Способ определения количества воды, поступившей с пищей в организм человека

Изобретение относится к диагностической медицине, а именно к измерению водного баланса организма человека. Для этого определяют количество воды, поступившей с пищей в организм человека к моменту времени ti, как величину, пропорциональную общему количеству глюкозы, поступившей в кровь человека к моменту времени ti, определяемому как сумма упомянутого количества глюкозы, поступившей в кровь человека за каждый интервал времени от первого - Δt1 до i-го - Δti. После начала приема пищи периодически через интервалы времени Δti измеряют концентрацию глюкозы Gi в крови человека и за указанный интервал времени Δti. Таким образом определяют приращение концентрации глюкозы ΔGi в крови, приращение количества глюкозы в плазме крови ΔG(pl)i, количество глюкозы ΔG(tis)i, поступившей в инсулин зависимые ткани, количество глюкозы ΔG(met)i, израсходованной на метаболические процессы в организме, и количество глюкозы ΔG(tm)i, израсходованной на метаболические процессы в инсулин зависимых тканях. На основе полученных данных определяют количество глюкозы ΔG(Σ)i, поступившей в кровь человека за данный интервал времени Δti, согласно формуле ΔG(Σ)i=ΔG(pl)i+ΔG(tis)i+ΔG(met)i-ΔG(tm)i. Изобретение обеспечивает возможность определения количества воды, поступившей с пищей в организм человека, независимо от ее состава и в любой промежуток времени с учетом индивидуальных особенностей организма человека по усвоению пищевых продуктов. 11 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к медицине, а именно к области измерений для диагностических целей, в частности к измерениям характеристик водного баланса организма человека, и может быть использовано при создании различных технических средств, предназначенных как для задач медицинской диагностики, так и для контроля функционального состояния человека в повседневной жизни.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Вода играет важную роль в обеспечении нормальной жизнедеятельности организма человека. Она является средой, в которой происходят практически все биохимические и биофизические реакции, связанные с обменом веществ. Вода обеспечивает перенос питательных веществ, вырабатываемых организмом ферментов, продуктов метаболизма, газов и др. С помощью воды из организма выводятся продукты метаболизма, поддерживается состояние гомеостаза, за счет испарения воды на поверхности кожи и через легкие обеспечивается отдача тепла организмом в окружающую среду. Многие другие происходящие в организме человека процессы невозможны без воды. В среднем суточная потребность взрослого человека в воде составляет от 20 до 45 мл на 1 кг массы тела. При этом реальная потребность может заметно отличаться от этих значений. Например, при нахождении в жарком климате, работе в горячих цехах, при тяжелой физической работе, занятии спортом потребность в воде увеличивается.

При невосполняемой потере организмом воды в количестве примерно 5% массы тела наблюдается выраженная потеря работоспособности, при потере воды более 10% массы тела возникает тяжелое обезвоживание, а от 15% до 20% - наступает смерть. Поэтому крайне важно иметь возможность контролировать поступление воды в организм человека.

Различают три пути поступления воды в организм человека: с питьем (примерно 35-40%), с твердой пищей (примерно 40-45%) и за счет метаболических процессов в организме, или в результате окисления в организме белков, жиров и углеводов (примерно 20%). При этом под «питьем» понимается потребление так называемой свободной жидкости в виде воды, сока, киселя, супа и т.п. Вода, содержащаяся в твердой пище, является связанной и высвобождается в процессе переваривания пищи.

Очевидно, что со стороны человека контролю может поддаваться поступление воды с питьем и с твердой пищей. При этом возможность контроля поступления воды с питьем не представляет особой сложности, поскольку речь идет о жидкости, количество которой человек может оценить, примерно зная, сколько воды, сока и пр. он выпил. Определить же количество воды, поступившей в организм человека с твердой пищей или в сочетании с питьем, представляется существенно более сложной задачей.

Известны различные способы, позволяющие оценить количество воды, поступившей с пищей в организм человека.

Так, в статье Mandi J Bossingham, Nadine S Carnell, and Wayne W Campbell. Water balance, hydration status, and fat-free mass hydration in younger and older adults // Am J Clin Nutr. 2005 June; 81(6): 1342-1350 описан способ определения количества воды, содержащейся в пище, имеющей сложный состав, включающий твердую пищу и напитки, за исключением свободной воды. Для этого пищу перемешивали до гомогенного состояния, часть полученной смеси замораживали в качестве пробы для последующего определения количества содержащейся в ней воды методом центрифугирования при температуре 80°С. Очевидно, что такой способ может быть применим для случая специальных исследований, однако для указанной задачи определения в обычных условиях жизни количества воды, поступившей вместе с пищей в организм человека, он практически непригоден.

Известны способы, основанные на оценке количества содержащейся в пище воды с учетом ингредиентов, входящих в состав пищи. Например, в статье A. Stahl 1, A. Kroke 1, K. Bolzenius 1 and F. Manz. Relation between hydration status in children and their dietary profile - results from the DONALD study // European Journal of Clinical Nutrition (2007); 61: 1386-1392 описан способ определения количества воды в потребляемой пище с использованием специальной базы данных LEBTAB (Wolfgang Sichert-Hellert, Mathilde Kersting, Christa Chahda, Ruth Schäfer, Anja Kroke. German food composition database for dietary evaluations in children and adolescents // Journal of Food Composition and Analysis. Volume 20, Issue 1, February 2007, Pages 63-70).

Однако, несмотря на кажущуюся простоту реализации, такой подход, во-первых, требует от человека специальных действий, и, во-вторых, он не может обеспечить приемлемой точности получаемой оценки количества поступившей с пищей воды, как в силу использования неких усредненных табличных параметров, а не реальных, свойственных конкретной потребленной пище, так и в силу того, что не учитывается индивидуальная реакция организма на данный продукт. Кроме того, в обычных условиях потребления реальной пищи, когда невозможно выделить ее составляющие, такой метод становится непригодным.

