Текст книги "Анализы. Полный медицинский справочник. Ключевые лабораторные исследования в одной книге"

Биохимические анализаторы

Применение биохимических анализаторов позволяет быстро определить параметры биохимического состава крови. Помимо автоматических биохимических анализаторов, определяющих один параметр, существуют и работающие со спектром параметров. На рынке медицинского оборудования в настоящее время представлен широкий выбор анализатроов различного типа.

Основные параметры биохимических анализатоов:

1. Аналитические характеристики. Большинство моделей поддерживает возможность выполнения фотометрических и турбидиметрических исследований как «по конечной точке», так и в кинетическом режиме. В большинстве моделей также содержатся программы работы с нелинейными калибровками, верификация результатов по Вестгарду, возможность построения карт Леви-Дженнингса.

2. Тип анализатора: автоматический или полуавтоматический. При работе полуавтоматического анализатора оператор занимается смешиванием реактивов и заготовкой проб. Все остальные процессы, включая дозирование, исследование оптической плотности реагента, выполняются автоматически. Результаты исследования выводятся на экран и могут быть распечатаны или сохранены на цифровом носители. Полуавтоматические анализаторы невелики по габаритам и отличаются более низкой ценой. При работе с автоматическими анализаторами требуется минимальный контроль со стороны врача-лаборанта. Анализатор данного типа способствует экономии времени на исследования. Возможности автоматического анализатора: пипетирование, смешивание реагентов, доведение реагентов до требуемой температуры, проведение анализа, обработка данных. Задача оператора заключается в сведении данных и обработке емкостей.

3. Производительность. Нередко данный показатель выступает в качестве ключевых при выборе прибора. Тестирование осуществляется по монореагентным методикам двух типов: кинетические и по конечной точке. Анализаторы 1-го класса выполняют обработку данных кинетическим способом более медленно. Анализаторы 2-го и 3-го класса показывают равные по скорости результаты при работе с монореагентными методиками. При этом даже наиболее высокопроизводительные модели могут работать медленнее при выполнении биреагентных методик.

4. Тип системы в зависимости от применяемых реагентов: открытая и закрытая. Для работы анализаторам закрытого типа требуются исключительно фирменные реагенты производителя, обычно отличающиеся высокой стоимостью. Анализаторы открытого типа оборудованы светофильтрами, благодаря чему возможно проведение наиболее популярных методик с использованием наличествующих в лаборатории или свободном доступе реагентов.

5. Количество проб. От данного параметра зависит производительность лаборатории и оптимизация работы персонала. При отсутствии требуемых реагентов возникает необходимость остановки прибора, что снижает скорость работы. В состав наиболее компактных анализаторов входит от 10 до 15 загружаемых позиций, чего достаточно для выполнения среднего количества анализов. В работе крупной клиники или частной лаборатории может потребоваться 20–35 позиций для загрузки. Подобным требованиям отвечают анализаторы 2-го класса. При необходимости выполнить дополнительные исследования придется устанавливать дополнительные реактивы. Оптимальным выбором для подобных целей считаются анализаторы 2-го класса, включающие 35–40 позиций для реактивов. Анализаторы 3-го класса располагают 50–60 позициями, чего достаточно для установки практически любых реагентов. Некоторые модели анализаторов способны до начала работы самостоятельно определить и сигнализировать, на какое количество анализов хватит установленных реактивов.

6. Последовательность определения показателей крови:

– доступ Batch, или система «тест за тестом» – последовательное определение параметров исследования для каждого из образцов. Характерна для анализаторов с проточной кюветой. Данная система удобна для проведения научных исследований, поскольку практически отсутствует риск смешивания реактивов из наборов. Отрицательная сторона системы, особенно для лабораторий, занятых обслуживанием стационаров – невозможность быстрого получения исследований по каждому из пациентов;

– доступ Random Access, или свободный доступ – возможность работы в двух режимах. Режим «определение одного параметра во всех образцах» работает аналогично системе «тест за тестом». Режим «определение всех параметров для одного образца» позволяет провести исследование одного образца по всем требуемым показателям. При работе с данной системой неободимо правильно выстраивать очередность тестов, промывать оборудование между определенными видами анализов. Эта проблема решена в современных анализаторах: в них есть возможность ввести списки тестов, запрещенных в последовательной постановке.

