiểm soát đường huyết hiệu quả, bệnh nhân cần uống thuốc hạ đường huyết hoặc tiêm insulin theo đúng hướng dẫn của bác sĩ Việc tuân thủ đơn thuốc và lộ trình điều trị là rất quan trọng để tránh các tác dụng phụ không mong muốn Không nên tự ý thay đổi liều lượng thuốc hoặc thêm thuốc mới mà không có sự đồng ý của bác sĩ.
Để duy trì sức khỏe tốt, cần thực hiện chế độ ăn hợp lý và cân đối với các thành phần dinh dưỡng hàng ngày, bao gồm glucid chiếm 50-60%, protid 15-20% và lipid 20-30% tổng số calo Đặc biệt, không nên bỏ qua bữa sáng, vì ăn sáng giúp cung cấp năng lượng cho cơ thể hoạt động hiệu quả trong suốt cả ngày.
Để duy trì lượng đường huyết ổn định suốt cả ngày, bạn nên kết hợp một cách lành mạnh giữa protein, tinh bột và chất béo, cùng với các loại trái cây hoặc hạt.
Để duy trì sức khỏe, bạn nên tập thể dục thường xuyên ít nhất 30 phút mỗi ngày, 5 ngày mỗi tuần Trước khi bắt đầu, hãy kiểm tra đường huyết, huyết áp và tình trạng tim mạch Việc đổ mồ hôi trong quá trình tập luyện giúp cơ thể giảm nguy cơ mắc bệnh tiểu đường Ngoài ra, duy trì chế độ tập luyện lâu dài sẽ làm tăng độ nhạy của các tế bào với insulin.
Uống sữa hàng ngày có thể giảm nguy cơ kháng insulin lên tới 20% Các sản phẩm từ sữa chứa protein và enzyme giúp làm chậm quá trình chuyển hóa đường từ thực phẩm thành đường trong máu, góp phần đáng kể vào việc giảm thiểu nguy cơ kháng insulin.
Hình 1-6 Các thực phẩm phù hợp cho người tiểu đường
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐƯỜNG HUYẾT
Phương pháp Hóa học
Dựa vào tính khử của đường (glucose) để xác định nồng độ
Nguyên tắc: Dùng hợp chất đường để khử ion đồng trong hợp chất alkaline copper tartrate
Hình 2-1: Phương trình khử ion đồng
Tuy nhiên phương pháp này đã quá cũ và ở thời điểm hiện tại phương pháp này ít được sử dụng.
Công nghệ enzym
Công nghệ enzym với độ đặc hiệu cao và thời gian phản ứng nhanh mang lại hiệu quả cao trong việc định lượng glucose máu Hiện nay, ba loại enzym phổ biến được sử dụng bao gồm hexokinase, glucose oxydase và glucose dehydrogenase Sau khi phản ứng xảy ra, chúng ta áp dụng phương pháp đo màu và phương pháp đo điện cực để xác định các thông số và đưa ra kết quả chính xác.
Phương pháp sử dụng hexokinase đang trở thành lựa chọn phổ biến trên các hệ thống máy tự động hiện nay Đây là phương pháp có độ chính xác cao nhất, nhờ vào việc sử dụng enzyme hexokinase, giúp xác định glucose một cách đặc hiệu mà không bị ảnh hưởng bởi các carbohydrate khác.
Phương pháp trải qua 2 gian đoạn theo sơ đồ sau:
Glucose + ATP -> Glucose-6-Phosphate + ADP G6PD
Glucose-6-Phosphate + NADP+ -> 6-Phosphogluconate + NADPH + 𝐻 +
- Giai đoạn 1: Hexokinase sẽ xúc tác phản ứng phosphoryl hóa glucose tạo Glucose-6-Phosphate
Trong giai đoạn 2, enzyme G6PD xúc tác phản ứng oxy hóa Glucose-6-Phosphate để sản xuất NADPH Mật độ quang của NADPH tăng lên tương ứng với nồng độ Glucose và được đo ở bước sóng 340 nm.
Hexokinase xúc tác phản ứng phosphoryl hóa fructose và mannose, nhưng nồng độ của các loại đường này trong máu rất thấp, không đủ để gây ảnh hưởng đến phản ứng.
Huyết thanh vỡ hồng cầu có thể ảnh hưởng đến phương pháp xét nghiệm do sự hiện diện của các enzym G6PD và 6-phosphogluconate dehydrogenase, cả hai đều sử dụng NADP+ làm cơ chất Để giảm thiểu ảnh hưởng này, hiện nay người ta sử dụng G6PD từ vi khuẩn thay vì từ nấm, vì G6PD vi khuẩn sử dụng NAD+ thay thế Ngoài ra, một số hóa chất hiện nay còn sử dụng chất chỉ thị như phenazin methosulphate (PMS) hoặc Iodonitrotetrazolium (INT) để tạo ra sản phẩm màu đo được ở bước sóng 520nm, giúp tăng độ đặc hiệu của phương pháp Mặc dù có độ chính xác cao và ít bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khác, nhưng nhược điểm lớn là chi phí hóa chất vẫn còn cao.
Sử dụng Glucose dehydrogenase (GDH): Đây là phương pháp được sử dụng nhiều trên các máy đo đường huyết cá nhân Phương pháp chỉ xảy ra qua 1 phản ứng:
GDH β-D-Glucose + NAD + -> D-Glucono-∆-lactone + NADH + H +
NADH được đo ở bước sóng 340 nm thông qua phương pháp động học hoặc điểm cuối Để tăng độ chính xác của kết quả, người ta thêm enzyme mutarotase nhằm chuyển đổi α-Glucose thành β-Glucose.
