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    血糖儀技術大盤點

    2021.6.23


    11月14日是聯合國糖尿病日,您的家庭中有糖尿病患者嗎?


    根據IDF公布的數據,2019年中國糖尿病患病人數約為1.16億人,中國已成為全球糖尿病患者人數最多的國家,同時,我國也是糖尿病患病率增長最快的國家之一。據南方醫藥經濟研究所《糖尿病藥物市場研究報告》顯示:在我國20歲以上的人群中,男性和女性的糖尿病患病率分別達10.6%和8.8%,總體糖尿病患病率為9.7%,由此,推算出全國糖尿病總患病人數約為9200萬人。”IDF預測2040年中國糖尿病患病人群數量將達到1.51億人。


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    圖片來源:Needpix.com


    糖尿病治療及其檢測手段

    糖尿病屬于自身代謝異常引起的慢性病變,已經明確與生活環境、遺傳因素有關。美國糖尿病協會(ADA)已經將抑郁、壓力的精神狀態作為誘因。

    目前還沒有可以根治糖尿病的方法,但通過多種治療手段可以控制好糖尿病。主要包括:

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    ?顯然監測血糖在糖尿病管理中具有重要價值。通過將血糖控制在正常的范圍內,使得患者能夠達到正常人的生活或工作狀態。按時檢查血糖短期來說:可以掌握血糖波動,指導用藥和飲食,監測低血糖事件,預防酮癥酸中毒;長期來說:可以改善糖化血紅蛋白水平,有助減少微血管與大血管病發展,有助提高生活質量降低死亡率。

    然而我們要按時檢查血糖,不能每次都跑醫院抽靜脈血(盡管血漿或血清的準確度要高于末梢血),為了克服查靜脈血糖速度慢、需血量大等缺點,1974年,德國寶林曼公司(后被羅氏公司收購)的湯姆.克萊曼斯(Tom Clemens)設計了第一代血糖儀——Reflomat。

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    ?經過不斷發展至今,市場上出現了眾多的快速微量自我血糖檢測儀器(SMBG)。

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    血糖儀的技術特點

    常規血糖儀檢測技術

    血糖儀大多采用一次性針刺采集指尖毛細管全血進行測量,攜帶方便,需血量低,測量時間較短。血糖儀主要采用:

    (1)偶聯比色法利用葡萄糖氧化酶 GOD 等酶氧化葡萄糖,產生過氧化氫,在過氧化物酶存在的情況下將還原型色原氧化為氧化型色原,再根據色原吸光強度的變化,計算血液中的葡萄糖含量。采用該種類型方法的血糖監測儀的代表是強生的“穩系列”型血糖儀,羅氏的“整合”型血糖儀

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    (2)電化學測試法 目前市場主流的血糖監測儀器是基于電化學法對血糖進行監測,在血糖試紙電極表面固定有 葡萄糖氧化酶 GOD/葡萄糖脫氫酶 GDH 以及導電介質。血液通過進血槽進入反應區,血液中血糖與試紙反應區電極上的 GOD/GDH 反應產生電子,電子被導電介質傳遞給電極,在一定電壓的驅動下,流經電極的電流發生變化,電流的強度與葡萄糖的濃度存在線性關系,進而可計算出血液中葡萄糖的含量。如今血糖監測儀器的巨頭羅氏、強生、京都、拜耳都開發了多款具備其自身技術優勢的電化學血糖儀。

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    血糖儀測量準確性、精確性的相關標準在國際上遵循的是ISO15197-2003,國內標準是 GB/T19634-2005。指尖毛細管血糖測試時,血樣中氧氣濃度、pH、內源性外源性的藥物干擾,測試時的溫度、濕度海拔高度、操作者操作熟練度都會對測量結果產生影響。一般認為血糖儀的測試結果與實驗室的血漿測試結果誤差高濃度時在20%以內,低濃度時在0.75mmol以內都是可接受的。

    電化學血糖儀相關的改進致力于更短的檢測時間如5-10秒檢測,更少的檢測血量如 1ul 甚至更低血量檢測,更穩定的酶-介電物質系統如 GDH-PQQ,GDH-NAD,GDH-FAD,更高的抗藥物、血脂等生理物質的干擾性,提高相關結果的分析互動性,比如開發血糖結果記錄與分析軟件系統,對可能血糖風險進行預警與代謝調節指導。

    近年來甚至有“云血糖”概念的提出,用戶的相關測試數據通過血糖儀上傳到廠 家的云服務器端,進而獲得廠家健康專家的遠程指導信息反饋。

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    ?無創血糖監測技術

    糖尿病患者要求每天多次測量,帶來的手指創傷和心理負擔,工程師們近年來大力開發了多種無創血糖監測技術。無創血糖監測技術主要利用紅外光譜法、皮下間質液、眼科的前庭功能或眼底視網膜圖像這樣的技術。無創血糖監測的主要技術方法是:

