200 років стетоскопу: досягнення та перспективи сучасної світової медицини

200 років тому, у 1816 р., французького лікаря Рене Тео­філя Гіацінта Лаеннека покликали до однієї заможної молодої і дуже привабливої пацієнтки. Він запропонував дівчині зняти сорочку, поглянув на неї і раптом зрозумів, який не «comme il faut» він, лейб-медик імператора Наполеона, матиме вигляд, прикладаючи вухо до її грудей, щоб прослухати серцебиття. Не галантно і не гігієнічно – у Європі на той час вирувала епідемія туберкульозу. Тоді він скрутив аркуші паперу (то були ноти) трубкою і з’ясував, що в такий спосіб тони серця прослуховуються навіть краще, ніж зазвичай. Так було винайдено стетоскоп, якому судилося стати першим ґаджетом ескулапів (рис. 1). А згодом лікар і анатом Рене Лаеннек розробив методику стетоскопії і виклав її у «Трактаті про вислуховування або розпізнавання хвороб легенів і серця», де вперше описав туберкульозні горбки і дав назву туберкульозу. Лаеннек став членом Медичної академії Франції, а у 1826 р. за іронією помер від туберкульозу – захворювання, на яке хворів з дитинства і з яким боровся усю свою медичну практику.

Для подальшого вдосконалення стетоскопа знадобилося більше ніж сторіччя, лише у 1940-х рр. завдяки Спрегу і Раппапорту він набув свого сучасного вигляду. Модифікацією стетоскопа Раппапорта у вигляді стетофонендоскопа і донині користується більшість сучасних лікарів.

У 1916 р. дві незалежні групи вчених (одна під керівництвом біохіміків Елмера Макколум і Маргарет Девіс, інша – Томаса Осборна) виявили пов’язану з харчовими жирами речовину, без якої, як вони гадали, було б неможливе людське життя, – vita, тому їй дали назву «вітамін А». Це був перший вітамін.

У 2016 р. Марк Цукерберг зробив гучну заяву про те, що збирається винайти спосіб для вилікування всіх існу­ючих на планеті хвороб. Засновник Facebook і його дружина Прісцилла Чан, педіатр за фахом, організували масштабний проект «Інвестування в фундаментальні наукові дослідження з метою остаточного зцілення людства від хвороб» і зробили перший внесок – 3 млрд доларів, які протягом 10 років витрачатимуться на створення ліків від чотирьох головних груп захворювань: раку, інфекційних, серцево-судинних і неврологічних хвороб. Крім того, Марк Цукерберг розраховує збільшити в майбутньому тривалість життя людини до 100 років. Більшість провідних світових фахівців розцінюють проект Цукерберга як зухвалий, але багатообіцяльний.

Які ж новітні технології дозволяють нам з надією дивитись у майбутнє без болю та хвороб? Свій варіант відповіді на це запитання дає редактор Мedscape Ерік Дж. Toпoль у добірці «10 технологічних досягнень, які можуть змінити медицину». До його топ‑10 увійшли:

• використання штучного інтелекту в медицині;
• портативні датчики, які носяться на тілі;
• рідинна біопсія для діагностики раку;
• віртуальні медичні центри для дистанційного моніторингу («безліжкові лікарні») та швидкий розвиток телемедицини;
• перше використання CRISPR для редагування геному та ініціювання подальших клінічних досліджень;
• смартфон-ехокардіографія;
• лабораторія в кишені;
• нові дослідження Genomics для виявлення схильності до раку, секвенування всього геному;
• мікрорідинні чіпи для дослідження краплі крові;
• віртуальна реальність для лікування болю, фобії і профілактики падінь.

Для широкого загалу в першу чергу цікавими є новітні медичні розробки, що дозволяють кожній людині самостійно визначати стан свого здоров’я. Це компактні датчики, чутливіші і точніші за органи чуттів лікаря, які здатні передавати в оцифрованому вигляді дані обстежень на будь-яку відстань і сумісні з комп’ютерами, мобільними телефонами та іншими електронними приладами. У 2016 р. продовжилася розробка сенсорів, які можна носити на тілі: вони надлегкі, гнучкі, водостійкі, здатні розтягуватись. Окрім визначення основних фізіологічних пара­метрів (температура тіла, частота пульсу та дихання, артеріальний тиск), їх використовують для оцінки ступеня розтягнення м’язів, кисневої сатурації капілярної крові, моніторингу біохімічних показників (глюкози, етанолу, лактату) і навіть впливу довкілля (доза УФО-опромінення). Наприклад, AmpStrip – компактний водонепроникний кардіодатчик, що кріпиться до тіла як пластир і відслідковує адекватність роботи серця під час занять спортом та інші параметри (температуру, дихання, правильність постави, рівень стресу, сон, спалені калорії, кількість кроків і час активності).

