Brevet FR2569477A1 — publié le 19860228

q La présente invention est relative à un appareil et à un procédé pour la détermination de la déformabilité des globules rouges du sang. Le globule rouge qui a un diamètre d'environ 7,5 y, a la forme d'un disque dont la coupe est celle d'une lentille biconcave. Cette forme, particulièrement adaptée aux échanges gazeux, contribue à l'élasticité et à la déformabilité du glo- bule rouge,nécessaires à son turubulent voyage dans des conduits circulatoires et plus particulièrement dans des capillaires dont certains ne dépassent guère 2 à 3 d de diamètre, c'est-à- dire nettement inférieur à celui du globule rouge. La défor- mabilité du globule rouge est une propriété de plus en plus étudiée, aussi bien en recherche fondamentale qu'en recherche clinique. Ainsi, des rigidités d'hématies par trop importantes entraînent des anomalies hématologiques (anémies) et micro- circulatoires pouvant aboutir, dans les cas extrêmes, à la mort du sujet (drépanocytoses). La mesure de la déformabilité des globules rouges devient donc une nécessité scientifique et clinique. De nombreuses méthodes ont été proposées et dévelop- pées pour mesurer la déformabilité ou la non-déformabilité, c'est-à-dire la rigidité du globule rouge. Ces méthodes peu- vent être classées en deux catégories: - Première catégorie dite de méthodes globales: la mesure est effectuée sur l'ensemble des globules. A cette catégorie appartiennent: les méthodes de filtration qui reposent sur l'écoule- ment d'une suspension d'hématies à travers des trous calibrés, de diamètre inférieur à celui des globules rouges (cf.notamment les travaux de Teitel P. "Blood Cells 3, 55-70L19777 ", de HANSS M.F., Brevet français 2 463 927", Biorheology,20(2)199-212/19837 et d'autres encore); les méthodes de diffraction optique, qui reposent sur l'analyse de la tache de diffraction optique des glo- bules rouges déformés par un écoulement de cisaille- ment (cf.notamment Bessis et Alia "Blood Cells 1, 307-313 ZL9757)/ - Deuxième catégorie, dite des méthodes individuelles: chaque mesure est effectuée sur un individu et les résultats sont moyennés. A cette catégorie appartiennent: la méthode utilisant la mesure de la déformabilité par aspiration dans une micropipette: on observe la déformation statique (aspiration) et dynamique (éjection) du globule; 10. la méthode utilisant la mesure du temps de transit dans un pore unique (cf.notamment les travaux de Kiesewetter et Alia "Scand. J. Clin.Lab. Invest.41, Suppl.156, 229-231,1981 et Biorheology 19, 737-753,1982). Chaque catégorie, chaque méthode présente des avantages et des inconvénients. Les méthodes globales sont beaucoup plus simples mais elles ont pour principal défaut de ne pouvoir mettre en évidence une souspopulation et de ne donner qu'une idée qualitative. Les méthodes individuelles par contre, sont beaucoup plus fiables, elles donnent une image plus exacte et permettent de détecter le pourcentage exact, autrement dit elles permettent de quantifier le nombre des globules rigides. Toutefois, les méthodes individuelles sont économiquement très chères, difficiles et longues à exécuter. Par exemple, Kiesewetter et Alia (références citées) utilisent une membrane contenant un seul trou pour le passage du globule.les durées de l'expérience de filtration sontextrèaexnt longues, les colmatages fréquents et les membranes chères. La présente invention s'est par conséquent fixé pour but de pourvoir à un appareil et à une méthode de mesure de la déformabilité des globules rouges, qui répondent mieux à la nécessité de la pratique que les méthodes et disposi- tifs antérieurement connus, notamment en ce qu'ils présentent à la fois la facilité d'exécution et la globalité de la pre- mière catégorie et la précision et la fiabilité de la deuxième catégorie. La présente invention a pour objet un appareil pour la détermination de la déformabilitê des globules rouges du sang, utilisant une méthode de filtration, et mesurant le temps de transit du globule par les variations d'impédance électrique, lequel appareil est caractérisé en ce qu'il comporteencombinaison: - une cellule de mesure constituée de deux parties, ou comparti- ments,isolées électriquement (par exemple en matière plas- tique), serrées mécaniquement l'une contre l'autre, chacune des parties comportant des orifices d'entrée et de sortie ainsi qu'une cavité munie d'un trou latéral, l'une des cavi- tés contenant un tampon, l'autre étant destinée à recevoir la suspension à mesurer; - un porte-filtre vertical serré entre les deux parties de la cellule de mesure à l'endroit même des deux trous latéraux; -un filtre monté