Men GDH có thể phản ứng với các loại đường như maltose, galactose và xylose, điều này có thể dẫn đến kết quả giả nếu bệnh nhân sử dụng những đường này trong điều trị Để giảm thiểu sai số, hiện nay người ta sử dụng loại GDH được phân lập từ chủng vi khuẩn Bacillus cereus, vốn rất đặc hiệu với glucose, mang lại kết quả chính xác hơn và tương đương với phương pháp Hexokinase.
Phương pháp sử dụng Glucose oxydase là một kỹ thuật phổ biến trong các máy hóa sinh bán tự động và một số máy hóa sinh tự động Phương pháp này kết hợp enzyme glucose oxydase và Peroxydase, giúp xác định nồng độ glucose trong mẫu thử một cách chính xác và hiệu quả.
GOD (glucose oxydase) Glucose + H2O -> Acid gluconic + H2O2
Phương pháp xác định nồng độ glucose trải qua hai bước chính Đầu tiên, enzyme glucose oxidase sẽ oxy hóa glucose trong mẫu để tạo ra H2O2 Do glucose oxidase có độ đặc hiệu cao với β-glucose, nên để xử lý α-glucose có trong huyết thanh, người ta thường thêm mutarotase để chuyển đổi α-glucose thành β-glucose Nồng độ H2O2 tạo ra tỷ lệ thuận với nồng độ glucose trong mẫu Tiếp theo, H2O2 sẽ phản ứng với Phenol và 4-amino-antipyrin để tạo ra Quinoneimine, một hợp chất có màu hồng cánh sen, với độ đậm màu tỷ lệ thuận với nồng độ glucose Cuối cùng, Quinoneimine được đo ở bước sóng 540nm để xác định nồng độ glucose chính xác.
Có nhiều phương pháp để đo lượng H2O2 được tạo ra mà không cần trải qua giai đoạn thứ hai, chẳng hạn như sử dụng máy đo đường huyết cầm tay hoặc máy khí máu.
Tại sao ở đây lại sử dụng Phenol và 4 amino-Antipyrin? Mục đích của phản ứng để chuyển:
Chất màu dạng khử + H2O2 -> Chất màu dạng Oxy hóa + H2O
Tuy nhiên, trong huyết thanh có nhiều chất khử như acid uric, vitamin C và bilirubin, những chất này có thể ức chế phản ứng bằng cách cạnh tranh với các chất màu như phenol, dẫn đến kết quả thấp giả tạo Do đó, cần bổ sung các yếu tố khác để cải thiện độ chính xác của phản ứng.
4 amino-Antipyrin để loại bỏ nhiễu bởi acid uric, creatinin hoặc hemoglobin
Ngoài ra cũng cần lưu ý nếu phản ứng bị nhiễm catalase do catalase phân hủy H2O2
- Ưu điểm của phương pháp này là thời gian nhanh và giá thành thấp.
- Nhược điểm là còn nhiều yếu tố ảnh hưởng tác động đến phản ứng và thường làm giảm nồng độ glucose so với thực tế.
Dung dịch cần đo được cho vào cuvet, sau đó ánh sáng trắng từ nguồn sáng đi qua bộ lọc để đạt được bước sóng phù hợp Bộ phát hiện quang sẽ thu nhận cường độ ánh sáng đi qua cuvet và chuyển đổi thành tín hiệu điện Từ tín hiệu điện này, máy sẽ tính toán và hiển thị kết quả đo.
Hình 2-2: Sơ đồ nguyên lý của phương pháp quang màu
Tuy nhiên, việc đo trực tiếp các chất trong dung dịch là không khả thi do tính trong suốt của chúng Ngược lại, các dung dịch xét nghiệm có thể cung cấp thông tin cần thiết cho việc phân tích.
15 rất nhiều các chất khác nhau nên càng khó khăn trong việc đo đạc và tính toán
Để nghiên cứu các chất trong dung dịch xét nghiệm, phương pháp đánh dấu màu được sử dụng Qua việc tận dụng tính chất hóa học của các chất cần nghiên cứu, chúng sẽ phản ứng với một hoặc nhiều chất khác để tạo ra sản phẩm hấp thụ ánh sáng tại bước sóng tối ưu Mức độ hấp thụ ánh sáng này tỷ lệ thuận với nồng độ của chất trong dung dịch, từ đó cho phép tính toán và thu được các thông số cần thiết một cách dễ dàng.
Hình 2-3 Phản ứng tạo màu của đường (glucose)
Rq là dung dịch đỏ, được đo ở bước sóng 492 đến 550nm, tốt nhất là ở 500nm
2.2.2 Phương pháp đo điện cực
Trong phương pháp này, que thử điện hóa được thiết kế với một ống mao dẫn để hút dung dịch từ một đầu Bên trong que thử còn có một điện cực enzym chứa thuốc thử Glucose Oxidase.
Tìm hiểu về máy đo đường huyết
Lịch sử ra đời và phát triển máy đo đường huyết
Máy đo đường huyết là thiết bị y tế quan trọng giúp xác định nồng độ đường trong máu Thiết bị này cung cấp thông số cần thiết cho người dùng, hỗ trợ bệnh nhân tiểu đường trong việc kiểm soát lượng đường huyết và điều chỉnh chế độ sinh hoạt một cách hợp lý.
