Методы измерения уровня гематокрита крови

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 57.089

С.А. Акулов

канд. техн. наук, доцент, кафедра лазерных и биотехнических систем, ФГАОУ ВО «Самарский государственный аэрокосмический университет им. акад. С. П. Королева (национальный исследовательский университет)»

И.Б. Чистякова

врач высшей категории, отделение нефрологии, ГБУЗ «(Самарская областная клиническая больница им. М.И. Калинина»

А.А. Федотов

канд. техн. наук, доцент, кафедра лазерных и биотехнических систем, ФГАОУ ВО «(Самарский государственный аэрокосмический университет им. академика С. П. Королева (национальный исследовательский университет)»

МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ГЕМАТОКРИТА КРОВИ

Аннотация. В статье рассмотрены методы измерения уровня гематокрита крови, приводятся их достоинства и недостатки. Описаны перспективы развития кондуктометрических методов измерения гематокрита и реализации данных методов in vivo.

Ключевые слова: гематокрит, форменные элементы, анемия, гемодиализ.

S.A. Akulov, Samara State Aerospace University

I.B. Chistyakova, Samara Regional Clinical Hospital named M.I. Kalinin

A.A. Fedotov, Samara State Aerospace University

METHODS FOR MEASURING BLOOD HEMATOCRIT

Abstract. The article describes the methods for measuring blood hematocrit, given their advantages and disadvantages. Describes the prospects for the development of conductometric methods for measuring hematocrit and implementation of these methods in vivo.

Keywords: hematocrit, hemocytes, anemia, hemodialysis.

Гематокрит - это отношение суммарного объема форменных элементов крови к общему объему крови. Изменение уровня гематокрита крови может свидетельствовать о наличии таких патологических состояний, как эритроцитозы, лейкозы, дегидратация (повышение гематокрита), анемии, гипергидратация (снижение гематокрита). Особенно важным является необходимость контроля уровня гематокрита при проведении процедур гемодиализа.

Рассмотрим более подробно методы измерения уровня гематокрита крови.

1. Метод центрифугирования (зарубежное название - Microhematocrit). Данный метод основан на разделении плазмы и форменных элементов посредством центрифугирования. Определение производят в гематокритных капиллярах, представляющих собой стеклянную трубку, разделенную шкалой на 100 равных частей. Процесс центрифугирования занимает продолжительное время (10-30 минут). Гематокрит определяется по числу делений в трубке, занимаемых форменными элементами. Несмотря на длительное воздействие центробежной силой на кровь, часть плазмы остается в толще осажденной массы эритроцитов, что приводит к погрешностям измерения гематокрита. Тем не менее, данный метод является наиболее распространенным вследствие относительно невысокой стоимости проведения процедуры измерения [1].

2. Расчетный метод определения гематокрита. Уровень гематокрита (HCT) может быть рассчитан на основе таких данных, как концентрация общего гемоглобина (ctHB), количество эритроцитов (RBC), средний объем эритроцита (MCV), средняя концентрация гемоглобина в эритроците (MCHC). Данный метод описывается формулами (1-3). Более подробно методика расчета гематокритного числа описана в [2].

HCT

HCT

ctHB

HCT

MCHC

3. Метод прямого подсчета клеток крови (Complete blood count). Метод может быть реализован как вручную [3], так и с помощью гематологических анализаторов. В свою очередь в гематологических анализаторах используется так называемый многофакторный анализ, когда образец крови исследуется несколькими способами (кондуктометрический, фотометрический, химический). Данный метод обладает высокой точностью, процесс измерения занимает малое время (1-5 минут), однако оборудование, реализующее данный метод, имеет высокую стоимость.

4. Кондуктометрический метод измерения гематокрита. Метод основан на измерении полного комплексного сопротивления крови. При снижении уровня гематокрита отмечается уменьшение активной составляющей импеданса крови и сдвиг максимума емкостной составляющей импеданса в область низких частот [4].

Достоинства и недостатки вышеописанных методов приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Достоинства и недостатки различных методов измерения уровня гематокрита крови

Метод Достоинства Недостатки

Метод центрифугирования - малый объем пробы крови; - не требуется разведение; - простота реализации; - невысокая стоимость оборудования и расходных материалов. - длительный процесс измерения (10-30 минут); - погрешность, обусловленная наличием плазмы в толще эритроцитов после центрифугирования (2-4%) [5]; - погрешность, обусловленная ручным подсчетом гематокрита (человеческий фактор); - погрешность, обусловленная гемолизом эритроцитов [6].

Расчетный метод - малый объем пробы крови; - возможность определения гематокрита наряду с другими параметрами; - невысокая стоимость оборудования и расходных материалов. - погрешности, обусловленные отклонением уровня гемоглобина от стандартной величины у различных возрастных групп [7]; - погрешности, вызванные изменением уровня гемоглобина при различных патологиях; - погрешности алгоритма вычисления.

Метод прямого подсчета клеток крови - высокая точность; - малое время измерения (1-5 минут); - малый объем пробы крови; - возможность большого числа гематологических параметров; - автоматическое разведение пробы. - высокая стоимость оборудования; - потребность в квалифицированных специалистах; - высокая стоимость расходных материалов.

