Динамика параметров биоимпедансной спектроскопии в процессе хранения крови

Динамика параметров биоимпедансной спектроскопии в процессе хранения крови

М.В. Малахов

Ярославский государственный педагогический университет им. К. Д. Ушинского, Ярославль.

Введение. Определение качества донорской крови имеет большое значение в медицине, так как в процессе хранения в ней происходят изменения, которые существенно снижают её пригодность для переливания [1]. Следовательно, разработка методов, которые позволят оценить изменения, происходящие в хранящейся крови, является важной задачей как для биологии, так и для практической медицины. В качестве одного из таких методов может быть использована биоимпедансная спектроскопия (БИС). Целью нашего исследования было оценить влияние процессов, протекающих в крови в процессе её хранения на параметры биоимпедансной спектроскопии.

Материалы и методы. Образцы венозной крови (n=18) объёмом 9 мл делились на три равные порции. Электрические измерения первой порции проводили в течение первого часа после забора крови (0-й день), две другие порции хранили при температуре +4 - +6оС в герметично закрытых гепаринизированных стерильных пластиковых пробирках. Измерения второй порции проводили на 10-й, а третей - на 21-й день хранения. Перед исследованием кровь в течение часа выдерживалась в помещении для исключения влияния температуры на её электрические свойства.

Параметры биоимпедансной спектроскопии (сопротивление внеклеточной, Re, Ом, и внутриклеточной Ri, Ом, жидкости, электрическая ёмкость, Cm, пФ, характеристическая частота, Fchar, кГц, параметр Alpha) определялись на биоимпедансном анализаторе АВС-01 «Медасс» в диапазоне частот от 5 до 500 кГц.

Оценка гематологических показателей (гематокрита, Ht, %, среднеклеточного объёма эритроцитов, MCV, фл, концентрации красных клеток крови, RBC, 1012/л) производилось рутинными методами.

Данные представлены как среднее арифметическое (M) ± среднеквадратическое отклонение (s). Для выявления различий между параметрами БИС крови при анализе эффектов хранения использовался однофакторный дисперсионный анализ для повторных измерений (ANOVA). Для выявления показателя, который внёс наибольший вклад в различия по параметрам БИС между образцами крови на разных сроках хранения, был использован дискриминантный анализ.

Результаты и их обсуждение. Динамика гематологических показателей в процессе хранения. По данным нашего исследования MCV повышался только в течение первых 10 дней хранения, Ht повышался в течение первых 10 дней, а потом его значение снижалось и к 21 дню достигало исходных величин. Концентрация эритроцитов уменьшалась в течение всего процесса хранения (Табл. 1).

Табл. 1.

Значения Ht, RBC и MCV крови на 0-й, 10-й и 21-й день хранения

0-й день 10-й день 21-день

Ht, % 45,9±3,9 50,8±2,5** 45,5±2,3

RBC, 1012/л 4,6±0,2 4,3±0,3* 3,9±0,3*

MCV, фл 88,4±8,0 108,4±6,3** 104,6±6,6*

*,** - p<0,05; <0,01 по сравнению с 0 днём.

Рост среднеклеточного объёма был связан с набуханием эритроцитов в процессе хранения из-за поступления в них воды, снижение RBC было обусловлено гемолизом эритроцитов вследствие активации процессов перекисного окисления липидов. Повышение гематокрита в первые 10 дней хранения объяснялось ростом MCV, а дальнейшее снижение -с гемолизом красных клеток крови [1].

Динамика параметров БИС в процессе хранения. Результаты исследования показали, что Re в первые 10 дней хранения возрастало, а к 21 дню снижалось до исходных значений, Ri и Cm постоянно снижались, Alpha возрастала в течение первых 10 дней, а затем её значение существенно не менялось (Табл. 2).

Табл. 2.