Từ năm 1980, mục tiêu chính trong việc kiểm soát bệnh tiểu đường loại 1 và loại 2 là duy trì mức đường huyết gần với mức bình thường nhất có thể.
Leland Clark đã giới thiệu điện cực oxy, được gọi là điện cực Clark, vào ngày 15 tháng 4 năm 1956, tại cuộc họp của Hiệp hội các Cơ quan Nhân tạo Hoa Kỳ Đến năm 1962, ông cùng Ann Lyons từ Bệnh viện Trẻ em Trung Quốc đã phát triển điện cực enzyme glucose đầu tiên.
Cảm biến sinh học này sử dụng một lớp mỏng enzyme glucose oxyase (GOx) trên điện cực oxy, cho phép đo lượng oxy tiêu thụ trong phản ứng enzyme với glucose Nhờ vào nghiên cứu này, ông được coi là cha đẻ của cảm biến sinh học, đặc biệt là trong việc phát triển cảm biến glucose cho bệnh nhân tiểu đường.
Máy đo đường huyết đầu tiên, Máy đo phản xạ Ames của Anton H Clemens, đã được sử dụng trong các bệnh viện Mỹ vào những năm 1970 Thiết bị này cho phép người dùng biết mức đường huyết chỉ sau khoảng một phút Đến năm 1981, các mẫu máy đầu tiên đã được bán ra thị trường.
Hình 3-1 Nguyên mẫu máy đo phản xạ Ames
Trong những năm tiếp theo, các nhà nghiên cứu và công ty lớn trên thế giới đã không ngừng nghiên cứu và phát triển các mẫu máy mới Những thiết bị này không chỉ đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường mà còn cải tiến về công nghệ và hiệu suất.
20 hệ đầu tiên dựa trên phản ứng so màu vẫn được sử dụng trong que thử đường tiểu ngày nay Bộ xét nghiệm chứa glucose oxyase và dẫn xuất benzidine, được oxy hóa thành polymer màu xanh nhờ hydro peroxide trong phản ứng oxy hóa Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là dải thử nghiệm cần phát triển trong một khoảng thời gian chính xác và máy đo phải được hiệu chuẩn thường xuyên.
Vào đầu thế kỷ XX, máy đo đường huyết thế hệ mới đã được cải tiến, trở nên tiện lợi hơn, yêu cầu lượng máu ít hơn và gần như không gây đau đớn khi lấy mẫu Hiện nay, các máy đo đường huyết chủ yếu sử dụng phương pháp điện hóa, trong đó que thử có mao quản hút một lượng máu nhỏ Đường trong máu sẽ phản ứng với điện cực enzyme chứa glucose oxyase hoặc dehydrogenase.
Hiện nay, máy đo đường huyết được chia thành hai loại chính: máy đo đường huyết trong bệnh viện, thường được sử dụng cho các xét nghiệm sinh hóa, và máy đo đường huyết cá nhân, phục vụ cho nhu cầu theo dõi sức khỏe tại nhà.
Hình 3-2 Lịch sử phát triển của máy đo đường huyết
Độ chính xác của máy đo đường huyết
Độ chính xác của máy đo glucose là một vấn đề quan trọng trong lĩnh vực lâm sàng Các thiết bị này cần phải tuân thủ các tiêu chuẩn chính xác do Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO) quy định.
Theo tiêu chuẩn ISO 15197, máy đo đường huyết cần đảm bảo rằng kết quả đo được phải nằm trong khoảng ± 15% so với tiêu chuẩn phòng thí nghiệm đối với nồng độ trên 100 mg/dL, hoặc trong khoảng ± 15 mg/dL đối với nồng độ dưới 100 mg/dL, ít nhất 95% thời gian.
Độ chính xác của bài kiểm tra có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm hiệu chuẩn máy đo, nhiệt độ môi trường, áp lực sử dụng để quét sạch dải, kích thước và chất lượng mẫu máu, nồng độ cao của một số chất như axit ascorbic, hematocrit, bụi bẩn trên mét, độ ẩm, và sự lão hóa của que thử.
Máy xét nghiệm sinh hóa
Máy xét nghiệm sinh hóa, hay máy phân tích hóa học lâm sàng, là thiết bị quan trọng dùng để đo lường các chất chuyển hóa trong mẫu sinh học như máu và nước tiểu Thiết bị này có khả năng phân tích nhiều thông số sức khỏe của con người, trong đó có đường huyết (glucose - GLU), creatinin (CRE), tổng protein (PRO), urê, cholesterol (CHO), bilirubin, amylase, transamin, triglyceride (PAP), creatine kinase (CK), phosphate, và lactate dehydrogenase (LDH).
Thiết bị y khoa này cho phép đo và phân tích nhiều thông số cùng lúc, có khả năng kiểm tra nhiều mẫu mỗi giờ, nhưng giá thành khá cao, do đó nó chủ yếu được sử dụng trong các bệnh viện và phòng khám tư nhân.
3.3.1 Phân loại máy xét nghiệm sinh hóa
Máy xét nghiệm sinh hóa được chia thành 2 loại cơ bản là:
Máy sinh hóa bán tự động cho phép pha chế các dung dịch chuẩn một cách riêng lẻ, với quy trình vận hành được điều khiển thủ công Kỹ thuật viên thực hiện việc hút, pha chế và ủ hóa chất theo trình tự trước khi đưa vào máy xét nghiệm để đọc kết quả Thiết bị này hỗ trợ đo đạc và tính toán kết quả tự động trên nhiều mẫu cùng lúc, nâng cao hiệu suất công việc trong phòng lab.
