Динамика параметров биоимпедансной спектроскопии в процессе хранения крови

Аннотация

М.В. Малахов

Изучена динамика параметров биоимпедансной спектроскопии (БИС) крови в процессе её хранения. Параметры БИС образцов крови (n=18) определялись на биоимпедансном анализаторе АВС-01 «Медасс» на 0-й, 10-й и 21-й дни хранения. Гематологические показатели измерялись рутинными методами. Динамика сопротивления внеклеточной жидкости (рост в течение первых 10 дней, а затем снижение) отражает изменение гематокрита, уменьшение сопротивления внутриклеточной жидкости объясняется уменьшением внутриклеточной концентрации гемоглобина, рост Alpha объясняется увеличением среднеклеточного объёма эритроцитов, падение электрической ёмкости обусловлено снижением суммарной площади клеточных мембран вследствие гемолиза в процессе хранения крови. Метод БИС может быть использован для количественной оценки изменений, происходящих в хранящейся крови.
Ключевые слова: биоимпедансная спектроскопия, хранение крови.

05.11.17 - Приборы, системы и изделия медицинского назначения

Введение. Определение качества донорской крови имеет большое значение в медицине, так как в процессе хранения в ней происходят изменения, которые существенно снижают её пригодность для переливания [1]. Следовательно, разработка методов, которые позволят оценить изменения, происходящие в хранящейся крови, является важной задачей как для биологии, так и для практической медицины. В качестве одного из таких методов может быть использована биоимпедансная спектроскопия (БИС). Целью нашего исследования было оценить влияние процессов, протекающих в крови в процессе её хранения на параметры биоимпедансной спектроскопии.
Материалы и методы. Образцы венозной крови (n=18) объёмом 9 мл делились на три равные порции. Электрические измерения первой порции проводили в течение первого часа после забора крови (0-й день), две другие порции хранили при температуре +4 – +6оС в герметично закрытых гепаринизированных стерильных пластиковых пробирках. Измерения второй порции проводили на 10-й, а третей – на 21-й день хранения. Перед исследованием кровь в течение часа выдерживалась в помещении для исключения влияния температуры на её электрические свойства.
Параметры биоимпедансной спектроскопии (сопротивление внеклеточной, Re, Ом, и внутриклеточной Ri, Ом, жидкости, электрическая ёмкость, Cm, пФ, характеристическая частота, Fchar, кГц, параметр Alpha) определялись на биоимпедансном анализаторе АВС-01 «Медасс» в диапазоне частот от 5 до 500 кГц.
Оценка гематологических показателей (гематокрита, Ht, %, среднеклеточного объёма эритроцитов, MCV, фл, концентрации красных клеток крови, RBC, 1012/л) производилось рутинными методами.
Данные представлены как среднее арифметическое (M) ± среднеквадратическое отклонение (s). Для выявления различий между параметрами БИС крови при анализе эффектов хранения использовался однофакторный дисперсионный анализ для повторных измерений (ANOVA). Для выявления показателя, который внёс наибольший вклад в различия по параметрам БИС между образцами крови на разных сроках хранения, был использован дискриминантный анализ.
Результаты и их обсуждение. Динамика гематологических показателей в процессе хранения. По данным нашего исследования MCV повышался только в течение первых 10 дней хранения, Ht повышался в течение первых 10 дней, а потом его значение снижалось и к 21 дню достигало исходных величин. Концентрация эритроцитов уменьшалась в течение всего процесса хранения (Табл. 1).

Табл. 1.
Значения Ht, RBC и MCV крови на 0-й, 10-й и 21-й день хранения (M±s, n=18)

*,** – p<0,05; <0,01 по сравнению с 0 днём.
Рост среднеклеточного объёма был связан с набуханием эритроцитов в процессе хранения из-за поступления в них воды, снижение RBC было обусловлено гемолизом эритроцитов вследствие активации процессов перекисного окисления липидов. Повышение гематокрита в первые 10 дней хранения объяснялось ростом MCV, а дальнейшее снижение – с гемолизом красных клеток крови [1]. 
Динамика параметров БИС в процессе хранения. Результаты исследования показали, что Re в первые 10 дней хранения возрастало, а к 21 дню снижалось до исходных значений, Ri и Cm постоянно снижались, Alpha возрастала в течение первых 10 дней, а затем её значение существенно не менялось (Табл. 2).
Табл. 2.
Параметры биоимпедансной спектроскопии крови на 0, 10 и 21 день хранения (M±s, n=18)

