DK149830B - Fremgangsmaade ved bestemmelse af koncentrationen af en ion i en proeve af blod eller blodvaeske - Google Patents

Description

1Λ9830

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde ved bestemmelse af koncentrationen af en ion i en prøve af blod eller blodvæske under anvendelse af en målekæde omfattende en ionfølsom indikatorelektrode og en referenceelektrode, hvor den ionfølsomme indikatorelektrode 5 bringes i kontakt med prøven og referenceelektroden bringes i kontakt med en saltbrovæske, som via en liquid junction har kontakt med prøven, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved, at der som + saltbrovæske anvendes en opløsning indeholdende Na -ioner og HCOO-ioner.

10 Det er velkendt og også beskrevet i litteraturen, at man ved potenti-ometrisk måling på en helblodprøve og den tilsvarende plasmaprøve hyppigt konstaterer afvigende måleresultater mellem de to prøver, og at denne afvigelse er afhængig af erythrocytindholdet i helblodprøven. Denne effekt benævnes som oftest supsensionseffekten, jfr. fx 15 O. Siggaard Andersen, The Acid-Base Status of Blood, Munksgård, København, 1974, s. 156.

De afvigende måleresultater, som fx forekommer for en potentiometrisk målekæde omfattende prøve, en ionfølsom indikatorelektrode, en referenceelektrode og mættet KCI som saltbrovæske mellem prøven og 20 referenceelektroden, forklares ved, at liquid junction potentialet mellem en helblodsprøve og saltbrovæsken er forskelligt fra liquid junction potentialet mellem en tilsvarende plasmaprøve og saltbrovæsken.

Liquid junction potentialets betydning for måleresultatet ved potentio-25 metrisk bestemmelse fremgår af Nernst-Iigningen, som udtrykker sammenhængen mellem koncentrationen af ionen I og elektrodekædens potential E:

RT

E = Eq + E. + log Cj 30 zF

hvor E betegner potentialet af elektrodekæden U9830 2

Eq betegner elektrodekædens standardpotentiale, som er uafhængigt af koncentrationen af I,

Ej betegner liquid junction potentialet,

RT

5 er Nernst-faktoren og

zF

C| er koncentrationen af ionen I.

Koncentrationen af ionen I skal opfattes som dækkende såvel koncentrationen og aktiviteten af ionen I her og i det følgende.

10 Det er ud fra ovenstående ligning klart, at en elektrodekæde for hvilken Nernst-ligningen gælder, kan anvendes til bestemmelse af koncentrationen af I, Cj, forudsat at elektrodekæden først er kalibreret med en opløsning med kendt koncentration af I, og at Eq + Ej kan betragtes som konstant.

15 Ved måling på blodprøver, der er identiske bortset fra varierende erythrocytindhold, må det forventes, at Eq er konstant, og at det således er variationer i Ej, der forklarer suspensionseffekten.

I forbindelse med den omtale af suspensionseffekten, der findes i ovennævnte litteratursted af O. Siggaard Andersen, gives forskellige 20 forslag til eliminering af effekten, nemlig enten at anvende en 0,15M KCI saltbro eller at indskyde en lille bro af plasma mellem blod og mættet KCI. Muligheden for at korrigere for suspensionseffekten er ligeledes omtalt.

Disse forslag har hver for sig forskellige ulemper: 25 - ved de normalt optrædende variationer i blodprøvers ionsammen sætning vil en 0,15M KCI saltbro give forskellige liquid junction + potentialer, idet liquid potentialet da ikke domineres af K - og Cl -ioner, som følge af den lave koncentration af disse.

indskydelse af en plasmabro er kompliceret og ikke hensigtsmæs-30 sig til mere rutineprægede målinger af ikke-videnskabelig karak ter; 3 149830 korrektion kan kun foretages ud fra kendskab til prøvens ery-throcytindhold, dvs. kræver udstyr til bestemmelse af en ekstra parameter.

En anden mulighed ville være at etablere en såkaldt flow junction, 5 hvor den saltbrovæske, som kontakter prøven til stadighed fornyes, men denne løsning er ligeledes uhensigtsmæssig, specielt på grund af at strømningsbetingede potentialer vil forekomme.