Група дослідників зі Стенфордського університету (Stanford University School of Medicine, Каліфорнія, США) за допомогою комп’ютерного аналізу показань датчиків, які носяться на тілі, розробила алгоритм ранньої персоніфікованої діагностики низки захворювань та станів, таких як хвороба Лайма, втома, запалення. Крім того, вони з’ясували, що сенсорні глюко­метри можуть допомогти у виявленні інсулінорезистентних осіб та підвищити ймовірність раннього визначення ризику діабету 2 типу.

Датчики, сумісні зі смартфонами, такі як браслет Jawbone, фітнес-браслет Microsoft Band або годинник Apple Watch, дозволяють власникові відстежувати його фізичну активність (рис. 2). У самих смартфонах з’явилися додатки, здатні виміряти температуру тіла, частоту пульсу, визначити пройдену за день відстань, вирахувати кількість витрачених калорій та ще й отримати індивідуальні фітнес-рекомендації. Додаток Apple Watch «Здоров’я» призначений для аналізу даних фітнес-ґаджетів і містить чотири категорії: «активність», «сон», «усвідомленість» і «харчування». Він здійснює моніторинг фізіологічних та біохімічних показників, дозволяє стежити за станом здоров’я (у тому числі й ­репродуктивного), надає рекомендації щодо змін способу життя, а категорія «усвідомленість» допомагає знімати напругу і зберігати рівновагу впродовж цілого дня.

Різноманіття подібних ґаджетів невпинно зростає. Так, компанія Apple спеціально для жінок, які планують завагітніти, розробила браслет, що за динамікою основних фізіологічних параметрів визначає найбільш сприятливий період для зачаття дитини. А чоловікам пропонується програма, здатна за допомогою сумісної зі смартфоном лінзи проаналізувати якість сперми. Компанія Milo Sensors планує масовий випуск браслетів (рис. 3), що контролюють кількість спожитого алкоголю та попереджають власника про те, що «можливо, на сьо­годні вже досить».

До цих новітніх ґаджетів можна додати УЗД-пристрої на базі смартфонів, віртуальний отоскоп, який дозволяє батькам передавати зображення барабанної перетинки дитини безпосередньо педіатру.

Eko Core – це цифровий стетоскоп у поєднанні зі смартфоном (рис. 4). Він здатен підсилювати звуки тіла людини, а також візуалізувати, записувати і передавати їх за допомогою bluetooth до мобільного телефону в реальному часі.

Система Emerald пристосована до того, щоб на відстані за допомогою радіосигналів, на кшталт маршрутизатора Wi-Fi, відстежувати рухи людини. Вона орієнтована на зменшення побутового травматизму серед людей похилого віку: прилад вивчає фізичну активність людини і намагається передбачити падіння.

Безкоштовна, доступна вже сьогодні кожному в Інтернеті, сумісна з Windows та Android комп’ютерна програма GooPatient призначена стати основою для створення індивідуальної або сімейної електронної картки здоров’я. В ній можна зберігати основну інформацію про здоров’я: стандартні фізіологічні показники, групу крові, алергічні реакції, протипоказання, хвороби, щеплення, страховки, а також дані зі звичайної поліклінічної картки, виписки з історій хвороб, рецепти, довідки, рентгенівські знімки, результати УЗД і МРТ та інші медичні дані.

GooPatient містить набір картинок частин тіла і маркер, за допомогою якого можна позначити хворе місце. Також існує можливість малювати на власних фотографіях, зроблених на телефон або веб-камеру. Людина може створити електронну медичну картку здоров’я для себе, дитини або літніх батьків, зберігати її на комп’ютері або у хмарному сховищі, швидко роздрукувати і взяти на прийом до лікаря, дані також можна використати для телемедицини. Особливої цінності ця інформація набуває при тяжких хворобах або у випадках екстреної госпіталізації. GooPatient дозволяє роздрукувати ID-картку хворих на діабет, астму, алергію, епілепсію, хворобу Альцгеймера, серцеву недостатність, яка надасть оточуючим і лікарям швидкої допомоги життєво важливу інформацію в разі нападу хвороби.
У 2016 р. діагностичний арсенал лікарів поповнили мікрорідинні чіпи (рис. 5), які використовують унікальні біофізичні або біохімічні властивості клітин і вірусів для їх автоматичного визначення та відокремлення. Це дозволяє за допомогою лише однієї краплі крові за лічені хвилини провести скринінг декількох сотень захворювань.

Поєднання лабораторних тест-систем із пристроями типу USB дозволяє обробляти отримані дані аналізів за допомогою мобільних пристроїв і, таким чином, швидко і без зайвих витрат діагностувати велику кількість інфекційних захворювань, у тому числі ВІЛ, вірус папіломи людини, грипу, стрептокока групи А.