7. Дополнительные характеристики:

– возможность управления и наличие меню на русском языке;

– количество потребляемой воды;

– возможность запуска срочной пробы;

– возможность охлаждения.

Виды биохимических анализаторов

Анализатор выдыхаемого водорода. Используется с целью измерения концентрации водорода (hydrogen (H₂)) в образце выдыхаемого воздуха. Применяется для определения наличия анаэробных бактерий, связанных с нарушениями ЖКТ (желудочно-кишечный бактериальный гиперрост, обструкция, нарушение всасывания).

Анализатор выдыхаемого воздуха жидкостный сцинтилляционный. Автоматический анализатор. Применяется для количественного определения углерода С 14 (¹⁴С) или иного бета-излучателя в жидком растворе. Сфера применения: выявление наличия бактерии Helicobacter pylori. Работа прибора основана на применении жидкостно-сцинтилляционной методологии, призванной обнаруживать бета-излучающие 14C, освобожденые после гидролиза мочевины.

Анализатор гликированного гемоглобина (HbA1C). Применяется для количественного определения гликогемоглобина в клиническом образце. Принцип работы: технология разделения на основе разницы зарядов. Применяются методы ионобменной хроматографии, высокоэффективной жидкостной хроматографии, электрофореза. При работе прибора на основе химического анализа задействуются методы колориметрии, спектрофотометрии. При работе на основе разницы структур используются иммуноанализ и аффинная хроматография.

Анализатор масс-спектрометрический для определения состава выдыхаемого воздуха. Автоматический. Применяется для количественного определения изотопа углерода С 13 (¹³С) в образце выдыхаемого воздуха, с последующим премом внутрь определенной дозы мочевины ¹³С. Сфера применения: выявление наличия бактерии Helicobacter pylori. Работа прибора основана на применении масс-спектрометрического анализа, для сравнения используется базовый образец.

Анализатор метана в выдыхаемом воздухе. Применяется для определения содержания метана в пробе выдыхаемого воздуха, обычно показатели выражаются в промилле. Многие анализаторы данного типа поддерживают выявление водорода, гелия, дуокиси углерода в пробе, что позволяет применять их для определения дисфункций токого кишечника по причине избыточного разрастания кишечной флоры и дефектов расщепления углеводов бактериями. Принцип работы может быть основан на методах электрохимического анализа или газовой хроматографии.

Анализатор содержания алкоголя в биологических жидкостях организма. Применяется для определения в образце биологической жидкости (обычно крови) концентрации алкоголя. Используется при работе с пациентами с сахарным диабетом и подозреваемыми в алкогольной интоксикации.

Анализаторы биохимические метаболического профиля. Полуавтоматические, автоматические, портативные. Применяется для качественного и количественного определения параметров и создания метаболического профиля. В спектр выполняемых анализов могут быть включены рН, параметры газов крови (в частности, pO₂, pCO₂), электролиты (в частности, натрий (Na²⁺), калий (K⁺), хлорид (Cl^-), глюкоза, мочевина, креатинин, показатели гемоксиметрии.

Анализаторы биохимические многоканальные. Полуавтоматические или автоматические. Применяются для качественного или количественного определения показателей крови в клиническом образце. В спектр определяемых показателей могут входить электролиты, липиды, специфические белки, аналиты функционального исследования печени, почек, сердца. Принцип работы задействован на применении двух и более технологий и может включать микрогидродинамику, спектрофотометрию, электрометрию, флуорометрию, радиометрию, хемилюминесценцию. Обычно в работе анализатора задействуются определенные тестовые наборы реагентов.

Анализаторы биохимические на сухой химии. Полуавтоматические и автоматические. Применяется для качественного и количественного определения параметров и создания метаболического профиля. В спектр выполняемых анализов могут быть включены рН, параметры газов крови (в частности, pO₂, pCO₂), электролиты (в частности, натрий (Na²⁺), калий (K⁺), хлорид (Cl^-), глюкоза, мочевина, креатинин, печеночные ферменты. Принцип работы основан на измерении количества света, отраженного от ламинированной плетки, пропитанной сухими реагентами, или стрипов. На пленку размещается клинический образец.

