ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЛОБУЛЯРНОГО ОБЪЕМА КРОВИ Российский патент 1995 года по МПК G01N33/483 

Изобретение относится к медицине, а конкретно к способам непосредственного определения глобулярного объема (ГО) крови. Преимущественными областями его использования являются хирургия, травматология, нейрохирургия, урология, акушерство и гинекология, анестезиология и реаниматология, терапия. Практически изобретение может использоваться для диагностики острых и хронических нарушений количественного состава ГО крови при различных формах анемии и эритремии в медицинских учреждениях (стационарах и амбулаториях), оснащенных необходимой диагностической аппаратурой.

До настоящего времени ГО крови исследовался либо непосредственно - методом разведения эритроцитов, меченных изотопами: калия ⁴²К, фосфора ³²Р, железа ⁵⁵Fe и ⁵⁹Fe, хрома ⁵¹Cr; либо косвенно - путем расчета по гематокритному числу и объему циркулирующей крови (ОЦК) (или объему циркулирующей плазмы ОЦП), определяемому или методом разведения индикаторов: газообразных (окиси углерода), биологических (крови, гемоглобина, белков, коллоидов, антигенов, глюкозы), красящих (красных витальных и синих красителей), крупномолекулярных (полиглюкина, поливинола, поливинилпирролидона) и радиоактивных (альбуминов, меченных изотопами йода ¹²⁵I, ¹³¹I и ¹³²I или хлористой солью изотопа хрома ⁵¹CrCl₃) (5,6,8,10,12), или импедансометрическим методом (2,5,13,14).

Единственным аналогом изобретения является метод разведения индикаторов, основывающийся на ином в отличие от предлагаемого принципа разведения: в сосудистое русло исследуемого вводится известное количество индикатора, равномеpно распределяющегося в исследуемой внутрисосудистой жидкости, объем которой определяется по концентрации индикатора в пробе крови во время эквилибрации. Несмотря на методические погрешности (10,12) метод разведения индикаторов остается в настоящее время наиболее точным способом определения ОЦК и его компонентов (ОЦП и ГО). Однако, этот метод технически сложен; инвазивен; имеет ряд недостатков, связанных с побочными эффектами используемых индикаторов; не пригоден для использования в информационных системах оперативного врачебного контроля (ИСОВК) внутрисосудистого объема больных (5, 10, 12, 13).

Прототипом изобретения является импедансометрический метод, основывающийся на электрофизическом принципе - обратной зависимости между интегральным базисным сопротивлением тела (ИБСТ) исследуемого, измеренным по методике М.И. Тищенко (11), и его ОЦК (или ОЦП). Известны две модификации импедансометрического метода. В основу первой модификации (5, 13) положена обратная зависимость между ИБСТ, измеренным при частоте зондирующего тока 100 кГц, и ОЦК исследуемого; ОЦК рассчитывается по эмпирическому уравнению V_bl= , (1) где V_bl - объем циркулирующей крови (л); R_bt- интегральное базисное сопротивление тела (Ом); К - эмпирический коэффициент, полученный из произведения V_bl, исследованного методом разведения индикатора Т-1824, на R_bt; равный 700 для мужчин и женщин (Ом ^. л).

В основу второй модификации (2, 14) положена зависимость между отношением квадрата межэлектродного расстояния, выраженного через рост (МЭР) исследуемого, к его ИБСТ, измеренному при частоте зондирующего тока 30 кГц, и ОЦК (или ОЦП); ОЦК и ОЦП рассчитываются по эмпирическому уравнению
V_bl(V_pl) = , (2) где V_bl и V_pl - соответственно, объем циркулирующей крови и объем циркулирующей плазмы (мл); Н - рост (см); R_bt - интегральное базисное сопротивление тела (Ом); К - эмпирический коэффициент, полученный из отношения V_bl (или V_pl), исследованного методом разведения индикатора Т-1824, к ; равный при определении V_bl: 44,2 для мужчин и 47,9 для женщин, а при определении V_pl: 23,0 для мужчин и женщин (Ом ^. см).

