СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ КОНЦЕНТРАЦИИ ГЛЮКОЗЫ, ОБЩЕГО БЕЛКА И ЭЛЕКТРОЛИТОВ В СЫВОРОТКЕ КРОВИ МЕТОДОМ ПОЛИЧАСТОТНОГО ЭЛЕКТРОИМПЕДАНСНОГО АНАЛИЗА
DIAGNOSTIC TECHNIQUE FOR BLOOD SERUM GLUCOSE, TOTAL PROTEIN AND ELECTROLYTES BY MULTI-FREQUENCY IMPEDANCE ANALYSIS

Изобретение относится к медицине, а именно к лабораторной диагностике, и предназначено для повышения эффективности исследования глюкозы и общего белка в сыворотке крови.
Наиболее близким аналогом является метод биохимического анализа, основанный на фотометрическом измерении интенсивности окраски раствора химического реактива - фенолфталеина при определении концентрации глюкозы и комплексов белков с сульфатом меди при определении концентрации общего белка (Лабораторные методы: справочник / Под ред. Меньшикова В.В. - М.: Медицина, 1987. - С.175, 232-233, 261-265). Метод биохимического анализа выполняется следующим образом. После осаждения белков трихлоруксусной кислотой pH безбелкового раствора с помощью фосфата натрия доводят до точки, близкой к оптимальному действию глюкозооксидазы, и проводят ферментативную реакцию. Образующаяся перекись водорода в присутствии ионов меди окисляет фенолфталин до фенолфталеина, который в нейтральной области бесцветен, а в щелочной области окрашен в красный цвет. Результат регистрируют спектрофотометрическим методом. Для определения концентрации общего белка к 0,1 мл сыворотки прибавляют 5,0 мл рабочего раствора биуретового реактива (4,5 г сегнетовой соли растворяют в 40 мл 0,2 моль/л раствора едкого натра, прибавляют 1,5 г сульфата меди и 0,5 г йодида калия и растворяют; доливают до 100 мл 0,2 моль/л раствором едкого натра; 20 мл биуретового реактива смешивают с 80 мл 0,5% раствора йодида калия) и смешивают, избегая образования пены. Через 30-60 минут выполняют измерение оптической плотности раствора на фотометре в кювете с толщиной слоя 1 см при длине волны 500-560 нм против холостой пробы. Расчет концентрации общего белка ведут по калибровочному графику. Концентрации натрия и калия определяют унифицированным методом фотометрии пламени. Для этого разведенная водой сыворотка крови распыляется и в виде мельчайших капелек с током воздуха поступает в пламя газовой горелки, которому калий придает слабое красно-фиолетовое, а натрий ярко-желтое окрашивание. Интенсивность окраски измеряют фотоэлементом. Для расчета концентраций калия и натрия применяют калибровочные растворы. Результаты рассчитывают по калибровочному графику. Концентрацию ионов кальция определяют унифицированным методом по цветной реакции с крезолфталеинкомплексоном. Данный реактив образует с кальцием в щелочной среде комплекс красно-фиолетового цвета, интенсивность окраски которого пропорциональна концентрации кальция. В реакционную смесь добавляют 8-оксихинолин, который связывает металлы, мешающие определению концентрации кальция.
Недостатки прототипа: существующий метод биохимического анализа недостаточно эффективный, требует применения химических реактивов и лабораторного оборудования, специально обученного медицинского персонала (лаборант), имеет продолжительность не менее 1 часа, предназначен для применения в условиях лечебно-профилактического учреждения и недостаточно экономически эффективен.
Задачей создания изобретения является упрощение процесса и расширение показаний для применения способа.
Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения, таких как способ диагностики концентрации глюкозы, общего белка и электролитов в сыворотке крови, при котором для исследования сыворотки крови применяют биполярный метод поличастотной электроимпедансометрии с определением модульного значения импеданса (|Z|) и фазового угла (φ) на частотах 20, 98, 1000, 5000, 10000, и 20000 Гц переменного электрического тока малой мощности с помощью программно-аппаратного комплекса, оснащенного программой для ЭВМ «БИА-лаб Композитум», проводят измерение в микрокамере объемом 50 мкл, при этом программа автоматически рассчитывает концентрацию общего белка, глюкозы, хлоридов и двухвалентных ионов в сыворотке крови на основании решения системы математических уравнений, а результат отображается на дисплее и может быть распечатан на принтере.
