第300期

不流血不插電 測血糖好方便?

傳統的採血測血糖,有著既定缺點,那新發表的汗液自供電檢測技術,是否解決了問題呢?

不流血不插電 測血糖好方便?

陳子與 報導  2018/11/04

衛生福利部106年的調查中,糖尿病位居十大死因的第五名,每年近萬人因此喪命。糖尿病是一種慢性病,患者在檢查出罹病後,須終生監控血糖波動,可謂一場長期抗爭。目前普及的監控方式為指尖採血,但許多病人因為怕痛、怕麻煩,所以延誤治療時機。今年分別有無痛的汗液檢測及輕便的自供電檢測研究發表,但這是否解決了問題呢?

只有吃太胖才會得病?

糖尿病大致分成第1型和第2型。第1型好發於兒童及青壯年,又稱胰島素依賴型糖尿病,指胰臟被自體的免疫系統破壞,而導致胰島素分泌不足。胰島素能夠協助葡萄糖進入細胞,但如果缺乏,就會讓多餘的葡萄糖滯留於血液中,形成糖尿。

第一型糖尿病成因。(圖片來源/陳子與製)資料來源:衛生福利部國民健康署

反之第2型多為40歲以上才發病,且和基因、肥胖密切相關。這類的患者不一定無法製造胰島素,而是具有胰島素抗性或相對較少的胰島素。胰島素抗性意味著細胞對於正常濃度的胰島素起不了反應,但胰島沒辦法產生足夠的量,進而發展成糖尿病。

胰島素抗性示意圖。(圖片來源/陳子與製)資料來源:衛生福利部國民健康署

高血糖造成的血管增厚,阻礙血液流通,使白血球難以抵達傷口部位,故糖尿病患傷口不易癒合並容易感染,或造成諸多併發症,如腦梗塞、心肌梗塞、脂肪肝等。兩型糖尿病皆須搭配飲食控制及運動,才能避免血糖失控。

有創、微創到無創

為了準確了解目前身體的血糖數值,需要儀器監測。簡單來說,測試方式分為會造成傷口的有創檢測,及侵入性較低的微創或無創檢測。

傳統測血糖的方式為採血檢測,患者須透過針刺方式採取血液。上和診所負責醫師許燕銜表示:「病患當然怕痛啊,甚至任何造成他不便的檢測他都不喜歡。」這樣的檢測方式讓許多病患或潛在患者避之唯恐不及,也常常是患者錯過治療黃金期的元凶。

微創型的皮下感測器系統,透過在患者皮膚內植入感測器,可以每隔一段時間就記錄一次血糖數值。不過這項技術也存在風險,第一,皮下感測器可能導致過敏及感染反應;第二,患者須回到醫院才能讀取數值,難以即時反應;第三,感測器的供電系統須在一段時間後更換。基於這些缺陷,這項儀器通常只會在醫院使用。

至於無創,看起來是最好的一種方式。除了血液,也曾有人認為能夠透過身體中的其他分泌物來測量葡萄糖,如眼球內的房水、汗、唾液等。這些分泌物的取得不會造成疼痛,汗液甚至不需要特殊處理即可提取,可謂最方便省事的樣本。

由此可見,無痛無創無感的檢測方式,應會是提高潛在病患就醫、確診病患詳實監控的必然趨勢。

汗液是唯一最佳解?

2018年初,美國加利福尼亞大學聖地牙哥分校的Jayoung Kim、Allen S. Campbell、Jpseph Wang於科學期刊《Talanta發表了關於非侵入性葡萄糖檢測的總覽。血管中的葡萄糖會擴散到汗腺或間質液中,因此,汗腺分泌的體液中會含有葡萄糖,如此一來,只要在皮膚上貼上感測器,收集汗液或間質液,便能了解血液中的葡萄糖濃度。

葡萄糖從血管擴散後,滲入間質液或汗腺,再排出皮膚。(圖片來源/陳子與製)資料來源:《Talanta》

然而,這項技術仍然有需要改進之處。像是被醫學界詬病的準確性,亦即血液葡萄糖和汗液葡萄糖的相關性不夠明確,有可能有其他因素影響汗液葡萄糖的濃度。舉個例子來說,如果今天冰淇淋銷售量提高,同時溺水人數也提高,則我們就能推斷賣越多冰淇淋會讓越多人溺死嗎?實際原因可能是,夏天的炎熱讓冰淇淋熱銷,同時也讓玩水的人遽增,造成溺水事件數提高。

另外就是這項裝置在大量出汗或高溫下,將難以檢測。例如運動流汗時,體溫上升和汗水增加,可能會稀釋葡萄糖濃度,和實際血糖有差異,所以在除去了高溫或多汗情況後,能夠監測的頻率將會變低。更糟的狀況是,大量出汗是低血糖的其中一種表現,所以有可能在最需要時,裝置卻無法發揮效用。

儘管有這些疑慮,但研究中提到透過人工校正,可以有限度的改善精準度不足的缺陷。目前能夠確定的是,汗液葡萄糖和血液葡萄糖的濃度呈現正相關(當血液葡萄糖濃度上升,汗液葡萄糖濃度也會上升),非侵入性汗液檢測的發展指日可待。

懶得攜帶、懶得充電也有救

回到血糖機本身,市面上目前的血糖機大多不超過100公克,重量雖輕,但要時常攜帶還是有點麻煩;電池雖不必常更換,但也可能突然沒電時買不到電池。為此,國立清華大學生物醫學工程研究所的林宗宏團隊及台大團隊於《Nano Energy》發表了自供電無創血糖檢測技術。

這個技術的發想關鍵,就是日常生活中造成困擾的「靜電」。拿取烘乾後的衣服,覺得手毛直豎;天氣乾燥的時候,偶爾會因為碰到他人而被「電」到。這些經驗都是來自於惱人的靜電反應,但這些看起來少少的電,如果能夠存起來再利用,將會是可觀的能源來源。

方法是在兩片樹脂(PET)板中,置入導電用的鋁片,按壓的時候,金屬摩擦起電,再以銅線作為輸出交流電的導線,接到電路板上的整流器,轉換成直流電後,儲存於電容中,讓LED燈發亮。透過將機械能轉化為電能,這個技術可以應用在鞋子、襪子上,讓人每一步都能儲存一筆電力,只要累積30步,就有足夠的電測一次血糖。

樹脂板中嵌入鋁片及銅線,按壓發電後就能讓LED燈發亮。(圖片來源/陳子與攝)

有了輕薄的體積、穩定的電力供給系統,結合汗液的監測,這項技術接著需要面對的困難就是監測器可能會被汗水侵蝕,導致檢測結果越來越不精準。林宗宏表示,未來會朝向生物性材質的研發利用,找出抗侵蝕的材料來解決這個問題。

過一個更好的未來

汗液分析和自供電系統各有自己的路還沒走完,但如果能成功再進一步,除了對糖尿病患的健康監控有助益外,還可以應用於其他方面。例如,從汗液分析衍生到其他身體數值的監控、將自供電系統安裝於皮下植入醫療器材,免除需要開刀換電池的風險等。

除了仰賴精準的血糖量測,人人都能養成良好生活習慣,讓自己遠離糖尿病陰霾。像是患者隨身攜帶小零食,避免低血糖發生;隨時掌控血糖脈動,以規劃飲食習慣;規律且適量運動,打造強健免疫系統等等。唯有為自己的健康做出努力,新科技的發明才算是真的如虎添翼。

縮圖來源:陳子與製

記者 陳子與
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