Способ оценки процесса оседания эритроцитов крови в микрообъемных пробах

СПОСОБ ОЦЕНКИ ПРОЦЕССА ОСЕДАНИЯ ЭРИТРОЦИТОВ КРОВИ В МИКРООБЪЕМНЫХ ПРОБАХ

А.А. Аристов, Г.С. Евтушенко, А.А.Аристова Томский политехнический университет E-mail: aristov@tpu.ru

Рассмотрено применение метода фотометрирования пробы крови, имеющей форму лежащей капли для оценки процесса оседания эритроцитов. Представлено теоретическое обоснование и приведены результаты экспериментальных исследований использования предлагаемого подхода. Показана эффективность метода в плане минимизации объема пробы (до 25 мкл), сокращения времени анализа (до 15 минут) и повышения его информативности.

Измерение скорости оседания эритроцитов (СОЭ) является обязательным исследованием при проведении общего анализа крови. Ни один на данный день гематологический счетчик клеток, которые могут заменить работу врача-лаборанта при проведении общего анализа крови, не определяет параметр СОЭ. А именно на выполнение данного анализа затрачивается более 80% забираемой на исследование крови. Так, используемый в России метод определения СОЭ по Панченкову, требует около 0,3 - 0,4 мл крови. Но, так как для исследования предполагается использование капиллярной крови, забор даже такого объема вызывает ряд трудностей (свертывание крови, попадание в кровь лимфы и межклеточной жидкости, травматизация эритроцитов, неточности разведения и т.д.) и как следствие - ошибки анализа. В зарубежных методиках анализа СОЭ используется до 2 мл крови (основаны на методе Вестергрена). У детей, ввиду невозможности забора требуемого объема крови, данный анализ вообще не проводится.

Таким образом, одной из основных задач в плане оптимизации анализа все еще остается проблема снижения объема пробы, необходимой для исследования.

Разрабатываемый нами прибор для исследования процесса оседания клеток крови отличается от существующих применением оригинальной методики заключающейся в оценке процесса оседания клеток не в вертикальной трубке, как при классическом подходе, а в образце в виде лежащей капли рис. 1. Возможность использования этого метода для оценки СОЭ базируется на особенностях процесса оседания клеток внутри пробы, сформированной в виде лежащей капли, и изменяющихся при этом оптических свойствах такой пробы.

Рис. 1. Схема реализации метода фотометрирования капельной пробы

В капельной пробе цельной крови с антикоагулянтом, так же как и в стеклянном капилляре, происходят процессы агрегации эритроцитов и оседания их под действием силы тяжести. Ряд процессов являются специфичными при оседании клеток именно в капельной пробе, которые и были положены в основу предложенного способа. На фиг.2 схематично показан ряд процессов, происходящих

при оседании клеток в капельном образце крови, влияющих на его оптические свойства.

Рис. 2. Модель процессов происходящих в капельной пробе при оседании в ней эритроцитов: а) перераспределение оседающих клеток по всему объему оседающего слоя; б) образование фокусирующей линзы 1 из плазмы крови над оседающими клетками 2

б

Несмотря на то, что поверхность капли на границе раздела кровь-воздух имеет форму близкую к сферической, верхняя граница оседающего слоя клеток в капле -практически плоская. То есть, происходит перераспределение клеток, оседающих в центральной осевой области капли по всему объему оседающего слоя (фиг.2 а). Это приводит к уменьшению числа клеток в осевой области и, соответственно, увеличению прозрачности этой области капли. Образование прозрачного слоя плазмы в виде линзы над оседающим слоем клеток (фиг.2.б) ведет к изменению рассеивающих свойств капельной пробы - "фокусировке" светового потока, и, соответственно, увеличению плотности светового потока над каплей. В результате протекания этих основных процессов, интенсивность светового потока, прошедшего через осевую область исследуемой капли крови и попадающего на фотоприемник, меняется с течением времени и отражает процесс оседания клеток в капельном образце. Для реализации метода фотометрирования капельных проб и возможности более детально исследовать поведение подобной оптической системы, нами была сконструирована исследовательская установка [1].

На рис. 3-4 представлены результаты экспериментального исследования, в ходе которого проводилось непосредственное сравнение изменения величины светового потока, прошедшего через капельную пробу (по изменению выходного напряжения усилителя фототока приемника - УС) с толщиной осевшего слоя клеток, оцениваемого по снимкам боковой проекции капельной пробы, рис. 3.