Технический результат от выше перечисленной совокупности существенных признаков - повышение эффективности способа - за счет устранения необходимости в применении химических реактивов, уменьшение времени выполнения исследования, снижение себестоимости и расширение показаний для применения метода.
Решение указанной задачи достигается путем измерения электрического импеданса сыворотки крови, помещенной в специальную микрокамеру, биполярным методом с применением поличастотного зондирования переменным электрическим током малой мощности. Компьютерная программа «БИА-лаб Композитум» (Свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ «БИА-лаб Композитум» №2012613493, 13 апреля 2012 г. Правообладатели: Мишланов Я.В., Мишланов В.Ю., Мишланова И.В., Мишланова С.Л. Авторы: Мишланов Я.В., Мишланов В.Ю., Мишланова И.В., Мишланова С.Л.) позволяет регистрировать две физические характеристики биоэлектрического импеданса: модульное значение импеданса (|Z|) и фазовый угол (φ) последовательно на 6 частотах: 20, 98, 1000, 5000, 10000 и 20000 Гц. На каждой частоте зондирующего переменного электрического тока записывается 576000 измерений анализируемых параметров, и компьютерная программа рассчитывает среднюю величину названных показателей на основании уравнений соответствия. Весь период измерения составляет 18 секунд.
Способ осуществляют следующим образом. Кровь для исследования берут из локтевой вены или пальца пациента. Выделяют сыворотку крови и 50 мкл ее вносят в микрокамеру прибора с помощью пипетки-дозатора. Электроды программно-аппаратного комплекса, например, «БИА-лаб Спиро» (Патент РФ №2487662, опубл. 20.07.13. МПК A61B 5/08) или другой (Патент РФ «Устройство для измерения импеданса биологических сред» №2462185 от 19.07.2011. МПК A61B 5/08, опубл. 27.09.12 г.) подключают к контактам микрокамеры, включают прибор в режиме посекундной визуализации результатов на частоте 20000 Гц, затем осуществляют запись результатов исследования последовательно на частотах 20, 98, 1000, 5000, 10000 и 20000 Гц. Общая продолжительность записи 18 секунд (программа автоматически меняет режимы регистрации биоэлектрического импеданса на 6 частотных диапазонах, записывая результаты измерений по 3 секунды на каждой частоте зондирующего переменного электрического тока, что соответствует 576000 измерениям анализируемых параметров). Результат записывается автоматически в электронную папку, названную по фамилии пациента. Общее время выполнения исследования не превышает 1 минуты.
Диагностика концентрации общего белка, глюкозы, ионов калия и кальция в исследуемом образце сыворотки крови осуществляется в автоматическом режиме с помощью программы для ЭВМ «БИА-лаб Композитум», и расчета концентрации по формулам, учитывающим величины модульного значения импеданса |Z| и фазового угла φ, полученные при зондировании сыворотки крови переменным электрическим током малой мощности на 6 частотах: 20, 98, 1000, 10000 и 20000 Гц.
∧
Использованы следующие уравнения, соответствующие используемой измерительной камере. Для расчета концентрации глюкозы: Сгл=1,86*Exp(-0,058*f98), где Сгл - концентрация глюкозы в ммоль/л, f98 - величина угла φ на частоте зондирующего переменного электрического тока 98 Гц. Расчет концентрации общего белка проводился с применением формулы: Сб=171,8529*Exp(-0,85*(f10000/f20000)), где Сб - концентрация общего белка в г/л, f10000 - величина угла φ на частоте зондирующего переменного электрического тока 10000 Гц, f20000 - величина угла φ на частоте зондирующего переменного электрического тока 20000 Гц. Расчет концентрации ионов кальция проводился с применением формулы: ССа=-2,7667+1,4374*Log10(Z5000), где Сб - концентрация общего белка в ммоль/л, Z5000 - величина модульного значения |Z| на частоте зондирующего переменного электрического тока 5000 Гц. Расчет концентрации ионов калия проводился с применением формулы: СК=3,0793-0,009*(Z1000/f1000)-0,00001274*(Z1000/f1000)2, где СК - концентрация ионов калия в ммоль/л, Z1000 - величина |Z| на частоте зондирующего переменного электрического тока 1000 Гц, f1000 - величина угла φ на частоте зондирующего переменного электрического тока 1000 Гц.
