RU2703510C1 - Method for assessing the condition of blood oxygen transport function in a subject and deviations thereof from normal - Google Patents
Method for assessing the condition of blood oxygen transport function in a subject and deviations thereof from normal Download PDFInfo
- Publication number
- RU2703510C1 RU2703510C1 RU2018129333A RU2018129333A RU2703510C1 RU 2703510 C1 RU2703510 C1 RU 2703510C1 RU 2018129333 A RU2018129333 A RU 2018129333A RU 2018129333 A RU2018129333 A RU 2018129333A RU 2703510 C1 RU2703510 C1 RU 2703510C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxygen
- blood
- sample
- saturation
- subject
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/483—Physical analysis of biological material
- G01N33/487—Physical analysis of biological material of liquid biological material
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/483—Physical analysis of biological material
- G01N33/487—Physical analysis of biological material of liquid biological material
- G01N33/49—Blood
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/5005—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving human or animal cells
- G01N33/5091—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving human or animal cells for testing the pathological state of an organism
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Hematology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Physiology (AREA)
- Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Ecology (AREA)
- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к области медицины и может быть использовано также в других областях, где требуется мониторинг возможного стойкого отклонения от нормы энергетического метаболизма эритроцитов и/или нарушения структуры их мембран (спорт, военное дело и др.).The invention relates to the field of medicine and can also be used in other areas where monitoring of a possible persistent deviation from the norm of the energy metabolism of red blood cells and / or violation of the structure of their membranes (sports, military affairs, etc.) is required.
Уровень техникиState of the art
Известен способ неинвазивного измерения насыщения крови кислородом, основанный на определении коэффициента отражения оптического сигнала (RU2173082 C1, 20.09.2001). С помощью данного способа можно диагностировать патологические нарушения в организме, вызванные развитием заболевания, в частности, диабета. Он позволяет обнаруживать нарушения на тканевом уровне, когда клетки тканей, снабжаемых кислородом, начинают потреблять кислород в объемах, отличных от нормы, как, например, при опухолях - в больших объемах, при диабете - в меньших объемах. При этом такие нарушения надежно обнаруживаются по изменению степени насыщенности крови кислородом только на поздних стадиях развития системных патологий, в случаях их средних и тяжелых форм. В то же время, с помощью этого способа невозможно определить отклонение от нормы скорости насыщения крови кислородом, также как и выявить причины такого отклонения.A known method of non-invasive measurement of blood oxygen saturation, based on the determination of the reflection coefficient of the optical signal (RU2173082 C1, 09/20/2001). Using this method, it is possible to diagnose pathological disorders in the body caused by the development of a disease, in particular diabetes. It makes it possible to detect abnormalities at the tissue level, when cells of tissues supplied with oxygen begin to consume oxygen in volumes other than normal, such as in tumors in large volumes, and in diabetes in smaller volumes. Moreover, such violations are reliably detected by changing the degree of blood oxygen saturation only in the late stages of the development of systemic pathologies, in cases of their moderate and severe forms. At the same time, using this method it is impossible to determine the deviation from the norm of the rate of saturation of blood with oxygen, as well as to identify the causes of such a deviation.
Также известен способ диагностики функционального состояния организма, заключающийся в оптических измерениях во времени характеристик крови путем измерения во времени степени насыщения крови кислородом в герметичной термо- и влагостабилизируемой камере с заполненной газовой смесью под атмосферным давлением с фиксированным постоянным составом кислорода, осуществлении непрерывного контакта пробы крови с газовой смесью (RU2218085 С2, 10.12.2003). В этом способе процессы оксигенации (деоксигенации) крови осуществляют многократно, а эффективный газообмен пробы крови с газовой смесью производят посредством периодического изменения площади поверхности крови, контактирующей с газовой средой, и измеряют только степень насыщенности крови кислородом в течение всего времени кислородного обмена крови с газовой смесью. Моделируя различные состояния исследуемой пробы крови путем изменения состава газовой смеси, осуществляют оценку функционального состояния организма, которую производят путем сопоставления данных, полученных при этом моделировании. Данный способ можно использовать для определения функциональных возможностей организма, то есть его энергетического статуса. Однако он не дает достаточных данных для определения и оценки метаболических и структурных изменений в клетках организма и степени таких нарушений в организме вследствие развития патологии.Also known is a method for diagnosing the functional state of an organism, which consists in optical measurements of blood characteristics over time by measuring the degree of blood oxygen saturation in a sealed thermo and moisture stabilized chamber with a filled gas mixture under atmospheric pressure with a fixed constant oxygen composition, and continuous contact of a blood sample with gas mixture (RU2218085 C2, 12/10/2003). In this method, the processes of oxygenation (deoxygenation) of blood are carried out repeatedly, and effective gas exchange of a blood sample with a gas mixture is carried out by periodically changing the surface area of the blood in contact with the gas medium, and only the degree of blood saturation with oxygen is measured during the whole time of the oxygen exchange of blood with the gas mixture . Modeling various states of the blood sample under study by changing the composition of the gas mixture, an assessment is made of the functional state of the organism, which is produced by comparing the data obtained in this simulation. This method can be used to determine the functional capabilities of the body, that is, its energy status. However, it does not provide sufficient data to determine and evaluate metabolic and structural changes in the cells of the body and the degree of such disorders in the body due to the development of pathology.
Близким к предлагаемому изобретению является «Способ диагностики организма, предназначенный для диагностики и исследования степени тяжести диабета, и устройство для его осуществления», известный из патента RU2453272 C2, 05.08.2010. Данный способ позволяет оценить скорость насыщения пробы венозной крови кислородом и по отклонениям этой скорости от нормальных значений судить о степени тяжести сахарного диабета. В то же время, данный способ имеет слишком узкую специализацию и малую точность и надежность оценки степени тяжести заболевания, а также не позволяет определить наличие структурных или метаболических нарушений в эритроцитах крови.Close to the proposed invention is the "Method for diagnosing the body, intended for the diagnosis and study of the severity of diabetes, and a device for its implementation," known from patent RU2453272 C2, 08/05/2010. This method allows you to assess the rate of saturation of a venous blood sample with oxygen and to judge the severity of diabetes by the deviations of this speed from normal values. At the same time, this method is too narrow specialization and low accuracy and reliability of assessing the severity of the disease, and also does not allow to determine the presence of structural or metabolic disorders in red blood cells.
Известны также способы диагностики функционального состояния организма по состоянию мембраны эритроцитов, например, такой как способ определения функционального состояния организма по степени резистентности крови к кислотному гемолизу (RU2179315C1 10.02.2002). Способ включает разведение пробы крови в 2001 раз, добавление к исследуемому образцу соляной кислоты и наблюдения процесса гемолиза по убыли оптической плотности эритроцитов. По изменению лабильности эритроцитов оценивают функциональное состояние организма. Однако способ достаточно трудоемок и не обеспечивает нативности исследуемого образца.There are also known methods for diagnosing the functional state of an organism by the state of the erythrocyte membrane, for example, such as a method of determining the functional state of an organism by the degree of resistance of blood to acid hemolysis (RU2179315C1 02/10/2002). The method includes diluting a blood sample 2001 times, adding hydrochloric acid to the test sample and observing the hemolysis process for a decrease in the optical density of red blood cells. The functional state of the body is assessed by a change in red blood cell lability. However, the method is quite time-consuming and does not provide the nativeness of the test sample.