verticalement, constitué par une membrane du commerce en matière plastique, d'une épaisseur de l'ordre de 3 à 20 d,pourvue de pores dont le diamètre est compris entre 3 et 5 A, ladite membrane étant sur sa majeure par- tie obturée par un masque, de manière à ne laisser libre à l'écoulement qu'un nombre faible et limité de pores, de l'ordre de 15 à 100 pores; deux électrodes, une dans chacune desdites cavités placées à la hauteur du porte-filtre en face du filtre; - un dispositif électronique permettant de traduire en temps de transit du globule les variations d'impédance électrique. on utilise ainsi, au lieu de très coûteuses mem- branes comme celles décrites par Kiesewetter, une simple. membrane du commerce, par exemple la membrane polycarbonatée commercialisée par NUCLEPORE, d'une densité de trous avoisinant 4.105 par cm2, mais dont pratiquement tous les trous - sauf 15 à 100 - ont été obturés par un masque. La position verti- cale du filtre permet également de diminuer le colmatage. Selon un mode de réalisation particulièrement avan- tageux du dispositif objet de la présente invention, le masque est constitué par un film électriquement isolant, éventuelle- ment adhésif, percé d'un trou de 10 à 500 g de diamètre. On obtient ainsi, à volonté, un filtre avec des trous parfaitement déterminés et bien précis, car la disper- sion des caractéristiques des trous d'une membrane du type NUCLEPORE est très faible pour des trous voisins. Suivant un autre mode de réalisation avantageux du dispositif objet de la présente invention, l'orifice su- périeur de la partie de la cellule de mesure contenant la suspension est relié à un système permettant d'appliquer la pression. Conformément à l'invention, les électrodes sont cons- tituées par des aiguilles en acier inoxydable reliées à des seringues qui permettent d'introduire le tampon et la suspen- sion à mesurer, respectivement. Les électrodes permettent d'appliquer une tension électrique proportionnelle à la résistance du filtre. Cette tension est obtenue à l'aide d'un courant d'intensité cons- tante passant dans la cellule. Pendant tout le temps correspondant au passage d'un globule rouge dans un pore, la résistance électrique de la membrane est augmentée, carles hématies sont pratique- ment isolantes électriquement, comparées aux tampons utilisés qui sont très conducteurs. Il en résulte une impulsion élec- trique de durée sensiblement égale à celle du passage du globule rouge à travers le filtre. Cette durée s'appelle temps du transit du globule rouge. Il en résulte que plus le globule rouge est rigide (donc moins déformable et pas- sant avec difficulté à travers les pores), plus l'impulsion correspondante est longue. Autrement dit, si par exemple une hématie rigide succède à une hématie normale (donc aisément déformable), on observe une impulsion de longue durée à la suite d'une impulsion de courte durée. Selon un mode de réalisation avantageux de l'objet de la présente invention, le dispositif électronique est relié à un dispositif de traitement du signal et à un enregis- treur. On obtient ainsi un histogramme très précis et qui correspond parfaitement à la distribution des propriétés rhéologiques des globules rouges étudiés. La présente invention est également relative à une méthode de mesure de la déformabilité des globules rouges du sang, caractérisée en ce que: - l'on prépare une suspension d'hématies par dilution d'un petit volume de globules rouges dans un grand volume de tampon conducteur isotonique, afin d'obtenir une concentra- tion en volume de l'ordre de 0,01 à 1%; - l'on remplit à l'aide de deux aiguilles les deux cavités de la cellule de mesure avec respectivement le tampon pur et la suspension obtenue; - l'on établit l'écoulement de la suspension à travers la membrane en appliquant une surpression désirée dans le com- partiment contenant la suspension, les électrodes et l'appareil d'enregistrement étant mis sous tension, et en ce que - l'on trace l'histogramme des temps de transit corres- pondant à la suspension mesurée. Outre les dispositions qui précèdent, l'invention comprend encore d'autres dispositions, qui ressortiront de la description qui va suivre. L'invention pourra être mieux comprise à l'aide du complément de description qui va suivre, qui se réfère à un exemple de réalisation de l'appareil conforme à la présente invention représenté dans les dessins annexés, ainsi qu'à un exemple de mesure de la déformabilité de globules rouges. Il doit être bien entendu toutefois, que les dis- positifs décrits dans ce qui va suivre et représentés aux dessins, ainsi que l'exemple de mise en oeuvre du procédé conforme à la présente