Дослідження повітря, що видихається, пропонують використовувати для експрес-діагностики гострої фази пневмонії, туберкульозу, пухлин, цукрового діабету. Breathtec Biomedica у співробітництві з Yost Group Університету Флоріди розробила економічний, точний і портативний мобільний пристрій для тестування дихання, який, на думку керівників проекту, може істотно змінити парадигму біомедичного діагностичного скринінгу цих захворювань.

На зміну стандартним методикам ЕКГ-діагностики поступово приходить неінвазивна електрофізіологія. Сучасні ЕКГ-системи, такі як методики електрокардіографії високої роздільної здатності, поверхневого картування, дипольної електрокардіотопографії, спектрально-часового і дисперсійного картування, аналізу варіабельності серцевого ритму, використовують комп’ютерну обробку та аналіз, графічне зображення складних характеристик і параметрів.

З використанням подібних інновацій в Україні, у Хмельницькій області, започатковано медичний проект скринінгу серцево-судинних захворювань серед сільського населення – Платформа 20К на базі суперсучасної мобільної електронної системи Cardiolyse, яка являє собою ЕКГ IV покоління. Вона дозволяє провести високоточний аналіз ЕКГ за 260 параметрами і за лічені хвилини виявити відхилення в роботі серця на ранніх стадіях, визначити рівень ризику раптової серцевої смерті.

Минулого року розпочато дослідження з виявлення раку у великих когорт здорових людей із використанням рідинної біопсії. Ця методика дозволяє ідентифікувати пухлини за допомогою секвенування пухлинної ДНК, виділеної із плазми крові, і має безсумнівні переваги над традиційною біопсією тканин щодо вартості, ризиків і дискомфорту для пацієнта і, можливо, визначення ступеня прогресування раку. В осіб з наявністю факторів ризику злоякісних пухлин або несприятливим сімейним анамнезом вчасно попередити захворювання допоможе секвенування онкогенів або генів-супресорів пухлин. Так, для людей з онкологічними захворюваннями в сімейному анамнезі компанія Color Genomics пропонує секвенувати 30 із цих генів за 249 доларів, а Veritas Genetics оголосила про наміри впровадити в найближчому майбутньому секвенування всього геному за 999 доларів.

Для лікування пухлин винайдено принципово новітню технологію – редагування геному за допомогою технології CRISPR-Cas9. Уперше її застосували в Китаї у жовтні 2016 р. для лікування пацієнта з раком легень: проведено видалення імунних клітин, редагування їх геному, направлене на підвищення імунної функції (відключення гена PD‑1), культивування клітин і введення їх знову в організм пацієнта. Передбачається використання CRISPR для корекції помилок у геномі, виправлення мутацій або введення нових генів. Варто зазначити, що деякі вчені висловили побоювання, що ці дослідження свідчать про початок епохи створення дизайнерських немовлят.
У 2016 р. дослідники з Ноттінгемського університету та Wyss Institute for Biologically Inspired Гарвард­ського університету (США) отримали нагороду Королівського хімічного товариста за «нову парадигму для стоматологічного лікування». Вони розробили інноваційні синтетичні терапевтичні біоматеріали для лікування зубів, які стимулюють нативну популяцію стовбурових клітин до відновлення і регенерації тканини пульпи і навколишнього дентину. Такий підхід допоможе мільйонам хворих уникнути в подальшому зайвих стоматологічних втручань.

Продовжує розширюватися сфера застосування 3D-принтерів у медицині: друк імплантів, протезів, елементів екзоскелету. Вчені з Гарвардського Інституту Wyss за допомогою технології біологічного друку створили функціональну 3D-модель проксимальних канальців людської нирки, яка містить живі клітини, життєздатні більше місяця in vitro. Нещодавно компанія Cellink оголосила про початок впровадження технології 3D-друку Bio X, яка дозволить надрукувати тканини та органи з біоматеріалу (наприклад, ніс або колінну чашечку). Ці технології також можуть бути використані для тестування ліків та косметичних продуктів не на тваринах, а на біоаналогах частин людського тіла.

Торік науковці представили детальну карту кори головного мозку, що складається із 180 областей, 97 з яких нові для науки. Визначено зони, що відповідають за мову, використання інструментів, абстрактне мислення. Цікаво, що розмір цих областей варіюється від однієї людини до іншої, можливо, забезпечуючи індивідуальні характеристики розумових здібностей і психічного здоров’я. Карта допоможе нейрофізіологам краще зрозуміти, як творчість і інтелект відображаються у структурах кори мозку.

Вивчення секретів людського мислення необхідне для розвитку технологій, які намагаються змінити не тільки засоби дослідження, але й самого дослідника. Минулого року продовжено роботи із створення штучного інтелекту, в них активно інвестували такі компанії, як IBM, Apple, Google і Microsoft, а також більше 90 дрібних компаній зі всього світу.