Как показывает анализ, ни один из известных способов диагностики не позволяет оценить в достаточной мере состояние кислородно-транспортной функции крови, в то же время, во многих областях деятельности, таких как медицина, спорт, военное дело, имеется потребность в точной оценке функционального состояния организма, в том числе в оценке состояния кислородно-транспортной функции крови и ее отклонений от нормы, которая до сих пор так и остается до конца не решенной.As the analysis shows, none of the known diagnostic methods can adequately assess the state of the oxygen-transport function of blood, at the same time, in many areas of activity, such as medicine, sports, military affairs, there is a need for an accurate assessment of the functional state of the body , including in assessing the state of the oxygen-transport function of the blood and its deviations from the norm, which still remains unresolved.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Предлагаемое техническое решение основано на регистрации нарушений кислородно-транспортной функции эритроцитов и выявлении вызвавших это нарушение причин: структурных или метаболических. При обнаружении отклонения скорости насыщения пробы крови кислородом от нормальных значений проводится дополнительная операция добавления в исследуемую пробу вещества, прямо или опосредованно влияющего на энергетический метаболизм эритроцитов, повторное измерение скорости насыщения пробы крови кислородом и сравнение ее с начальной скоростью. Если добавление в пробу крови такого вещества не приводит к изменению скорости насыщения эритроцитов кислородом, значит нарушение кислородно-транспортной функции было вызвано ингибированием энергетического метаболизма эритроцитов (в организме). Если же при добавлении ингибиторов происходит изменение скорости, то делается вывод о том, что отклонение скорости насыщения крови кислородом от нормы было вызвано структурными нарушениями в мембране эритроцитов.The proposed technical solution is based on the registration of violations of the oxygen-transport function of red blood cells and the identification of the causes of this violation: structural or metabolic. If a deviation of the rate of saturation of the blood sample with oxygen from normal values is detected, an additional operation is performed to add to the test sample a substance that directly or indirectly affects the energy metabolism of red blood cells, re-measures the rate of saturation of the blood sample with oxygen and compares it with the initial speed. If the addition of such a substance to the blood sample does not lead to a change in the rate of saturation of red blood cells with oxygen, then a violation of the oxygen-transport function was caused by inhibition of the energy metabolism of red blood cells (in the body). If, upon the addition of inhibitors, a change in speed occurs, it is concluded that the deviation of the rate of blood oxygenation from the norm was caused by structural abnormalities in the erythrocyte membrane.
Таким образом, технической задачей изобретения является разработка способа оценки состояния кислородно-транспортной функции крови у субъекта и ее отклонений от нормы (независимо от того, чем такое отклонение вызвано: развитием ли заболеваний, хроническим утомлением организма или другими причинами), основанного на получении новой информации о состоянии энергетического метаболизма эритроцитов и структуры их мембран. Еще одной задачей изобретения является на более высоком уровне точности и более надежно осуществлять инструментальный контроль эффективности лечебных и восстановительных мероприятий при реабилитации пациентов.Thus, the technical task of the invention is to develop a method for assessing the state of the oxygen-transport function of blood in a subject and its deviations from the norm (regardless of what the deviation is caused by: the development of diseases, chronic fatigue of the body, or other reasons) based on new information about the state of energy metabolism of red blood cells and the structure of their membranes. Another objective of the invention is at a higher level of accuracy and more reliable to carry out instrumental monitoring of the effectiveness of therapeutic and rehabilitation measures in the rehabilitation of patients.
Исходя из вышеизложенного, поставленная задача решается при осуществлении способа оценки состояния кислородно-транспортной функции крови у субъекта и ее отклонений от нормы, включающего следующие этапы:Based on the foregoing, the problem is solved when implementing the method of assessing the state of the oxygen-transport function of blood in a subject and its deviations from the norm, including the following steps:
- регистрируют зависимость степени насыщения кислородом образца (пробы) венозной крови или отмытых эритроцитов субъекта, ресуспендированных физиологическим раствором до физиологических величин гематокрита, от времени, с построением соответствующей кривой зависимости;- register the dependence of the degree of oxygen saturation of the sample (s) of venous blood or washed erythrocytes of a subject resuspended with physiological saline to physiological hematocrit values, over time, with the construction of the corresponding dependence curve;
- вычисляют скорость насыщения (V1) указанного образца кислородом на прямолинейном возрастающем участке кривой и сравнивают полученное значение с референтными значениями нормы этого параметра (V0) для данного пола и возраста, полученными ранее для образцов крови здоровых доноров,- calculate the rate of saturation (V 1 ) of the specified sample with oxygen in a rectilinearly increasing section of the curve and compare the obtained value with the reference values of the norm of this parameter (V 0 ) for a given gender and age, previously obtained for blood samples of healthy donors,
- при попадании значения скорости в референтные пределы нормы констатируют отсутствие отклонений кислородно-транспортной функции крови у субъекта от нормы;- when the speed value falls within the reference limits of the norm, a lack of deviations of the oxygen-transport function of blood in the subject from the norm is noted;
- в ином случае регистрируют зависимость степени насыщения кислородом образца венозной крови или отмытых эритроцитов субъекта, ресуспендированных физиологическим раствором до физиологических величин гематокрита, от времени при добавлении в образец вещества, ингибирующего энергетический метаболизм эритроцитов, с построением соответствующей кривой зависимости;- in another case, the dependence of the degree of oxygen saturation of a sample of venous blood or washed erythrocytes of a subject resuspended by physiological saline to physiological hematocrit values is recorded versus time when a substance inhibiting the energy metabolism of red blood cells is added to the sample with the construction of the corresponding dependence curve;
- вычисляют скорость насыщения образца кислородом (V2) на прямолинейном возрастающем участке кривой;- calculate the rate of saturation of the sample with oxygen (V 2 ) in a rectilinear increasing section of the curve;
- производят сравнение V2 с V1 и- compare V 2 with V 1 and
при отсутствии существенной разницы делают вывод о том, что отклонения кислородно-транспортной функции крови у субъекта от нормы вызваны угнетением метаболизма эритроцитов в организме субъекта;in the absence of a significant difference, they conclude that deviations of the oxygen-transport function of blood in a subject from the norm are caused by inhibition of red blood cell metabolism in the subject's body;
при наличии существенной разницы делают вывод о том, что отклонения кислородно-транспортной функции крови у субъекта от нормы вызваны изменением состава мембраны эритроцитов.in the presence of a significant difference, it is concluded that deviations of the oxygen-transport function of blood in the subject from the norm are caused by a change in the composition of the erythrocyte membrane.
В частных вариантах осуществления способа субъектом является человек.In particular embodiments of the method, the subject is a human.
В частных вариантах в процессе регистрации осуществляют непрерывное перемешивание образца венозной крови или, соответственно, отмытых эритроцитов субъекта, ресуспендированных физиологическим раствором до физиологических величин гематокрита.In particular cases, during the registration process, continuous mixing of a sample of venous blood or, respectively, washed red blood cells of a subject resuspended in physiological saline to physiological hematocrit values is carried out.
Еще в одних частных вариантах регистрацию осуществляют при поддержании постоянного парциального давления кислорода в газовой среде, с которой контактирует образец.In yet another particular embodiment, the registration is carried out while maintaining a constant partial pressure of oxygen in the gas medium with which the sample is in contact.
В некоторых вариантах осуществления способа разницу между V2 и V1 считают существенной при их различии, по меньшей мере, на 10%.In some embodiments of the method, the difference between V 2 and V 1 is considered significant when they differ by at least 10%.
Еще в одних частных вариантах для измерения V2 и V1 используют разные образцы крови или отмытых эритроцитов субъекта, ресуспендированных физиологическим раствором до физиологических величин гематокрита, взятые в одно время.In still other particular embodiments, different blood samples or washed erythrocytes of a subject resuspended by physiological saline to physiological hematocrit values taken at the same time are used to measure V 2 and V 1 .
В частных случаях вещество, ингибирующее энергетический метаболизм эритроцитов, выбирают из цитрата натрия, этилового спирта, бромпировиноградной кислоты, 2-дезокси-D-глюкозы, коктейля ингибиторов протеолитических ферментов и др.In particular cases, a substance that inhibits the energy metabolism of red blood cells is selected from sodium citrate, ethyl alcohol, bromopyruvic acid, 2-deoxy-D-glucose, a cocktail of proteolytic enzyme inhibitors, etc.
В некоторых частных вариантах вещество, ингибирующее энергетический метаболизм эритроцитов, добавляют в количестве не более 10% от объема образца крови.In some particular embodiments, a substance inhibiting the energy metabolism of red blood cells is added in an amount of not more than 10% of the volume of a blood sample.
