DE4104302C2 - Verfahren zur Kontrolle und Kalibrierung von Meßwertanzeigen eines Analysegerätes für physiologische Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle und Kalibrierung von Meßwertanzeigen eines Analysegerätes für physiologische Flüssigkeiten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Das Verfahren soll den sicheren Routineeinsatz von Analysegeräten für die Bestimmung von physiologischen Flüssigkeiten, insbesondere in medizinischen Notfallsituationen, über eine schnelle Funktions- und Qualitätskontrolle gewährleisten. Dabei muß die richtige Wiedergabe der jeweils tatsächlich in den Proben vorhandenen Meßparameter über die korrekte Anzeige des Analysegerätes sichergestellt sein.

Aus der DE 36 27 814 C2 und der US 4 835 477 sind medizinische Analysegeräte zur Bestimmung des relativen Zellpackungsvolumens in Blut (Hämatokrit) bekannt. In beiden Fällen wird die elektrische Leitfähigkeit der Vollblutproben bestimmt und damit das Zellpackungsvolumen der im Blut enthaltenen Zellen ermittelt. Aufgrund seiner Arbeitsweise kann dieses Meßverfahren mit weiteren klinisch­ chemischen Meßparametern (Elektrolyte, pH-Wert, Blutgase, Substrate) herangezogen und zur Bestimmung von Notfallparametern kombiniert werden. Um aus den jeweils aktuellen, nach den unterschiedlichen Methoden in den jeweils zugeordneten Meßzellen ermittelten Werten auf die Konzentrationen der im Blut enthaltenen Stoffe und insbesondere über die Leitfähigkeit auf das aktuelle Zellpackungsvolumen rückschließen zu können, müssen die einzelnen Meßwertanzeigen jeweils von Zeit zu Zeit mit einem Kontrollmedium überwacht und die Meßzellen gegebenenfalls mit einer spezifischen Kalibrierlösung kalibriert werden.

Von den bisher bekannten Verfahren zur Kalibrierung von Meßgeräten für Hämatokrit erfüllen Vollblutkonserven mit zuvor bestimmtem, definiertem Hämatokrit die Anforderungen an ein Kontrollmedium im Hinblick auf Konstanz der Sollwerte und Haltbarkeit nicht. Ebenso wie die ersatzweise eingeführten Suspensionen von Partikeln (z. B. Perfluor-Carbon-Emulsionen) neigen sie zum Sedimentieren. Unmittelbar vor der Verwendung muß die Suspension daher vom Benutzer gründlich und sorfältig aufgemischt werden, um eine homogene Verteilung der Partikel zu erzielen. Gelingt dies nicht, so ist nicht nur die aktuelle entnommene Probe falsch zusammengesetzt, sondern auch die Zusammensetzung der verbleibenden, für weitere Messungen verwendbaren Rests der Suspension wird ebenfalls verfälscht. Somit hängt das Ergebnis der Qualitäts- und Funktionskontrolle zusätzlich von der Sorgfalt und Geschicklichkeit des Benutzers bei Durchführung der Kontrolle ab.

In der EP 0 213 343 A2 wird eine homogene, gepufferte Glykollösung definierter Ionenstärke als Kontrollflüssigkeit für die Bestimmung des Hämatokritwerts mittels Leitfähigkeitsmessung beschrieben. Da die einzelnen Parameter für die Konzentration der physiologischen Flüssigkeit in jeweils eigenen zugeordneten Meßzellen des Analysengerätes bestimmt werden, würde es bei der Bedienung und Kalibrierung solcher Geräte eine erhebliche Erleichterung darstellen, wenn eine Flüssigkeit zur gleichzeitigen Kontrolle und ggf. Kalibrierung aller in einem Analysegerät vorhandenen Sensoren für die jeweils zu bestimmenden Meßparameter zur Verfügung stünde, wobei dann solche Sensoren mit vom Sollwert der Lösung abweichender Anzeige kalibriert werden könnten.