Погрешность метода для определения концентрации глюкозы не превышает 0,5 ммоль/л, для определения концентрации общего белка - не более 10 г/л, для определения концентрации ионов калия - не более 0,5 ммоль/л, кальция - не более 0,3 ммоль/л.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1.
Пациент Б., 51 год, диагноз: множественная миелома, диффузно очаговая форма, вариант G.
Концентрация общего белка в сыворотке крови, определенная методом, составляет 93,1 г/л. Концентрация глюкозы в сыворотке крови, определенная методом, составляет 6,0 ммоль/л. Концентрация ионов калия составляет 4,5 ммоль/л. Концентрация ионов кальция составляет 2,36 ммоль/л.
Методом поличастотного электроимпедансного анализа с помощью программно-аппаратного комплекса, оснащенного программой для ЭВМ «БИА-лаб Композитум», определены концентрации: белка 86,5 ммоль/л, глюкозы 5,6 ммоль/л, калия - 4,7 ммоль/л, сульфатов 2,3 ммоль/л.
Представленный пример демонстрирует высокую точность применения поличастотного электроимпедансного анализа в случае диагностики концентрации общего белка, глюкозы, ионов калия и кальция в сыворотке крови в клинической практике.
Пример 2.
Пациент К., 60 лет. Диагноз: Сахарный диабет, тип 2, течение средней тяжести, некомпенсированный. Осложнения: Микро- и макроангиопатия, липодистрофия печени, синдром диабетической стопы. ХАН 1 ст.
Концентрация глюкозы в сыворотке крови, определенная методом, составляет 12,8 ммоль/л. Методом поличастотного электроимпедансного анализа с помощью программно-аппаратного комплекса, оснащенного программой для ЭВМ «БИА-лаб Композитум», определена концентрация глюкозы 13,0 ммоль/л.
Представленный пример демонстрирует высокую точность применения поличастотного электроимпедансного анализа в случае диагностики концентрации глюкозы в сыворотке крови больного сахарным диабетом в состоянии декомпенсации углеводного обмена и превышении нормального диапазона концентрации глюкозы в крови.
Пример 3.
Пациентка К., 29 лет. Диагноз: Сахарный диабет, тип 2, течение средней тяжести, некомпенсированный. Осложнения: Микро- и макроангиопатия, липодистрофия печени, ретинопатия 1 ст. Гипогликемическое состояние на фоне алкогольного опьянения легкой степени. Конкурирующий диагноз: Пневмония, очаговая, в нижних долях справа и слева, не тяжелое течение. ОДН 1 ст.
Концентрация глюкозы в сыворотке крови, определенная методом, составляет 2,3 ммоль/л. Методом поличастотного электроимпедансного анализа с помощью программно-аппаратного комплекса, оснащенного программой для ЭВМ «БИА-лаб Композитум», определена концентрация глюкозы 2,7 ммоль/л.
Представленный пример демонстрирует высокую точность применения поличастотного электроимпедансного анализа в случае диагностики концентрации глюкозы в сыворотке крови больного сахарным диабетом в состоянии декомпенсации углеводного обмена и снижении концентрации глюкозы в крови.
Предлагаемый способ отличается от известного следующими признаками. В предлагаемом способе используется определение электрического импеданса сыворотки крови в специальной микрокамере объемом 50 мкл в режиме поличастотного анализа, что позволяет определить концентрацию общего белка, глюкозы и электролитов на основании математического решения системы уравнений, составленных по результатам экспериментальных исследований.