В частных вариантах регистрацию зависимостей, а также измерения и вычисления осуществляют (производят) с помощью прибора «КИНОКС-Гамма 4», а именно, осуществляют, по меньшей мере, один следующих этапов способа:In private versions, the registration of dependencies, as well as measurements and calculations, are carried out (performed) using the KINOX-
- регистрируют зависимость степени насыщения кислородом образца венозной крови или отмытых эритроцитов субъекта, ресуспендированных физиологическим раствором до физиологических величин гематокрита от времени с построением соответствующей кривой зависимости;- register the dependence of the degree of oxygen saturation of a sample of venous blood or washed erythrocytes of a subject resuspended with physiological saline to physiological hematocrit values versus time with the construction of the corresponding dependence curve;
- вычисляют скорость насыщения образца кислородом (V1) на прямолинейном возрастающем участке кривой и сравнивают полученное значение с референтными значениями нормы для данного пола и возраста (V0),- calculate the rate of saturation of the sample with oxygen (V 1 ) in a rectilinearly increasing section of the curve and compare the obtained value with the reference values of the norm for a given gender and age (V 0 ),
- при попадании значения скорости в референтные пределы нормы констатируют отсутствие отклонений кислородно-транспортной функции крови у субъекта от нормы;- when the speed value falls within the reference limits of the norm, a lack of deviations of the oxygen-transport function of blood in the subject from the norm is noted;
- в ином случае регистрируют зависимость степени насыщения кислородом образца от времени при добавлении в образец вещества, ингибирующего энергетический метаболизм эритроцитов, с построением соответствующей кривой зависимости;- otherwise, the dependence of the degree of oxygen saturation of the sample on time is recorded when a substance inhibiting the energy metabolism of red blood cells is added to the sample with the construction of the corresponding dependence curve;
- вычисляют скорость насыщения образца кислородом (V2) на прямолинейном возрастающем участке кривой;- calculate the rate of saturation of the sample with oxygen (V 2 ) in a rectilinear increasing section of the curve;
- производят сравнение V2 с V1 и- compare V 2 with V 1 and
при отсутствии существенной разницы делают вывод о том, что отклонения кислородно-транспортной функции крови у субъекта от нормы вызваны угнетением метаболизма эритроцитов в организме субъекта;in the absence of a significant difference, they conclude that deviations of the oxygen-transport function of blood in a subject from the norm are caused by inhibition of red blood cell metabolism in the subject's body;
при наличии существенной разницы делают вывод о том, что отклонения кислородно-транспортной функции крови у субъекта от нормы вызваны изменением состава мембраны эритроцитов.in the presence of a significant difference, it is concluded that deviations of the oxygen-transport function of blood in the subject from the norm are caused by a change in the composition of the erythrocyte membrane.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является количественная, инструментальная оценка степени нарушения кислородно-транспортной функции крови и осуществляющих эту функцию эритроцитов, а также выяснение состояния их энергетического метаболизма и мембран. Способ позволяет диагностировать нарушения кислородно-транспортной функции крови на начальном этапе их формирования, на клеточном и субклеточном уровнях, даже в тех случаях, когда клинически и в известных тестах они себя еще не проявляют, а также на более высоком уровне точности и более надежно осуществлять инструментальный контроль эффективности лечебных и восстановительных мероприятий при реабилитации пациентов.The technical result achieved by the implementation of the invention is a quantitative, instrumental assessment of the degree of violation of the oxygen-transport function of blood and the red blood cells performing this function, as well as elucidating the state of their energy metabolism and membranes. The method allows to diagnose violations of the oxygen-transport function of the blood at the initial stage of their formation, at the cellular and subcellular levels, even in cases where they do not yet manifest themselves clinically and in known tests, as well as at a higher level of accuracy and more reliable instrumental monitoring the effectiveness of therapeutic and rehabilitation measures during patient rehabilitation.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Фиг. 1. Типичная кривая, характеризующая кинетику насыщения пробы крови кислородом (получена с помощью прибора «КИНОКС-Гамма 4»). Анализ кинетики производится по трем параметрам: скорости насыщения крови на прямолинейном участке нарастания насыщенности крови кислородом Vнас; начальной степени насыщенности крови кислородом α0 и времени насыщения tнас, определяемого как отрезок от начала процесса до абсциссы точки пересечения прямолинейного участка нарастания степени насыщенности и прямолинейного участка, характеризующего завершение процесса.FIG. 1. A typical curve characterizing the kinetics of saturation of a blood sample with oxygen (obtained using the KINOX-
Фиг. 2. Частотное распределение скоростей насыщения пробы венозной крови доноров кислородом: а) женского пола, б) мужского пола. Сплошной линий показана аппроксимация данных функцией Гаусса.FIG. 2. The frequency distribution of the rate of saturation of a venous blood sample of donors with oxygen: a) female, b) male. The solid lines show the approximation of the data by the Gauss function.
Фиг. 3. Зависимости скоростей насыщения проб крови кислородом здоровых доноров от возраста, полученные для мужчин и женщин.FIG. 3. Dependence of the rate of saturation of blood samples with oxygen from healthy donors on age, obtained for men and women.
Фиг. 4. Кривые насыщения проб крови кислородом, полученные с помощью прибора «КИНОКС-Гамма 4»: кривая 1 - кривая, полученная для пробы крови здорового донора, кривая 2 – кривая, полученная для пробы крови пациента, больного ишемической болезнью сердца; обозначения соответствуют обозначениям на фиг.1.FIG. 4. Blood oxygen saturation curves obtained using the KINOX-
Фиг. 5. Кривые насыщения проб крови кислородом, полученные для здорового донора (черная кривая) и для двух пациентов с различной длительностью протекания сахарного диабета (СД) 2-го типа (красная кривая – развивающийся СД, черная кривая – длительно протекающий СД с выраженными структурными нарушениями в организме типа «диабетической стопы»).FIG. 5. Blood oxygen saturation curves obtained for a healthy donor (black curve) and for two patients with different duration of
Фиг. 6. Кривые насыщения проб крови кислородом, полученные для пациента с развивающимся сахарным диабетом без структурных нарушений. Черные кривые – без добавления ингибиторов, красные кривые – с добавлением ингибиторов.FIG. 6. Saturation curves for blood samples with oxygen, obtained for a patient with developing diabetes without structural disturbances. Black curves - without the addition of inhibitors, red curves - with the addition of inhibitors.
Фиг. 7. Кривые насыщения проб крови кислородом, полученные для пациента с длительно протекающим сахарным диабетом с выраженными структурными нарушениями. Черные кривые – без добавления ингибиторов, красные кривые – с добавлением ингибиторов.FIG. 7. Blood oxygen saturation curves obtained for a patient with long-term diabetes mellitus with severe structural impairments. Black curves - without the addition of inhibitors, red curves - with the addition of inhibitors.
Фиг. 8. Прибор «КИНОКС-Гамма 4».FIG. 8. The device "KINOX-
Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Предлагаемое изобретение относится к медико-биологическим измерениям, а именно к средствам диагностики и исследования степени отклонений от нормы энергетического метаболизма клеток организма по параметрам кинетики оксигенации (насыщения кислородом) крови пробы in vitro в специальных условиях и может найти применение:The present invention relates to biomedical measurements, namely to means of diagnosis and research of the degree of deviations from the norm of the energy metabolism of body cells according to the kinetics of oxygenation (oxygen saturation) of the blood of the sample in vitro in special conditions and can find application:
- в лабораторной практике для биологических (биофизических) исследований;- in laboratory practice for biological (biophysical) research;
- в медицине для диагностических целей и инструментального контроля эффективности лечебных мероприятий при широко распространенных заболеваниях, в том числе системных, таких как сахарный диабет и др.;- in medicine for diagnostic purposes and instrumental monitoring of the effectiveness of therapeutic measures for widespread diseases, including systemic ones, such as diabetes mellitus, etc .;
- в спорте, военном деле и других областях человеческой деятельности, где требуется инструментальный контроль физической способности индивидуума выполнять трудоемкие, сложные и ответственные задачи.- in sports, military affairs and other areas of human activity, where instrumental control of the individual’s physical ability to carry out laborious, complex and responsible tasks is required.
