Cенсор кишечных газов расскажет о проблемах с пищеварением
Впервые на людях был испытан* глотаемый сенсор, измеряющий концентрацию водорода, кислорода и углекислого газа в кишечнике. Сенсор помещен в капсулу, снабженную также передатчиком, который регулярно шлет информацию о составе кишечных газов на смартфон. Эти данные позволяют судить о наличии тех или иных заболеваний пищеварительной системы
Глотаемый сенсор – потенциально мощный инструмент для мониторинга здоровья человека. Уже разработаны сенсоры, собирающие данные об уровне рН, концентрации глюкозы в крови или уровне артериального давления. Но подобных устройств для мониторинга химических процессов в кишечнике пока предложено не было.
Часть газов попадает в кишки вместе с пищей, однако основным их производителем является кишечная микробиота. При переработке съеденной нами пищи микроорганизмы выделяют разные газы, в том числе водород, кислород и углекислый газ. Интенсивность газообразования отражает состояние желудочно-кишечного тракта, а концентрация кишечных газов может быть биомаркером заболеваний пищеварительной системы.
Недавно исследователи из Королевского Мельбурнского технологического института (Австралия0 разработали капсулу, которая при проглатывании измеряет концентрации кишечных газов и посылает показания на мобильное устройство. Капсула успешно прошла испытания на свиньях. Недавно завершились пилотные испытания на людях.
Читайте также: «Умная таблетка» наябедничает доктору, если пациент не следует назначениям
Капсула представляет собой полиэтиленовый корпус с отверстием, закрытым газопроницаемой мембраной, внутри размещены сенсоры газа и теплопроводности, микроконтроллер, передатчик и аккумулятор. Концентрация газов измеряется как сенсором газа, так и датчиком теплопроводности. Разные газы различаются по теплопроводности, поэтому ее измерение при разных температурах позволяет получать точные данные о распределении веществ. Общая точность измерения концентрации газов капсулой составляет около 0,2% для кислорода и водорода и 1% – для углекислого газа. Измерения проводятся каждые пять минут и через передатчик, который можно носить в кармане, отправляются на мобильное устройство с установленным специальным приложением. Капсулы работают все время прохождения по кишечнику, а затем выводятся с калом.
В испытаниях приняли участие шесть пациентов: пятеро питались либо насыщенной, либо ненасыщенной волокнами пищей, а один участвовал в обоих тестах, в которых придерживался обоих типов диет. В результате было установлено, что концентрации газов, особенно водорода и углекислого газа, зависят от состава принимаемой еды, а также индивидуальных особенностей пищеварения. Было показано, что капсулы безопасны и безболезненно выводятся из организма через 1-2 суток.
Авторы работы полагают, что в будущем такое устройство может быть использовано для разработки персонализированных рекомендаций по лечебному и здоровому питанию, а также ранней диагностики ряда заболеваний желудочно-кишечного тракта.
Рис. под заголовком: модель капсулы-сенсора кишечных газов (Kourosh Kalantar-Zadeh et al., 2018)*
* Kourosh Kalantar-Zadeh, Kyle J. Berean, Nam Ha, Adam F. Chrimes, et al. (2018) A human pilot trial of ingestible electronic capsules capable of sensing different gases in the gut // Nature Electronics, 2018, 1: 79–87. doi: 10.1038/s41928-017-0004-x