Máy sinh hóa tự động giúp pha chế các dung dịch chuẩn và điều khiển quy trình vận hành một cách tự động, cho phép đo đạc và tính toán kết quả trên nhiều mẫu cùng lúc Hóa chất được chứa trong ngăn riêng, trong khi kỹ thuật viên chỉ cần lấy mẫu bệnh phẩm, ly tâm và đưa vào ngăn chứa Máy sẽ tự động thực hiện toàn bộ quy trình từ pha hóa chất, ủ đến việc cung cấp kết quả cuối cùng.
3.3.2 Nguyên lý của máy xét nghiệm sinh hóa
Các máy xét nghiệm sinh hóa, từ đơn giản đến hiện đại, hoạt động dựa trên nguyên tắc đo màu Dung dịch cần phân tích được đưa vào cuvét, sau đó ánh sáng trắng từ nguồn sáng sẽ đi qua bộ lọc để chọn ra bước sóng phù hợp Cuối cùng, bộ phát hiện quang sẽ thu thập cường độ ánh sáng đã đi qua cuvét để thực hiện đo lường.
22 chứa dung dịch cần đo chuyển thành tín hiệu điện, từ tín hiệu điện này máy có thể tính toán và hiển thị kết quả
Việc đo trực tiếp các chất trong dung dịch là một thách thức, vì chúng thường trong suốt và khó nhận diện Thêm vào đó, sự hiện diện của nhiều chất khác trong dung dịch xét nghiệm càng làm cho quá trình đo đạc và tính toán trở nên phức tạp hơn.
Để nghiên cứu một loại chất trong dung dịch xét nghiệm, phương pháp đánh dấu màu được sử dụng Qua việc tận dụng tính chất hóa học của chất cần nghiên cứu, chất này sẽ phản ứng với một hoặc nhiều chất khác, tạo ra sản phẩm hấp thụ ánh sáng mạnh nhất ở một bước sóng nhất định Mức độ hấp thụ ánh sáng sẽ tỷ lệ thuận với nồng độ của chất trong dung dịch, từ đó giúp tính toán dễ dàng các thông số mong muốn.
Các phép đo được sử dụng trong máy xét nghiệm sinh hóa là:
Phép đo điểm cuối (End point) được áp dụng cho các xét nghiệm định lượng như Glucose, protein, Albumin, Cholesterol, Triglycerid, HDL_c, LDL_c, Ure (so màu) và Bilirubin Phương pháp này đo độ hấp thụ của hỗn hợp phản ứng tại thời điểm phản ứng tạo màu hoàn tất và nồng độ các chất trong dung dịch đã ổn định Độ hấp thụ có thể được đo ở một bước sóng (monochromatic) hoặc hai bước sóng (bichromatic), và dung dịch chuẩn (Standard) được sử dụng để xây dựng đường chuẩn hoặc hệ số cài đặt trước.
Chia theo số dung dịch chuẩn sử dụng khi đo ta có 3 loại:
+ Phép đo chỉ sử dụng một dung dịch chuẩn: nồng độ của mẫu cũng được tính theo công thức:
Phép đo nhiều dung dịch chuẩn (multistandard) cho phép xác định nồng độ của mẫu thông qua đường cong chuẩn Đường cong này được xây dựng từ các dung dịch chuẩn có nồng độ và độ hấp thụ đã biết.
TR là chiều của phản ứng :
+1 nếu chiều phản ứng tăng
-1 nếu chiều phản ứng giảm
Nồng độ của mẫu được nội suy từ đường cong chuẩn:
Phép đo sử dụng hệ số là phương pháp xác định nồng độ dung dịch mà không cần dung dịch chuẩn, mà thay vào đó, sử dụng một hệ số đã được xác định trước Nồng độ mẫu được tính toán theo công thức cụ thể dựa trên hệ số này.
Với F là hệ số cho trước
Chia theo số bước sóng sử dụng khi đo ta có 2 loại:
+ Phép đo một bước sóng: đo độ hấp thụ của dung dịch Trắng, Chuẩn và Mẫu tại một bước sóng
Phép đo hai bước sóng là phương pháp xác định độ hấp thụ của mẫu, bao gồm Trắng (Blank), Chuẩn và Mẫu (Sample) tại hai bước sóng khác nhau Một bước sóng chính và một bước sóng phụ được sử dụng để tính toán độ hấp thụ của các dung dịch theo công thức cụ thể.
𝐴 𝑠𝑎𝑚𝑝𝑙𝑒 , 𝐴 𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑𝑎𝑟𝑑 , 𝐴 𝑏𝑙𝑎𝑛𝑘 = 𝐴 𝑙𝑚𝑎𝑖𝑛 − 𝐴 𝑙𝑟𝑒𝑓 A: độ hấp thụ lmain: Bước sóng chính lref: Bước sóng phụ
Phương pháp động học là kỹ thuật được áp dụng để xác định độ hoạt động của enzym Đặc trưng của phương pháp này là tiến hành đo ngay khi phản ứng bắt đầu, sau một khoảng thời gian trễ (Delay time), mà không cần chờ đợi phản ứng đạt trạng thái ổn định.