В качестве маркера нарушений энергетического метаболизма клеток организма выбраны эритроциты крови обследуемого. Они формируются из своих предшественников – ретикулоцитов, которые развиваются в костном мозге в напряженных условиях по обеспечению их питательными и анаболическими веществами и поэтому весьма чувствительны к любым изменениям указанного обеспечения, что проявляется в уменьшении или увеличении их ферментативного пула. Все эти структурные изменения наследуют эритроциты. При стойком нарушении энергетического метаболизма основной массы клеток организма неизбежно изменяется поступление в костный мозг веществ, необходимых для нормального развития ретикулоцитов, что сказывается на структуре и связанной с этими нарушениями кислородно-транспортной функции эритроцитов. Поэтому прямая оценка нарушений структуры эритроцитов и такая оценка, опосредованная через регистрацию нарушений основной функции (транспорта и отдачи кислорода клеткам-потребителям), обладают диагностической ценностью. Количество гемоглобина в эритроцитах, которое определяет кислородную емкость крови, надежно измеряют известными способами по его количеству в литре крови. У здоровых людей кислородная емкость крови может варьироваться в широком диапазоне своих значений и на транспортную функцию (доставку кислорода к клеткам) влияет мало. Соответственно, диагностическая значимость наличия отклонений количества гемоглобина от среднего значения достаточно мала. К наиболее важным для функции эритроцитов структурам относятся ферменты, непосредственно участвующие в их энергетическом метаболизме, и крупные белки, встроенные в липиды эритроцитарных мембран и определяющие их проницаемость. Прямая или, опосредованная через функциональные нарушения, надежная регистрация отклонений от нормы количества этих белков более значима для диагностических целей. Прямые измерения количества основных белков-ферментов, ответственных за энергетический метаболизм эритроцитов, представляют технически сложную задачу, поэтому в диагностической практике применяются редко. В предлагаемом изобретении о степени нарушений энергетического метаболизма эритроцитов и связанного с этим изменением количества белков в мембране или цитоплазме эритроцитов судят по изменениям скорости насыщения пробы крови кислородом. Для этого пробу венозной крови насыщают кислородом (оксигенируют) в стандартных условиях, определяя скорость насыщения – величину, обратно пропорциональную проницаемости мембран эритроцитов. Эта величина – проницаемость мембран эритроцитов для кислорода, определяемая в стандартных условиях по времени насыщения пробы венозной крови кислородом, прямо коррелирует с уровнем энергетического метаболизма эритроцитов. В процессе проведенных нами исследований было обнаружено, что для того, чтобы определить степень угнетения метаболизма эритроцитов, реализованного в организме, в пробу крови обследуемого необходимо добавить вещества, ингибирующие энергетический метаболизм эритроцитов на различных стадиях. Проведенные исследования также показали, что в случае, если добавление ингибиторов не приводит к существенному изменению скорости насыщения, то это означает, что в организме уже существует устойчивое угнетение метаболизма. Если же добавление ингибиторов приводит к изменению скорости насыщения, то это значит, что в организме реализуются структурные нарушения, которые приводят к изменению функционального состояния эритроцитов.As a marker of disturbances in the energy metabolism of body cells, the red blood cells of the subject were selected. They are formed from their predecessors - reticulocytes, which develop in the bone marrow under stressful conditions to provide them with nutrients and anabolic substances and are therefore very sensitive to any changes in this supply, which is manifested in a decrease or increase in their enzymatic pool. All these structural changes are inherited by red blood cells. With a persistent violation of the energy metabolism of the bulk of the body’s cells, the supply to the bone marrow of the substances necessary for the normal development of reticulocytes inevitably changes, which affects the structure and the associated oxygen-transport function of red blood cells. Therefore, a direct assessment of violations of the structure of red blood cells and such an assessment, mediated through the registration of violations of the main function (transport and delivery of oxygen to consumer cells), have diagnostic value. The amount of hemoglobin in red blood cells, which determines the oxygen capacity of the blood, is reliably measured by known methods by its amount in a liter of blood. In healthy people, the oxygen capacity of the blood can vary over a wide range of values and has little effect on the transport function (oxygen delivery to cells). Accordingly, the diagnostic significance of the presence of deviations in the amount of hemoglobin from the average value is quite small. The most important structures for the function of red blood cells include enzymes that are directly involved in their energy metabolism, and large proteins that are built into the lipids of red blood cells and determine their permeability. Direct or indirect, through functional impairment, reliable recording of abnormalities in the amount of these proteins is more significant for diagnostic purposes. Direct measurements of the amount of the main protein-enzymes responsible for the energy metabolism of red blood cells are a technically difficult task, so they are rarely used in diagnostic practice. In the present invention, the degree of disturbances in the energy metabolism of red blood cells and the associated change in the amount of proteins in the membrane or cytoplasm of red blood cells is judged by changes in the rate of saturation of the blood sample with oxygen. For this, a venous blood sample is saturated with oxygen (oxygenated) under standard conditions, determining the rate of saturation - a value inversely proportional to the permeability of erythrocyte membranes. This value is the permeability of erythrocyte membranes for oxygen, which is determined under standard conditions by the time of saturation of a venous blood sample with oxygen, directly correlates with the level of energy metabolism of red blood cells. In the course of our studies, it was found that in order to determine the degree of suppression of the erythrocyte metabolism realized in the body, it is necessary to add substances that inhibit the energy metabolism of red blood cells at various stages in the blood sample. Studies have also shown that if the addition of inhibitors does not lead to a significant change in the rate of saturation, this means that a steady inhibition of metabolism already exists in the body. If the addition of inhibitors leads to a change in the rate of saturation, then this means that structural disorders are realized in the body that lead to a change in the functional state of red blood cells.
Заявляемый способ оценки состояния кислородно-транспортной функции крови у субъекта и ее отклонений от нормы основан на получении оптическим путем зависимости степени оксигенации эритроцитов от времени в процессе насыщения венозной крови или отмытых эритроцитов субъекта, ресуспендированных физиологическим раствором до физиологических величин гематокрита, кислородом. Принципиальным отличием заявляемого способа от известных является то, что помимо определения отклонения скорости насыщения пробы крови кислородом от нормальных значений также производится оценка степени метаболических и/или структурных нарушений в эритроцитах. Это достигается путем введения дополнительной операции сравнения скорости насыщения эритроцитов проб крови с добавлением вещества, ингибирующего энергетический метаболизм эритроцитов, и без него.The inventive method for assessing the state of the oxygen transport function of blood in a subject and its deviations from the norm is based on the optical determination of the degree of red blood cell oxygenation versus time during saturation of venous blood or washed red blood cells of a subject resuspended with physiological saline to physiological hematocrit with oxygen. The fundamental difference between the proposed method and the known ones is that in addition to determining the deviation of the rate of saturation of the blood sample with oxygen from normal values, an assessment is also made of the degree of metabolic and / or structural disorders in red blood cells. This is achieved by introducing an additional operation comparing the rate of saturation of red blood cells in blood samples with the addition of substances that inhibit the energy metabolism of red blood cells, and without it.
Для оценки состояния кислородно-транспортной функции эритроцитов и определения состояния метаболизма эритроцитов и структуры их мембран проводят in vitro измерения оптических характеристик крови в процессе ее насыщения кислородом в герметичной термо- и влагостабилизируемой камере, заполненной газовой смесью, под атмосферным давлением с постоянным содержанием кислорода. При взятии крови у пациента в пробу крови на первом этапе добавляют вещества, предотвращающие свертывание крови (ЭДТА, гепарин и др.), и сравнивают скорость насыщения пробы крови кислородом (V1) с нормальными значениями (V0), полученными для здоровых доноров данного возраста и пола. При выходе величины скорости за референтные пределы нормальных значений в пробу крови (или отмытых эритроцитов субъекта, ресуспендированных физиологическим раствором до физиологических величин гематокрита) добавляют вещества, являющиеся ингибиторами энергетического метаболизма и способные модулировать (изменять) скорости метаболических процессов в эритроцитах. В качестве таких веществ могут быть использованы цитрат натрия, этиловой спирт, бромпировиноградная кислота, 2-дезокси-D-глюкоза, ингибиторы протеолитических ферментов и др.To assess the state of the oxygen-transport function of red blood cells and determine the state of erythrocyte metabolism and the structure of their membranes, the optical characteristics of blood are measured in vitro during oxygen saturation in a sealed thermo and moisture stabilized chamber filled with a gas mixture under atmospheric pressure with a constant oxygen content. When taking blood from a patient, substances that prevent blood coagulation (EDTA, heparin, etc.) are added to the blood sample at the first stage, and the rate of saturation of the blood sample with oxygen (V 1 ) is compared with normal values (V 0 ) obtained for healthy donors of this age and gender. When the speed value goes beyond the reference limits of normal values, substances that are inhibitors of energy metabolism and capable of modulating (changing) the metabolic rate in red blood cells are added to the blood sample (or washed erythrocytes of a subject resuspended by physiological saline to physiological hematocrit values). Sodium citrate, ethyl alcohol, bromopyruvic acid, 2-deoxy-D-glucose, proteolytic enzyme inhibitors, etc. can be used as such substances.
