Transkütan glukoz sensörlerinde ölçüm ilkesi

Transkütan sensörün bir iğneden çok daha ince, çok ince ve esnek bir filamanı vardır; bu filaman derinin hemen altına, yağ dokusuna sokulur. Bu filaman bir kan damarının içinde durmaz; bu dokunun hücreleri arasındaki, doku sıvısı denen sıvıda durur (doku sıvısı). Sensör doğrudan kandan ölçmez; kandaki kan şekerini yakından izleyen bu sıvıdaki glukoz yoğunluğunu değerlendirir [1].

Ölçüm elektrokimyasal yolla yapılır. Sensör, bir enzim ve bir elektrot (o ince filaman) yardımıyla glukoz yoğunluğunu çok küçük bir elektrik akımına dönüştürür [2]. Doku sıvısında ne kadar çok glukoz varsa, yerel olarak oluşan akım o kadar büyük olur. Kandaki kan şekeri hızla değiştiğinde sonuç ondan biraz geride kalabilir. Bu sıvıdaki glukoz, kandaki değerlerle küçük bir gecikmeyle eşitlenir [3].

Derinin altındaki filamanın ucu, yüzeyine tespit edilmiş bir enzimle, en sık glukoz oksidazla kaplıdır. Bu enzim biyolojik bir katalizördür; yani glukozun oksijenle kimyasal tepkimesini, bu süreçte kendisi tükenmeden hızlandırır [4]. Glukozu asıl tanıyan bölüm odur ve sensörü yalnızca genel bir elektrot olmaktan çıkarıp özellikle glukoza adanmış bir araç durumuna getirir.

Enzimin başlıca rolü, sensöre özgüllük vermek, yani glukoza yanıt verip başka maddeleri büyük ölçüde göz ardı etmesini sağlamaktır [5]. Ancak bu seçim bütünsel değildir: bazı modellerde parasetamol ya da C vitamini gibi maddeler sonucu değiştirebilir [5]. Bu enzim olmadan sensör, glukozu doku sıvısındaki öteki moleküllerden ayırt edemezdi. Bazı eski sensörler akraba bir enzim olan glukoz dehidrogenazı kullanır; ancak ölçüm ilkesi aynı kalır [5] [6].

Enzim (glukoz oksidaz), glukozun doku sıvısındaki oksijenle tepkimeye girmesini sağlar. Bu tepkimeden glukonik asit ve hidrojen peroksit (oksijenli su) çıkar. Üretilen hidrojen peroksit miktarı glukoz yoğunluğuyla doğru orantılıdır; yani daha çok glukoz, daha çok hidrojen peroksit demektir [4].

Hidrojen peroksit sensörün elektroduna ulaşır; orada parçalanır ve çok zayıf bir elektrik akımı oluşturan elektronlar salar. Bu akım özünde sensörün topladığı sinyaldir; büyüklüğü de doku sıvısındaki glukoz yoğunluğunu yansıtır, aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi [5].

Evet, tepkime çok küçük bir miktar glukoz tüketir. Yerel oksijenle tepkimeye giren her glukoz molekülü glukonik aside dönüşür; yani yerinde kullanılır. Filamana bağlı enzim, yalnızca küçük ve denetimli bir glukoz miktarının geçmesine izin veren özel bir zarla kaplıdır; böylece tepkime sınırlı kalır: hızını çevredeki glukoz miktarı değil, zar belirler [7].

Tüketilen bu miktar, kan şekerini düşürmeyecek ve filamanın çevresindeki glukozu tüketmeyecek kadar küçüktür; bu nedenle sonraki ölçümler de etkilenmez. Vücut, doku sıvısındaki glukozu kandakinden yola çıkarak sürekli tamamlar. Enzim bir katalizördür ve tükenmez; ancak zaman içinde hem o hem de zar yıpranabilir; sensörün kullanım süresinin sınırlı olmasının nedeni de budur [8].

Derinin altında yalın bir filaman olarak gördüğünüz şey, aslında aynı esnek taşıyıcı üzerinde çok ince katmanlar biçiminde dizilmiş ve birbirinden yalıtılmış birçok elektrot içerir. Her elektrotun kendi rolü vardır:

• çalışma elektrodu enzimle kaplıdır ve sinyali üretir;
• referans elektrodu, ölçü olarak kullanılan dengeli bir gerilimi korur;
• yardımcı elektrot elektrik devresini kapatır [6].

Sensöre bağlı elektronik bileşen, çalışma elektroduyla referans elektrodu arasında sabit bir gerilim tutar; kimyasal tepkime de bu gerilimi değil, akımın şiddetini değiştirir. Doku sıvısındaki glukoz yoğunluğu ne kadar büyükse, çalışma elektrodundan geçen akımın şiddeti o kadar büyük olur.

Bazı sistemler, enzimi olmayan dördüncü bir elektrot ekler; bu elektrot arka plan gürültüsünü, yani glukoz olmadan bile bulunan küçük sinyali ölçer. Bu elektrotun sinyali, başka maddelerin etkisini azaltmak için yararlı sinyalden çıkarılır.

Ölçülen akım, elektronik bileşen (verici) tarafından sürekli okunur. Bir kalibrasyon faktörü, bu akımı kan şekerinin kestirilen bir değerine dönüştürür [2]. Güncel sensörlerin çoğu fabrikada kalibre edilmiştir; başkaları ise zaman zaman glukometreyle bir denetime ve gerekirse yeniden kalibrasyona gereksinim duyar [9]. Sistemin algoritmaları, yani vericide ya da telefondaki uygulamada çalışan programlar, küçük elektriksel değişimleri yumuşatır ve doku sıvısıyla kan arasındaki gecikmeyi bölümüyle düzeltir [3]. Sonuç mg/dL ya da mmol/L olarak ifade edilir ve kablosuz olarak bir telefona ya da başka bir alıcıya gönderilir.

Evet; sensörün küçük bir enerji kaynağına, genellikle vericinin içindeki bir pile gereksinimi vardır. Bu enerji, elektrotta sabit bir elektrik gerilimini korur; glukoz oksidazın katalize ettiği kimyasal tepkime de glukoz yoğunluğuyla orantılı bir akım oluşturur [6]. Aynı enerji, sinyalin işlenmesini, iç belleği ve verilerin telefona ya da alıcıya kablosuz gönderilmesini de besler [10].

Enerji tüketimi çok küçüktür; bu nedenle sensörü taşıdığınız bütün dönem için minik bir pil yeter. Sürekli izlem sistemlerinin çoğu 7 ile 15 gün arasında (yakın zamanda 21 güne kadar) çalışır [11] [12]. Bu sürenin sonunda sensör, enerji kaynağıyla birlikte yenisiyle değiştirilir. Daha eski modellerde verici birçok sensörde yeniden kullanılır [10].