Aus der WO 89/11654 A1 ist eine proteinfreie Flüssigmatrix zur Herstellung von Kontrollstandards bekannt, die zwar PVP enthält, jedoch nur im Bereich der Immunoassays und der chemischen Analyse eingesetzt werden soll.

Die US 4,753,888 beschreibt einen Vielfachstandard für die Blutanalyse, der jedoch zur Einstellung der Viskosität herangezogen werden soll.

Die DD 262 978, 262 979 und 262 980 beschreiben jeweils Eich- und Kontrollmaterialien für Teststreifen zur quantitativen Bestimmung von Körperflüssigkeitsbestandteilen, wobei die Auswertung unter Ausnutzung enzymatischer Reaktionen auf optischem Wege erfolgt.

Schließlich beschreibt die US 3,920,580 eine Eichlösung, die zwar PVP enthält, jedoch zur Eichung von Teststreifen eingesetzt werden soll, mit denen Blutzuckerwerte bestimmt werden sollen.

Der genannte Stand der Technik stellt jedoch kein Verfahren zur Kalibrierung von Analysegeräten zur Verfügung, mit denen Meßwerte zur Bestimmung des Hämatokrit geeicht werden können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zur Verfügung zu stellen, das es erlaubt, sämtliche in einem Analysegerät zur Bestimmung von klinisch-chemischen Parametern enthaltenen Meßzellen, einschließlich der Leitfähigkeitsmeßzellen zur Bestimmung des relativen Zellpackungsvolumens, gleichzeitig zu kontrollieren, um dann gegebenenfalls Meßzellen mit abweichender Anzeige zu kalibrieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Grundlage der verwendeten Kalibrierflüssigkeit bilden wasserlösliche Substanzen, welche die elektrische Leitfähigkeit von Elektrolytlösungen herabsetzen und mindestens die Eigenschaften besitzen müssen, daß sie die in der gesamten Analyseapparatur verwendeten jeweiligen Sensoren für die unterschiedlichen zu messenden Parameter nicht schädigen oder stören und sich auch gegenüber den anderen, in der Lösung anwesenden ionischen und nichtionischen Substanzen weitgehend indifferent verhalten.

Da solche Substanzen in Lösung durch ihre Gegenwart nur ein Volumen in Analogie zu den sonst in physiologischen Flüssigkeiten insbesondere Blut enthaltenen Zellen simulieren sollen, können sie aus relativ niedermolekularen bis hin zu polymeren Verbindungen bestehen, sie müssen nur eine gute Wasserlöslichkeit aufweisen. Als Polymere werden PVP und/oder Proteine, die menschlichen, tierischen und pflanzliche oder auch synthetischen Ursprungs sein können, verwendet. Aufgrund der guten Wasserlöslichkeit liegen somit homogene Lösungen vor, die im Gegensatz zu Partikel-Suspensionen oder physiologischen Flüssigkeiten wie z. B. Blutkonserven nicht mehr aufgeschüttelt oder durchmischt zu werden brauchen.

Das Spektrum der in der Kontroll- und Kalibrierflüssigkeit gelösten Substanzen richtet sich natürlich in erster Linie nach den Verbindungen, in der zu untersuchenden physiologischen Flüssigkeit, deren Parameter mit dem Analysegerät bestimmt werden sollen. Solche in physiologischen Flüssigkeiten, insbesondere Blut, enthaltenen gelösten Substanzen können sein: Elektrolyte (Plasmaelektrolyte), Gase, Stoffwechsel- Zwischen- und Endprodukte, Proteine (sowohl nicht enzymatische als auch Enzyme). Die Elektrolyte, hauptsächlich mit den Kationen Na⁺, K⁺, NH⁺ ₄, Mg²⁺ und Ca²⁺ können in Form ihrer Salze als Chloride, Carbonate, Bicarbonate, Phosphate, Acetate u. ä. eingesetzt werden. Als Gase kommen die Blutgase O₂ und CO₂ in Betracht. Die zu bestimmenden gelösten Substanzen werden in freier Form oder als Salze eingesetzt. Intermediäre Stoffwechselprodukte können insbesondere sein: Lactat, Pyruvat, Citrat, Glucose, aber auch Cholesterin und freie Aminosäuren, insbesondere auch das Aminosäurederivat Creatin. Als Stoffwechsel-Endprodukte können Harnstoff, Harnsäure, Creatinin, Bilirubin u. a. von Interesse sein. Die Sollwerte der zugesetzten Elektrolyte und der für physiologische Flüssigkeiten charakteristischen gelösten Substanzen sollen sich vorzugsweise in dem Bereich bewegen, der auch für die zu messende physiologische Flüssigkeit charakteristisch ist.