Для пробы с добавленным ингибитором энергетического метаболизма также получают зависимость степени насыщенности крови кислородом от времени (на графике – кривые α(t), где α – текущие показания прибора - оксиметра, производящего и контролирующего указанный процесс, см. фиг.1). Вычисляют скорости (V2) – для образца, содержащего эритроциты с ингибированным метаболизмом и (V1) – для образца того же обследуемого, содержащего эритроциты без ингибирующего воздействия на их энергетический метаболизм – насыщения крови кислородом на линейном участке кривых α (t). Сравнивают вычисленную скорость V2 с V1, по результату этого сравнения определяют причину нарушения кислородно-транспортной функции эритроцитов: либо из-за снижения уровня энергетического метаболизма клеток организма, либо структурных нарушений в мембране эритроцитов. По совокупной оценке отклонений от нормы всех вышеупомянутых скоростей оценивают степень отклонения нарушения (его угнетения или, наоборот, интенсификации) энергетического метаболизма большинства клеток организма от нормы.For a sample with an added energy metabolism inhibitor, the dependence of the degree of blood oxygen saturation on time is also obtained (the graph shows the curves α (t), where α is the current reading of the device - an oximeter that produces and controls this process, see figure 1). The velocities (V 2 ) are calculated for a sample containing red blood cells with an inhibited metabolism and (V 1 ) for a sample of the same subject containing red blood cells without inhibiting their energy metabolism - oxygen saturation of the blood on the linear portion of the α (t) curves. The calculated speed V 2 is compared with V 1 , and the cause of the violation of the oxygen-transport function of red blood cells is determined by the result of this comparison: either due to a decrease in the level of energy metabolism of body cells, or structural disorders in the erythrocyte membrane. Based on a comprehensive assessment of deviations from the norm of all the above speeds, the degree of deviation of the disorder (its inhibition or, on the contrary, intensification) of the energy metabolism of most body cells from the norm is estimated.
Вышеуказанные изменения и вычисления производят с помощью устройства для диагностики степени отклонения от нормы энергетического метаболизма клеток организма, содержащего: герметичную термо- и влагостабилизируемую камеру, соединенную с камерой систему подачи газовой смеси под атмосферным давлением с постоянным содержанием кислорода; систему термо- и влагостабилизации; оптический оксиметр; блок регистрации и обработки данных. Устройство имеет регистратор и преобразователь оптических сигналов, блок расчета по полученным данным скоростей насыщения крови кислородом, блок сравнения результатов расчета с нормой, блок совокупной оценки отклонений всех указанных скоростей от нормы и блок отображения информации, работа которых обеспечивается соответствующим программным обеспечением, а герметичная термо- и влагостабилизируемая камера имеет средство для непрерывного перемешивания пробы крови с активным элементом, расположенным в кювете для размещения пробы крови. Блок регистрации соединен с преобразователем оптических сигналов, который в свою очередь соединен с блоком обработки и сравнения полученной информации, подключенным к блоку отображения конечных результатов измерений. В частных вариантах осуществления изобретения изменения и вычисления производят с помощью прибора «КИНОКС-Гамма 4».The above changes and calculations are carried out using a device for diagnosing the degree of deviation from the norm of energy metabolism of body cells, comprising: a sealed thermo and moisture stabilized chamber, a gas mixture supply system under atmospheric pressure with a constant oxygen content connected to the chamber; thermal and moisture stabilization system; optical oximeter; registration and data processing unit. The device has a recorder and an optical signal converter, a unit for calculating blood oxygen saturation rates based on data obtained, a unit for comparing calculation results with the norm, an aggregate unit for assessing deviations of all indicated speeds from the norm, and an information display unit, whose operation is provided by appropriate software, and a sealed thermal and the moisture-stabilizing chamber has a means for continuously mixing a blood sample with an active element located in a cuvette for placement of a blood sample and. The registration unit is connected to the optical signal converter, which in turn is connected to the processing and comparison unit for the received information connected to the display unit of the final measurement results. In private embodiments of the invention, changes and calculations are performed using the KINOX-
Прибор «КИНОКС-Гамма 4» (см. фиг.8) позволяет оценивать кислородно-транспортную функцию эритроцитов и ее изменения, возникающие при патогенезе распространенных сердечно-сосудистых, респираторных и обменных нарушений (атеросклероз, артериальная гипертензия, хронический бронхит, хроническая обструктивная болезнь легких, ожирение, сахарный диабет 2 типа, гиперлипидемия). С помощью прибора «КИНОКС-Гамма 4» регистрируется кинетика насыщения пробы крови кислородом оптическим путем и определяется скорость насыщения крови кислородом, связанная с неспецифической проницаемостью мембраны эритроцитов для кислорода. Проницаемость, в свою очередь, зависит от состояния мембран эритроцитов и уровня их энергетического метаболизма. Патологические состояния, сопровождающиеся угнетением или активацией энергетического метаболизма эритроцитов и/или нарушением структуры мембраны, приводят к нарушению механизма авторегуляции проницаемости мембраны эритроцитов для кислорода, и, следовательно, к нарушению их нормального функционирования. Регистрируемое с помощью прибора отклонение скорости насыщения от ее нормальных значений для конкретной пробы крови свидетельствует о нарушении механизма авторегуляции неспецифической проницаемости мембран эритроцитов для кислорода. Степень метаболических и/или структурных нарушений, вызвавших такие нарушения, определяется при добавлении в пробу крови специальных веществ, угнетающих энергетический метаболизм эритроцитов (на различных стадиях), как это подробно описано выше и далее.The KINOX-
Обработка результатов измерений включает следующие операции: по полученной с помощью оксиметра зависимости степени насыщенности венозной крови кислородом α (α – показания оксиметра) от времени t определяют скорость Vнас=Δα/Δt насыщения ее кислородом на линейном участке кривой α(t), используя, например, величины Δα = αарт – α0 и время насыщения Δt = tнас – t0, как показано на фиг.1. Величина α0 соответствует степени насыщенности венозной крови испытуемого α0=αвен, αарт соответствует величине αmax – максимальному значению насыщения кислородом пробы крови в процессе проведения измерений, что соответствует артериальной крови. Время t0 определяется началом эксперимента и равно нулю или определяется как точка пересечения прямой продолжения линейного участка кривой α(t) с осью времени, а tнас – как точка пересечения с прямой, параллельной оси времени на уровне α = αmax.Processing the measurement results includes the following operations: according to the dependence of the degree of saturation of venous blood with oxygen α obtained using an oximeter (α is the readings of the oximeter) versus time t, the velocity V us = Δα / Δt of oxygen saturation in the linear portion of the curve α (t) is determined using, for example, the quantities Δα = α art - α 0 and the saturation time Δt = t us - t 0 , as shown in figure 1. The value of α 0 corresponds to the degree of saturation of the test venous blood α 0 = α veins , α art corresponds to the value of α max - the maximum oxygen saturation of the blood sample during the measurement, which corresponds to arterial blood. Time t 0 is determined by the beginning of the experiment and is equal to zero or determined as the point of intersection of the straight line continuation of the linear portion of the curve α (t) with the time axis, and t us - as the point of intersection with a straight line parallel to the time axis at the level α = α max .
Согласно проведенным исследованиям, добавление вещества, ингибирующего энергетический метаболизм эритроцитов, в пробу крови (или отмытых эритроцитов субъекта, ресуспендированных физиологическим раствором до физиологических величин гематокрита) приводит к снижению концентрации АТФ в эритроцитах, что, в свою очередь, отражается на проницаемости мембраны эритроцитов для кислорода. При этом в пробе крови с изначально сниженным энергетическим метаболизмом добавление ингибиторов не будет приводить к существенному изменению скорости насыщения крови кислородом. Это позволяет сделать вывод о том, что в таком образце крови нарушение функционирования эритроцитов связано именно с метаболическими нарушениями. Если же нарушения функционирования эритроцитов были вызваны нарушениями структуры их мембраны, то добавление ингибиторов энергетического метаболизма будет приводить к существенному изменению скорости насыщения пробы крови кислородом.According to studies, the addition of a substance that inhibits the energy metabolism of red blood cells to a blood sample (or washed erythrocytes of a subject resuspended by physiological saline to physiological hematocrit) leads to a decrease in the concentration of ATP in red blood cells, which, in turn, affects the permeability of the erythrocyte membrane to oxygen . Moreover, in a blood sample with an initially reduced energy metabolism, the addition of inhibitors will not lead to a significant change in the rate of blood oxygenation. This allows us to conclude that in such a blood sample, the violation of the function of red blood cells is associated precisely with metabolic disorders. If disturbances in the functioning of red blood cells were caused by disturbances in the structure of their membranes, the addition of inhibitors of energy metabolism will lead to a significant change in the rate of saturation of a blood sample with oxygen.