По сравнению c методом разведения индикаторов импедансометрический метод прост, не инвазивен, пригоден для частых повторных или непрерывных исследований и для использования в ИСОВК внутрисосудистого объема больных; однако, имеет низкую точность и чувствительность.

Целью настоящего изобретения является разработка нового (электрохимического) способа непосредственного определения ГО крови на основе установленной зависимости между разработанным биофизическим показателем "отношение произведения удельного сопротивления цельной крови (УСК) на квадрат МЭР к ИБСТ, измеренному по методике Г.М. Яковлева (15); и ГО крови исследуемого, придающей способу высокую точность и чувствительность.

Поставленная цель достигается тем, что в электрохимическом способе определения ГО крови, включающем измерение роста исследуемого и его ИБСТ по методике Г. М. Яковлева (15); дополнительно определяют УСК при температуре 36,5^оС и одинаковых с ИБСТ значениях основных характеристик зондирующего тока: частоте 30 кГц, силе 8 мА и напряжении 6 В; ГО крови рассчитывается по эмпирическому уравнению
V_e= K₁+K₂· , (3) где V_e - глобулярный объем крови (л); Р_bl - удельное сопротивление цельной крови (Ом ^. см); Н - рост (м); R_by - интегральное базисное сопротивление тела, измеренное по методике Г.М. Яковлева (Ом); К₁ и К₂ - эмпирические коэффициенты, соответственно, равные 0,15 (л) и 1,447 для мужчин и женщин, полученные регрессионным методом при измерении связи между и V_e, рассчитанным по гематокритному числу и ОЦП, определенному методом разведения индикатора Т1824, у 53 (22 - без кровопотери и 31 - с различными степенями тяжести острой кровопотери) пациентов с разным количественным составом ГО крови (r=0,89; Р<0,01).

Отличительный признак предлагаемого решения, заключающийся в дополнительном определении УСК при температуре 36,5^оС и одинаковых с ИБСТ значениях основных характеристик зондирующего тока, ранее не использовался в известных способах определения ОЦК и его компонентов, в частности, модификациях импедансометрического метода. Этот прием придает предлагаемому решению новое свойство, а именно, сильную степень тесноты корреляционной связи между разработанным биофизическим показателем "отношение произведения УСК на квадрат МЭР к ИБСТ, измеренному по методике Г.М. Яковлева", и ГО крови (r= +0,89; Р<0,01), что позволяет проводить непосредственное определение ГО крови разработанным электрохимическим способом в то время, как модификации импендансометрического метода являются способами исследования ОЦК или ОЦП. Кроме того, этот прием повышает точность и чувствительность нового электрохимического способа по сравнению с модификациями импедансометрического метода, что подтверждается проведенными комплексными исследованиями по изучению зависимости между изменениями биофизических показателей (известных - импедансных и разработанного - электрохимического) и внутрисосудистых объемов у практически здоровых и больных с острой кровопотерей:
А. В норме - при отсутствии количественных и качественных изменений внутрисосудистого гомеостаза (у 22 пациентов с неосложненными вентральными и диафрагмальными грыжами) выявлены следующие степени тесноты корреляционной связи:
умеренная - между "ИБСТ, измеренным по методике М.И. Тищенко", и ОЦК (13): r= -0,56 (Р<0,01);
сильная - между "отношением квадрата МЭР к ИБСТ, измеренному по методике М.И. Тищенко", и ОЦК (14):r=+0,78 (Р<0,01);
умеренная - между "отношением квадрата МЭР к ИБСТ, измеренному по методике М.И. Тищенко", и ОЦП (14):r=+0,63 (Р<0,01);
сильная - между "отношением произведения УСК на квадрат МЭР к ИБСТ, измеренному по методике Г.М. Яковлева", и ГО крови: r=+0,88 (Р<0,01);
Б. При острой кровопотере:
а) в догемодилюционной фазе (у здоровых лиц с дозированной кровопотерей от 0,25 до 0,45 л) не обнаружена корреляционная связь между изменением "ИБСТ, измеренного по методике М.И. Тищенко", и объемом эксфузированной крови (13): n=134; r=+0,03 (Р>0,1), а также между изменением "отношения МЭР к ИБСТ, измеренному по методике М.И. Тищенко", и объемом эксфузированной крови (14): n=134; r=+0,03 (Р>0,1) и выявлена сильная степень тесноты корреляционной связи между изменением "отношения произведения УСК на квадрат МЭР к ИБСТ, измеренному по методике Г.М. Яковлева", и объемом эксфузированных эритроцитов: n=22; r=-0,70 (Р<0,01).