*, **, *** – p<0,05; <0,01; <0,001 по сравнению с 0 днём, ^ – p<0,05 по сравнению с 10 днём
Известно, что сопротивление внеклеточной жидкости отражают общий объём соответственно внеклеточной и внутриклеточной жидкости в измеряемом биологическом объекте [2]. Очевидно, динамика Re в процессе хранения отражает изменение Ht, так как гематокрит связан с общим объёмом внеклеточной жидкости, то есть в данном случае, плазмы крови. Снижение Ri в процессе хранения было обусловлено ростом Ht, а значит, и увеличением общего объёма внутриклеточной жидкости, а также повышением электропроводности цитоплазмы из-за уменьшения концентрации внутриклеточного гемоглобина [3].
Электрическая ёмкость снижалась в течение всего процесса хранения (Табл. 2). По данным литературы, одним из факторов, влияющих на электрическую ёмкость, является суммарная площадь клеточных мембран [4]. По-видимому, падение Cm в течение всего периода хранения объясняется уменьшением суммарной площади клеточных мембран из-за гемолиза эритроцитов.
Fchar увеличивалась в течение всего периода хранения крови (Табл. 2). Известно, что характеристическая частота обратно пропорциональна электрической ёмкости и сумме сопротивлений внеклеточной и внутриклеточной жидкости измеряемого образца [4]. По-видимому, в нашем исследовании снижение Ri и Cm внесло больший вклад в значение характеристической частоты, чем динамика Re, чем и объясняется рост Fchar
Alpha возрастала в первые 10 дней хранения, затем значение этого показателя существенно не менялось (Табл. 2). На параметр Alpha оказывают влияние неоднородность клеточных элементов в измеряемом биологическом объекте по форме и размерам, а также размер клеток [5]. Повышение Alpha в процессе хранения, вероятно, объясняется увеличением размеров эритроцитов, а также повышением однородности крови вследствие приближения формы клеток к сферической. Таким образом, все параметры БИС менялись в процессе хранения крови.
Для выявления биоимпедансного показателя, который вносил набольший вклад в различия между параметрами БИС крови на разных сроках хранения, проведен дискриминантный анализ. По его результатам таким показателем была характеристическая частота, значение которой постоянно повышалось с увеличением срока хранения. Можно предположить, что этот параметр БИС может быть использован для количественной оценки изменений, происходящей в крови в процессе её хранения.
Вывод. Таким образом, процессы, протекающие в крови в процессе её хранения, оказывают влияние на все параметры биоимпедансной спектроскопии. Динамика сопротивления внеклеточной жидкости отражает изменение гематокрита, уменьшение сопротивления внутриклеточной жидкости объясняется уменьшением внутриклеточной концентрации гемоглобина, рост Alpha связан с увеличением MCV, падение электрической ёмкости обусловлено снижением суммарной площади клеточных мембран вследствие гемолиза в процессе хранения крови. Наибольший вклад в различия между показателями БИС крови на разных сроках хранения вносила характеристическая частота.

Литература:

1.Vandromme M.J., McGwin G. Jr., Weinberg J.A. Blood transfusion in the critically ill: does storage age matter? //Scand. J. Trauma Resusc. Emerg. Med. –2009. 17:35 doi:10.1186/1757-7241-17-35.
2.Cornisht B.H., Tomst B.J., Ward L.C. Improved prediction of extracellular and total body water using impedance loci generated by multiple frequency bioelectrical impedance analysis // Phys. Med. Biol. – 1993. – V. 38.  – P. 337 – 346
3.Pauly H., Schwan H.P. Dielectric Properties and Ion Mobility in Erythrocytes //Biophys. J. – 1966. – V. 6. – P. 621–639.
4.Grimnes S., Martinsen O.G. Bioimpedance and bioelectricity basics (2nd ed.). –L.: Academic Press. 2008. – 391p.
5.Martinsen O.G., Grimnes S., Schwan H.P. Interface Phenomena and Dielectric Properties of Biological Tissue //Encyclopedia of Surface and Colloid Science. - Marcel Dekker Inc. – 2002. – P. 2643 – 2652.