Daneben sind in der Kalibrierlösung aber noch Substanzen gelöst, die nicht im Analysengerät bestimmt werden sollen. Insbesondere sind dies ein oder mehrere pH-Puffersubstanzen. Werden diese als Salze eingesetzt, ist zu beachten, daß die zugehörigen Kationen die Konzentration des jeweils eingesetzten Elektrolyten erhöhen. Vorzugsweise werden die bekannten biologischen Puffersysteme aus der Gruppe der zwitterionischen Aminosulfonsäuren, wie z. B. BES, HEPES, PIPES, MOPS, TES u. a. eingesetzt. Solche Puffer weisen bei 25°C pK-Werte zwischen 6 und 8,5 auf.

Desweiteren kann es erforderlich werden, daß infolge geringfügiger Leitfähigkeitsunterschiede, die aus kleinsten Verunreinigungen der gelösten Stoffe resultieren, zusätzliche Salze zum Zwecke einer exakten Leitfähigkeitseinstellung zugesetzt werden müssen. Als solche kommen LiCl, Alkylammoniumperchlorate oder Chloride in Frage.

Zusätzlich können noch Hilfsstoffe beigegeben werden wie z. B. Tenside, Antischaummittel, Konservierungsmittel, Desinfektionsmittel, Viskositätseinsteller, Farbstoffe u. ä.

Nachstehend wird die Herstellung von in dem Verfahren verwendeten Kontroll- und Kalibrierlösungen mit definierten Sollwerten für die in physiologischen Flüssigkeiten gelösten Stoffe beschrieben.

Beispiel 1

Es soll eine Kontroll- und Kalibrierlösung für die Bestimmung folgender Parameter im Blut hergestellt werden: Sollwerte für Na⁺, K⁺, Ca²⁺, pH und Glucose, Lactat und Harnstoff. Der Hämatokrit soll einen physiologisch relevanten Wert im Bereich zwischen 10 und 60 einnehmen können.

Zunächst werden zwei Stammlösungen hergestellt, in denen die Konzentrationen der Elektrolyte (in Form ihrer Kationen sowie der Glucose des Lactats und des Harnstoffs etwa in physiologisch üblichen Konzentrationen enthalten sind:

Lösung A:

7,02 g NaCl, 377,5 mg KCl, 221 mg CaCl₂ × 2H₂O 900 mg Glucose, 100 mg Lactat, 260 mg Harnstoff und 4,265 g BES werden in einem geeichten Meßkolben von einem Liter in 900 ml H₂O vollständig gelöst. Es werden 10 ml 1,00 M NaOH-Lösung zugesetzt und mit H₂O auf ein Liter aufgefüllt. Der pH-Wert wird kontrolliert und gegebenenfalls mit festem LiOH auf 7,1 (dem pK_s des verwendeten Puffers) nachgestellt. (in dem Falle, daß eine Li⁺-Konzentration mit einer Li^+- sensitiven Elektrode gemessen werden soll, kann anstelle von LiOH z. B. Tetraethylammoniumhydroxid zum Einsatz kommen).