Предлагаемый способ оценки кислородно-транспортной функции эритроцитов и ее возрастных и/или патологических нарушений в организме субъекта по кинетике насыщения его пробы крови кислородом осуществляется следующим образом. Кровь забирается из локтевой вены пациента в вакуумные пробирки с веществами, предотвращающими свертывание крови (антикоагулянты, например, гепарин, цитрат натрия, ЭДТА). Для сохранения начальной степени насыщенности крови кислородом α0, которая наряду со скоростью оксигенации крови является важным диагностическим параметром, необходимые объемы крови помещаются в кюветы достаточно быстро (в течение 1-2 минут), без длительного контакта пробы крови с воздухом до измерения.The proposed method for evaluating the oxygen-transport function of red blood cells and its age and / or pathological disorders in the body of the subject by the kinetics of saturation of his blood sample with oxygen is as follows. Blood is drawn from the patient's elbow vein into vacuum tubes with substances that prevent blood coagulation (anticoagulants, for example, heparin, sodium citrate, EDTA). In order to maintain the initial degree of blood oxygen saturation α 0 , which, along with the blood oxygenation rate, is an important diagnostic parameter, the required blood volumes are placed in the cells quite quickly (within 1-2 minutes), without prolonged contact of the blood sample with air before measurement.
При необходимости при проведении исследования в качестве пробы могут быть использованы отмытые эритроциты субъекта, ресуспендированные физиологическим раствором до физиологических величин гематокрита. Отмытые эритроциты - компонент, получаемый из цельной крови центрифугированием и удалением плазмы с последующим отмыванием эритроцитов изотоническим раствором. Отмытые эритроциты представляют собой суспензию эритроцитарной массы, из которой удалена большая часть плазмы, лейкоцитов и тромбоцитов. В процессе отмывания, осуществляемого по методикам, хорошо известным из уровня техники, удаляются белки плазмы, лейкоциты, тромбоциты, микроагрегаты клеток и стромы, разрушенные при хранении клеточных компонентов. При осуществлении изобретения используются отмытые эритроциты, ресуспендированные физиологическим раствором до физиологических величин гематокрита.If necessary, when conducting a study, washed erythrocytes of a subject resuspended in physiological saline to physiological hematocrit values can be used as a sample. Washed red blood cells - a component obtained from whole blood by centrifugation and removal of plasma with subsequent washing of red blood cells with an isotonic solution. Washed red blood cells are a suspension of red blood cells, from which most of the plasma, white blood cells and platelets are removed. In the washing process, carried out by methods well known in the prior art, plasma proteins, leukocytes, platelets, microaggregates of cells and stroma destroyed during storage of cellular components are removed. In the implementation of the invention, washed red blood cells are used, resuspended with physiological saline to physiological hematocrit values.
Пробу помещают в кювету, расположенную в герметичной термо- и влагостабилизируемой камере, заполненной газовой смесью. В состав газовой смеси входит кислород, поддерживаемый на постоянном и близком к альвеолярному уровне, и биологически неактивные газы. Суммарное давление смеси газов составляет ~1 атмосферу. Для измерений допустимо использовать атмосферный воздух. В герметичной термо- и влагостабилизируемой камере гомеостатируется температура и влажность, близкие к условиям в альвеолах легких.The sample is placed in a cuvette located in a sealed thermo and moisture stabilized chamber filled with a gas mixture. The composition of the gas mixture includes oxygen, maintained at a constant and close to the alveolar level, and biologically inactive gases. The total pressure of the gas mixture is ~ 1 atmosphere. For measurements it is permissible to use atmospheric air. In a sealed thermo- and moisture-stabilizing chamber, temperature and humidity are homeostatic, close to the conditions in the lung alveoli.
В кювете с помощью указанных выше опто-механических средств регистрируется временной ход степени насыщенности эритроцитов в пробе крови кислородом от начала до завершения процесса - величина α(t), которую в медицинской практике принято измерять в долях (относительных единицах) - от 0 до 1 или в процентах - от 0% до 100%. Регистрация оптических характеристик отраженного света осуществляется при непрерывном перемешивании пробы крови в кювете, до достижения равномерного насыщения крови кислородом по всему объему. Получают зависимость степени насыщения α пробы крови кислородом от времени наблюдения t (временной ход), как это изображено на фиг.1.Using the above-mentioned opto-mechanical means, the time course of the degree of red blood cell saturation in the blood sample with oxygen from the beginning to the end of the process is recorded in the cuvette — the value of α (t), which in medical practice is usually measured in fractions (relative units) - from 0 to 1 or in percentage - from 0% to 100%. Registration of the optical characteristics of the reflected light is carried out with continuous mixing of the blood sample in the cuvette until a uniform oxygen saturation of the blood throughout the volume is achieved. Get the dependence of the degree of saturation α of the blood sample with oxygen from the observation time t (time course), as shown in figure 1.
Анализ кинетики производится по трем параметрам:Kinetics analysis is carried out according to three parameters:
- скорости насыщения крови на прямолинейном участке нарастания насыщенности крови кислородом Vнас;- the rate of blood saturation in the rectilinear portion of the increase in blood oxygen saturation V us ;
- начальной степени насыщенности крови кислородом α0 и - the initial degree of blood oxygen saturation α 0 and
- времени насыщения tнас, определяемом как отрезок от начала регистрации процесса до абсциссы точки пересечения прямолинейного участка нарастания степени насыщенности и прямолинейного участка, характеризующего завершение процесса.- saturation time t us , defined as the interval from the beginning of the process registration to the abscissa of the point of intersection of the rectilinear portion of the increase in the degree of saturation and the rectilinear portion that characterizes the completion of the process.
Оценка кислородно-транспортной функции и ее возрастных и/или патологических нарушений производится путем сопоставления полученных для данного индивидуума характеристик кинетики насыщения пробы крови (скорость насыщения, начальная степень насыщенности и время насыщения) с полученными референтными значениями этих характеристик для здоровых доноров данного возраста и пола. В свою очередь, уточнения референтных пределов нормальных значений кинетических характеристик стало возможным благодаря использованию новых и современных оптоэлектронных элементов и программ, а также набора достаточного объема данных для статистической обработки. На приборе было исследовано 98 проб венозной крови, из которых 63 пробы – это кровь доноров мужского пола и 35 проб – кровь доноров женского пола.The oxygen transport function and its age and / or pathological disorders are estimated by comparing the characteristics of the saturation kinetics of a blood sample obtained for a given individual (saturation rate, initial degree of saturation and saturation time) with the obtained reference values of these characteristics for healthy donors of a given age and gender. In turn, the refinement of the reference limits of the normal values of kinetic characteristics was made possible through the use of new and modern optoelectronic elements and programs, as well as the collection of a sufficient amount of data for statistical processing. The device examined 98 samples of venous blood, of which 63 samples were the blood of male donors and 35 samples were the blood of female donors.
На фиг.2 представлено частотное распределение скоростей насыщения крови кислородом для доноров женского (а) и мужского пола (б). Видно, что распределения скоростей насыщения для крови мужчин и женщин подчиняется нормальному распределению Гаусса. В среднем скорость насыщения проб крови для доноров женского пола выше, чем для доноров мужского пола.Figure 2 presents the frequency distribution of the rates of blood oxygenation for female (a) and male (b) donors. It can be seen that the distribution of saturation rates for the blood of men and women obeys the normal Gaussian distribution. On average, the rate of saturation of blood samples for female donors is higher than for male donors.