Рис. 3. Снимки боковой проекции капли крови, в которой идет оседание клеток, в начальный момент оседания (0 мин) и через 3, 5, 7, 9, 13 минут, где h -высота плазмы над оседающим

слоем клеток, измеренная по снимкам

3 -

2,72,4 -

0,6 0,3 0

-Ь— эксперимент -----линейная аппроксимация

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 И, мм

Рис. 4. Экспериментальная зависимость изменения величины выходного напряжения усилителя фототока приемника от толщины слоя плазмы И над поверхностью осевшего слоя клеток в

капельной пробе

Из графика, представленного на рис. 4, видно, что зависимость изменения величины выходного напряжения УС от толщины слоя плазмы над оседающими клетками близка к линейной. Следовательно, характер поведения кривой светопропускания капельным образцом достаточно адекватно отражает исследуемый нами процесс оседания клеток в пробе и может быть использован для анализа процесса оседания.

В ходе клинических исследований предложенного способа оценки динамики оседания клеток крови было обследовано 74 человека в возрасте от 16 до 79 лет (30 женщин и 44 мужчины). Исследованная группа включала как субъективно здоровых людей, так и больных, имеющих воспалительные процессы в организме (острый аппендицит, острый холецистит, гнойные раны, гангрена, отморожения, острая пневмония бронхиальная астма и др.). На рис. 5. приведены примеры графиков, полученных в ходе исследования, отражающие динамику оседания клеток в капельном образце для проб крови с разным значением величины СОЭ измеренной по Панчанкову.

Рис. 5. Динамика изменения выходного напряжения УС в ходе фотометрирования капельных

проб крови с разной величиной СОЭ

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Время, мин

При анализе результатов сопоставляли показатели динамики оседания клеток в капельном образце со значениями СОЭ, полученными по стандартной методике Панченкова. Наиболее тесная связь величины значений СОЭ, полученных методом Панченкова, наблюдается с показателем, отражающим изменение величины выходного напряжения ивых усилителя фототока (УС), измеренного в начальный момент оседания И(Ю) и на 10 минуте И(и0): ШЮ-ИЮ. Как видно из зависимости представленной на рис. 6, которая построена на основе анализа данных 74 обследованных, наблюдается прямопропорциональная связь этих показателей с коэффициентом корреляции г не ниже 0,93.

80 и

70 - г = 0,9313

60

рТ д 50 -

и и 40

V

й С 30 -

СО О 20

о 10 -

0

0 2 4 6

ЩХюУЩХо), В

Рис. 6. Зависимость между параметром ИцстИш, характеризующим скорость оседания клеток в капле, и величиной СОЭ исследуемого образца крови измеренного методом Панченкова

Хотя различия в динамике поведения кривых светопропускания для капельных образцов в зависимости от величины СОЭ, представленных на рис. 5, весьма очевидны, требуется более глубокий их анализ для получения адекватной информации о происходящих в пробе процессах. С этой целью необходимым является накопление и анализ большого количества экспериментального материала, а так же создание математической модели светопропускания капельной пробой, которая позволяла бы целенаправленно подходить к выбору конструкции оптической измерительной системы, параметрам капельной пробы и анализу получаемой информации.

На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований можно сделать вывод о перспективности использования предлагаемого нами метода для регистрации показателя СОЭ и возможности создания автоматизированного прибора, принцип действия которого заключается в определении оптических свойств лежащей капельной пробы крови в ходе процесса агрегации и оседания в ней исследуемых частиц. Реализация предлагаемого метода позволит повысить объективность анализа, сократить необходимые затраты времени до 10.. .15 мин и уменьшить объем используемой крови до 25 мкл. Ввиду отсутствия при оседании контакта клеток со стенкой сосуда устраняются действие случайных факторов, связанных с чистотой капилляра и влияния пристеночных эффектов на процесс оседания. Использование всего одного регистрационного канала значительно упрощает алгоритм обработки результатов.

1. Пат. на ПМ 47526 Россия, МПК7 G01N 33/00. Устройство для оценки физических свойств биологических жидкостей / А. А. Аристов. Заявлено 17.02.2005; Опубл. 27.08.05. Бюл. № 24. - 7 с.: ил. 2.