Die mit verschiedenen Analysatoren für klinisch-chemische Parameter (z. B. Ionometer der Firma FRESENIUS) bestimmten Werte ergaben:

für Na⁺ 130 mM
K⁺ 5 mM
Ca²⁺ 1,5 mM
Glucose 5 mM
Lactat 1,1 mM
Harnstoff 4,3 mM
pH 7,1

Leitfähigkeit 14,5 mS/cm
(Glucose und Lactat werden jeweils in einer eigenen Meßzelle nach dem in GB 2 191 003 beschriebenen Verfahren amperometrisch unter Verwendung von Glucose-Oxidase bestimmt, Harnstoff in einer eigenen Meßzelle.

Lösung B:

In einem weiteren geeichten Meßkolben werden 2 g NaCl, 170 mg KCl, 110,3 mg CaCl₂ × 2H₂O, 200 mg Glucose, 25 mg Lactat, 80 mg Harnstoff und 4,265 g BES eingewogen, ca. 200 ml H₂O zugegeben und alle Bestandteile in Lösung gebracht. In mehreren kleinen Portionen werden insgesamt 300 g PVP unter Rühren und weiterer Wasserzugabe (maximal 700 ml) hinzugegeben. Nachdem alles PVP vollständig gelöst ist, werden 25 ml 1.00 M NaOH-Lösung hinzugefügt. Der pH-Wert wird gemessen und durch Zugabe weiterer 1,00 M NaOH-Lösung in l ml-Portionen auf seinen Sollwert von 7,10 bei 25°C eingestellt. Danach wird die Lösung auf 1 Liter aufgefüllt. Die Elektrolytkonzentrationen werden mittels ionen­ selektiver Elektroden gemessen, die Glucose, Lactat und Harnstoff nach dem Verfahren gemäß GB 2 191 003. Durch Hinzufügen fester Salze (NaCl, KCl, CaCl₂ × 2H₂O) sowie Glucose, Lactat und Harnstoff zu Lösung B werden die Ionenaktivitäten bzw. Konzentrationen beider Lösungen angeglichen.

Durch Mischen von Lösung A und B in einfachen Volumenverhältnissen können Lösungen beliebigen PVP-Gehalts im Bereich von 0-30% (w/v) PVP bei konstanten Ionenaktivitäten und konstantem pH-Wert hergestellt werden. Das scheinbare Zellpackungsvolumen (Hämatokrit) dieser Lösungen kann daraus z. B. nach dem in der DE 36 27 814 C2 beschriebenen Verfahren bestimmt werden.

In der Figur werden die so bestimmten Hämatokrit-Werte als Funktion des PVP-Gehalts (% w/v) im physiologisch relevanten Normal-Bereich von 15-40 wiedergegeben. Es ergibt sich ein eindeutig linearer Zusammenhang. Die resultierende Bezugsgerade kann nun zur Einstellung eines gewünschten Hämatokritwertes aus den beiden Stammlösungen verwendet werden.

Will man z. B. die Anzeige eines Analysegerätes, das einen Hämatokritwert von 25 anzeigt, auf seine Richtigkeit überprüfen, dann braucht man nur ein Teil der Lösung A mit 2 Teilen der Lösung H zu mischen und die Parameter dieser Mischung in der Analyseapparatur zu messen. Die Meßzelle in der Analyseapparatur zur Bestimmung des Hämatokrits muß dann genau den Wert 25 anzeigen. Anderenfalls wird die Meßzelle auf diesen Wert kalibriert.

Andererseits können gleichzeitig die Anzeigen für die Parameter Na⁺-, K⁺-, Ca²⁺-, Konzentration, der pH-Wert und die Glucose-, Lactat- und Harnstoffkonzentration überprüft werden und die jeweiligen Meßzellen gegebenenfalls auf die oben ausgewiesenen Werte kalibriert werden.

Beispiel 2:

In diesem Beispiel werden neben der Zellpackungsdichte nur die Elektrolyte bestimmt.