На фиг.3 представлены возрастно-половые зависимости скоростей насыщения проб крови здоровых доноров. Видно, что для мужчин и женщин максимальные отличия реализуются в юном возрасте (около 20 лет), после 35 лет отличия становятся менее выраженными и величины скоростей могут совпадать в пределах статистических ошибок. Такие отличия в скоростях насыщения связаны с особенностями функционирования организмов мужчин и женщин в различные возрастные периоды.Figure 3 presents the age-sex dependence of the rate of saturation of blood samples from healthy donors. It can be seen that for men and women, the maximum differences are realized at a young age (about 20 years), after 35 years, the differences become less pronounced and the speed values can coincide within the statistical errors. Such differences in saturation rates are associated with the functioning of the organisms of men and women in different age periods.
Данные о начальной степени насыщенности крови кислородом и времени насыщения не представлены в графическом виде. Для здоровых доноров как мужского, так и женского пола, было обнаружено, что начальная степень насыщения приблизительно одинакова и равна (0,75±0,07) отн. ед.Data on the initial degree of blood oxygen saturation and saturation time are not presented in graphical form. For healthy donors, both male and female, it was found that the initial degree of saturation is approximately the same and equal to (0.75 ± 0.07) rel. units
На фиг.4 представлены кривые насыщения проб крови кислородом практически здорового донора и пациента, больного ишемической болезнью сердца перед аортокоронарным шунтированием. Представленные данные получены для людей приблизительно одного возраста и пола (мужчины, 40 лет). Сравнение кинетики насыщения пробы крови больного пациента и здорового донора производится на всех этапах этого процесса: 1) по начальной степени насыщенности α0,б и α0,зд; 2) по скорости насыщения на прямолинейном участке нарастания кривой насыщения пробы крови кислородом; 3) по времени насыщения, определяемого как отрезок от начала включения процесса до как абсцисса точки пересечения прямолинейного участка нарастания степени насыщенности и прямолинейного участка, характеризующего завершение процесса. Из фиг.4 видно, что величины этих параметров существенно отличаются для кривых (1) и (2). Для указанного больного может быть констатировано нарушение кислородно-транспортной функции эритроцитов, возникшей в результате протекания ишемической болезни сердца.Figure 4 presents the curves of saturation of blood samples with oxygen of a healthy donor and a patient suffering from coronary heart disease before coronary artery bypass grafting. The data presented are for people of approximately the same age and gender (men, 40 years old). A comparison of the saturation kinetics of a blood sample from a sick patient and a healthy donor is made at all stages of this process: 1) by the initial degree of saturation α 0, b and α 0, zd ; 2) according to the rate of saturation in the rectilinear portion of the increase in the saturation curve of the blood sample with oxygen; 3) by the saturation time, defined as the interval from the start of the process to the abscissa of the point of intersection of the rectilinear portion of the increase in the degree of saturation and the rectilinear portion that characterizes the completion of the process. From figure 4 it is seen that the values of these parameters differ significantly for curves (1) and (2). For this patient, a violation of the oxygen-transport function of red blood cells that arose as a result of coronary heart disease can be ascertained.
Далее изобретение иллюстрируется примерами осуществления предлагаемого способа. Нижеследующие примеры приведены в целях иллюстрирования настоящего изобретения и их не следует рассматривать как каким-либо образом ограничивающие объем изобретения.Further, the invention is illustrated by examples of the proposed method. The following examples are provided to illustrate the present invention and should not be construed as in any way limiting the scope of the invention.
Примеры Examples
Для оценки состояния кислородно-транспортной функции крови у субъекта и ее отклонений от нормы предлагаемым способом были выбраны пациенты с заведомо различающимися степенями сахарного диабета. Для первого из них было зарегистрировано отклонение концентрации глюкозы в плазме крови от нормы в течение 3-х месяцев. Для второго же был диагностирован сахарный диабет второго типа с продолжительностью более 5 лет. Кроме того, у этого пациента наблюдались и структурные нарушения в организме типа диабетической стопы.To assess the state of the oxygen-transport function of blood in the subject and its deviations from the norm, the proposed method was used to select patients with obviously different degrees of diabetes mellitus. For the first of them, a deviation of the glucose concentration in the blood plasma from the norm within 3 months was recorded. For the second, diabetes of the second type was diagnosed with a duration of more than 5 years. In addition, this patient also had structural abnormalities in the body such as a diabetic foot.
Кровь забиралась у пациентов натощак из локтевой вены в вакуумные пробирки с ЭДТА (по 2 шт.). Измерения проводили через 15 минут после взятия крови.Blood was collected from patients on an empty stomach from the ulnar vein into vacuum tubes with EDTA (2 pcs.). Measurements were taken 15 minutes after blood collection.
Полученные кривые насыщения крови кислородом для образцов крови обоих пациентов представлены на фиг.5. Из рисунка видно, что скорость на линейном участке нарастания величины степени насыщенности обоих пациентов отличается от скорости здорового донора более чем на 20%. Это свидетельствует о нарушении кислородно-транспортной функции эритроцитов обоих доноров.The obtained oxygen saturation curves for blood samples of both patients are presented in figure 5. The figure shows that the rate on the linear portion of the increase in the degree of saturation of both patients differs from the rate of a healthy donor by more than 20%. This indicates a violation of the oxygen transport function of the red blood cells of both donors.
Во вторую пробирку крови каждого из пациентов добавляли коктейль ингибиторов протеолитических ферментов (Sigma-Aldrich Product Number: P2714 или P8340) в соотношении 1:10, состав которого включает 4-(2-Аминоэтил) бензосульфанил фторид, апротинин, бестатин, Е-64, лейпептин, пепстатин А (при необходимости состав коктейля может корректироваться).A cocktail of proteolytic enzyme inhibitors (Sigma-Aldrich Product Number: P2714 or P8340) in a ratio of 1:10, the composition of which includes 4- (2-aminoethyl) benzosulfanyl fluoride, aprotinin, bestatin, E-64, was added to the second blood tube of each patient. leipeptin, pepstatin A (if necessary, the composition of the cocktail can be adjusted).
При добавлении ингибиторов протеолитических ферментов, которые опосредованно влияют на энергетический метаболизм эритроцитов, было показано, что для донора с первичными признаками сахарного диабета (фиг.6) не происходило существенного изменения скорости насыщения пробы крови кислородом (величина скорости практически не изменилась) и сам вид кривой не изменялся существенным образом (начальная, конечная степень насыщения и время насыщения остались приблизительно на том же уровне). Это свидетельствует о том, что первоначальные отклонения скорости насыщения от нормальных значений определялись для этого пациента именно нарушениями энергетического метаболизма эритроцитов.When inhibitors of proteolytic enzymes were added, which indirectly affect the energy metabolism of red blood cells, it was shown that for a donor with primary signs of diabetes mellitus (Fig. 6), there was no significant change in the rate of saturation of the blood sample with oxygen (the rate did not practically change) and the curve itself did not change significantly (initial, final degree of saturation and saturation time remained at approximately the same level). This indicates that the initial deviations of the saturation rate from normal values were determined for this patient by the disturbances in the energy metabolism of red blood cells.
Для второго донора, для которого было зарегистрировано первоначальное отклонение скорости V1 насыщения от нормы V0 на 30%, добавление ингибиторов привело к полному изменению кривой насыщения крови кислородом (фиг.7). Из приведенного графика видно, что, во-первых, изменилась скорость насыщения пробы крови кислородом более чем на 10%, во-вторых, полностью изменился вид кривой (сместилась начальная степень насыщенности крови кислородом), а также увеличилось полное время, за которое кривая выходит на насыщение. Такие изменения, происходящие в пробе крови при добавлении ингибиторов, свидетельствуют о том, что первоначальное значительное отклонение скорости насыщения от нормы было вызвано именно наличием структурных нарушений в организме.For the second donor, for which an initial deviation of the saturation rate V 1 from the norm of V 0 by 30% was recorded, the addition of inhibitors led to a complete change in the oxygen saturation curve of the blood (Fig. 7). It can be seen from the graph that, firstly, the rate of saturation of a blood sample with oxygen has changed by more than 10%, and secondly, the shape of the curve has completely changed (the initial degree of saturation of blood with oxygen has shifted), and the total time for which the curve goes to saturation. Such changes in the blood sample with the addition of inhibitors indicate that the initial significant deviation of the rate of saturation from the norm was caused precisely by the presence of structural disorders in the body.