Анализаторы биохимические центрифужные. Полуавтоматический или автоматический. Для переноса и смешивания жидкостей задействуются центробежные силы. Реакции, протекающие в центрифуге, контролируются фотомером.

Анализаторы биохимические, одноканальные. Полуавтоматические или автоматические. Применяются для качественного или количественного определения множественных показателей в клиническом образце, в том числе глюкозы, кетона, специфических белков, субстратов клинической химии, ферментов, липидного профиля. В работе анализаторов данного типа применяется одна технология, в частности, электрометрия, флуорометрия, спектрофотометрия, радиометрия или хемилюминесценция.

Анализаторы глюкозы. Полуавтоматические или автоматические. Используется для определения уровня глюкозы в цельной крови, сыворотке, плазме или прочих жидкостях организма.

Анализаторы ионоселективные. Полуавтоматические или автоматические. Применяются для количественного определения электролитов и прочих ионов в клиническом образце. Принцип работы основан на действии ион-специфических мембран с целью выборочного измерения электрического потенциала на контрольном электроде, благодаря чему возможно определение концентрации ионов-мишеней.

Анализаторы липидного профиля. Полуавтоматические или автоматические. Применяются для определения показателей липидного профиля, таких как холестерин, жирные кислоты, липиды, липопротеины, триглицериды.

Анализаторы проводимости пота. Полуавтоматические или автоматические. Применяются для количественного измерения электропроводности образца пота, что показывает общее содержание электролитов. Измерение осуществляется путем применения проточной ячейки, в которой поддерживается определенная температура. Для получения результатов применяются калибровочные растворы и контрольные материалы. Данный анализ находит применение в качестве вспомогательного при диагностировании муковисцидоза.

Билирубинометр. Применяется для определения концентрации билирубина в крови или другом клиническом образце, задействует метод прямого или непрямого измерения. Обычно применяется для быстрого определения гипербилирубинемии у новорожденных. Принцип работы обычно основан на спектрофотометрии или гемофлуорометрии.

Раман-спектрометр. Применяется для скрининга или диагностики клинического образца. Принцип работы основан на упругом рассеивании монохроматического света. Используется при измерении молекулярных колебаний и идентификации патологических изменений в биомолекулах, таких как липиды, белки, нуклеиновые кислоты. Прибор представляет собой оптическую систему, в которую обычно включены аппаратный блок (такой, как кабельная система, рамановский зонд, диодный лазер, спектрограф, ПЗС-детектор) и встроенное программное обеспечение.

Глава 3
Исследование водно-солевого обмена

Вода является самым распространенным веществом организма. На ее долю приходится 60% массы тела у мужчин и 52% у женщин.

Все биохимические реакции протекают в водных растворах внутри клеток и во внеклеточном пространстве. Водонерастворимые органические вещества, например жиры, транспортируются в виде комплексов с водорастворимыми белками. Неорганические и многие органические вещества присутствуют в растворах в виде ионов.

Концентрация ионов во внутри– и внеклеточных растворах (крови, лимфе, желудочном соке, моче и др.) существенно различается. Через полупроницаемые клеточные мембраны, разделяющие различные водные пространства, движение молекул происходит не только по концентрационному градиенту, но и против него, например перенос ионов калия внутрь клетки и ионов натрия наружу, путем сложного механизма трансмембранного переноса. Вода свободно перемещается через мембраны в сторону того пространства, где концентрация органических и неорганических веществ выше, выравнивая осмотическое давление.

Благодаря различной концентрации катионов и анионов внутри и вне клеток на их мембране создается определенный электрический заряд, имеющий большое значение для функции клеток, особенно нервных.

Нарушение концентрации ионов, в первую очередь натрия, калия, кальция, хлоридов и бикарбонатов, может быть причиной существенных расстройств различных систем и органов, а в тяжелых случаях может даже привести к смерти.

Натрий

Натрий – основной катион внеклеточного пространства, играет главную роль в поддержании осмотического давления.

Нормальная концентрация: в цельной крови – 70–98 ммоль/л, в плазме – 130–156 ммоль/л, в слюне – 6,5–21,7 ммоль/л, в эритроцитах – 13–22 ммоль/л.