Современные потребности людей, заботящихся о своем здоровье, предполагают создание персональных технических средств, в том числе обеспечивающих оценку количества поступившей в организм воды. Насущной задачей является создание объективных методов оценки количества поступившей в организм воды, не связанных с каким бы то ни было анализом состава потребленной пищи (включая свободную воду) и учитывающих реакцию конкретного организма на ту или иную пищу. При этом важно иметь возможность получать такую оценку как в реальном времени, так и итоговую после окончания процесса переваривания пищи.

В уровне техники источников, раскрывающих инструментальные методы решения указанной задачи, заявителем не обнаружено. Соответственно, задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка инструментального способа определения количества воды, поступившей с пищей в организм человека, в том числе обеспечивающего указанные требования, как в части произвольного состава пищи, так и в части получения оценки количества воды в реальном времени и после окончания процесса переваривания пищи. Способ также должен учитывать индивидуальные особенности организма человека по усвоению пищевых продуктов.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ определения количества воды, поступившей с пищей в организм человека, в соответствии с настоящим изобретением характеризуется следующими операциями.

После начала приема пищи периодически через интервалы времени Δti измеряют концентрацию глюкозы Gi в крови человека. Указанные интервалы времени определяются как: Δti=ti-ti-1, где ti - текущий момент времени измерения, а ti-1 - предыдущий момент времени измерения, при этом порядковый номер измерения i={1, N}, где N - общее число измерений, причем t0 - момент времени начала приема пищи.

Далее за указанный интервал времени Δti определяют:

1) приращение концентрации глюкозы ΔGi в крови;

2) приращение количества глюкозы ΔG(pl)i в плазме крови;

3) количество глюкозы ΔG(tis)i, поступившей в инсулин зависимые ткани;

4) количество глюкозы ΔG(met)i, израсходованной на метаболические процессы в организме;

5) количество глюкозы ΔG(tm)i, израсходованной на метаболические процессы в инсулин зависимых тканях, в которых усвоение глюкозы происходит преимущественно под воздействием инсулина.

Далее определяют количество глюкозы ΔG(Σ)i, поступившей в кровь человека за данный интервал времени Δti, как сумму упомянутого приращения количества глюкозы ΔG(pl)i в плазме крови, упомянутого количества глюкозы ΔG(tis)i, поступившей в инсулин зависимые ткани, и упомянутого количества глюкозы ΔG(met)i, израсходованной на метаболические процессы в организме, за вычетом упомянутого количества глюкозы ΔG(tm)i, израсходованной на метаболические процессы в инсулин зависимых тканях, за данный интервал времени Δti, или:

Далее определяют общее количество глюкозы, поступившей в кровь человека к моменту времени ti, как сумму количества глюкозы, поступившей в кровь за каждый интервал времени от первого до i-го, то есть от Δt1 до Δti, или

по которому судят о количестве воды, поступившей с пищей в организм человека, как о величине, пропорциональной общему количеству глюкозы, поступившей в кровь человека к моменту времени ti, или

где ΚW - коэффициент пропорциональности, связывающий это определяемое количество воды с общим количеством глюкозы, поступившей в кровь человека к моменту времени ti.

Слагаемые, входящие в уравнение (1), могут быть определены, например, следующим образом.

Приращение количества глюкозы в плазме крови ΔG(pl)i за интервал времени Δti может быть определено по значению приращения концентрации глюкозы в крови ΔGi за интервал времени Δti с учетом известного общего объема крови в организме человека и известной доли плазмы в этом объеме крови, составляющей примерно 60%.

При определении количества глюкозы ΔG(tis)i, поступившей в инсулин зависимые ткани за интервал времени Δti, можно использовать, например, известные зависимости скорости захвата глюкозы периферийными или инсулин зависимыми тканями. На Фиг. 1 представлено семейство кривых зависимости скорости захвата глюкозы периферийными тканями человека (в ммоль в час на кг массы тела) от концентрации глюкозы в плазме крови (в ммоль на литр) и с учетом концентрации инсулина (миллиюнит на литр) в плазме крови. Данные приведены с сайта http://www.2aida.net/welcome/ (см. в разделе "Technical Guide", далее по ссылке - "Model Description").

Данными графиками можно пользоваться следующим образом. По известному значению концентрации глюкозы G, на кривой, соответствующей концентрации инсулина в плазме крови (что необходимо дополнительно определить для данного человека), определяют скорость захвата глюкозы V(tis) периферийными тканями. Количество глюкозы ΔG(tis)i, поступившей в инсулин зависимые ткани, пропорционально длительности интервала времени Δti и массе человека. Недостатком этого метода определения ΔG(tis)i является необходимость дополнительного определения концентрации инсулина в плазме крови данного человека.

Известно, что количество глюкозы ΔG(met)i, израсходованной на метаболические процессы в организме за интервал времени Δti, пропорционально массе человека. Известно, что скорость продукции (выработки) глюкозы печенью натощак составляет примерно 2-3 мг/мин·кг массы тела человека (см. в кн. Эндокринология и метаболизм. Т. 2 / Под. ред. Ф. Фелига - М.: Медицина, 1985, с. 224). Это количество глюкозы идет на обеспечение метаболических процессов в организме. Так, при массе человека примерно 80 кг продукция глюкозы печенью составит примерно 200 мг/мин. Один моль глюкозы имеет массу 180 г, соответственно, масса 1 ммоль глюкозы составляет 0,18 г (или 180 мг). Таким образом, печень человека с указанной массой обеспечивает метаболические процессы в организме, производя примерно 1,1÷1,2 ммоль глюкозы в минуту. Таким образом, количество глюкозы ΔG(met)i, израсходованной на метаболические процессы в организме за интервал времени Δti, может быть определено на основе известных данных о скорости выработки глюкозы печенью и с учетом массы человека и длительности интервала времени Δti.