Таким образом, применение способа по изобретению позволяет диагностировать и оценить степень нарушения кислородно-транспортной функции крови и осуществляющих ее эритроцитов, выяснить состояние их энергетического метаболизма и мембран, как на позднем, так и на начальном этапе формирования нарушений, на клеточном и субклеточном уровнях.Thus, the application of the method according to the invention makes it possible to diagnose and assess the degree of violation of the oxygen-transport function of blood and the red blood cells that carry it, to find out the state of their energy metabolism and membranes, both at the late and at the initial stage of the formation of disorders, at the cellular and subcellular levels.
Несмотря на то, что изобретение описано со ссылкой на раскрываемые варианты воплощения, для специалистов в данной области должно быть очевидно, что конкретные подробно описанные эксперименты приведены лишь в целях иллюстрирования настоящего изобретения, и их не следует рассматривать как каким-либо образом ограничивающие объем изобретения. Должно быть понятно, что возможно осуществление различных модификаций без отступления от сути настоящего изобретения.Although the invention has been described with reference to the disclosed embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that the specific experiments described in detail are for illustrative purposes only and should not be construed as limiting the scope of the invention in any way. It should be understood that various modifications are possible without departing from the gist of the present invention.
Claims (16)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018129333A RU2703510C1 (en) | 2018-08-10 | 2018-08-10 | Method for assessing the condition of blood oxygen transport function in a subject and deviations thereof from normal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018129333A RU2703510C1 (en) | 2018-08-10 | 2018-08-10 | Method for assessing the condition of blood oxygen transport function in a subject and deviations thereof from normal |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2703510C1 true RU2703510C1 (en) | 2019-10-18 |
Family
ID=68280407
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018129333A RU2703510C1 (en) | 2018-08-10 | 2018-08-10 | Method for assessing the condition of blood oxygen transport function in a subject and deviations thereof from normal |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2703510C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU774540A1 (en) * | 1977-08-17 | 1980-10-30 | Ленинградский Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Гематологии И Переливания Крови | Method of determining oxygen transporting function of conserved blood |
| RU2060501C1 (en) * | 1993-02-05 | 1996-05-20 | Совместное предприятие "Вилма", (RU - DE) | Method of checking oxygen-transportation function and device for realization |
| RU2070325C1 (en) * | 1993-03-22 | 1996-12-10 | Александр Иванович Жерновой | Method for determination of saturation of hemoglobin of blood with oxygen |
-
2018
- 2018-08-10 RU RU2018129333A patent/RU2703510C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU774540A1 (en) * | 1977-08-17 | 1980-10-30 | Ленинградский Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Гематологии И Переливания Крови | Method of determining oxygen transporting function of conserved blood |
| RU2060501C1 (en) * | 1993-02-05 | 1996-05-20 | Совместное предприятие "Вилма", (RU - DE) | Method of checking oxygen-transportation function and device for realization |
| RU2070325C1 (en) * | 1993-03-22 | 1996-12-10 | Александр Иванович Жерновой | Method for determination of saturation of hemoglobin of blood with oxygen |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| ДОБРОДЕЙ М.А., Кислороднотранспортная функция крови, уровень газотрансмиттеров и прооксидантно-антиоксидантное состояние при ХОБЛ, J. Grodno State Medical University, 2016, 2, pp. 92-96, найдено 22.04.2019 в Интернете [on line] на сайте https://cyberleninka.ru/article/v/kislorodtransportnaya-funktsiya-krovi-uroven-gazotransmitterov-i-prooksidantno-antioksidantnoe-sostoyanie-pri-hronicheskoy. * |
| ЛИПУНОВА Е.А. и др., Система красной крови. Сравнительная физиология, Белгород, БГУ, 2004, стр. 125-127, найдено 22.04.2019 в Интернете [on line] на сайте https://core.ac.uk/download/pdf/151217216.pdf. * |
| САШЕНКОВ С.П. и др., Влияние различных фармакологичнеских препаратов на поверхностный заряд мембран эритроцитов, Вестник ЮУрГУ, 2011, 7, серия "Образование, здравоохранение, физическая культура", стр. 101-104, найдено 22.04.2019 в Интернете [on line] на сайте https://dspace.susu.ru/xmlui/bitstream/handle/0001.74/2838/26.pdf?sequence=1?sequence=1. * |
| САШЕНКОВ С.П. и др., Влияние различных фармакологичнеских препаратов на поверхностный заряд мембран эритроцитов, Вестник ЮУрГУ, 2011, 7, серия "Образование, здравоохранение, физическая культура", стр. 101-104, найдено 22.04.2019 в Интернете [on line] на сайте https://dspace.susu.ru/xmlui/bitstream/handle/0001.74/2838/26.pdf?sequence=1?sequence=1. ДОБРОДЕЙ М.А., Кислороднотранспортная функция крови, уровень газотрансмиттеров и прооксидантно-антиоксидантное состояние при ХОБЛ, J. Grodno State Medical University, 2016, 2, pp. 92-96, найдено 22.04.2019 в Интернете [on line] на сайте https://cyberleninka.ru/article/v/kislorodtransportnaya-funktsiya-krovi-uroven-gazotransmitterov-i-prooksidantno-antioksidantnoe-sostoyanie-pri-hronicheskoy. ЛИПУНОВА Е.А. и др., Система красной крови. Сравнительная физиология, Белгород, БГУ, 2004, стр. 125-127, найдено 22.04.2019 в Интернете [on line] на сайте https://core.ac.uk/download/pdf/151217216.pdf. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Brandenburg et al. | Comparison of arterial and venous blood gas values in the initial emergency department evaluation of patients with diabetic ketoacidosis | |
| Kööbi et al. | Non-invasive measurement of cardiac output: whole-body impedance cardiography in simultaneous comparison with thermodilution and direct oxygen Fick methods | |
| Seguin et al. | Determination of capillary hemoglobin levels using the HemoCue system in intensive care patients | |
| Verma et al. | The interpretation of arterial blood gases | |
| Henderson | Diagnostic and prognostic use of L‐lactate measurement in equine practice | |
| Vukovac et al. | Bronchoalveolar pH and inflammatory biomarkers in newly diagnosed IPF and GERD patients: a case-control study | |
| Fontana et al. | No relationship between red blood cell distribution width and microcirculatory alterations in septic patients | |
| Neunhoeffer et al. | Non-invasive measurement of renal perfusion and oxygen metabolism to predict postoperative acute kidney injury in neonates and infants after cardiopulmonary bypass surgery | |
| Aldrich et al. | Length-normalized pulse photoplethysmography: A noninvasive method to measure blood hemoglobin, bronx, NY | |
| Steinfelder-Visscher et al. | Evaluation of the i-STAT point-of-care analyzer in critically ill adult patients | |
| Anand et al. | Determinants and short-term reproducibility of relative plasma volume slopes during hemodialysis | |
| CN108133754B (en) | The forecasting system of bleeding risk after a kind of thrombolysis | |
| Janetzko et al. | The effect of moderate hypovolaemia on microcirculation in healthy older blood donors | |
| RU2703510C1 (en) | Method for assessing the condition of blood oxygen transport function in a subject and deviations thereof from normal | |
| RU2213976C2 (en) | Method for evaluating aggregation properties of blood platelets | |
| Zimmerman et al. | Blood gas monitoring | |
| Mercier et al. | Evaluation of the influence of age on pulmonary arterial pressure by use of right ventricular catheterization, pulsed-wave Doppler echocardiography, and pulsed-wave tissue Doppler imaging in healthy Beagles | |
| Muhandiram et al. | Validity of over-the-counter finger stick glucose measurement devices in comparison with laboratory venous plasma glucose measurements on pregnant women with diabetes | |
| Karis et al. | Clinical evaluation of the Edwards Laboratories and Oximetrix mixed venous oxygen saturation catheters | |
| Kellum | Making strong ion difference the" Euro" for bedside acid-base analysis | |
| Chishti et al. | Patient monitoring techniques | |
| Schreur et al. | Use of the CDI blood parameter monitoring system 500 for continuous blood gas measurement during extracorporeal membrane oxygenation simulation | |
| Hirsch et al. | Point-of-care testing. | |
| RU2804729C1 (en) | Method for determining the risk factor for the presence of diabetic retinopathy in patients with diabetes mellitus | |
| RU2811937C1 (en) | Method of predicting death in patients with chronic obstructive pulmonary disease |