б) в гемодилюционной фазе (у 31 пациента с различной степенью тяжести гастродуоденального кровотечения) выявлены следующие степени тесноты корреляционной связи:
умеренная - между "ИБСТ, измеренным по методике М.И. Тищенко", и ОЦК (13):r=-0,56 (Р<0,01);
умеренная - между "отношением квадрата МЭР к ИБСТ, измеренному по методике М.И. Тищенко", и ОЦК (14):r=+0,64 (Р<0,01);
умеренная - между "отношением квадрата МЭР к ИБСТ, измеренному по методике М.И. Тищенко", и ОЦП (14):r=+0,55 (Р<0,01);
сильная - между "отношением произведения УСК на квадрат МЭР к ИБСТ, измеренному по методике Г.М. Яковлева", и ГО крови: r=+0,84 (Р<0,01).

В. В общей группе, состоящей из 53 (22 - без кровопотери; 31 - с острой кровопотерей) пациентов, выявлены следующие степени тесноты корреляционной связи;
сильная - между "отношением произведения УСК на квадрат МЭР к ИБСТ, измеренному по методике Г.М. Яковлева", и ГО крови: r=+0,89 (Р<0,01);
умеренная - между "ИБСТ, измеренным по методике М.И. Тищенко", и ОЦК (13): r= -0,58 (Р<0,01), что на 31% меньше коэффициента, обнаруженной нами корреляции (Р<0,01);
сильная - между "отношением квадрата МЭР к ИБСТ, измеренному по методике М. И. Тищенко", и ОЦК (14): r=+0,74 (P<0,01), что на 15% меньше коэффициента, обнаруженной нами корреляции (Р<0,05);
умеренная - между "отношением квадрата МЭР к ИБСТ, измеренному по методике М.И. Тищенко", и ОЦП (14): r=+0,60 (Р<0,01), что на 29% меньше коэффициента, обнаруженной нами корреляции (Р<0,01).

К ранее неизвестным отличительным признакам также относятся эмпирическое уравнение, согласно которому рассчитывается ГО крови, и эмпирические коэффициенты уравнения.

Наличие ранее неизвестных отличительных признаков, придающих предлагаемому решению новое свойство, позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "существенные отличия".

Проанализированы результаты исследования ГО крови различными методами в общей группе, состоящей из 55 (24 - без кровопотери; 31 - с острой кровопотерей) пациентов (табл. 8. 9), которые показали, что ГО крови, определенный электрохимическим способом:
- сильно коррелирует с ГО крови, рассчитанным по гематокритному числу и ОЦК, определенному табличным методом (16): r=+0,95 (Р<0,01), и не отличается от данного объема (Р>0,1);
- сильно коррелирует с ГО крови, рассчитанным по гематокритному числу и ОЦК, определенному импедансометрическим методом (14): r=+0,96 (Р<0,01), и не отличается от данного объема (Р>0,1);
- сильно коррелируeт с ГО крови, рассчитанным по гематокритному числу и ОЦП, определенному методом разведения индикатора Т-1824 (6): r=+0,89 (P<0,01), и не отличается от данного объема (Р>0,1).

Представленный в сравнительном аспекте материал показывает высокую точность определений ГО крови технически простым, пригодным для динамических исследований и использования в ИСОВК внутрисосудистого объема больных электрохимическим способом.

Изобретение выполняется следующим образом: измеряются рост исследуемого, его ИБСТ по методике Г.М. Яковлева (15) и электрическое сопротивление фиксированного объема цельной крови (ЭСФОК) при температуре 36,5^оС.