Phép đo động học enzyme, hay còn gọi là phép đo Kinetic, được áp dụng cho các xét nghiệm như GOT, GPT, Amylase, Ck và CkMb Trong quá trình này, độ hấp thụ của hỗn hợp phản ứng được đo nhiều lần trong khoảng thời gian phản ứng t, với khoảng cách giữa các lần đo là t/n giây Giá trị chênh lệch giữa các độ hấp thụ ở mỗi lần đo được tính toán, từ đó xác định được giá trị chênh lệch trung bình mỗi phút (DA/min) Độ hoạt động của enzym được tính theo công thức cụ thể, phản ánh hiệu suất của enzym trong các phản ứng sinh hóa.
Hệ số K thường được xác định trước cho từng loại hóa chất Độ hoạt động enzym được đo bằng đơn vị U/L, bên cạnh đó, còn có đơn vị kat (katal) để đo lượng enzym xúc tác sự biến đổi của 1 mol cơ chất trong 1 giây.
Phép đo động học 2 điểm, hay còn gọi là phép đo thời gian cố định, được áp dụng cho các xét nghiệm như Creatinine và Urea UV Phương pháp này tương tự như phép đo động học, nhưng điểm khác biệt là thời gian giữa các lần đo độ hấp thụ được giữ cố định.
3.3.3 Cấu tạo máy xét nghiệm sinh hóa
Hình 3-3 Sơ đồ cấu tạo đơn giản của máy xét nghiệm sinh hóa
Máy đo đường huyết cá nhân
Máy đo đường huyết cá nhân (BGM) ngày càng trở nên phổ biến trong các gia đình nhờ vào thiết kế nhỏ gọn, dễ sử dụng, độ chính xác ngày càng cao và giá thành hợp lý.
3.4.1 Phân loại máy đo đường huyết cá nhân
Trên thị trường hiện nay, máy đo đường huyết cá nhân rất đa dạng với nhiều loại và nhà sản xuất khác nhau Các sản phẩm này chủ yếu được phân loại thành những nhóm chính, phục vụ nhu cầu theo dõi sức khỏe của người dùng.
Máy đo đường huyết sử dụng que thử máu là loại thiết bị phổ biến nhất hiện nay, cho phép lấy thông tin đường huyết thông qua mẫu máu Thời gian đo nhanh chóng, chỉ từ 10 giây đến 1 phút tùy thuộc vào từng loại máy.
Hình 3-17 Máy đo đường huyết bằng que thử máu
Máy đo đường huyết theo dõi liên tục (CGM) là hệ thống giúp theo dõi mức đường huyết một cách liên tục Hệ thống này bao gồm ba bộ phận chính: một điện cực nhỏ được cấy dưới da, một máy phát gửi kết quả đọc mỗi 5 đến 15 phút, và một máy thu riêng biệt Một số hệ thống CGM còn tích hợp với máy bơm insulin, cho phép phân phối insulin tự động dựa trên mức đường huyết mà không cần sự can thiệp của người dùng.
Hình 3-18 Máy đo đường huyết theo dõi liên tục
Máy đo đường huyết không xâm lấn là thiết bị đo đường huyết mà không cần lấy máu hay gây tổn thương cho da, mang lại sự tiện lợi cho người sử dụng Hiện nay, nhiều công ty đang nghiên cứu và phát triển các phương pháp mới nhằm nâng cao độ chính xác và hiệu quả của loại máy này.
3.4.2 Nguyên lý hoạt động của máy đo đường huyết cá nhân
Hầu hết các máy đo đường huyết cá nhân hiện đại hiện nay áp dụng công nghệ enzym và phương pháp điện hóa Bên cạnh đó, một số loại máy còn sử dụng phương pháp quang màu để đo lường.
Máy đo đường huyết không xâm lấn đã thu hút hàng trăm triệu đô la đầu tư từ các công ty tìm kiếm giải pháp cho vấn đề này Những phương pháp thử nghiệm bao gồm quang phổ hồng ngoại gần, đo qua da bằng hóa chất, điện hoặc siêu âm, và đo ánh sáng phân cực trong buồng trước của mắt Đặc biệt, vào năm 2019, các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Tiên tiến Samsung (SAIT) và MIT đã phát triển một phương pháp mới dựa trên quang phổ Raman, cho phép phát hiện tín hiệu glucose một cách trực tiếp.
Máy đo đường huyết hoạt động bằng cách trích một lượng máu nhỏ và hút tự động lên bề mặt que thử Glucoso oxidase trên que thử sẽ phản ứng với glucoso trong máu Dựa vào kết quả phản ứng này, máy sẽ phân tích hàm lượng glucoso oxidase đã sử dụng và còn lại, từ đó hiển thị kết quả về mức đường trong máu.
3.4.3 Cấu trúc máy đo đường huyết cá nhân Ở phần này nhóm chúng em đi tìm hiểu về cấu tạo máy đo đường huyết sử dụng que thử máu Các bộ phận chính của máy bao gồm:
+ Màn hình LCD giúp hiện thị chỉ kết quả Giá trị glucose tính bằng mg / dl hoặc mmol / l được hiển thị trên màn hình kỹ thuật số
+ Bộ nhớ giúp lưu trữ kết quả đo trong khoảng thời gian nhất định
Que thử là một thành phần tiêu hao chứa hóa chất phản ứng với glucose trong giọt máu, cần thiết cho mỗi lần đo Kích thước giọt máu cần lấy mẫu dao động từ 0,3 đến 1 μl Do que thử có thể thay đổi theo từng lô, một số máy yêu cầu người dùng nhập mã trên lọ que thử hoặc chip đi kèm để hiệu chuẩn máy đo đường theo lô que thử đó.