I forbindelse med udvikling af apparater beregnet til bestemmelse af kaliumion koncentrationen i blod og plasma har man fundet det uhen-10 sigtsmæssigt at anvende en saltbro med højt indhold af kaliumioner (2-3M) af hensyn til risikoen for, at prøven, hvis kaliumindhold _3 ligger omkring 4 x 10 M, forurenes.

Man har derfor søgt efter alternative saltbrovæsker og i den forbindelse lagt det sædvanlige kriterium til grund, nemlig at anionen og 15 kationen skal have ækvivalentledningsevne af meget nær samme størrelse, jfr. fx Orion Research Inc., Newsletter/Specific Electrode Technology, vol. 1, no. 4, september 1969, side 21-23.

På grundlag af tabeloplysninger for en lang række såvel uorganiske som organiske anioner og kationer fundet i dette litteratursted har 20 det nu vist sig, at en særlig hensigtsmæssig saltbrovæske i forbindelse med potentiometrisk måling på blod eller blodvæske er en sådan, + som indeholder Na -ioner og HCOO -ioner. Fortrinsvis indeholder opløsningen Na -ioner og HCOO -ioner i en koncentration større end eller lig med 1M, såsom større end eller lig med 1,5M.

25 Med den ifølge opfindelsen anvendte saltbrovæske elimineres suspensionseffekten i en sådan grad, at de på grund af suspensionseffekten optrædende potentialvariationer mellem en blodprøve og det tilsvarende plasma, er væsentligt reduceret sammenlignet med den suspensionseffekt, der optræder med mættet KCI som saltbrovæske, og så besked-30 ne, at man ved målinger, hvor en målenøjagtighed af størrelsesordenen 2% tilstræbes, ikke behøver at kompensere for suspensionseffekten, selv for blodprøver med et hæmoglobinindhold på op til 25 g%. Et 4

1Λ983O

sådant hæmoglobinindhold findes hos nyfødte, medens voksenområdet varierer omkring 14 g% (11-17 g%).

Ved elimination af suspensionseffekten vil man således også finde overensstemmelse mellem forskellige prøver med samme ionkoncentra-5 tion, men varierende erythrocytindhold.

Udtrykt på en anden måde anses suspensionseffekten til den foreliggende opfindelses formål for elimineret, når der for en variation i erythrocytindholdet i en prøve svarende til en variation i hæmoglobinindholdet i den hæmolyserede prøve på mellem 0 og 25 g% ses en 10 ændring i elektrodepotentialet på mindre end ca. 0,3 mV. For monovalente ioner medfører dette en målefejl på ca. 1% og for divalente ioner en målefejl på ca. 2%.

I den foreliggende sammenhæng anvendes udtrykket "potentiometrisk måling" som betegnelse for bestemmelse af koncentrationen af en ion 15 ved hjælp af en ionspecifik eller ionfølsom elektrode af den type, hvis potentialrespons følger eller i det væsentlige følger Nernst-ligningen.

Udtrykket "blod eller blodvæske" anvendes som betegnelse for helblod og ud fra dette fremstillede væsker, såsom plasma, plasma/erythro-cytblandinger med varierende erythrocytindhold samt serum.

20 I blod eller blodvæske er de ioner, hvis koncentration tillader be stemmelse ved potentiometriske målemetoder, først og fremmest K ,

Na , Ca , Mg , Li , H , HCO g og Cl .

Det forudses, at den ifølge opfindelsen anvendte saltbrovæske har samme effekt, uanset hvilken liquid junction struktur man anvender, 25 fx kan nævnes åben liquid junction, porøs stift, membran-junction, slib-junction og lignende, jfr. fx N. Linnet, pH Measurements in Theory and Practice, 1. ed., Radiometer A/S, København 1970, s.

60-64. Dermed anses det også for sandsynligt, at saltbrovæsken ikke blot er anvendelig i forbindelse med automatisk måleapparatur af den 30 nedenfor beskrevne type, hvor indikatorelektroden og referenceelektroden ligger fysisk adskilt fra hinanden, men forbundet via væske- U9830 5 ledninger indeholdende prøve/saltbrovæske, men også i såkaldte kombinationselektroder, hvor indikatorelektrode og referenceelektrode er sammenbygget i en enhed.

Som nævnt ovenfor foretrækkes det som saltbrovæske at anvende en 5 opløsning med en ikke for lav ion koncentration. En ion koncentration større end eller lig med 1M anses for hensigtsmæssig, og i forbindelse med afprøvningen af saltbrovæsken har en 4M-opløsning af HCOONa i vand været afprøvet og vist sig tilfredsstillende. Om ønsket kan saltbrovæskens viskositet reguleres ved tilsætning af et fortykkelses-10 middel.