При определении ГО крови для преодоления погрешностей, связанных с разными условиями измерения сопротивлений, измерение ИБСТ и ЭСФОК исследуемого проводится в максимально приближенных условиях:
а) при одних и тех же значениях основных характеристик зондирующего тока: частоте 30 кГц, силе 8 мА, напряжении 6 В (выбор значений основных характеристик зондирующего тока объясняется их оптимальностью для измерения как ИБСТ (11), так и ЭСФОК (1)), что возможно при использовании измерительной аппаратуры, пригодной для измерения как ИБСТ, так и ЭСФОК, в частности, реографа "РГ1-01" или транзисторного кондуктометрического систоловолюмографа "КСВГ-1Т" (7,9,11);
б) при одной и той же температуре: так как ИБСТ измеряется при температуре тела исследуемого, то и измерение ЭСФОК проводится при температуре близкой к температуре тела (36,5^оС).

Для измерения ИБСТ применяются стандартные электрокардиографические электроды (4 шт.) из посеребренной латуни общей площадью от 80 до 120 см². Для уменьшения контактного сопротивления на границе "электрод-кожа" используются фланелевые прокладки, смоченные раствором электролита (хлористого натрия или бикарбоната натрия). Для измерения ИБСТ по методике Г.М. Яковлева (15) одна пара электрически соединенных между собой электродов накладывается на тыльные поверхности обеих кистей как можно ближе к фалангопястным суставам, а другая пара таких же электродов - на тыльные поверхности обеих стоп как можно ближе к фалангоплюсневым суставам. К измерительному плечу моста реографа "РГ1-01" или прибора "КСВГ-1Т" подключаются с одной стороны электроды верхних конечностей, а с другой стороны электроды нижних конечностей; и проводится измерение ИБСТ исследуемого.

ПРи определении УСК в качестве измерительной ячейки можно использовать медицинский шприц многоразового применения для инъекций инсулина объемом 2,0 мл с металлическим поршнем и конусом. Этот шприц достаточно точно градуирован, удобен для дозирования биологической среды, легко обрабатывается и стерилизуется. Константа измерительной ячейки для 0,5 мл биологической среды в таком шприце равна 0,74 см. Для измерения ЭСФОК из вены локтевого сгиба исследуемого забирается 0,5 мл крови без пузырьков воздуха вышеуказанным стерильным шприцем, предварительно промытым раствором гепарина для предупреждения свертывания крови. Затем к измерительному плечу моста реографа "РГ1-01" или прибора "КСВГ-11" подключаются с одной стороны поршень, а с другой стороны конус шприца; и шприц с кровью помещается на 5 минут в суховоздушный термостат 36,5^оС. После встряхивания шприца с кровью (оседание форменных элементов крови в шприце приводит к снижению истинного значения ЭСФОК) проводится измерение ЭСФОК исследуемого. УСК определяется по преобразованной известной формуле (1)
P_bl= = k·R_bl, (4) где k= k = ;
Р_bl - удельное сопротивление цельной крови (Ом ^. см); R_bl - электрическое сопротивление фиксированного объема цельной крови (Ом); S - сечение измерительной ячейки (см²); L - длина измерительной ячейки (см). k - константа измерительной ячейки (см).

ГО крови определяется по эмпирическому уравнению 3.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами:
А. История болезни N 1188 (1989 г.). Больная К. 52 года. Клинический диагноз: скользящая грыжа пищеводного отверстия диафрагмы. Рост 1,58. Вес 86 кг. Гематокритная величина, откорректированная на "задержанную плазму", равна 0,45 л. ИБСТ, измеренное по методике Г.М. Яковлева, равно 337 Ом. ЭСФОК (0,5 мл в шприце) при температуре 36,5^оС равно 231 ом. Согласно формуле 4, УСК равно
P_bl=0,74 ^. 231=171 Ом ^. см.

Согласно эмпирическому уравнению 3, ГО крови равен
V_e= 0,19+1,060· = 1,94 л .

Для сравнения приведены величины ГО крови больной К. по данным различных методов исследования:
ГО крови, рассчитанный по гематокритному числу и ОЦК, определенному табличным методом (16), равен 1,90 л;
ГО крови, рассчитанный по гематокритному числу и ОЦК, определенному импедансометрическим методом (14) равен 2,10 л;
ГО крови, рассчитанный по гематокритному числу и ОЦП, определенному методом разведения индикатора Т-1824 (6), равен 2,09 л.