Известно, что количество глюкозы ΔG(tm)i, израсходованной на метаболические процессы в инсулин зависимых тканях за интервал времени Δti, также пропорционально массе человека и составляет примерно 25% от общего количества глюкозы, расходуемой на метаболические процессы в организме (см. в кн. Эндокринология и метаболизм. Т. 2 / Под. ред. Ф. Фелига - М.: Медицина, 1985, с. 73). Ткани, в которых усвоение глюкозы происходит преимущественно под воздействием инсулина (так называемые инсулин зависимые ткани), это: мышцы, жировая ткань. Таким образом, количество глюкозы ΔG(tm)i, израсходованной на метаболические процессы в инсулин зависимых тканях за интервал времени Δti, может быть определено на основе известных данных о скорости выработки глюкозы печенью, доли глюкозы, идущей на метаболические процессы в инсулин зависимых тканях, и с учетом массы человека и длительности интервала времени Δti.

Полученные значения ΔG(pl)i, ΔG(tis)i, ΔG(met)i и ΔG(tm)i используют для определения количества глюкозы ΔG(Σ)i, поступившей в кровь человека за данный интервал времени Δti, в соответствии с выражением (1), а общее количество глюкозы, поступившей в кровь человека к моменту времени ti, определяют в соответствии с выражением (2). Наконец, количество воды, поступившей с пищей в организм человека, определяют в соответствии с выражением (3) как величину, пропорциональную общему количеству глюкозы, поступившей в кровь человека к моменту времени ti. Данная зависимость подтверждена экспериментально, и значение коэффициента пропорциональности KW, используемое в выражении (3), может быть получено соответствующим образом.

Таким образом, настоящее изобретение представляет инструментальный способ определения в реальном времени количества воды, поступившей в организм человека с пищей произвольного состава. При этом, поскольку способ основывается на измерении показателей обменных процессов, происходящих в организме конкретного человека, автоматически обеспечивается учет индивидуальных особенностей организма по усвоению пищевых продуктов.

В частном случае при осуществлении способа интервал времени Δti выбирают в диапазоне от 0,5 до 5 минут, предпочтительно - в диапазоне от 1 до 2 минут. Кроме того, интервал времени Δti может быть задан величиной постоянной.

Концентрацию глюкозы в крови человека Gi можно измерять любым подходящим методом. С учетом частоты (периодичности) измерений предпочтительно для этой цели использовать неинвазивные методы.

Приращение количества глюкозы ΔG(pl)i в плазме крови за интервал времени Δti, в частности, может быть определено как:

ΔG(pl)i=ΔGi·V(pl),

где ΔGi - приращение концентрации глюкозы в крови, определяемое как разность между текущим значением Gi и предыдущим значением Gi-1 концентрации глюкозы в крови, или: ΔGi=Gi-Gi-1;

V(pl) - объем плазмы в крови человека, определяемый как:

V(pl)=K1·P,

где: Ρ - масса человека;

K1 - коэффициент, характеризующий количество плазмы крови на единицу массы человека.

Количество глюкозы ΔG(tis)i, поступившей в инсулин зависимые ткани за интервал времени Δti, может быть, в частности, определено с использованием экспериментальных данных о скорости захвата глюкозы инсулин зависимыми тканями V(tis), полученных авторами настоящего изобретения. На Фиг. 2 приведен соответствующий график зависимости скорости захвата глюкозы инсулин зависимыми тканями от концентрации глюкозы G в крови для человека массой 70 кг. По этому графику для измеренного значения концентрации глюкозы Gi находим значение скорости захвата глюкозы инсулин зависимыми тканями V(tis)i и определяем количество глюкозы ΔG(tis)i, поступившей в инсулин зависимые ткани за интервал времени Δti, для данного человека с учетом его массы:

ΔG(tis)i=V(tis)i·Δti·KP,

где: V(tis)i - скорость захвата глюкозы инсулин зависимыми тканями для момента времени ti, определяемая в зависимости от концентрации глюкозы в крови Gi по графику на Фиг. 2;

KP - безразмерный коэффициент, учитывающий массу человека и равный Ρ/70, где: Ρ - масса человека, в кг.

В случае технической реализации при вычислении ΔG(tis)i можно использовать либо табличную форму представленной на графике Фиг. 2 зависимости V(tis) от G, либо ее математическое выражение, которое может быть получено известными методами аппроксимации кривой.

Количество глюкозы ΔG(met)i, израсходованной на метаболические процессы за интервал времени Δti, может быть определено как:

ΔG(met)i=K2·Δti·P;

где: Ρ - масса человека;

K2 - коэффициент, характеризующий количество глюкозы, расходуемой для обеспечения в организме человека метаболических процессов в единицу времени на единицу массы человека.

Количество глюкозы ΔG(tm)i, израсходованной на метаболические процессы в инсулин зависимых тканях за интервал времени Δti, может быть определено как:

ΔG(tm)i=K2·K3·Δti·P,

где: Ρ - масса человека;

K2 - коэффициент, характеризующий количество глюкозы, расходуемой для обеспечения в организме человека метаболических процессов в единицу времени на единицу массы человека;

K3 - коэффициент, характеризующий количество глюкозы, расходуемой для обеспечения метаболических процессов в инсулин зависимых тканях организма человека в единицу времени на единицу массы человека.