Til anvendelse i forbindelse med automatiske analyseapparater, hvor brugeren hyppigt foretrækker at anvende færdigblandet saltbrovæske, er det endvidere foretrukket at lade en sådan færdigblandet saltbrovæske indeholde en virksom mængde af et germicid, fx et germicid, 15 som forhandles under handelsbetegnelsen DECIQUAM 222 og forhandles af STRUERS, København.

Opfindelsen vil nu blive nærmere forklaret i forbindelse med nedenstående eksempler og tegningen, hvor:

Fig. 1 skematisk viser et automatisk analyseapparat beregnet til 20 potentiometrisk bestemmelse af Na - og K -koncentrationen i fysiologiske væsker, fig. 2-5 viser konstruktionen af liquid junction i analyseapparat ifølge fig. 1 i detaljer, fig. 6 skematisk viser et andet analyseapparat bl.a. beregnet til 25 bestemmelse af pH og K -koncentrationen i fysiologiske væsker; fig. 7 er en grafisk afbildning af differensen mellem den i et måleapparat beregnede K -koncentration for en blodprøve og det tilsvarende plasma som funktion af erythrocytindholdet i prøven; fig. 8 er en grafisk afbildning af en i et andet måleapparat beregnet 30 Na -koncentration som funktion af erythrocytindholdet i prøven.

Fig. 1 er en skematisk gengivelse af et automatisk apparat til bestemmelse af koncentrationen af natriumioner og kaliumioner i fysiologiske væsker, såsom blod, plasma, urin og lignende.

149830 6

En måleblok generelt betegnet 207 er beregnet til at optage en natriumfølsom glaselektrodeanordning i et målekammer 205 og en kaliumfølsom elektrodeanordning på valinomycinbasis i et målekammer 204 samt en referenceelektrode 206 (lukket calomelelektrode) i en brønd 216.

5 I målesituationen dannes en åben liquid junction i kontaktområdet 201, hvor en med saltbrovæske fyldt væskeledning 202 indmunder i en med prøve fyldt væskeledning 203. Væskeledningerne 202 og 203 udgøres omkring kontaktområdet af boringer med en diameter på 0,8 mm i måleblokken 207, som er fremstillet af glaskeramik, MACOR®, som 10 forhandles af CORNING GLASS WORKS, Corning, New York, USA, og er af den type, som er beskrevet i beskrivelsen til USA patent nr.

4160714, hvor målekamrene dannes af overfladiske fordybninger på måleblokken 207. Apparatet modtager prøve gennem en indgangsåbning 208 efter åbning af en svingbar klap 209. Kalibreringsvæske kan 15 indføres samme sted. Saltbrovæske opbevares i et reservoir 210 og skyllevæske, som samtidig fungerer som en kalibreringsvæske, i et reservoir 211, og de forbrugte væsker (saltbrovæske, skyllevæske, prøve, kalibreringsvæske) pumpes ud i en spildbeholder 212.

Væsketransporten i apparatet styres af en indbygget microcomputer, 20 som aktiverer/deaktiverer to pumper 213 og 214 i afhængighed af signaler, der modtages i microcomputeren. En fladhane 215 har forskellige positioner, som ligeledes er bestemmende for væsketransporten i apparatet.

Liquid junction etableres ved at prøve eller kalibreringsvæske føres 25 frem til kontaktområdet 201, idet en sammenhængende væskestreng fylder væskeledningen 203 og målekamrene 204 og 205. Saltbrovæske føres frem i væskeledningen 202, således at en. streng af saltbrovæske ligger foran referenceelektroden 206 og frem til kontaktområdet 201.

Koncentrationen af henholdsvis natriumionen og kaliumionen beregnes i 30 apparatets indbyggede microcomputer på grundlag af de elektrodepotentialer, der måles over henholdsvis den natriumfølsomme elektrode og den kaliumfølsomme elektrode og referenceelektroden. De til bereg- 7 149830 ningen anvendte elektrodepotentialer er elektrodepotentialerne ca. 5-6 sekunder efter etableringen af liquid junction.

Fig. 2 viser den på fig. 1 skematisk viste måleblok 207 set fra siden.