Б. История болезни N 3835 (1989 г.). Больной Щ., 29 лет. Клинический диагноз: Язвенная болезнь луковицы двенадцатиперстной кишки, осложненная острым гастродуоденальным кровотечением средней тяжести. Рост 1,78 м. Вес 64 кг. Гематокритная величина, откорректированная на "задержанную плазму", равна 0,29. ИБСТ, измеренное по методике Г.М. Яковлева, равно 352 Ом. ЭСФОК (0,5 мл в шприце) при температуре 36,5^оС равно 145 Ом. Согласно формуле 4, УСК равно
P_bl = 0,74 ^. 145=107 Ом ^. см.

Согласно эмпирическому уравнению 3, ГО крови равен:
V_e= 0,19+1,060· = 1,52 л .

Для сравнения приведены величины ГО крови больного Щ. по данным различных методов исследования:
ГО крови, рассчитанный по гематокритному числу и ОЦК, определенному табличным методом (16), равен 1,35 л;
ГО крови, рассчитанный по гематокритному числу и ОЦК, определенному импедансометрическим методом (14), равен 1,50 л;
ГО крови, рассчитанный по гематокритному числу и ОЦП, определенному методом разведения индикатора Т-1824 (6), равен 1,50 л.

Должный ГО крови больного Щ., рассчитанный по усредненной гематокритной величине (0,47 - для мужчин; 0,42 - для женщин) и ОЦК, определенному табличным методом (1,6), равен 2,19 л. Дефицит ГО крови относительно должной величины у больного Щ. равен 30%.

Использование: медицина, хирургия, травматология, акушерство и генекология, анестезиология и реаниматология, терапия. Цель изобретения: повышение точности и чувствительности способа. Сущность:измеряют межэлектродное расстояние, выраженное через рост исследуемого, интегральное базисное сопротивление тела по одной из двух методик - методике Г.М. Яковлева, а также дополнительно определяют удельное сопротивление цельной крови при температуре 36,5°С на одной и той же частоте (30 кГц) и силе (8 мА) зондирующего тока, и напряжении (6 В), и глобулярный объем крови рассчитывают по эмпирическому уравнению V_l= k₁ + k₂[(P_bl· H²)/R_by], где V_l - глобулярный объем крови (л); P_bl - удельное сопротивление цельной крови при температуре 36,5°С (Ом см); H - рост (м); R_by - интегральное базисное сопротивление тела, измеренное по методике Яковлева (Ом); К₁= 0,15 (л) - эмпиричесий коэффициент, измеренный по методике Г.М. Яковлева; K₂= 1,447 л/см·м² - эмпирический коэффициент, измеренный по методике Г.М. Яковлева.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЛОБУЛЯРНОГО ОБЪЕМА КРОВИ, включающий измерение межэлектродного расстояния, выраженного через рост исследуемого и измерение интегрального базисного сопротивления тела при наложении пары электродов на тыльные поверхности обеих кистей максимально близко к фалангопястным суставам и другой пары таких же электродов на тыльные поверхности обеих стоп максимально близко к фалангоплюсневым суставам, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и чувствительности способа, дополнительно определяют удельное сопротивление цельной венозной крови при 36,5^oС при частоте зондирующего тока 30 кГц, силе 8 мА и напряжении 8 В, при этом удельное сопротивление крови и интегральное базисное сопротивление регистрируют при одинаковых характеристиках зондирующего тока, а глобулярный объем крови рассчитывают по формуле

где V_e - глобулярный объем крови, л;
- удельное сопротивление цельной крови, Ом · см;
H - рост, м;
- интегральное базисное сопротивление тела, измеренное по методике Г.М.Яковлева, Ом;
K₁ и K₂ - эмпирические коэффициенты, соответственно равные 0,15 и 1,447, л/см · м² для мужчин и женщин, полученные регрессионным методом при исследовании связи между показателем и V_e, рассчитанным по гематокритному числу и объему циркулирующей плазмы, определенному методом разведения индикатора Т-1824.