Hình 3-19 Sơ đồ khối máy đo đường huyết cá nhân
Hiện nay, nhiều máy đo đường huyết tiên tiến có khả năng xử lý dữ liệu phức tạp, cho phép người dùng tải dữ liệu xuống máy tính với phần mềm quản lý bệnh tiểu đường để hiển thị kết quả xét nghiệm Một số máy đo còn hỗ trợ truyền dữ liệu đến điện thoại thông minh qua công nghệ Bluetooth, giúp theo dõi kết quả theo thời gian thông qua ứng dụng Ngoài ra, người dùng có thể nhập dữ liệu bổ sung như liều insulin, lượng carbohydrate ăn vào và hoạt động thể chất Một số máy đo cũng tích hợp với các thiết bị khác như máy tiêm insulin và PDA, và có khả năng kết nối với máy bơm insulin để tự động chuyển kết quả đo đường huyết, hỗ trợ quyết định liều insulin phù hợp.
3.4.4 Một số sản phẩm trên thị trường
Máy đo đường huyết Omron HGM-11
Hình 3-20 Máy đo đường huyết Omron HGM – 11
- Sản phẩm: Máy đo đường huyết
- Kiểm tra: Mức độ đường huyết
- Mẫu :Máu mao mạch tươi toàn phần
- Que thử : Que thử đường huyết Omron
- Đơn vị đo : mg/dL hoặc mmol/L
- Phạm vi đo: 10 tới 600 mg/dL hoặc 0,6 tới 33,3 mmol/L.
- Tuổi thọ của pin: Khoảng 2.000 lần đo (số lần đo thực tế có thể thấp hơn tùy theo điều kiện sử dụng)
- Tiêu thụ năng lượng: 0,02 W (tối đa)
- Vị trí đo : Đầu ngón tay hoặc lòng bàn tay
- Que thử được mã hóa tự động, giúp loại bỏ các lỗi sai có thể dẫn đến sai liều lượng thuốc điều trị.
- Thời gian đo nhanh trong 5 giây.
- Có thể cài đặt chế độ trước và sau khi ăn.
- Bộ nhớ lưu được 512 kết quả đo với ngày, giờ đo.
- Có kết quả trung bình của 7 ngày, 14 ngày và 30 ngày đo trước.
- Tải kết quả sang máy tính (qua cổng USB riêng của Omron)
Máy đo đường huyết Freestyle Libre
Hình 3-21 Máy đo đường huyết FreeStyle Libre
Các thành phần của máy đo đường huyết FreeStyle Libre
Hộp đựng bộ cảm biến được sử dụng để chuẩn bị đầu gắn bộ cảm biến trước khi tiến hành đo Trước khi mở, hộp này được đóng gói vô trùng nhằm đảm bảo an toàn và độ chính xác trong quá trình sử dụng.
Đầu gắn bộ cảm biến được thiết kế để dễ dàng gắn vào tay, với kích thước 35mm x 5mm và trọng lượng chỉ 5 gram Bộ cảm biến có khả năng thu thập dữ liệu trong khoảng cách từ 1 cm đến 4 cm, thậm chí có thể hoạt động xuyên qua các lớp áo, và thời gian sử dụng lên đến 14 ngày.
- Cảm biến có khả năng chống nước ở độ sâu lên đến 1 mét Tránh ngâm nước lâu hơn 30 phút
- Gạc tẩm cồn: Dùng sát trùng tay trước khi gắn bộ cảm biến
- Tuổi thọ cảm biến: lên đến 14 ngày
- Kích cỡ: dày 5mm và đường kính 35mm
- Nguồn điện: 1 pin bạc oxit
- Bộ nhớ: 8 tiếng (chỉ số đường huyết lưu lại mỗi 15 phút)
- Nhiệt độ khi sử dụng: 10 độ C đến 45 độ C
- Nhiệt độ bảo quản bộ cảm biến và đầu gắn cảm biến: 4 độ C đến 25 độ C
- Độ ẩm tương đối khi sử dụng và bảo quản: 10%- 90%, không ngưng tụ
- Khả năng chống nước: Tiêu chuẩn IP27 –có thể chịu được độ sâu trong dưới 1 mét, trong vòng 30 phút
- Độ cao sử dụng và bảo quản: Từ -381 mét đến 3048 mét
Hình 3-22 Cách sử dụng máy đo FreeStyle Libre
Xây dựng một giải pháp đo đơn giản cho đo đường huyết
Giới thiệu tổng quan
Hiện nay, các bệnh liên quan đến đường huyết ngày càng gia tăng, và các phương pháp đo đường huyết chủ yếu sử dụng máy đo đường huyết với que thử máu Ngoài ra, còn có phương pháp đo bằng cảm biến điện cực gắn trên da, được sử dụng trong máy đo đường huyết liên tục.
Phương pháp đo đường huyết này yêu cầu bệnh nhân chọc thủng ngón tay khoảng 5 lần mỗi ngày, tương đương với 1.800 vết thủng mỗi năm Mỗi phép đo cần một que thử riêng, với chi phí ước tính khoảng 450 euro hàng năm cho 1.800 que thử Ngoài ra, mỗi lần chọc thủng đều tiềm ẩn nguy cơ nhiễm độc máu và chỉ có tám trong số mười ngón tay là phù hợp để thực hiện, dẫn đến tổn thương da liên tục và cảm giác khó chịu cho bệnh nhân.
Năm 1975, các nhà khoa học đã bắt đầu phát triển một kỹ thuật đo đường huyết không xâm lấn, nhằm đơn giản hóa quy trình đo lường, rút ngắn thời gian và mang lại trải nghiệm không đau cho người sử dụng.