    (1)采用近紅外光譜法進行血糖監測,許多生物組織在近紅外區具有獨特的吸光性,少部分代表血糖特征的反射或吸收紅外線,被稱為血糖特征頻譜信號,可用于血糖值測定。雖然,部分有機分子例如肌紅蛋白、血紅蛋白、細胞色素在近紅外區也呈現微弱的透過特性,在如此多的干擾因素中獲取血糖信息困難很大,但是,隨著儀器硬件技術以及多變量統計分析技術的進步,使得在眾多的干擾因素中提取有用信息—血糖信息成為可能。即便如此,近紅外方法的測試結果還是需要采用微創測試結果進行矯正,不同人體的水份、皮膚、脂肪、體溫、血色素等條件的不同都影響這光波的吸收,監測結果仍然難以讓人滿意。

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    (2)采用對皮下組織液中的糖份測量法,皮下組織液是一種無色透明液體,是血液中的營養成分,是存在于細胞之間的液體,細胞浸潤在組織液中,包括葡萄糖分子可與組織液進行物質交換。檢測皮下組織液中細胞葡萄糖濃度,獲得血出糖值。檢測出的葡萄糖濃度,經過信號轉換成數字信號,經過無線發射給血糖儀接收。目前大部分植入及無創檢測血糖儀采用此種方法。

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    (3)因此依據無創的掃描眼底圖像,可超早期判定糖尿病。糖尿病視網膜病變引起的原因主要是因為糖尿病患者胰島素激素及細胞代謝異常,引起眼組織、神經及血管微循環改變,造成眼的營養和視功能的損壞。基于數字化的眼底相機,能通過控制軟件實現圖像數據在電腦上的即時查看,并將其便捷地處理、打印、保存并傳輸至遠程位置,還能方便地與醫院現有的影像歸檔和通信系統(PACS)及醫院信息系統(HIS)的連接,為糖尿病的及時預防和準確排查提供了很大便利,基于數字化的影像鏈,這也是近年來AI公司立項較多的項目。

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    當然過于激進的技術也陷入了難產的境地:Alphabet旗下生命科學公司Verily已暫停了可測血糖的“智能隱形眼鏡”項目進程,該項目試圖在隱形眼鏡中內置微型傳感器,以在淚液中檢測血糖水平。該公司經過4年研究確定,通過眼淚來檢測血糖水平是非常艱難、甚至無法實現的技術和科學目標。
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    可植入的動態血糖監測系統(CGMS)

    血糖的日常監測常常要求患者每日進行多次測量,特別是I型糖尿病需要注射胰島素的患者,要求一日測量七次毛細管血糖值來反映患者血糖的基本變化趨勢。多次測量給測試者和被測試者都帶來了很大的不便,而且點測量也難以準確的反映機體的血糖具體變化。

    動態血糖監測系統的出現較好的解決了連續血糖監測的問題。目前動態血糖檢測系統主要是皮下動態血糖監測系統,可在一定周期內持續血糖監測系統。因為,大多數動態血糖監測系統并非直接測量血液中的血糖,因此在患者佩戴記錄儀器期間,最好輸入指尖血糖值進行矯正,確保傳感器探頭獲取數值準確,同時輸入影響血糖值的大事件如飲食、運動、服用藥物等信息,一段時間后取出信息提取裝置,并通過計算機軟件分析該段時間內的血糖變化趨勢。

    采用動態血糖監測系統可以提高糖尿病的治療效果,有利于制定出更加有的個體化治療方案。但是部分CGMS還需要指尖血糖值以及各種其他信息進行矯正以確保監測數值的準確。目前,有兩個CGM不需要指尖校準——雅培的FreeStyle Libre(和Libre 2)和Dexcom的G6。?

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    可植入的動態血糖儀對比分析

    市場主流可植入的動態血糖儀主要有:美敦力Guardian 、德康DexcomG6動態血糖儀、雅培瞬感血糖儀、SugarBEAT等我們從如下幾方面對比:

    (1)?監測儀參數

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    (2)?數值準確度


    因為受病人活動程度,傳感器植入的手法,環境干擾等因素都可以影響血糖儀數值有較大變化,這也是國外很多動態血糖儀很難拿到FDA證的原因,因此還無法完全取代傳統的血糖儀,但是已經可以作為血糖監測的有力輔助工具。CGM將血糖檢測的金標準糖化血紅蛋白指標擴展至更有實際意義的糖在目標范圍的時間指標,以測量每次血糖保持在正常范圍內的時間。