Определение коэффициента пропорциональности KW, связывающего определяемое количество воды Wi, поступившей с пищей в организм человека, с общим количеством глюкозы G(Σ)i, поступившей в кровь человека к моменту времени ti, может базироваться на известных и экспериментально полученных авторами настоящего изобретения данных об обменных процессах, происходящих в организме.

В частности, при практической реализации способа коэффициент пропорциональности KW может быть представлен произведением трех коэффициентов в виде:

где: KWl - безразмерный коэффициент пропорциональности между количеством глюкозы, в целом поступившей в организм человека, и количеством глюкозы, поступившей в кровь человека, в результате приема пищи;

Kwg - коэффициент пропорциональности между количеством всасываемой кишечником воды и количеством глюкозы, поступающей в организм человека в результате приема пищи;

Kws - безразмерный коэффициент пропорциональности, определяющий долю воды, содержащейся в поступающей в организм человека пище.

Известно, что в кровь человека попадает только часть глюкозы, поступающей в организм человека вместе с пищей, остальная часть, составляющая примерно от 30% до 45%, задерживается печенью (см. в кн: Principles of Diabetes Mellitus: Second Edition / Editor Leonid Poretsky. - Springer New York Dordrecht Heidelberg London, 2010, p. 31-32). Учитывая эти данные, коэффициент пропорциональности Kwl между количеством поступившей в организм человека глюкозы и количеством поступившей в кровь человека глюкозы в результате приема пищи может быть выбран в диапазоне от 1,4 до 1,8.

При определении коэффициента пропорциональности Kwg между количеством всасываемой кишечником воды и количеством глюкозы, поступающей в организм человека в результате приема пищи, можно принять во внимание следующие данные. Известно, что процесс всасывания глюкозы в кишечнике сопровождается поступлением определенного количества воды, а именно: на 1 молекулу глюкозы приходится примерно от 200 до 260 молекул воды. На это соотношение указывают разные исследователи, например, в статьях: Pierre-Pascal Duquette, Pierre Bissonnette, Jean-Yves Lapointe. Local osmotic gradients drive the water flux associated with Na+/glucose cotransport // Proc Natl Acad Sci USA. 2001 Mar. 27; 98(7): 3796-3801; Francois M. Charron, Maxime G. Blanchard, Jean-Yves Lapointe. Intracellular hypertonicity is responsible for water flux associated with Na+/glucose cotransport // Biophys J. 2006 May 15; 90(10): 3546-3554. Иными словами, количество всасываемой кишечником воды пропорционально количеству поступающей в организм глюкозы, и коэффициент пропорциональности для случая молекулярного соотношения воды и глюкозы составляет примерно от 200 до 260. В частности, в пересчете на количество воды, измеренное в мл, и количество глюкозы, измеренное в ммоль, коэффициент пропорциональности Kwg, с учетом указанной размерности измеряемых величин, может быть выбран в диапазоне от 3,6 мл/ммоль до 4,7 мл/ммоль.

Выделение в виде отдельного сомножителя коэффициента пропорциональности Kws, определяющего долю воды, содержащейся в поступающей в организм человека пище, отражает то обстоятельство, что вода, которая всасывается вместе с глюкозой, включает не только воду, поступающую вместе с пищей. Существенная часть воды поступает в кишечник в виде различных секретов, участвующих в пищеварительных процессах. Так, известно, что в среднем в суточном количестве воды, поступившей в организм человека и равной примерно 9000 мл, секретированная вода составляет до 6000 мл (Human Physiology. Edited by Robert F. Schmidt and Gerhard Thews. Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg-New York, 1983, p. 773).

Для определения количества воды, поступившей в организм человека с пищей, то есть без учета секретированной воды, изобретателями была проведена серия экспериментов, в ходе которых для определенного состава пищевой нагрузки рассчитывали количество содержащейся в ней воды, сразу после приема пищи периодически измеряли концентрацию глюкозы в крови, на основе чего определяли количество глюкозы, поступившей в кровь и в целом в организм человека вследствие приема пищи. В результате экспериментов установлено, что количество воды, содержащейся в пище, пропорционально количеству воды, всосавшейся вместе с глюкозой, и коэффициент пропорциональности лежит в диапазоне примерно от 0,14 до 0,18. Соответственно, при осуществлении способа в этом диапазоне может быть выбрано значение коэффициента пропорциональности Kws.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение поясняется следующими графическими материалами.

На Фиг. 1 представлено семейство графиков зависимости скорости захвата глюкозы периферийными тканями человека от концентрации глюкозы в плазме крови и с учетом концентрации инсулина в плазме крови. Данные получены с сайта http://www.2aida.net/welcome/.

На Фиг. 2 приведен график зависимости скорости захвата глюкозы инсулин зависимыми тканями от концентрации глюкозы в крови, полученный экспериментальным путем авторами настоящего изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже дано описание примерного осуществления способа в соответствии с настоящим изобретением с указанием значений и размерностей измеряемых и вычисляемых параметров.

После начала приема пищи начинают измерять концентрацию глюкозы в крови человека Gi (в ммоль/л) через интервалы времени Δti. Интервалы времени могут быть выбраны в пределах от 0,5 мин до 5 мин, предпочтительно от 1 до 2 минут. Предпочтительно концентрацию глюкозы в крови измерять, используя неинвазивные методы, что обеспечивает достаточно комфортные для человека условия измерения.

На интервале времени Δti определяют:

приращение концентрации глюкозы в крови ΔGi;

приращение количества глюкозы в плазме крови ΔG(pl)i;

количество глюкозы ΔG(tis)i, поступившей в инсулин зависимые ткани;

количество глюкозы ΔG(met)i, израсходованной на метаболические процессы;

количество глюкозы ΔG(tm)i, израсходованной на метаболические процессы в инсулин зависимых тканях.