Nghiên cứu cho thấy hầu hết các phân tử sinh học có tần số đặc trưng trong dải terahertz (THz), giúp phát hiện sự hiện diện và xác định nồng độ của chúng Sóng THz an toàn cho con người và khi phân tích phổ THz trong máu, các nhà khoa học nhận thấy hệ số hấp thụ THz có mối liên hệ chặt chẽ với mức glucose trong máu Qua việc phân tích 70 bệnh nhân, họ đã chứng minh rằng hệ số hấp thụ THz và mức đường huyết có mối quan hệ tuyến tính Thí nghiệm so sánh giữa phép đo THz và máy đo đường huyết trên thị trường với 20 mẫu máu cho thấy sai số tương đối thấp hơn 15% Những kết quả này chứng tỏ kỹ thuật THz có tiềm năng lớn trong việc phát triển máy đo đường huyết không xâm lấn.
Giới thiệu về sóng Terahertz (THz)
Sóng điện từ được chia thành hai loại chính: sóng ánh sáng và sóng vô tuyến, dựa trên bước sóng của chúng Sóng ánh sáng bao gồm các loại sóng có bước sóng ngắn như tia gamma, tia X, tia tử ngoại, ánh sáng nhìn thấy và tia hồng ngoại Ngược lại, sóng vô tuyến có bước sóng dài hơn khoảng 0,1 mm Tần số của bức xạ THz dao động trong khoảng 0,1 đến 10 THz, tương ứng với bước sóng từ 30 àm đến 3 mm.
Bức xạ THz kết hợp đặc tính của ánh sáng và sóng vô tuyến, cho phép xây dựng hệ thống quang học hiệu quả Tính chất quang học của ánh sáng và khả năng thẩm thấu của sóng vô tuyến giúp truyền bức xạ THz vào các vật liệu không phân cực như nhựa và cao su Tần số bức xạ THz tương ứng với tần số dao động của dải liên phân tử và dải hấp thụ của nước trong vùng ánh sáng hồng ngoại xa, làm cho nó trở thành công cụ hữu ích trong việc phân tích đặc tính dao động liên phân tử của nhiều hợp chất hóa học.
Bức xạ THz có nhiều ứng dụng quan trọng như viễn thông không dây mật độ cao, phát hiện nước, phân biệt tế bào ung thư và tế bào bình thường trong mô sinh học, cũng như phát hiện thuốc trong bao bì giấy Năng lượng của bức xạ THz thấp hơn so với tia X và tia gamma, với năng lượng lượng tử photon ở 6 THz tương đương với nhiệt năng ở nhiệt độ phòng Do đó, bức xạ THz được coi là an toàn cho mô người, mở ra khả năng sử dụng trong thử nghiệm sinh học tiếp xúc Theo quy định của Federal Communications Commission (FCC), có giới hạn phơi nhiễm tối đa cho dân số chung đối với bức xạ dưới THz.
Hình 4-1 Những đóng góp của công nghệ THz trong tương lai
Chẩn đoán mức đường huyết bằng bức xạ THz
Glucose là nguồn năng lượng chính cho cơ thể và đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất Tuy nhiên, nồng độ glucose cao có thể gây glycation tế bào, ảnh hưởng đến mô biểu mô và mạch máu, dẫn đến các vấn đề như xơ cứng động mạch và bệnh võng mạc tiểu đường Insulin do tuyến tụy tiết ra giúp giảm lượng đường trong máu; ở người khỏe mạnh, mức đường huyết lúc đói dưới 100 mg/dl, và sau khi ăn có thể tăng nhưng sẽ giảm xuống dưới 140 mg/dl trong vài giờ nếu insulin được bài tiết bình thường Trong khi đó, người bệnh tiểu đường thường có mức đường huyết sau ăn cao hơn.
200 mg / dl và mức đường huyết lúc đói cũng cao
Dải tần số terahertz (THz) liên quan đến các dao động phân tử và chế độ thư giãn, bao gồm cả các chế độ liên kết hydro Đặc biệt, hầu hết các phân tử sinh học chỉ được kích hoạt khi ở trong dung dịch nước.
Để hiểu chức năng và cấu trúc của các phân tử sinh học, việc khảo sát đặc tính sóng điện từ trong mẫu ngậm nước là cần thiết Tuy nhiên, việc đo ánh sáng truyền qua rất khó khăn do sự hấp thụ bức xạ THz trong nước cao Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng bức xạ phụ THz (tần số gần 0,1 THz) với độ hấp thụ thấp hơn, để đo độ phản xạ của dung dịch nước glucose Kết quả cho thấy độ phản xạ giảm tương ứng với nồng độ glucose.
Hình 4-2 Mối tương quan của hệ số hấp thụ bức xạ THz với mức đường huyết tương ứng trong máu người
Trạng thái hydrat hóa của dung dịch nước đóng vai trò quan trọng trong chức năng của các phân tử sinh học Quá trình hydrat hóa các phân tử glucid và protein được nghiên cứu thông qua mô hình hydrat hóa, trong đó các phân tử nước xung quanh được liên kết hình cầu Thời gian giãn của nước khối là khoảng pico giây (10 −12 giây), trong khi thời gian giãn của lớp gần kết hợp với các phân tử hòa tan nhanh chóng hơn, chỉ khoảng 10 −17 giây, do ảnh hưởng của liên kết hydro Nước xung quanh liên kết yếu bởi lưỡng cực của lớp gần, dẫn đến thời gian giãn ra có bậc từ.
