Načelo mjerenja kod transkutanih senzora glukoze

Upravo transkutani senzor ima vrlo tanku, savitljivu nit, mnogo finiju od igle, koja se uvodi tik pod kožu, u masno tkivo. Ta nit nije u krvnoj žili nego u tekućini između stanica tog tkiva, zvanoj međustanična tekućina. Senzor ne mjeri izravno iz krvi nego procjenjuje koncentraciju glukoze u toj tekućini, koja izbliza prati glukozu u krvi [1].

Mjerenje se izvodi elektrokemijski. Senzor koncentraciju glukoze pretvara u vrlo slabu električnu struju, uz pomoć enzima i elektrode (te tanke niti) [2]. Što je glukoze u međustaničnoj tekućini više, to je mjesno stvorena struja jača. Rezultat može malo kasniti za razinom glukoze u krvi kad se ta vrijednost brzo mijenja. Glukoza se u toj tekućini s vrijednostima u krvi usklađuje uz malo kašnjenje [3].

Vrh niti pod kožom prekriven je enzimom pričvršćenim na njezinu površinu, najčešće glukoza oksidazom. Taj je enzim biološki katalizator, dakle ubrzava kemijsku reakciju glukoze s kisikom bez da se pritom troši [4]. On je dio koji glukozu zapravo prepoznaje i senzor pretvara u napravu posvećenu upravo glukozi, a ne u puku opću elektrodu.

Glavna je uloga enzima da senzoru dade probirljivost, dakle da odgovara na glukozu i uvelike zanemaruje druge tvari [5]. Ta probirljivost ipak nije potpuna: kod nekih modela tvari poput paracetamola ili vitamina C mogu promijeniti očitanje [5]. Bez tog enzima senzor glukozu ne bi mogao razlikovati od ostalih molekula u međustaničnoj tekućini. Neki stariji senzori koriste srodan enzim, glukoza dehidrogenazu, ali načelo mjerenja ostaje isto [5] [6].

Enzim (glukoza oksidaza) navodi glukozu da reagira s kisikom iz međustanične tekućine. Ta reakcija stvara glukonsku kiselinu i vodikov peroksid (H₂O₂). Količina stvorenog vodikova peroksida izravno je razmjerna koncentraciji glukoze, dakle više glukoze znači više vodikova peroksida [4].

Vodikov peroksid dolazi do elektrode senzora, gdje se razgrađuje i otpušta elektrone, koji tvore vrlo slabu električnu struju. Ta je struja zapravo signal koji senzor prima, a njezina jakost odražava koncentraciju glukoze u međustaničnoj tekućini, kao što pokazuje slika ispod [5].

Da, reakcija troši vrlo malu količinu glukoze. Svaka molekula glukoze koja reagira s mjesnim kisikom pretvara se u glukonsku kiselinu, pa se ondje potroši. Enzim pričvršćen na nit prekriven je posebnom opnom. Ta opna propušta samo malu, nadziranu količinu glukoze, pa reakcija ostaje ograničena: njezinu brzinu određuje opna, a ne količina glukoze oko nje [7].

Ta je potrošena količina dovoljno mala da ne snizi glukozu u krvi niti da iscrpi glukozu oko niti, pa ni kasnija očitanja nisu pogođena. Tijelo glukozu u međustaničnoj tekućini neprekidno nadoknađuje iz glukoze u krvi. Enzim je katalizator i ne troši se, ali s vremenom se i on i opna mogu istrošiti, zbog čega senzor ima ograničen vijek trajanja [8].

Ono što vidiš kao jednostavnu nit pod kožom zapravo sadrži nekoliko elektroda, poredanih u vrlo tankim slojevima i međusobno izoliranih na istom savitljivom nosaču. Svaka elektroda ima svoju ulogu:

• radna je elektroda prekrivena enzimom i stvara signal;
• referentna elektroda drži postojan napon, koji služi kao polazišna točka;
• protuelektroda (pomoćna) zatvara električni krug [6].

Upravo elektronički dio pričvršćen na senzor drži stalan napon između radne i referentne elektrode. Kemijska reakcija taj napon ne mijenja, nego samo jakost struje. Što je koncentracija glukoze u međustaničnoj tekućini viša, to je jakost struje koja prolazi radnom elektrodom veća.

Neki sustavi dodaju četvrtu elektrodu, bez enzima, koja mjeri pozadinski šum, dakle slab signal koji postoji čak i kad glukoze nema. Signal se te elektrode oduzima od korisnog signala kako bi se smanjio utjecaj drugih tvari.

Izmjerenu struju elektronički dio (odašiljač) očitava neprekidno. Baždarni čimbenik tu struju pretvara u procijenjenu vrijednost glukoze [2]. Mnogi su suvremeni senzori baždareni tvornički, dok drugima povremeno treba provjera i po potrebi ponovno baždarenje mjeračem [9]. Algoritmi sustava, dakle programi koji rade u odašiljaču ili u aplikaciji na telefonu, ublažuju sitne električne promjene i djelomično ispravljaju kašnjenje između međustanične tekućine i krvi [3]. Rezultat se izražava u mg/dL ili mmol/L i bežično šalje telefonu ili drugom prijamniku.

Da, senzoru treba malen izvor napajanja, obično baterija smještena u odašiljaču. To napajanje na elektrodi održava stalan električni potencijal, a kemijska reakcija koju katalizira glukoza oksidaza stvara struju razmjernu koncentraciji glukoze [6]. Napaja i obradu signala, unutarnju memoriju te bežično slanje podataka telefonu ili prijamniku [10].

Potrošnja je energije vrlo mala, pa je sićušna baterija dovoljna za cijelo vrijeme dok senzor nosiš. Većina sustava za kontinuirano praćenje radi između 7 i 15 dana (u novije vrijeme čak 21 dan) [11] [12]. Nakon tog se razdoblja senzor mijenja novim, zajedno s izvorom napajanja. Kod starijih se modela odašiljač koristi ponovno, na nekoliko senzora [10].