Приращение количества глюкозы в плазме крови ΔG(pl)i (в ммоль) за интервал времени Δti определяют по формуле:

ΔG(pl)i=ΔGi·V(pl),

где ΔGi - приращение концентрации глюкозы в крови (в ммоль/л), определяемое как разность между текущим значением Gi и предыдущим измеренным значением Gi-1 концентрации глюкозы в крови, или: ΔGi=Gi-Gi-1;

V(pl) - объем плазмы в крови человека (в л), определяемый как:

V(pl)=K1·P,

где: Ρ - масса человека (в кг);

K1 - коэффициент, характеризующий количество плазмы крови на единицу массы человека, усредненное значение K1=0,075 л/кг.

Количество глюкозы ΔG(tis)i (в ммоль), поступившей в инсулин зависимые ткани за интервал времени Δti, определяют при данной концентрации глюкозы в крови Gi. Определить количество глюкозы ΔG(tis)i, поступившей в инсулин зависимые ткани, можно, в частности, с использованием графика на Фиг. 2. По этому графику для данного значения концентрации глюкозы в крови Gi (в ммоль/л) определяют скорость захвата глюкозы инсулин зависимыми тканями V(tis)i (ммоль/мин) и далее определяют количество глюкозы, поступившей в инсулин зависимые ткани по формуле:

ΔG(tis)i=V(tis)i·Δti·KP,

где: V(tis)i - скорость захвата глюкозы инсулин зависимыми тканями для момента времени ti (в ммол/мин);

Δti - длительность интервала времени между измерениями концентрации глюкозы в крови (в мин),

KP - безразмерный коэффициент, учитывающий массу человека и равный Ρ/70, где: Ρ - масса человека (в кг).

Вместо графика, представленного на Фиг. 2, можно использовать математическую зависимость V(tis) от G, которая может быть получена известными методами аппроксимации кривой.

Количество глюкозы ΔG(met)i (в ммоль), израсходованной на метаболические процессы в организме, определяют по формуле:

ΔG(met)i=K2·Δti·P,

где: Ρ - масса человека (в кг);

K2 - коэффициент, характеризующий количество глюкозы, расходуемой для обеспечения в организме человека метаболических процессов в единицу времени на единицу массы человека, усредненное значение K2=0,0139 ммоль/кг·мин;

Δti - длительность интервала времени между измерениями концентрации глюкозы в крови (в мин).

Количество глюкозы ΔG(tm)i (в ммоль), израсходованной на метаболические процессы инсулин зависимыми тканями, определяют по формуле:

ΔG(tm)i3·Δti·Ρ,

где: Ρ - масса человека (в кг);

K3 - коэффициент, характеризующий количество глюкозы, расходуемой для обеспечения метаболических процессов в инсулин зависимых тканях организма человека в единицу времени на единицу массы человека; характеризует скорость усвоения глюкозы инсулин зависимыми тканями на единицу массы человека за одну минуту, усредненное значение K3=0,0057 ммоль/кг·мин;

Δti - длительность интервала времени между измерениями концентрации глюкозы, в мин.

На основе вычисленных значений приращения количества глюкозы в плазме крови ΔG(pl)i, количества глюкозы ΔG(tis)i, поступившей в инсулин зависимые ткани, количества глюкозы ΔG(met)i, израсходованной на метаболические процессы, и количества глюкозы ΔG(tm)i, израсходованной на метаболические процессы в инсулин зависимых тканях, определяют количество глюкозы ΔG(Σ)i, поступившей в кровь человека за данный интервал времени Δti, используя для этого выражение (1).

Далее по формуле (2) определяют общее количество глюкозы G(Σ)i, поступившей в кровь человека к моменту времени ti, а количество воды Wi, поступившей с пищей в организм человека к моменту времени ti, определяют по формуле (3) с учетом (4) как:

При этом значение коэффициентов Kwl, Kwg и Kws, входящих в выражение (5), выбирают в следующих пределах:

Kwl - в диапазоне от 1,4 до 1,8;

Kwg - в диапазоне от 3,6 мл/ммоль до 4,7 мл/моль;

Kws - в диапазоне от 0,14 до 0,18.

ПРИМЕРЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Для проверки осуществимости способа и достижения указанного результата был проведен ряд экспериментов. В ходе эксперимента волонтер получал дозированную пищевую нагрузку, представляющую собой комбинацию различных продуктов. При этом в соответствии с настоящим изобретением измерялась концентрация глюкозы в крови человека от начала приема пищи на протяжении полутора часов, в течение которых происходит практически полное усвоение потребленной пищи. Концентрация глюкозы измерялась неинвазивным способом, описанным в международной заявке PCT/RU2013/000144 (номер международной публикации WO 2013/125987). Измерения производились с периодичностью 1 минута, или Δti=1 мин, i={1,90}. Дополнительно результаты измерений контролировались стандартным инвазивным способом с забором пробы крови 1 раз каждые 15 минут.

По полученным данным концентрации глюкозы в крови Gi для каждого интервала времени Δti в соответствии с описанным способом определяли: приращение концентрации глюкозы ΔGi в крови; приращение количества глюкозы ΔG(pl)i в плазме крови; количество глюкозы ΔG(tis)i, поступившей в инсулин зависимые ткани; количество глюкозы ΔG(met)i, израсходованной на метаболические процессы в организме; количество глюкозы ΔG(tm)i, израсходованной на метаболические процессы в инсулин зависимых тканях. Затем по формуле (1) вычисляли количество глюкозы ΔG(Σ)i, поступившей в кровь человека за каждый интервал времени Δti, после чего по формуле (2) определяли общее количество глюкозы, поступившей в кровь человека за весь период измерения концентрации глюкозы в крови. Наконец, общее количество воды Wi(i=90), поступившей с пищей в организм человека, определяли по формуле (5), при этом были использованы следующие значения коэффициентов пропорциональности:

Kwl=1,7;

Kwg=4,0 мл/моль;

Kws=0,16.