Общее содержание в организме – 2700–3000 ммоль (1 ммоль – 23 мг), запас в костных депо – 800–1000 ммоль.

Суточная потребность в виде NaCl – 29–87 мг на кг массы тела.

Суточное выведение: с мочой – 1–150 ммоль/л, с потом – 15–70 ммоль/л, с калом – до 10 ммоль/л в сутки.

У здорового человека постоянство концентрации натрия в организме регулируется почками с участием определенных гормонов – при большом поступлении излишки натрия выводятся с мочой, при низком содержании в пище выведение уменьшается. Гипонатриемия представляет собой снижение концентрации натрия в плазме крови ниже 135 ммоль/л.

Снижение концентрации натрия в крови происходит при длительном применении мочегонных средств (диуретиков), частых поносах и рвоте, обширных ожогах, при заболеваниях почек, сопровождающихся потерей натрия, сахарном диабете, недостаточности коры надпочечников. Снижение концентрации натрия в моче отмечается при интенсивном потоотделении, низком содержании соли в пище, приеме стероидных препаратов, хроническом нефрите.

Различают следующие виды снижения концентрации натрия:

1) эуволемическая гипонатриемия, при которой объем циркулирующей крови и плазмы в нормальных пределах, объем внеклеточной жидкости и общее содержание натрия также не изменено;

2) гиповолемическая гипонатриемия.

Гипернатриемия возникает при концентрации натрия в сыворотке крови выше 150 ммоль/л. Ее могут вызывать:

1) солевая перегрузка, которая может возникнуть при кормлении через зонд в бессознательном состоянии, после операций на головном мозге, при питании через гастростому;

2) водное истощение, возникающее при одышке, лихорадке, проведении искусственной вентиляции легких, открытом лечении ожогов;

3) несахарный диабет;

4) заболевания почек, протекающие с олигурией;

5) гипеаральдостеронизм.

В зависимости от нарушений водного баланса выделяют гипернатриемию:

1) гиперволемическую;

2) эуволемическую.

Гиперволемическая гипернатриемия возникает в результате потери воды по сравнению с потерями натрия. Это может привести к гиперволемическому шоку.

При несахарном диабете и потерях воды через кожу и дыхательные пути возникает эуволемическая гипернатриемия.

Гиперволемическая гипернатриемия возникает при введении гипертонических растворов.

Гипернатриемия сопровождается жаждой, дрожью, мышечными подергиваниями, спутанностью сознания, судорожными припадками, коматозным состоянием.

Калий

Калий – основной внутриклеточный катион, участвующий в поддержании осмотического давления, кислотно-щелочного баланса, некоторых функций клеток, особенно нервных и мышечных. Концентрация калия в организме существенно влияет на работу сердца.

Нормальная концентрация: в крови – 38,4–64,0 ммоль/ л, в плазме – 3,4–5,3 ммоль/л, в эритроцитах – 79,8–99,3 ммоль/ л, в моче – 80–100 ммоль/л.

Общее содержание в организме – 2300–3200 ммоль.

Суточная потребность – 0,3–1,0 ммоль на кг массы тела, с пищей поступает около 50–200 ммоль.

Суточное выведение: с мочой – до 60 ммоль, с потом – до 10 ммоль, с калом – до 7 ммоль.

Отсутствие «депо» калия в организме ведет к тому, что повышение его потерь сразу же сказывается на внутриклеточном содержании и функции клеток и проявляется в первую очередь нарушениями в работе сердца.

Снижение концентрации калия в крови (гипокалиемия) возникает при недостаточном поступлении с пищей, увеличении потерь с мочой и калом, при рвоте, поносе, применении калийистощающих мочегонных средств, стероидных препаратов, при некоторых гормональных нарушениях, внутривенном введении больших объемов жидкости, не содержащей калия. Симптомы гипокалиемии возникают при снижении уровня калия до 3 ммоль/л. Наиболее часто встречающимися симптомами являются: мышечная слабость, общая заторможенность, запоры, в тяжелых случаях – мышечные параличи. Со стороны сердца выявляется синусовая брадикардия, тахикардия, типичные признаки на ЭКГ.