Штучний інтелект уже продемонстрував надзвичайні здібності в діагностиці уражень шкіри і сітківки ока, точній інтерпретації рентгенівських знімків та даних МРТ. Він не втомлюється від аналізу кожного пікселя зображення і має можливість порівняти його з безліччю інших знімків, що дозволяє отримати надточний та миттєвий висновок. Учені з Університету Case Western Reserve (м. Клівленд, США) вирішили перевірити здібності комп’ютерних систем щодо діагностування онкологічних захворювань за знімками МРТ мозку. Для навчання вони використали 43 МРТ-зображення з розміченими раковими клітинами, а потім влаштували невеличке змагання між комп’ютером і досвідченими лікарями в оцінюванні 15 знімків МРТ пацієнтів, яким уже було встановлено правильний діагноз. Так, один з лікарів не помилився в 7 випадках, інший – у 8, а комп’ютерна програма правильно оцінила 12 із 15 знімків.

Компанія Google розпочала співробітництво з британською організацією Національної служби охорони здоров’я щодо використання штучного інтелекту DeepMind (відомого перемогою над чемпіоном у грі Го) для діагностики захворювань нирок. У перспективі планується застосовувати DeepMind в офтальмології для розшифровування зображень оптичної томографії з метою вдосконалення діагностики таких ­захворювань, як стареча макулодистрофія сітківки і діабетична ретинопатія.

Але пальма першості в цій сфері, безумовно, належить системі Watson компанії IBM. Цей унікальний комп’ютер, здатний не тільки встановлювати діагнози, а й визначати найбільш оптимальні методи лікування хвороб, уже успішно працює в кращих клініках світу (рис. 6). До впровадження в медичну практику Watson пройшов дворічний курс «навчання» – освоїв 2 млн сторінок тексту, 605 тис. медичних документів, про­аналізував 25 тис. історій хвороби і обробив 14,7 тис. із них для точнішого вибору алгоритмів.

Використання IBM Watson, який вміє враховувати найдрібніші деталі стану хворого, дані обстеження, особливості анамнезу, навіть генетичні особливості, дозволило підвищити частоту призначення оптимальної терапії раку легень до 90%, у той час коли в лікарнях США цей показник не перевищує 50%.

IBM і фармацевтичний гігант Pfizer розпочали роботу в напрямі прискорення розробки за допомогою штучного інтелекту нових імунотерапевтичних засобів для боротьби з онкологічними захворюваннями. Передбачається, що Watson на основі аналізу великих обсягів даних з відкритих джерел і результатів власних досліджень Pfizer перевірятиме гіпотези розробників нових ліків.

Американська кардіологічна асоціація розробила проект модернізації лікування серцево-судинних захворювань, який дозволяє терапевту використовувати IBM Watson безпосередньо на робочому місці. Лікар у процесі терапії може зі свого iPad вносити в комп’ютер додаткову інформацію. Наприклад, написати: «У пацієнта з’явився висип на шкірі обличчя», – система це врахує і майже миттєво видасть уточнений діагноз і нові терапевтичні рекомендації.

Спільний проект IBM і Apple – хмарна платформа Watson Health Cloud – призначена для зберігання величезних обсягів медичної інформації з наукових біб­ліотек, клінічних баз, даних досліджень і результатів обстежень сотень мільйонів людей. Бази даних Watson постійно поповнюються завдяки співробітництву IBM із провідними клініками, такими, наприклад, як Онкологічний центр Memorial Sloan-Kettering (м. Нью-Йорк, США) – один з найстаріших і найбільших центрів з подібною спеціалізацією у світі, де зібрано величезний архів медичної інформації.

Для медичних установ створений спеціальний клієнтський модуль IBM Watson розміром з коробку від піци, його можна купити або взяти в оренду, існує і веб-портал для доступу до довідкової системи. Миттєвий пошук необхідної інформації у хмарному сховищі в поєднанні з аналітичними здібностями Watson дозволить лікарям підвищити точність та швидкість діагностики, збільшити ефективність лікування. Може, в найближчому майбутньому не тільки кожен лікар, але й кожна людина зможе скористатися можливостями супермозку, який володіє найбільш актуальною та вичерпною медичною інформацією.

Друга технологічна революція стрімко та невпинно змінює світ навколо нас. І нікого вже не здивуєш цифровим стетоскопом, на який обернувся колишній імпровізований нотно-аркушевий стетоскоп Рене Лаеннека. У нашу медичну повсякденність поступово входять і чудові міні-сенсори, і лабораторії в кишені, і штучний медичний інтелект. Тому, хто знає – можливо, мрія Марка Цукенберга вилікувати всі хвороби здійсниться вже найближчими кількома десятиліттями?

Підготувала Вікторія Ніколаєнко

Медична газета «Здоров’я України 21 сторіччя» № 2 (399), січень 2017 р.