«Умное» нижнее белье

устройство мониторинга образования газов кишечной микрофлорой

Маргарет Славин (Margaret Slavin), Брантли Холл (Brantley Hall), и еще 19 специалистов, Университет Мэриленда, США, "«Умное» нижнее белье: новое носимое устройство для долговременного мониторинга образования газов кишечной микрофлорой посредством анализа газов", "Биосенсоры и биоэлектроника" (Biosensors and Bioelectronics), 27, декабрь 2025.

Введение
Метаболические процессы в кишечнике приводят к распространенным жалобам: согласно недавнему крупномасштабному исследованию (2023), примерно 20% людей (18 187 из 88 795 опрошенных) сообщали об избыточном газообразовании в кишечнике. После образования в кишечнике водород выводится двумя основными путями: всасыванием в кровообращение с последующим выдохом и прямым выведением в виде газов. Хотя оба пути отражают микробный метаболизм, разница в концентрации между ними поразительна. Содержание водорода в выдыхаемом воздухе обычно колеблется от 0 до 500 ppm, в прямых газах оно составляет 83 000–630 000 ppm. Это преимущество в концентрации делает второй вариант идеальным объектом для чувствительного, непрерывного мониторинга микробной метаболической активности, однако этот потенциал остается совершенно неиспользованным в исследовательских целях.

Современные методы оценки метаболизма кишечной микробиоты страдают от серьезных временных ограничений. Метаболомный анализ кала или сыворотки крови позволяет количественно определить продукты микробного метаболизма, такие как короткоцепочечные жирные кислоты, но частота отбора проб по своей природе ограничена частотой дефекации и практичностью забора крови, что приводит к тому, что исследователи упускают динамические реакции на изменения в рационе питания. Водородный дыхательный тест, хотя и неинвазивный, требует либо многочасового пребывания в клинике с сопутствующими затратами и неудобствами, либо домашних протоколов, которые страдают от проблем с соблюдением протокола и сложных многоэтапных процедур. Наиболее прямые измерения состава газов получены с помощью ректальных исследований, которые, несмотря на предоставление ценных данных, являются крайне инвазивными и непрактичными для многократных измерений.

Передовые методы визуализации позволяют точно рассчитать объем кишечного газа, но их клиническое применение ограничено дискретными временными точками, а не непрерывным мониторингом. Анкеты пациентов о симптомах метеоризма предлагают субъективные оценки с низкой временной разрешающей способностью и надежностью. Эти ограничения не позволяют исследователям практически отслеживать, как изменяется микробный метаболизм час за часом в ответ на диету, циркадные ритмы или другие факторы окружающей среды.

Для решения этой критической проблемы разработали «умное нижнее белье» (Smart Underwear) — неинвазивное носимое устройство, которое непрерывно отслеживает содержание водорода в газах, обеспечивая беспрецедентную временную разрешающую способность метаболической активности кишечной микрофлоры. «Умное нижнее белье» удобно крепится к внешней стороне нижнего белья пользователя в области промежности с помощью системы застежек, в которой небольшая пластиковая застежка на внутренней стороне ткани нижнего белья входит в соответствующее отверстие на противоположной стороне «умного белья». Это удерживает ткань на месте за счет трения, обеспечивая стабильное, но комфортное крепление «умного белья». После крепления «умное нижнее белье» пассивно регистрирует концентрацию водорода в газе, а также временную динамику, включая частоту и продолжительность газовых выделений, что позволяет проводить долгосрочные измерения метаболизма кишечной микробиоты. Исследование пользовательского опыта, демонстрирующее возможность недельного мониторинга, и исследование GUMDROP, подтверждающее обнаружение метаболических изменений, вызванных диетой, позволяют нам рассматривать «умное нижнее белье» как новый исследовательский инструмент.

Методы исследования пользовательского опыта
Доказательство эффективности устройства для обнаружения газов (безопасность и приемлемость для пользователя) продемонстрировано на 19 здоровых взрослых участниках, которые носили устройство в течение недели. Набрали 74% мужчин и 26% женщин. Участники добровольно носили устройство непрерывно в течение всего времени бодрствования, за исключением поездок и интенсивных физических нагрузок. Ношение устройства во время сна было необязательным. После 7-дневного периода участникам предложено заполнить анкету об их опыте использования устройства, и были собраны данные для оценки его эффективности.

Методы исследования GUMDROP
Было проведено исследование с участием 38 человек (53% мужчин, 47% женщин) для оценки способности «умного» нижнего белья выявлять изменения в метаболизме кишечной микробиоты. Порядок потребления углеводов (контрольная и экспериментальная группы) был фиксированным, чтобы избежать эффектов переноса, хотя участники не знали порядка потребления. Конфеты Dots визуально неотличимы от жевательных конфет с клетчаткой.