Fig. 3, 4 og 5 er tre på hinanden vinkelrette snit gennem den på fig.

5 2 viste målebiok 207 lagt således, at geometrien af liquid junction-kon- taktområdet 201 er vist detaljeret. På fig. 1, 3, 4 og 5 anvendes samme referencenumre for tilsvarende dele.

Ved etableringen af liquid junction indeholder væskeledningerne 203a og 203b prøve eller kalibreringsvæske, som i væskeledningen 203a med 10 målekamrene 204 og 205 ligger hen foran de to indikatorelektroder. Væskeledningerne 202a og 202b indeholder saltbrovæske, og denne ligger i væskeledningen 202b hen foran referenceelektroden, som monteres i brønden 216, som også er opfyldt med saltbrovæske omkring referenceelektroden. Væskeledningen 215 er beregnet til trans-15 port af saltbrovæske og prøve eller kalibreringsvæske til spildbeholderen efter afslutningen af måle-eller kalibreringsoperationen. Herudover ses på fig. 4 en boring 217, som udgår fra den øvre overflade af måleblokken 207, og som er beregnet til montering af en væskedetektor af den type, som er beskrevet i beskrivelsen til offentliggjort 20 dansk patentansøgning nr. 229/80.

Fig. 6 er en skematisk gengivelse af et automatisk analyseapparat til bestemmelse af pH, P02, PCO2 og kaliumionkoncentrationen i fysiologiske væsker.

Apparatet omfatter en måleblok 100 af fx glaskeramik. Måleblokken er 25 via en væskeledning 118 forbundet med en prøveindføringsåbning 113, som er forsynet med en svingbar lukkeklap 114. Måleblokken er principielt udformet som beskrevet i beskrivelsen til USA patent nr.

4160714, og omfatter overfladiske målekamre, 101, 102, 103 og 104, der hver for sig er indrettet til at optage elektrodeanordninger 105, 30 106, 107 og 108. Elektrodeanordningen 105 er en elektrodeanordning til bestemmelse af partialtrykket af CC^, Pco^, elektrodeanordningen 106 er en elektrodeanordning til bestemmelse af pH; elektrodeanord- 149830 δ ningen 107 er en elektrodeanordning til bestemmelse af aktiviteten eller koncentrationen af kaliumioner af den type, der normalt betegnes en valinomycinelektrode, og elektrodeanordningen 108 er en elektrodeanordning til bestemmelse af partialtrykket af Oj, Ρ©2· En lukket 5 calomel referenceelektrode er anbragt i en brønd 109. I målesituationen er brønden 109 og væskeledningerne 110 og 111 opfyldt af saltbro-væske, medens væskeledningen 112 er opfyldt af prøve. En åben liquid junction etableres da ved skillefladen mellem de to væsker, hvor væskeledningen 112 indmunder i væskeledningen 111. Den indre 10 diameter af væskeledningerne 111 og 112 er hhv. 1,4 og 0,8 mm.

Apparatet er et fuldautomatisk analyseapparat, hvori kalibrering, skylning, måling, etablering af liquid junction, beregning og udlæsning af måleresultater foregår automatisk. Apparatet svarer i sin konstruktion nøje til blodgasmåleapparatet ABL3, der fremstilles af 15 RADIOMETER A/S, København, bortset fra, at det her viste apparat er indrettet til også at foretage kaliumbestemmelser. Et lignende blodgasmåleapparat er også beskrevet i beskrivelsen til USA patent nr. 3874850.

F.ig. 7 viser den beregnede kaliumion koncentration som funktion af 20 erythrocytindholdet i en prøve for et apparat af den på fig. 6 viste' type.

Som saltbrovæske er anvendt hhv. 2,7M KCI og 4M HCOONa i vand (tilsat 30 ppm DECIQUAM 222), og som prøve er anvendt ud fra samme blodportion tilvejebragte plasmaerythrocytblandinger med vari-25 erende indhold af erythrocyter. Prøvetilberedningen er beskrevet nedenfor i eksempel 1, og forsøget nærmere beskrevet i eksempel 2.

Fig. 8 viser den beregnede natriumkoncentration som funktion af erythrocytindholdet i en prøve for et apparat af den på fig. 1-5 viste type. Der henvises igen til eksempel 1 og eksempel 2 nedenfor.