Здесь при определении значения и размерности Kwg учитывалось, что количество воды Wi, поступившей с пищей в организм человека, измерялось в мл, а количество поступившей в организм глюкозы - в ммоль.

В качестве контрольного был выбран метод, основанный на использовании известных данных о составе продукта, которые можно получить из известных таблиц или с помощью специальных программ, например доступной по адресу http://www.calorizator.ru/analyzer/products. Суть метода заключается в следующем. Для определенного продукта берут данные о весовом количестве (массе) его основных нутриентов - белков, жиров, углеводов, приходящихся на определенное количество продукта, обычно на 100 г. Из общей массы продукта вычитают суммарное значение массы белков, жиров и углеводов и 90% полученного таким образом остатка принимают за количество воды, входящей в состав продукта. Здесь учитывалось то обстоятельство, что примерно до 10% по массе продукта могут составлять пищевые добавки (усилители вкуса, соли, стабилизаторы). Учет пищевых добавок производится для всех продуктов, кроме напитков. Затем полученные данные корректируют с учетом реальной массы продукта, потребленного волонтером.

В завершении экспериментов оценивалось отклонение значения количества воды, поступившей с пищей в организм человека, полученного с использованием способа в соответствии с настоящим изобретением, относительно этого же показателя, вычисленного контрольным способом.

ПРИМЕР 1

Испытательный тест со смешанной пищевой нагрузкой. Волонтер мужчина 58 лет, рост 174 см, вес 84 кг.

Состав пищевой нагрузки:

карбонат варено-копченый - 100 г;

батон нарезной - 54 г;

масло сливочное - 20 г;

кофе - 150 мл, в том числе сахар - 10 г.

Расчет количества воды, содержащейся в пище, приведен ниже в таблице 1.

Результаты теста

Количество воды в пищевой нагрузке, определенное контрольным методом, составило 230,1 мл.

Расчетное значение количества глюкозы, поступившей в кровь человека в результате приема пищи, составило 205,6 ммоль (или 37,0 г).

Количество воды, поступившей с пищей в организм человека и определенное в соответствии с настоящим изобретением, равно 223,7 мл.

Относительная погрешность определения количества воды, поступившей с пищей в организм человека, составила 2,8%.

ПРИМЕР 2

Испытательный тест со смешанной пищевой нагрузкой. Волонтер женщина 22 года, рост 162 см, вес 53 кг.

Состав пищевой нагрузки:

котлета куриная с сыром («Киевская») - 117 г;

каша гречневая - 125 г;

кофе - 150 мл, в том числе сахар - 10 г.

Расчет количества воды, содержащейся в пище, приведен ниже в таблице 2.

Результаты теста

Количество воды в пищевой нагрузке, определенное контрольным методом, составило 277,9 мл.

Расчетное значение количества глюкозы, поступившей в кровь человека в результате приема пищи, составило 221,2 ммоль (или 39,8 г).

Количество воды, поступившей с пищей в организм человека и определенное в соответствии с настоящим изобретением, равно 240,7 мл.

Относительная погрешность определения количества воды, поступившей с пищей в организм человека, составила 13,4%.

Проведенные испытания показали, что настоящее изобретение обеспечивает возможность инструментальной оценки количества воды, поступившей с пищей в организм человека, на основе измерения концентрации глюкозы в крови.

Способ предназначен преимущественно для определения количества воды, поступившей с пищей в организм здорового человека, и может использоваться для создания различных устройств и систем мониторинга водного баланса организма человека.

1. Способ определения количества воды, поступившей с пищей в организм человека, характеризующийся тем, что
после начала приема пищи периодически через интервалы времени Δti, где Δti есть интервал времени между текущим моментом времени измерения ti и предыдущим моментом времени измерения ti-1, измеряют концентрацию глюкозы Gi в крови человека и за указанный интервал времени Δti определяют:
приращение концентрации глюкозы ΔGi в крови;
приращение количества глюкозы ΔG(pl)i в плазме крови;
количество глюкозы ΔG(tis)i, поступившей в инсулин зависимые ткани;
количество глюкозы ΔG(met)i, израсходованной на метаболические процессы в организме;
количество глюкозы ΔG(tm)i, израсходованной на метаболические процессы в инсулин зависимых тканях,
на основе чего определяют количество глюкозы ΔG(Σ)i, поступившей в кровь человека за данный интервал времени Δti, как сумму упомянутого приращения количества глюкозы в плазме крови ΔG(pl)i, упомянутого количества глюкозы ΔG(tis)i, поступившей в инсулин зависимые ткани, и упомянутого количества глюкозы ΔG(met)i, израсходованной на метаболические процессы в организме, за вычетом упомянутого количества глюкозы ΔG(tm)i, израсходованной на метаболические процессы в инсулин зависимых тканях,
а о количестве воды, поступившей с пищей в организм человека к моменту времени ti, судят как о величине, пропорциональной общему количеству глюкозы, поступившей в кровь человека к моменту времени ti, определяемому как сумма упомянутого количества глюкозы, поступившей в кровь человека за каждый интервал времени от первого - Δt1 до i-го - Δti.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что упомянутый интервал времени Δti выбирают в диапазоне от 0,5 до 5 минут.

3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что упомянутый интервал времени Δti задают величиной постоянной.

4. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что концентрацию глюкозы Gi в крови человека измеряют неинвазивным методом.

5. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что упомянутое приращение количества глюкозы ΔG(pl)i в плазме крови за интервал времени Δti определяют как:
ΔG(pl)i=ΔGi·V(pl),
где: ΔGi - приращение концентрации глюкозы в крови, определяемое как разность между текущим значением Gi и предыдущим значением Gi-1 концентрации глюкозы в крови;
V(pl) - объем плазмы в крови человека, определяемый как:
V(pl)=K1·P,
где: P - масса человека;
K1 - коэффициент, характеризующий количество крови на единицу массы человека.

6. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что упомянутое количество глюкозы ΔG(tis)i, поступившей в инсулин зависимые ткани за интервал времени Δti, определяют как:
ΔG(tis)i=V(tis)i·Δti·KP,
где: V(tis)i - скорость захвата глюкозы инсулин зависимыми тканями для момента времени ti, определяемая в зависимости от концентрации глюкозы в крови Gi по графику на Фиг. 2;
KP - коэффициент, учитывающий массу человека и равный P/70, где P - масса человека, в кг.

7. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что упомянутое количество глюкозы ΔG(met)i, израсходованной на метаболические процессы за интервал времени Δti, определяют как:
ΔG(met)i=K2·Δti·P;
где: P - масса человека;
K2 - коэффициент, характеризующий количество глюкозы, расходуемой для обеспечения в организме человека метаболических процессов в единицу времени на единицу массы человека.

8. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что упомянутое количество глюкозы ΔG(tm)i, израсходованной на метаболические процессы в инсулин зависимых тканях за интервал времени Δti, определяют как:
ΔG(tm)i=K2·K3·Δti·P,
где: P - масса человека;
K2 - коэффициент, характеризующий количество глюкозы, расходуемой для обеспечения в организме человека метаболических процессов в единицу времени на единицу массы человека;
K3 - коэффициент, характеризующий количество глюкозы, расходуемой для обеспечения метаболических процессов в инсулин зависимых тканях организма человека в единицу времени на единицу массы человека.

9. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что коэффициент пропорциональности, связывающий определяемое количество воды, поступившей с пищей в организм человека к моменту времени ti, с общим количеством глюкозы, поступившей в кровь человека к моменту времени ti, выбирают равным:
Kw=Kwl·Kwg·Kws,
где: Kwl - коэффициент пропорциональности между количеством глюкозы, в целом поступившей в организм человека, и количеством глюкозы, поступившей в кровь человека, в результате приема пищи, учитывающий количество глюкозы, задержанной печенью;
Kwg - коэффициент пропорциональности между количеством всасываемой кишечником воды и количеством поступающей в организм глюкозы в результате приема пищи;
Kws - коэффициент пропорциональности, определяющий долю воды, содержащейся в поступающей в организм человека пище.

10. Способ по п. 9, характеризующийся тем, что коэффициент пропорциональности Kwl между количеством глюкозы, в целом поступившей в организм человека, и количеством глюкозы, поступившей в кровь человека, в результате приема пищи, выбирают в диапазоне от 1,4 до 1,8.

11. Способ по п. 9, характеризующийся тем, что при определении количества воды, поступившей с пищей в организм человека к моменту времени ti, в мл и количества глюкозы, поступившей в кровь человека к моменту времени ti, в ммоль коэффициент пропорциональности Kwg между количеством всасываемой кишечником воды и количеством поступающей в организм глюкозы в результате приема пищи выбирают в диапазоне от 3,6 мл/ммоль до 4,7 мл/ммоль.

12. Способ по п. 9, характеризующийся тем, что коэффициент пропорциональности Kws, определяющий долю воды, содержащейся в поступающей в организм человека пище, выбирают в диапазоне от 0,14 до 0,18.



 

Похожие патенты:

Изобретение касается способа определения правильности проведения теста в отношении образца биологической жидкости и/или составляющей биологической жидкости, внесенного для проведения теста в проточном тестовом элементе.

Настоящее изобретение относится к контейнеру, предназначенному для хранения множества тест-полосок, пригодных для анализа биологической жидкости, например крови.

Изобретение относится к медицине, а именно к лабораторным методам исследования, и может быть использовано для дифференциальной диагностики простой и быстрорастущей миомы матки с нормальным строением эндометрия.

Группа изобретений относится к медицине и может быть использована для определения электрической емкости биосенсорной камеры. Для этого инициируют электрохимическую реакцию пробы после ее внесения в биосенсорную камеру, имеющей два электрода, расположенных в камере и соединенных с микроконтроллером.

Группа изобретений относится к анализу биологических жидкостей с помощью биосенсорных систем. Способ определения концентрации анализируемого вещества в образце включает: генерацию выходного сигнала, соответствующего концентрации анализируемого вещества в образце и входному сигналу; компенсацию выходного сигнала с помощью основной функции и первой функции невязки для определения скомпенсированного выходного сигнала, причем основная функция предназначена для компенсации основной ошибки в выходном сигнале, а первая функция невязки предназначена для компенсации оставшейся ошибки в выходном сигнале; и определение концентрации анализируемого вещества в образце по скомпенсированному выходному сигналу.
Изобретение относится к медицине, а именно к хирургии, и предназначено для диагностики ранений ободочной кишки, в частности ранений ее забрюшинного отдела. Пострадавшему с подозрением на повреждение ободочной кишки выполняют первичную хирургическую обработку раны с ее ревизией.

Изобретение относится к медицине, а именно к офтальмологии, и предназначено для прогнозирования органоспецифической аутоиммунизации при воспалительных заболеваниях глаз.