Участникам рекомендовано избегать продуктов, содержащих углеводы, которые могут метаболизироваться кишечной микробиотой, в течение первых двух дней исследования. Был предоставлен список разрешенных продуктов с низким содержанием клетчатки и запрещенных продуктов с высоким содержанием клетчатки. Участники строго придерживались диеты с низким содержанием клетчатки на протяжении всего периода исследования. Протокол исследования требовал, чтобы участники голодали в течение 12 часов перед каждым днем тестирования.

На 3-й день (контрольная группа) участники съедали 6 обычных жевательных конфет (Dots, подслащенных кукурузным сиропом и столовым сахаром) вскоре после пробуждения и носили «умное» нижнее белье в течение 8 часов. Участникам было предписано избегать всех продуктов питания и напитков, кроме воды, в течение первых 4 часов, после чего они могли возобновить прием пищи, соблюдая при этом диету с низким содержанием клетчатки.

На 4-й день (группа вмешательства) участники повторяли тот же протокол, но съедали 6 жевательных конфет, содержащих 6 г инулина, вместо контрольных. Участники оставались в неведении относительно последовательности и состава жевательных конфет на протяжении всего исследования.

Сбор данных включал непрерывный мониторинг концентрации водорода в газовых выделениях с помощью устройства Smart Underwear в течение 8-часового периода ношения на 3-й и 4-й дни. Участники также заполнили анкету при возврате устройства, касающуюся их восприятия желудочно-кишечных симптомов на 3-й и 4-й дни.

Определение жизнеспособной архитектуры устройства «умное нижнее белье»
Устройство «умное нижнее белье» представляет собой носимую сенсорную систему для непрерывного пассивного долговременного мониторинга метаболизма кишечной микрофлоры с помощью водорода в метеоризме. Были исследованы различные конфигурации для определения оптимальной конструкции, которая бы обеспечивала баланс между функциональностью, комфортом и удобством для пользователя.

В окончательной версии архитектуры «умного нижнего белья» два электрохимических датчика объединены в один компактный модуль (29 х 29 х 10 мм). Два датчика обеспечивают резервирование в случае отказа одного из датчиков или позволяют обнаруживать водород в более широком диапазоне концентраций.

Исследование на людях демонстрирует осуществимость и приемлемость «умного» нижнего белья
Мы провели наблюдательное исследование с участием 19 здоровых взрослых добровольцев для оценки способности «умного» нижнего белья непрерывно отслеживать метаболизм кишечной микробиоты по метеоризму и восприятия пользователями ношения устройства. Участники носили «умное» нижнее белье во время обычной повседневной деятельности в течение семи последовательных дней. Алгоритм обнаружения ношения продемонстрировал высокую степень соблюдения правил пользователями. Встроенные датчики температуры и акселерометра зафиксировали среднее еженедельное время ношения 79,2 ч (11,3 ч/день), при этом 79% участников продолжали использовать устройство в течение шести и более дней, и только 5% участников носили «умное» нижнее белье в течение как минимум четырех дней. Опросы после исследования показали высокий уровень комфорта для пользователей: 95% участников сообщили об отсутствии значительного дискомфорта во время обычной повседневной деятельности.

Результаты исследования GUMDROP
Умное нижнее белье выявило более высокую активность микробиома на 4-й день после употребления жевательных конфет с инулином у 36 из 38 (94,7%) участников.

Выводы
Умное нижнее белье представляет собой методологический прорыв в исследованиях микробиома, демонстрируя, что непрерывный мониторинг метаболизма кишечной микрофлоры является осуществимым и приемлемым. Значительная межиндивидуальная вариативность и систематическое занижение данных о газообмене ставят под сомнение существующие представления о газообразовании и восприятии симптомов. Обеспечивая ранее недоступное временное разрешение, эта технология открыла новые возможности для понимания того, как диета, циркадные ритмы и другие факторы влияют на функциональную активность кишечных микробных сообществ.

15.02.2026

Комментарий:

Шнобелевская премия - 2000 - здравоохранение

3 пациента, поступивших в течение 6 месяцев, получили травмы во время сидения на унитазе, который неожиданно рухнул. Британские медики из отделения Скорой помощи Западной больницы города Глазго, опубликовали волнующий отчет - Разрушение унитазов в Глазго
подробнее

Шнобелевская премия мира 2021

За проверку гипотезы о том, что люди вырастили бороды, чтобы защитить себя от ударов по лицу, публикация в журнале Интегративная биология организма, Итан Бесерис, Стивен Нэлеуэй, Дэвид Кэрриер, Университет Юты, получили Шнобелевскую премию мира 2021 года
подробнее

Источник - пресса

Шнобель Процедура Пресса Анналы Архив Статьи Шнобелист