9 149830 EKSEMPEL 1

Tilberedning af prøver med varierende erythrocytindhold

En portion hepariniseret helblod centrifugeres, således at det opdeles i en plasmafase og et erythrocytkoncentrat. Man opblander derefter 5 de to faser i forskellige forhold og bestemmer hæmoglobinindholdet på et måleapparat af typen OSM2, som fremstilles af RADIOMETER A/S, København. I dette måleapparat hæmolyseres blodprøven, og det fundne hæmoglobinindhold vil være et mål for prøvens erythrocytindhold.

10 Prøver med et hæmoglobinindhold varierende mellem 0 og ca. 28 g% fremstilles på denne måde.

EKSEMPEL 2

Bestemmelse af suspensionseffekt ved potentiometrisk bestemmelse af natrium 15 Der anvendes 4 prototypemåleapparater af den på fig. 1-5 viste type.

Ud fra samme portion blod fremstilles prøveportioner med erythrocytindhold på 4 niveauer efter den i eksempel 1 angivne metode. Hæmoglobinindholdet i de fire prøveportioner bestemmes som også angivet i eksempel 1 til hhv. 0,2; 9,7; 17,8 og 25,8 g% på et OSM2-apparat.

20 I to af de fire prototypeapparater anvendes 2,7M KCI som saltbro-væske og i de to andre anvendes 4M HCOONa som saltbrovæske. Fra hver af de fire prøveportioner med forskelligt erythrocytniveau udtages 4 prøver til hvert apparat, således i alt 4 x 4 prøver for hvert niveau.

25 På grundlag af de på apparaterne udlæste værdier for natriumionkoncentrationen findes følgende: 149830 10

Tabel I

KCI-saltbro HCOONa-saltbro

Hb Na+ SD Na+ SD

5 (g%) (mM) (mM) (mM) (mM) 0,2 146,7 0,52 147,0 0,49 9,7 148,9 0,81 147,5 0,70 17,8 150,1 0,54 146,9 0,51 10 25,8 151,3 2,04 145,7 1,52 +

Idet de beregnede værdier for Na -koncentrationen afspejler elektrodepotentialet, ses det klart af tabellens måleresultater, at elektrodepotentialets afhængighed af prøvens erythrocytindhold er langt mindre, 15 når der anvendes en HCOONa-bro, end når der anvendes en KCI-saltbro.

EKSEMPEL 3

Bestemmelse af suspensionseffekt ved potentiometrisk bestemmelse af kalium 20 Der anvendes 4 prototypemåleapparater af den på fig. 6 skitserede type

Ud fra samme portion blod fremstilles plasma samt prøveportioner med erythrocytindhold på 3 niveauer efter den i eksempel 1 angivne metode.

25 Hæmoglobinindholdet i de tre prøveportioner bestemmes som også angivet i eksempel 1 til hhv. 8, 14 og 21 g% på et OSM2-apparat.

Claims (2)

149930 η I de to prototypeapparater anvendes 2,7M KCI som saltbrovæske, og i de to andre anvendes 4M HCOONa som saltbrovæske. Differensen mellem blodværdierne og de tilsvarende plasmaværdier, ^B|ocj.p|asma' på kaliummålingen ses af nedenstående tabel. I den forbindelse skaf 5 det nævnes, at K -niveauet i plasma normalt er 4,0 mM. Tabel II KCI-saltbro HCOONa-saltbro Hb ABlod-plasma SD n ABlod-plasma SD n 10 (g%) 8 0,05 0,04 4 -0,04 0,01 4 14 0,15 0,04 3 -0,03 0,01 4 21 0,52 0,08 3 -0,03 0,02 4 15 __„_:_ Det ses af tabellens resultater klart, at elektrodepotentialets afhængighed af prøvens erythrocytindhold er langt mindre, når der anvendes en HCOONa-saltbro, end når der anvendes en KCI-saltbro.

1. Fremgangsmåde ved bestemmelse af koncentrationen af en ion i en prøve af blod eller blodvæske under anvendelse af en målekæde omfattende en ionfølsom indikatorelektrode og en referenceelektrode, hvor den ionfølsomme indikatorelektrode bringes i kontakt med prøven og referenceelektroden bringes i kontakt med en saltbrovæske, som via 25 en liquid junction har kontakt med prøven, kendetegnet ved, at der som saltbrovæske anvendes en + — opløsning indeholdende Na -ioner og HCOO -ioner.