invention, sont donnés uniquement à titre d'illustration de l'objet de l'invention, mais n'en constituent en aucune manière une limitation. L'appareil conforme à la présente inventions qui réalise la détermination de la déformabilité des globules rouges du sang, sera décrit à présent en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement l'ensemble de l'ap- pareil: les deux parties de la cellule de mesure, les aiguillesélectrodes, le dispositif de mise sous pression et le porte-filtre muni de la membrane filtrante, - la figure 2 représente le détail du filtre (porte-filtre + membrane), - la figure 3 représente le détail de la membrane filtrante et - la figure 4 représente des exemples d'enregistrements obtenus. L'appareil de mesure de la déformabilité des globules rouges représenté sur la figure 1 se compose d'une cellule de mesure 1 constituée de deux parties ou compartiments en matière plastique 2a et 2b, l'une (2a> est destinée à recevoir le tampon 11 et l'autre (2b) la suspension12 de globules rouges à mesurer. Chacune de ces parties, qui sont serrées l'une contre l'autre, comporte une cavité (16a et 16b) munie d'un trou latéral (3a et 3b)àl'endroit o les deux comparti- ments 2a et 2b enserrent le porte-filtre vertical 4, lequel est muni de la membrane filtrante 5 obturée sur sa majeure partie par un masque. Les deux parties 2a et 2b de la cellule de mesure sont pourvues d'orifices 6, 7,8 et 9: l'orifice 6 relie la cellule de mesure à un dispositif de mise sous pression 10, lequel dispositif commande et actionne l'écoule- ment de la suspension 12 à mesurer vers le tampon 11. L'ori- fice 7 relie la partie 2a de la cellule de mesurel à la pres- sion atmosphérique, tandis que les orifices 8 et 9 servent à la vidange du tampon 11 et de la suspension 12, respecti- vement. Les électrodes 13 et 14 plongent respectivement dans le tampon 11 et la suspension à mesurer 12. Ces électro- des sont constituées par des aiguilles en acier inoxydable, lesquelles aiguilles sont reliées à des seringues 15a et b et servent également à alimenter la cellule de mesure en tampon 11 (aiguille-électrode 15a) et en suspension 12 (aiguille- électrode 15b). Le manomètre 16 permet de contrôler la pression 256947t exercée dans le compartiment 2b. Cette pression est créée à l'aide, par exemple, d'un dispositif simple, une poire ou une seringue 17. L'aiguille 14 qui correspond à la suspension permet aussi le cas échéant de décolmater le filtre 5, en ajoutant une petite quantité de suspension, provoquant ainsi une lé- gère surpression locale, suffisante pour évacuer les parti- cules ayant colmaté les pores, tels que les agrégats d'héma- ties, les éventuels globules blancs, etc... La figure 2 représente le détail du porte-filtre 4 muni de la membrane filtrante 5. Cette dernière est obstruée sur sa majeure partie par le ruban électriquement isolant 18 qui ne laisse subsister qu'un nombre très limité de pores à 100 environ. A travers la membrane filtrante 5 s'écoule la sus- pension 12 vers le compartiment 3a contenant le tampon 11 (fig.3), les électrodes 13 et 14 sont placées à la hauteur de la membrane 5. Les variations de la résistance électrique du filtre 5 dépendent de la présence-de globules rouges dans les pores: sous une polarisation électrique constante, on mesure le courant et donc la résistance électrique. La concentration de la suspension 12, la pression(obtenue par le dispositif 10), le nombre de trous de la membrane 5, sont choisis de manière à optimiser la mesure: passage d'un seul globule à la fois. Un dispositif électronique classique et un outil informatique simple et non spécifique à la manipulation (non représentés sur les dessins annexés) per- mettent de traduire en temps de transit les variations d'impédance électrique, de visualiser les impulsions obtenues (fig.4), et d'obtenir des histogrammes correspondant à la distribution des propriétés rhéologiques des hématies étudiées. On trouvera à présent, ci-après, un exemple non limitatif de mesure de déformabilité des globules rouges du sang, conformément au procédé de la présente invention. EXEMPLE DE MESURE La membrane filtrante que l'on utilise est, par exemple, la membrane polycarbonatée commercialisée par NUCLE- 2 PORE, de 11 p d'épaisseur, contenant 4.10 pores par cm2, dont le diamètre moyen est d'environ 5 p. Sur cette membrane est collé un ruban adhésif (de marque 3M par exemple) en quantité suffisante pour ne laisser subsister qu'environ à 50 pores;le masque constitué par ce film adhésif est per- cé d'un trou de 175i de diamètre par exemple. La membrane ainsi constituée est montée alors dans le porte-filtre vertical. L'on remplit ensuite, à l'aide des aiguilles-électrodes reliées à des seringues, les deux cavités des deux comparti- ments de la cellule de mesure: une cavité par du tampon Tris-HCl de pH=7, 4, l'autre par la suspension à mesurer,d'une concentration en volume (hématrocrite Ht) de l'ordre de 0,01 % à 1%, par exemple 0,1%. La valeur de cette concentra- - tion dépend du nombre de pores effectifs et de ses caractéris- tiques. On recherche le passage d'un seul-globule à la fois, le plus rapidement possible. 