Настоящее изобретение относится к отбору проб жидкости, которая находится в эластичном закрытом контейнере, например, в контейнере для сбора мочи или крови. Устройство для отбора жидкости, находящейся в эластичном контейнере (13, 14), содержит первую секцию (20), имеющую базовую поверхность (21), и элемент (22) для перфорирования пленки, выступающий от базовой поверхности (21).
Изобретение относится к медицине, а именно к детской гастроэнтерологии, и может быть использовано для дифференциальной диагностики неспецифического язвенного колита и болезни Крона у детей.

Группа изобретений относится к области медицины, а именно к молекулярной диагностике. Устройство для подвергания жидкой пробы воздействию акустической энергии путем создания кавитации в жидкой пробе содержит источник высокоинтенсивных ультразвуковых волн и картридж, содержащий жидкую пробу и границу раздела жидкость-воздух.

Группа изобретений относится к биотехнологии, в частности, к стандартным образцам иммуноглобулина человека, используемым для определения антикомплементарной активности иммуноглобулинов человека и способам их получения.

Изобретение относится к медицине, а именно к инфекционным болезням, и может быть использовано для прогноза анемии, развивающейся у больных хроническим гепатитом С (ХГС) в результате проведения комбинированной противовирусной терапии (КПТ).

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для оценки угрозы формирования гемической анемии у беременных на третьем триместре гестации при обострении цитомегаловирусной инфекции.
Изобретение относится к медицине, а именно к диагностике, и может быть использовано для оценки угрозы нарушения формирования фетоплацентарной системы и развития плода при обострении цитомегаловирусной инфекции на первом и третьем триместре гестации.
Изобретение относится к области медицины и представляет собой способ прогнозирования раннего токсикоза тяжелой степени, включающий определение в крови беременных женщин концентрации лептина и фактора роста плаценты (ФРП), отличающийся тем, что дополнительно производят определение значения максимальной амплитуды агрегации тромбоцитов (МААТ), содержания лимфоцитов CD95+ (Л CD95+), уровня общего IgE и концентрации C-реактивного белка (СРБ), и при значении этих показателей в сроки 6-8 недель и 9-12 недель беременности соответственно: концентрации лептина (нг/мл) - 18,9±2,8 и 23,4±3,2; концентрации ФРП (пг/мл) - 55±4,1 и 91±6,2; значении МААТ (%) - 42,6±1,4 и 45,1±1,5; содержании Л CD95+ (%) - 44,2±3,5 и 49,7±3,8; уровня общего IgE (пг/мл) - 295±19 и 322±16; концентрации СРБ (мкг/мл) - 96±4,2 и 108±5,3 прогнозируют ранний токсикоз тяжелой степени.
Изобретение относится к области медицины, а именно к диагностике, и может быть использовано в неврологии для диагностики полиневропатии тонких волокон у пациентов с целиакией.
Изобретение относится к области медицины, а именно к способу неинвазивной диагностики развития тубулоинтерстициального фиброза (ТИФ) у пациентов с фокально-сегментарным гломерулосклерозом (ФСГС).

Изобретение относится к области медицины, а именно к посмертной патоморфологической диагностике бифуркационной недостаточности сосудов артериального круга большого мозга.
Изобретение относится к медицине, а именно к способу диагностики возможности заражения новорожденных вирусными гепатитами В и С у беременных женщин, больных этой инфекцией или носителей вирусов.

Изобретение относится к медицине, а именно офтальмологии, и касается методов прижизненного исследования биологических материалов органа зрения для определения морфофункциональных характеристик соединительнотканных оболочек глазного яблока при стационарной миопии средней степени.

Изобретение относится к клинической биохимии и представляет собой способ определения литической активности множественно модифицированных липопротеинов низкой плотности (ммЛНП) путем обработки сыворотки крови 20% раствором поливинилпирролидона с молекулярной массой 35000 (ПВП-35000) при объемном соотношении сыворотка: ПВП (1:0,84), инкубируют 10 мин при комнатной температуре, агрегаты ммЛНП осаждают центрифугированием, декантируют, осадок ммЛНП растворяют в буфере без ПВП, добавляют аутологичные отмытые стандартизованные эритроциты человека, инкубируют в течение 48 часов при комнатной температуре, измеряют оптическую плотность на фотометре при длине волны 620 нм, по калибровочному графику определяют степень лизиса и при лизисе более 10% констатируют повышенную литическую активность ммЛНП. Изобретение обеспечивает расширение арсенала способов определения литической активности ммЛНП. 4 пр., 4 табл., 1 ил.

Изобретение относится к диагностической медицине, а именно к измерению водного баланса организма человека. Для этого определяют количество воды, поступившей с пищей в организм человека к моменту времени ti, как величину, пропорциональную общему количеству глюкозы, поступившей в кровь человека к моменту времени ti, определяемому как сумма упомянутого количества глюкозы, поступившей в кровь человека за каждый интервал времени от первого - Δt1 до i-го - Δti. После начала приема пищи периодически через интервалы времени Δti измеряют концентрацию глюкозы Gi в крови человека и за указанный интервал времени Δti. Таким образом определяют приращение концентрации глюкозы ΔGi в крови, приращение количества глюкозы в плазме крови ΔGi, количество глюкозы ΔGi, поступившей в инсулин зависимые ткани, количество глюкозы ΔGi, израсходованной на метаболические процессы в организме, и количество глюкозы ΔGi, израсходованной на метаболические процессы в инсулин зависимых тканях. На основе полученных данных определяют количество глюкозы ΔGi, поступившей в кровь человека за данный интервал времени Δti, согласно формуле ΔGiΔGi+ΔGi+ΔGi-ΔGi. Изобретение обеспечивает возможность определения количества воды, поступившей с пищей в организм человека, независимо от ее состава и в любой промежуток времени с учетом индивидуальных особенностей организма человека по усвоению пищевых продуктов. 11 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

Наверх