Повышение калия в плазме крови происходит при заболеваниях, сопровождающихся распадом клеток: некроз тканей, ожоги, опухоли, тяжелые травмы, анафилактический шок, при поражениях почек, при заболеваниях, сопровождающихся обезвоживанием.

Симптомами гиперкалиемии могут быть: чувство мышечной слабости, апатия, затруднения речи. Очень серьезным симптомом является изменение сократимости миокарда при уровне калия свыше 7,0 моль/л. В этих случаях существует опасность остановки сердца и развития внезапной коронарной смерти. Таким больным требуется неотложная терапия, направленная на снижение содержания калия в крови.

Несмотря на то что физиологические функции натрия и калия в организме различны, для их определения используют одинаковые физические принципы. Подавляющая часть калия в организме находится внутри клеток, и его концентрация в плазме, которая лишь приблизительно отражает общее содержание элемента в организме, может колебаться в значительных пределах, особенно у тяжелобольных. Она тесно связана с состоянием кровообращения и кислотно-щелочного равновесия, поэтому определение калия в плазме или сыворотке – один из важнейших показателей в реанимационной клинике.

Натрий – это почти исключительно внеклеточный элемент, его общее количество хорошо коррелирует с объемом межклеточной жидкости. У каждого человека концентрация натрия в плазме поддерживается с большим постоянством, физиологические колебания, как правило, меньше, чем точность обычных лабораторных методов.

При получении сыворотки в процессе формирования сгустка угольная кислота теряется, при этом изменяются соотношения эритроцитарного и плазматического объемов, что сказывается на концентрации натрия, колебания которого в сыворотке больше, чем в плазме. По этой причине для точного определения надо анализировать плазму, полученную с гепарином, так как солевые антикоагулянты, изменяя осмотическую концентрацию среды, вызывают сморщивание эритроцитов и разведение плазмы. Некоторые препараты гепарина содержат много натрия, тогда надо вводить на него поправку. Результаты определения натрия в плазме в целом имеют то же клиническое значение, что и результаты определения осмотической концентрации.

Выведение натрия с мочой относительно равномерно на протяжении суток, в то же время экскреция калия имеет четкий пик в утренние часы, соответственно возрастает и отношение K / Na, которое коррелирует с активностью глюкокортикоидов. Минералокортикоид альдостерон вызывает задержку натрия в организме, увеличивая отношение K / Na мочи.

Принцип метода

Разведенная водой плазма или 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 измеряется фотоэлементом. В связи с тем, что концентрация калия в плазме невелика, при его определении калибровочный раствор должен содержать также соли натрия, а при некоторых конструкциях прибора – и соли кальция. Натрия в плазме много, и он ярко окрашивает пламя, поэтому калибровочный раствор может содержать только соли натрия.

Приготовление калибровочных растворов

Есть 2 способа приготовления калибровочных растворов. В первом случае сначала готовят серию основных калибровочных растворов, концентрации электролитов в которых перекрывают возможный диапазон колебаний состава плазмы, а затем эти растворы разводят так же, как и исследуемую плазму. Этот способ позволяет в максимальной степени избежать погрешностей, связанных с неточностями пипеток, используемых при разведении, но необходим двойной набор посуды – для основных и рабочих растворов. В другом случае сразу готовят рабочие калибровочные растворы, которые имитируют состав разведенной для сжигания плазмы; такой раствор может быть использован лишь в том случае, если плазма всегда разводится совершенно одинаково. Считают, что первый более подходит для лабораторий, где электролиты определяются не очень часто, второй – для лабораторий, где проводится много определений, а методику можно считать хорошо налаженной.

При приготовлении калибровочных растворов используют соли натрия, калия и кальция, высушенные в сушильном шкафу при температуре 100–120 °С.

1. Натрия хлорид. Исходный калибровочный раствор, содержащий 1000 ммоль/л. Готовят, растворяя 11,69 г NaCl (поваренной соли) в воде и доводя объем до 200 мл.

2. Калия хлорид. Исходный калибровочный раствор с концентрацией 100 ммоль/л. Готовят, растворяя 0,746 г КСl в воде и доводя объем до 100 мл.