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    CGM監測的是皮下間質液中的葡萄糖濃度,經由皮下間質液到達細胞,與手指末梢血毛細血管不同,獲得數值必然也不同。目前美國糖尿病協會(ADA)等多家機構研究表明CGM的準確性較高,CGM與動態血糖圖譜AGP結合,不僅能給出血糖變化曲線,還能全面展示多項血糖控制指標,更加直觀和客觀。但是美國FDA未批準符合臨床使用對準確性的要求,還需要提交與風險相關的直接證據。

    (3)?市場渠道

    基本上英國的SugarBEAT、美敦力Guardian以及德康G6還沒有拿到國家食藥總局的CFDA認證,國內在用的只能是從國外買回或水貨。價格上,美敦力和G6的價格相對較高,都在千元以上,而雅培瞬感在國內有正式的銷售渠道和售后服務,價格上大約900元(含血糖儀和一個傳感器)。血糖儀和試紙本就不在醫保支付范圍內,大部分患者依據市場宣傳、醫療機構或藥店推薦、試紙便于對比等幾個方面選購。個人認為,原本在國內傳統血糖儀市場,雅培已經被羅氏、強生遠遠超越,但隨著雅培瞬感這款產品的推進,使得雅培有望在血糖儀市場擴大一定份額。

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    (4)?數據分享及下載

    美敦力Guardian可以通過Carelink將數據分享給醫生,以及產生各種血糖數據報告。使糖尿病患者或者醫生根據血糖報告調整胰島素的劑量及生活方式。德康G6和SugarBEAT都可以將數據分享到云端,糖尿病患者或者醫生可以隨時查看血糖報告。也可以跟家人分享自己實時的血糖數據,這對聽不見報警以及對低血糖不敏感的糖尿病患者非常有用。雅培瞬感不能將血糖數據傳送到手機,不便于分享數據,需要通過雅培軟件下載血糖數據,但可以生成詳細的AGP圖譜,并支持中文。

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    圖片來源:visualhunt.com

    糖尿病植入設備發展趨勢

    對糖尿病患者而言,取血時的疼痛感、對表皮的創傷以及每日的多次檢查,成為糖尿病患者的最大痛點。無創血糖檢測技術基本不對人體造成傷害的條件下檢測人體血糖,已經越來越引起人們的重視。目前無創血糖檢測技術核心在于傳感器,目前傳感器靈敏度低、信噪比小、個體差異等, 關鍵是所測血糖濃度信號太弱,因此提高傳感器的靈敏度以及降低背景信號噪聲是技術發展趨勢。

    使用血糖儀監控血糖,治療采用植入的胰島素泵進行胰島素輸注,也避免了每日多次針刺,部分胰島素泵還可以跟血糖儀進行無線連接,直接將患者校準后的數據發送給胰島素泵,或者提醒患者數值異常以便及時調整泵入體內的胰島素量值,使治療更加精準。胰島素泵受糖尿病患者治療理念、安裝位置、操作知識、經濟因素等影響,普及程度遠不如血糖儀。

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    圖片來源:visualhunt.com

    資料顯示,血糖儀與試紙的銷售分醫院和零售兩個渠道,目前市場份額兩者平分秋色。由于血糖儀屬耐用品,平均使用時間普遍長于4年,醫院的血糖儀需求已經日趨飽和,同時隨著糖尿病患者的增加及血糖儀的家用化趨勢,零售渠道的增速要高于醫院端,我國零售端市場占比還有很大的進步空間。

    國內目前在糖尿病領域做的比較大的幾家企業主要是圣美迪諾、美奇醫療和三諾生物,其動態血糖儀產品質量正在穩步提升。預計未來3-5年,會有不少與圣美迪諾類似的國產動態血糖品牌,可在性價比方面給進口血糖儀帶來市場壓力。
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    結語

    隨著人們生活水平的提高, 糖尿病的發病率越來越高, 根據糖尿病聯(IDF)的預測, 作為世界上最大的發展中國家,糖尿病每年導至數百萬人死亡, 糖尿病還是心臟病、腦卒中、失眠、腎衰竭、截肢的主要病因。糖尿病已經成為繼腫瘤、心腦血管疾病之后, 威脅人類健康的第三大殺手,血糖的檢測和治療就越來越受到人們的重視。

    隨著我國經濟的發展,人均收入的提高以及患者血糖控制意識及并發癥預防意識的加強, 未來我國血糖儀市場還有提升的空間。糖尿病診斷和治療,面對的是全球上千億美元的市場,血糖儀技術的日益成熟帶來血糖檢測市場競爭的激烈化。與傳統血糖儀相比,動態血糖儀可以記錄海量的血糖值,得到血糖動態變化信息,因此可以找出患者血糖的波動規律,特別是對發現無癥狀低血糖具有非常重要意義。雖然短期受制于技術原因未全面推廣,但長期看來連續無創檢測將是大勢所趨。


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