Thời gian từ 10^−9 đến 10^−10 giây cho thấy sự tồn tại của các cực đại hấp thụ tại tần số khoảng 100 GHz, liên quan đến dao động của các phân tử nước Ở tần số 1 THz, có nhiều cực đại hấp thụ trong nước, cho thấy rằng quá trình hydrat hóa của các phân tử nước có mối liên hệ chặt chẽ với quang phổ THz Do đó, chúng ta có thể xác định các đặc tính của dung dịch thông qua bức xạ THz.
Phương pháp THz, nhạy cảm với protein, cần một phép đo độc lập về tổng nồng độ protein để xác định nồng độ glucose tuyệt đối trong dung dịch.
Thử nghiệm
4.4.1 Các mẫu dung dịch đã đo
Chúng em sử dụng nước khử ion, D - (+) - glucose và albumin huyết thanh bò cho các dung dịch mẫu D - (+) - glucose là một saccharide chính trong
Trong cơ thể con người, glucose và albumin đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sức khỏe Albumin, một protein huyết tương chính, giúp kiểm soát áp suất thẩm thấu và vận chuyển dinh dưỡng Để mô phỏng máu người, chúng ta cần xem xét ảnh hưởng của albumin, sử dụng các dung dịch nước với glucose và albumin hòa tan Nồng độ glucose thường dao động từ 0,05 đến 0,20% trọng lượng, trong khi nồng độ albumin trong nước từ 1,0 đến 5,0% trọng lượng Mức tiêu chuẩn của albumin trong máu người nằm trong khoảng 4,0 đến 5,0% trọng lượng, và mức đường huyết bình thường sau ăn là dưới 0,14% trọng lượng Độ tinh khiết của D - (+) - glucose đạt trên 98%.
4.4.2 Bộ dao động phụ THz
Bài viết này đề cập đến việc sử dụng điốt TUNNETT và điốt GUNN cho bộ dao động Điốt TUNNETT có công suất đầu ra khoảng 0,18 mW và độ rộng băng tần khoảng 0,25 GHz, trong khi điốt GUNN cung cấp công suất lên đến khoảng 60 mW.
Hệ thống đo phản xạ phụ THz sử dụng bức xạ THz phát ra từ thiết bị dao động bán dẫn, được hội tụ qua thấu kính polytetrafluoroethylen (PTFE) vào tế bào dòng có mẫu đang lưu thông Sau khi phản xạ từ tế bào, bức xạ THz được hội tụ bởi một thấu kính PTFE khác và phát hiện bởi diode chắn Schottky (SBD) Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (S/N) của hệ thống đạt khoảng 140 dB, với góc tới là 45 độ, và độ phản xạ được tính theo biểu thức xác định.
Vsol là điện áp đo được khi bức xạ THz phản xạ từ mẫu chất lỏng trong ô dòng, trong khi Vnoise là điện áp đo được mà không có nguồn sáng phụ THz Bên cạnh đó, Vback là điện áp đo được khi đặt một tấm kim loại vào vị trí của ô lưu lượng để làm tham chiếu.
Vback là điện áp cho hệ số phản xạ tham chiếu trong nghiên cứu này Khi tế bào dòng chảy không chứa chất lỏng, bức xạ THz có khả năng xuyên qua nhờ vào tính trong suốt cao của polyetylen ở các tần số này Do đó, để đo độ phản xạ nền, việc sử dụng một tấm kim loại là cần thiết.
Hình 4-3 Bản vẽ giản đồ thể hiện cấu hình quang học của hệ thống đo phản xạ phụ THz
Chúng em sử dụng một tế bào dòng chảy bằng polyethylene và máy bơm để duy trì nồng độ dung dịch đồng nhất, với vùng trung tâm làm bằng PTFE dày 0,08 mm, cho phép đo độ phản xạ bức xạ THz Diện tích chiếu xạ là 40 mm x 56 mm và độ dày ô là 1 mm Bằng cách sử dụng bơm có dòng chảy thay đổi, mẫu chất lỏng được tuần hoàn mà không gây nhiễu loạn áp suất Nghiên cứu thực hiện hai loại thí nghiệm: một đo nồng độ mẫu và một đo nhiệt độ, với các phép đo đầu tiên được thực hiện ở 37 ℃, gần với nhiệt độ cơ thể người Kết quả cho thấy độ phản xạ bức xạ 60 GHz phụ thuộc vào nồng độ glucose trong khoảng từ 0,05 đến 0,20% trọng lượng, cũng như sự phụ thuộc vào nồng độ albumin từ 1,0 đến 5,0% trọng lượng, bao gồm cả giá trị trong máu người Cuối cùng, các phép đo cũng được tính toán trên dung dịch glucose kết hợp với albumin (albumin 4,32% trọng lượng, glucose 0,10 ∼ 0,20% trọng lượng).
Sau khi thực hiện các phép đo, chúng tôi đã tiến hành khảo sát sự phụ thuộc nhiệt độ của hệ số phản xạ đối với dung dịch glucose có nồng độ 0 và 0,10% trọng lượng trong khoảng nhiệt độ từ 25 đến 45 ℃ Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng bộ dao động 60 GHz, vì có một đỉnh hấp thụ liên quan đến dao động của các phân tử nước ở khoảng 100 GHz Các phép đo độ phản xạ được thực hiện với ánh sáng phân cực S, và độ phản xạ được tính toán dựa trên điện áp đầu ra từ máy dò SBD, trong điều kiện áp suất khí quyển.