Параметры биоимпедансной спектроскопии крови на 0, 10 и 21 день хранения (M±s,

n=18)

0 день 10 день 21 день

Re, Ом 113,4±9,3 119,4±12,9* 109,4±5,6Л

Ri, Ом 144,6±4,4 113,3±6,2*** 65±15,1 ***

Cm, пФ 93,4±12,8 81,3±11,1* 54,7±6,4***

Alpha 0,312±0,005 0,318±0,007* 0,316±0,007*

Fchar, кГц 590±72 712±145** 1600±201***

*, **, *** - p<0,05; <0,01; <0,001 по сравнению с 0 днём, Л - p<0,05 по сравнению с 10

днём

Известно, что сопротивление внеклеточной жидкости отражают общий объём соответственно внеклеточной и внутриклеточной жидкости в измеряемом биологическом объекте [2]. Очевидно, динамика Re в процессе хранения отражает изменение Ht, так как гематокрит связан с общим объёмом внеклеточной жидкости, то есть в данном случае, плазмы крови. Снижение Ri в процессе хранения было обусловлено ростом Ht, а значит, и увеличением общего объёма внутриклеточной жидкости, а также повышением электропроводности цитоплазмы из-за уменьшения концентрации внутриклеточного гемоглобина [3].

Электрическая ёмкость снижалась в течение всего процесса хранения (Табл. 2). По данным литературы, одним из факторов, влияющих на электрическую ёмкость, является суммарная площадь клеточных мембран [4]. По-видимому, падение Cm в течение всего периода хранения объясняется уменьшением суммарной площади клеточных мембран из-за гемолиза эритроцитов.

Fchar увеличивалась в течение всего периода хранения крови (Табл. 2). Известно, что характеристическая частота обратно пропорциональна электрической ёмкости и сумме сопротивлений внеклеточной и внутриклеточной жидкости измеряемого образца [4]. По -видимому, в нашем исследовании снижение Ri и Cm внесло больший вклад в значение характеристической частоты, чем динамика Re, чем и объясняется рост Fchar

Alpha возрастала в первые 10 дней хранения, затем значение этого показателя существенно не менялось (Табл. 2). На параметр Alpha оказывают влияние неоднородность клеточных элементов в измеряемом биологическом объекте по форме и размерам, а также размер клеток [5]. Повышение Alpha в процессе хранения, вероятно, объясняется увеличением размеров эритроцитов, а также повышением однородности крови вследствие приближения формы клеток к сферической. Таким образом, все параметры БИС менялись в процессе хранения крови.

Для выявления биоимпедансного показателя, который вносил набольший вклад в различия между параметрами БИС крови на разных сроках хранения, проведен дискриминантный анализ. По его результатам таким показателем была характеристическая частота, значение которой постоянно повышалось с увеличением срока хранения. Можно предположить, что этот параметр БИС может быть использован для количественной оценки изменений, происходящей в крови в процессе её хранения.

Вывод. Таким образом, процессы, протекающие в крови в процессе её хранения, оказывают влияние на все параметры биоимпедансной спектроскопии. Динамика сопротивления внеклеточной жидкости отражает изменение гематокрита, уменьшение сопротивления внутриклеточной жидкости объясняется уменьшением внутриклеточной концентрации гемоглобина, рост Alpha связан с увеличением MCV, падение электрической ёмкости обусловлено снижением суммарной площади клеточных мембран вследствие

гемолиза в процессе хранения крови. Наибольший вклад в различия между показателями БИС крови на разных сроках хранения вносила характеристическая частота.

Литература:

1. Vandromme M.J., McGwin G. Jr., Weinberg J.A. Blood transfusion in the critically ill: does storage age matter? //Scand. J. Trauma Resusc. Emerg. Med. -2009. 17:35 doi:10.1186/1757-7241-17-35.

2. Cornisht B.H., Tomst B.J., Ward L.C. Improved prediction of extracellular and total body water using impedance loci generated by multiple frequency bioelectrical impedance analysis // Phys. Med. Biol. - 1993. - V. 38. - P. 337 - 346.

3. Pauly H., Schwan H.P. Dielectric Properties and Ion Mobility in Erythrocytes //Biophys. J. -1966. - V. 6. - P. 621-639.

4. Grimnes S., Martinsen O.G. Bioimpedance and bioelectricity basics (2nd ed.). -L.: Academic Press. 2008. - 391p.

5. Martinsen O.G., Grimnes S., Schwan H.P. Interface Phenomena and Dielectric Properties of Biological Tissue //Encyclopedia of Surface and Colloid Science. - Marcel Dekker Inc. -2002. - P. 2643 - 2652.