Le principe de mesure des capteurs de glycémie transcutanés

Le capteur transcutané possède un filament très fin et souple, bien plus fin qu'une aiguille, qui s'introduit juste sous la peau, dans le tissu adipeux. Ce filament ne se situe pas dans un vaisseau sanguin, mais dans le liquide entre les cellules de ce tissu, appelé liquide interstitiel. Le capteur ne mesure pas directement dans le sang, il évalue la concentration de glucose dans ce liquide, qui suit de près la glycémie sanguine [1].

La mesure se fait par voie électrochimique. Le capteur transforme la concentration de glucose en un courant électrique très faible, à l'aide d'une enzyme et d'une électrode (ce fin filament) [2]. Plus il y a de glucose dans le liquide interstitiel, plus le courant généré localement est important. Le résultat peut rester légèrement en retard sur la glycémie sanguine lorsque celle-ci change rapidement. Le glucose de ce liquide se synchronise avec les valeurs sanguines avec un léger décalage [3].

L'extrémité du filament située sous la peau est recouverte d'une enzyme fixée à sa surface, le plus souvent la glucose oxydase. Cette enzyme est un catalyseur biologique, c'est-à-dire qu'elle accélère la réaction chimique du glucose avec l'oxygène sans se consommer au cours de ce processus [4]. C'est elle qui reconnaît en réalité le glucose et qui fait du capteur un instrument spécifiquement dédié au glucose, et non une simple électrode générale.

Le rôle principal de l'enzyme est de donner au capteur sa spécificité, c'est-à-dire de répondre au glucose et d'ignorer en grande partie les autres substances [5]. Cette sélectivité n'est toutefois pas complète : sur certains modèles, des substances comme le paracétamol ou la vitamine C peuvent modifier le résultat [5]. Sans cette enzyme, le capteur ne pourrait pas distinguer le glucose des autres molécules du liquide interstitiel. Certains capteurs plus anciens utilisent une enzyme apparentée, la glucose déshydrogénase, mais le principe de mesure reste le même [5] [6].

L'enzyme (glucose oxydase) fait réagir le glucose avec l'oxygène du liquide interstitiel. Cette réaction produit de l'acide gluconique et de l'eau oxygénée (peroxyde d'hydrogène). La quantité d'eau oxygénée produite est directement proportionnelle à la concentration de glucose, autrement dit plus il y a de glucose, plus il y a d'eau oxygénée [4].

L'eau oxygénée atteint l'électrode du capteur, où elle se décompose et libère des électrons, qui forment un courant électrique très faible. Ce courant constitue essentiellement le signal recueilli par le capteur, et son intensité reflète la concentration de glucose dans le liquide interstitiel, comme le montre la figure ci-dessous [5].

Oui, la réaction consomme une très petite quantité de glucose. Chaque molécule de glucose qui réagit avec l'oxygène local se transforme en acide gluconique, elle est donc utilisée sur place. L'enzyme fixée au filament est recouverte d'une membrane spéciale. Celle-ci ne laisse passer qu'une quantité faible et contrôlée de glucose, de sorte que la réaction reste limitée : c'est la membrane qui en fixe la vitesse, et non la quantité de glucose environnante [7].

Cette quantité consommée est suffisamment faible pour ne pas abaisser la glycémie ni épuiser le glucose autour du filament ; les mesures suivantes ne sont donc pas influencées non plus. Le corps renouvelle en permanence le glucose du liquide interstitiel, à partir de celui du sang. L'enzyme est un catalyseur et ne se consomme pas. Avec le temps, elle et la membrane peuvent toutefois s'user. Le capteur a donc une durée d'utilisation limitée [8].

Ce que tu vois comme un simple filament sous la peau contient en réalité plusieurs électrodes. Elles sont disposées en couches très fines, isolées les unes des autres, sur un même support souple. Chaque électrode a son rôle :

• l'électrode de travail est recouverte d'enzyme et produit le signal ;
• l'électrode de référence conserve une tension stable, qui sert de repère ;
• l'électrode auxiliaire ferme le circuit électrique [6].

Le composant électronique rattaché au capteur maintient une tension constante entre l'électrode de travail et l'électrode de référence. La réaction chimique ne modifie pas cette tension, mais l'intensité du courant. Plus la concentration de glucose dans le liquide interstitiel est élevée, plus l'intensité du courant qui traverse l'électrode de travail est importante.

Certains systèmes ajoutent une quatrième électrode, dépourvue d'enzyme, qui mesure le bruit de fond, c'est-à-dire le signal faible présent même en l'absence de glucose. Le signal de cette électrode est soustrait du signal utile, afin de réduire l'influence d'autres substances.

Le courant mesuré est lu en continu par le composant électronique (transmetteur). Un facteur d'étalonnage transforme ce courant en une valeur estimée de la glycémie [2]. De nombreux capteurs modernes sont étalonnés en usine, tandis que d'autres nécessitent de temps en temps une vérification et éventuellement un réétalonnage avec le glucomètre [9]. Les algorithmes du système, c'est-à-dire les programmes qui s'exécutent dans le transmetteur ou dans l'application du téléphone, lissent les petites variations électriques et corrigent en partie le décalage entre le liquide interstitiel et le sang [3]. Le résultat est exprimé en mg/dL ou mmol/L et transmis sans fil vers un téléphone ou un autre récepteur.

Oui, le capteur a besoin d'une petite source d'énergie, généralement une pile située dans le transmetteur. Cette énergie maintient un potentiel électrique constant sur l'électrode, et la réaction chimique catalysée par la glucose oxydase génère un courant proportionnel à la concentration de glucose [6]. C'est elle aussi qui alimente le traitement du signal, la mémoire interne et l'envoi sans fil des données vers le téléphone ou le récepteur [10].

La consommation d'énergie est très faible, si bien qu'une pile minuscule suffit pour toute la durée pendant laquelle tu portes le capteur. La plupart des systèmes de surveillance continue fonctionnent entre 7 et 15 jours (récemment même 21 jours) [11] [12]. Après cet intervalle, le capteur est remplacé par un neuf, avec sa source d'énergie. Sur les modèles plus anciens, le transmetteur est réutilisé sur plusieurs capteurs [10].