202 La suspension d'hématies est préparée par dilution d'un petit volume de globules rouges dans un grand volume de tampon conducteur isotonique. Pour obtenir l'écoulement des hématies à travers la membrane filtrante, on applique une surpression désirée de l'ordre de 1 à 100 mm d'eau, par exemple 50 mm d'eau à l'aide du dispositif 10 relié au com- partiment contenant la suspension à mesurer. les figures 4a et 4b représentent les impulsions obtenues lors du passage des globules rouges normaux, les figures 4c, 4d, 4e et 4f mohtrent les impulsions obtenues lors du passage d'hématies d'un sang pathologique (drépa- nocytose): on remarque la présence d'impulsions de courte durée correspondant à des globules normaux et d'impulsions de durée plus longue et de forme différente, correspondant aux globules rigides. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'inven- tion ne se limite nullement à ceux de ses modes de mise en oeuvre, de réalisation et d'application qui viennent d'être décrits de façon plus explicite; elle en embrasse au contraire toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière, sans s'écarter du cadre, ni de la portée,de la présente invention. 256947? REVENDICATIONS 1. Appareil pour la détermination de la déforma- bilité des globules rouges du sang,utilisant une méthode de filtration, et mesurant le temps de transit du globule par ]es variations d'impédance électrique, lequel appareil est caractérisé en ce qu'il comporte, en combinaison: - une cellule de mesure (1) constituée de deux parties, ou compartiments, isolées électriquement (notrmenten matière plastique) (2a, 2b) serrées mécaniquement l'une contre l'autre, chacune des parties comportant des orifices d'entrée et de sortie (6,7,8,9) ainsi qu'une cavité munie d'un trou latéral (3a, 3b), l'une des cavités (2a) contenant un tampon (11), l'autre (2b) étant destinée à recevoir la suspension (12) à mesurer; - un porte-filtre vertical (4) serré entre les deux parties de la cellule de mesure (1) à l'endroit même des deux trous latéraux (3a,3b); - un filtre (5) monté verticalement, constitué par une membrane du commerce en matière plastique, d'une épaisseur de l'ordre de 3 à 20, dont le diamètre est compris entre 3 et 5g, ladite membrane étant sur sa majeure partie obturée par un masque (18), de manière à ne laisser libre à l'écoulement qu'un nombre faible et limité de pores, de l'ordre de 15 à pores; - deux électrodes (13,14), une dans chacune desdites cavités placées à la hauteur du porte-filtre en face du filtre; - un dispositifélectronique permettant de traduire en temps de transit du globule les variations d'impédance électrique. 2. Appareil selon la Revendication 1, caractérisé en ce que l'orifice supérieur de la partie de la cellule de mesure (1) contenant la suspension (12) est relié à un système(10) permettant d'appliquer la pression. 3. Appareil selon la Revendication 1, caractérisé en ce que les électrodes (13,14) sont constituées par des aiguilles en acier inoxydables reliées à des seringues (15a, 15b) qui permettent d'introduire le tampon (11) et la suspen- sion (12) à mesurer, respectivement. 4. Appareil selon l'une quelconque des Revendica- tions 1 à 3, caractérise en ce que le dispositif électro- nique est relié à un dispositif de traitement du signal et à un enregistreur. 5. Procédé de mesure de la déformabilité des globules rouges du sang à l'aide de l'appareil selon l'une quelconque des Revendications 1 à 4, caractérisés en ce que: - l'on prépare une suspension d'hématies par dilution d'un ici petit volume de globules rouaes dans un grand volume de tampon conducteur isotonique, afin d'obtenir une concentra- tion en volume de l'ordre de 0,01 1% - l'on remplit à l'aide de deux aiguilles les deux cavités de la cellule de mesure avec respectivement le tampon pur et la suspension obtenue; - l'on établit l'écoulement de la suspension à travers la membrane en appliquant une surpression désirée dans le com- partiment contenant la suspension, les électrodes et l'appareil d'enregistrement étant mis sous tension, et en ce que - l'on trace l'histocrammre des temps de transit corres- uondant à la suspension mesurée.