3. Кальция карбонат. Исходный калибровочный раствор, содержащий 100 ммоль/л. Готовят, растворяя 1,001 г СаСО₃ (кальция карбоната) в 1 н НСl и доводя объем до 100 мл той же кислотой.

4. Основной калибровочный раствор для определения калия готовят из исходных калибровочных растворов.

При построении калибровочного графика из основного калибровочного раствора готовят рабочие калибровочные растворы путем разведения водой во столько же раз, во сколько разводят и исследуемую плазму или сыворотку, желательно с использованием тех же пипеток, дозаторов и мерных колб.

5. Если чувствительность пламенного фотометра такова, что исследуемую плазму крови для определения надо разводить в 20 раз, рабочие калибровочные растворы для определения калия могут быть приготовлены также более простым способом. Для этого в мерную колбу вместимостью 1 л вносят 7 мл исходного калибровочного раствора NaCl с концентрацией 1000 ммоль/л и 2,5 мл исходного раствора СаСО₃ с концентрацией 100 ммоль/ л и доводят объем водой до 1 л. Получают фоновый раствор с концентрацией натрия и кальция 7 и 0,25 ммоль/л. Готовят также калибровочный раствор калия с содержанием 5 ммоль/л, для чего исходный раствор с концентрацией 100 ммоль/л разводят водой в 20 раз в мерной колбе вместимостью 100 мл. Смешивают оба раствора согласно приведенной ниже таблице 22.

Таблица 22

Определение электролитов в сыворотке и плазме крови

6. Основной калибровочный раствор для определения натрия готовят, помещая в мерную колбу вместимостью 100 мл 12–18 мл исходного раствора с концентрацией Na 1000 ммоль/ л, затем доводят водой до метки. Получается серия основных калибровочных растворов, которые содержат натрий в концентрациях от 120 до 180 ммоль/л. Для построения калибровочного графика каждый из этих растворов разводят в 100 раз, желательно с помощью тех же пипеток или дозаторов и мерных колб, которые используются при разведении исследуемого материала.

7. Рабочий калибровочный раствор для определения натрия в плазме крови можно приготовить также по следующей прописи: 2 мл исходного калибровочного раствора с содержанием натрия 1000 ммоль/л вносят в мерную колбу вместимостью 200 мл и доводят до метки водой. Из этого раствора, содержащего 10 ммоль/л, берут по 12–18 мл и вносят в мерные колбы вместимостью 100 мл и доводят водой до метки. Получается серия растворов, содержащих натрий в концентрациях от 1,2 до 1,8 ммоль/л, т. е. в таких, которые соответствуют содержанию натрия в плазме крови от 120 до 180 ммоль/л, при условии, что исследуемый материал разводился перед определением в 100 раз.

Ход исследования

При определении калия в плазме крови очень важно, чтобы не было гемолиза, так как эритроциты значительно богаче этим элементом, чем плазма, и разрушение даже небольшого их количества приводит к завышенным результатам. Если есть хоть малейшее сомнение в том, что эритроциты удалены полностью, плазму или сыворотку надо повторно центрифугировать. В связи с тем что калий, хотя и медленно, но выходит из эритроцитов через неповрежденную мембрану, предпочтительнее использовать для исследования плазму, которую получают центрифугированием в течение 15 мин при скорости 3000 об./ мин не позднее чем через 45–60 мин после взятия крови.

Обычно для определения калия исследуемую плазму разводят водой в 20 раз, а для определения натрия – в 100 раз, но разведения могут быть и другими в зависимости от чувствительности прибора.

Определение начинают с того, что сжигают серию калибровочных растворов, затем исследуемые пробы и снова калибровочные растворы. Определение считают успешным, если калибровка, полученная вначале, совпадает с полученной в конце.

Результаты рассчитывают по калибровочному графику. После окончания анализа надо с особой тщательностью промыть и просушить распылитель согласно заводской инструкции. Это очень ответственная и легко повреждаемая деталь прибора, коррозия которой или засорение делает невозможным выполнение анализа.

Содержание натрия в плазме крови определяют так же, как и содержание калия, с той разницей, что исследуемый материал разводят, как правило, в 100 раз и используют калибровочный раствор для определения натрия.