Für 1 l wäßriger Lösung werden eingewogen:

300 g PVP (Mittlere Molmasse 10 000)
4,8 g HEPES
2,2 g NaOH
1,85 g NaCl
0,220 g CaCl₂ × 2H₂O

Die Messungen mit verschiedenen Analysatoren für klinisch-chemische Parameter ergaben reproduzierbar:

Hämatokrit 49
Na⁺ 147 mmol/l
K⁺ 6,0 mmol/l
Ca²⁺ 1,48 mmol/l,
Leitfähigkeit 4,3 mS/cm
pH 7,86 (25°C)

Die Vorteile der Erfindung liegen in der gleichzeitigen Kalibrierung und Richtigkeitskontrolle von Messungen der Zellpackungsdichte nach der Leitfähigkeitsmethode und gleichzeitig aller weiteren in einem Analysengerät eingesetzten Sensoren für klinisch-chemische Parameter. Die Verwendung von getrennten Lösungen nach dem bisherigen Stand der Technik, die jeweils nur für eine beschränkte Anzahl oder gar nur einen einzelnen Parameter geeignet sind, entfällt, wodurch für den Benutzer der Geräte eine Zeitersparnis verbunden mit einer weitgehenden Vereinfachung in der Handhabung und Anwendung der Analysegeräte resultiert. Im Gegensatz zu physiologischen Flüssigkeiten als Kontroll- und Kalibrierflüssigkeiten bietet sich weiterhin der Vorteil einer nahezu unbegrenzten Haltbarkeit sowie dem Wegfall besonderer Lagerbedingungen. Eine geeignete Verpackung vorausgesetzt, ist die verwendete Kontrollflüssigkeit mehrere Jahre lang haltbar. Darüber hinaus bietet sie im medizinisch technischen Gebiet den nicht zu unterschätzenden Vorteil, daß eine Infektionsgefahr für das klinische Personal so gut wie ausgeschlossen ist.

Claims (5)

1. Verfahren zur Kontrolle und Kalibrierung der Meßwertanzeigen eines Analysegerätes für physiologische Flüssigkeiten, wobei über verschiedene Sensoren in ihren zugeordneten Meßzellen bestimmte Meßparameter für in der physiologischen Flüssigkeit gelöste Elektrolyte und zusätzlich auch aus Leitfähigkeitsmessungen das relative Zellpackungsvolumen von in der physiologischen Flüssigkeit enthaltenen Zellen angezeigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Meßzellen mit einer definierte Sollwerte für die zu messenden gelösten Elektrolyte aufweisenden wäßrigen Kalibrierlösung beaufschlagt werden, in welcher zur Herabsetzung der elektrischen Leitfähigkeit der Elektrolyte und zur Messung eines definierten Sollwerts für das relative Zellpackungsvolumen in einem physiologisch relevanten Wertebereich zwischen 10 und 60 von in physiologischen Flüssigkeiten enthaltenen Zellen zusätzlich zu den Elektrolyten Polyvinylpyrrolidon und/oder Proteine als elektrodenverträgliche, gegenüber den übrigen Lösungsbestandteilen weitgehend indifferente, wasserlösliche Stoffe in entsprechend definierter Konzentration gelöst worden sind, wobei zur gleichzeitigen Richtigkeitskontrolle der jeweiligen Meßwertanzeigen diese mit den entsprechend definierten Sollwerten der wäßrigen Kontrollösung verglichen und dann die den jeweiligen Meßzellen zugeordneten Sensoren gegebenenfalls kalibriert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrolyte Li- und/oder Na- und/oder K und/oder Ca- und/oder Mg-Salze und/oder Ammoniumsalze als Chloride und/oder Carbonate und/oder Bicarbonate und/oder Phosphate und/oder Acetate verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kalibrierlösung verwendet wird, die ein oder mehrere Puffersubstanzen aus der Gruppe der zwitterionischen Aminosulfonsäuren enthält, deren pK's bei 25°C im Bereich von pH 6-8, 5 liegen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Puffersubstanz BES und/oder HEPES und/oder MOPS und/oder TES verwendet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kalibrierlösung verwendet wird, die Tenside und/oder Antischaummittel und/oder Konservierungsmittel und/oder Farbstoffe und/oder Desinfektionsmittel und/oder Viskositätseinsteller als Hilfsmittel enthält.