Кондукто-метрический метод - малый объем пробы крови; - малое время измерения; - возможность проведения онлайн измерений in vivo; - невысокая стоимость оборудования. - необходимость обработки пробы крови гепарином; - погрешность, обусловленная наличием белков в плазме; - необходимость термостатирования.

Кондуктометрические методы условно можно разделить на инвазивные и неинвазивные. Под инвазивными подразумеваются методики определения гематокрита в отобранной пробе крови (in vitro). Разработка неинвазивных методик определения уровня гематокрита крови в настоящее время является актуальной задачей при проведении процедур гемодиализа и хирургических операций.

Среди современных разработок в области неинвазивного определения уровня гематок-рита крови можно выделить методику непрерывной импедансной спектроскопии крови в аппаратах гемодиализа, предложенную германскими учеными D. Trebbels, R. Zengerle [8]. Идея данной методики заключается в оценке электрического импеданса кровяного потока в процессе процедуры гемодиализа. При этом электроды располагаются непосредственно на подводящей силиконовой трубке гемодиализного аппарата. Ключевым показателем при этом является емкостная составляющая электрического импеданса, зависимость величины которой от уровня гематокрита практически линейна на частотах порядка 400 кГц.

В качестве недостатков данной методики можно выделить высокие требования к точности измерительной системы, т.к. порядок измеряемой величины емкостной составляющей электрического импеданса составляет единицы пикофарад. Следует также отметить высокий температурный дрейф параметров электрического импеданса, вследствие чего возникает потребность разработки методик компенсации температурного дрейфа и термостатирования измерительной системы.

Заслуживает внимания методика неинвазивной оценки уровня гематокрита крови, предложенная испанскими учеными P. Riu, O. Surkhy, P. Bogonez [9]. Согласно данной методике, оценка уровня гематокрита производится посредством непрерывной регистрации изменения артериального давления и электрического импеданса. Измерительная система содержит блок измерения артериального давления и блок измерения электрического импеданса. Электроды располагаются непосредственно на предплечье испытуемого. Оценка уровня гематокрита производится на основе соотношения изменения артериального давления и проводимости крови (4).

где AY - изменение проводимости крови вследствие компрессии;

АР - изменение артериального давления [мм рт. ст.];

С - артериальный комплаенс [мкл/мм рт. ст.];

L - расстояние между электродами [м];

ор - проводимость плазмы крови [См];

HCT - гематокрит.

Достоинствами данной методики являются ее неинвазивность, малое время определения гематокрита, а также возможность контроля параметров состояния сосудистого русла. В качестве недостатков данного метода следует выделить погрешности, связанные с расположением электродов, их площадью, индивидуальными особенностями кожного покрова пациентов.

Проведенный анализ отражает перспективность использования кондуктометрических методик для неинвазивной оценки уровня гематокрита крови. Таким образом, разработка устройств, реализующих данные методики, позволит существенно повысить эффективность проведения процедур, в которых непрерывный мониторинг уровня гематокрита является ключевым требованием.

Список литературы:

1. Bull B.S., Koepke J.A.. Procedure for determining packed cell volume by the hematocrit method. Third edition. NCCLS publication H7-A3. Wayne, Pennsylvania: NCCLS, 2000.

2. Kokholm G. Simultaneous measurements of blood pH, pCO2, pO2 and concentrations of

hemoglobin and its derivatives - a multicenter study. Radiometer publication AS107. Copenhagen: Radiometer Medical A/S, 1991.

3. Thomas L. Hematocrit (HCT). In: Thomas L, ed. Clinical laboratory diagnostics, use and assessment of clinical laboratory results. Frankfurt/Main: TH-Books-Verl.-Ges., 1998. P. 479-82.

4. Stott R.W., Hortin G.L., Wilhite T.R. Analytical artifacts in hematocrit measurements by whole-blood chemistry analyzers // Clin. Chem. 1995. Vol. 41, № 2. P. 306-311.

5. Linné J.J., Ringsrud K.M. Clinical Laboratory Science, the Basics and Routine Techniques. Fourth edition. St. Louis, Missouri: Mosby, 1999: P. 279-95.

6. Кассирский И.А. Клиническая гематология / И.А. Кассирский, Р.А. Алексеев. - Изд. 4-е, испр. и доп. - М.: Медицина, 1970. - 800 с.

7. Jacobs D.S., Kasten B.L., Demott W.R. Laboratory Test Handbook. Second ed. Hudson, Cleveland: Lexicomp inc, 1990. P. 490-91.

8. Trebbels D., Zengerle R. Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. IEEE Engineering in Medicine and Biology Society. Conference 01/2009. 2009. P. 1208-1211.

9. Riu P.J., Surkhy O., Bogonez P. In vivo assessment of haematocrit changes by electrical impedance measurements. The 3rd European Medical and Biological Engineering Conference November 20-25, 2005 EMBEC'05 Prague, Czech Republic IFMBE Proc. 2005. 11 (1).