CC BY
158
АНАЛИТИЧЕСКИЕ ОБЗОРЫ
Измерения глюкозы крови по месту лечения: вопросы качества и безопасности Сообщение 2. Прецизионность и точность систем измерения глюкозы и их устойчивость к интерферирующим факторам
А. В. Тимофеев
Институт молекулярной медицины ГБОУ ВПО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова» Минздрава России
Главная аналитическая характеристика систем измерения глюкозы - точность. Она складывается из правильности и прецизионности и зависит как от конструктивных свойств самой системы, так и от многих внешних факторов, вносящих ошибки в результаты измерения. Эти факторы называют интерферирующими и разделяют на 3 группы: 1) физико-химические,
2) физиологические и патофизиологические, 3) интерферирующие вещества. В статье детально рассматриваются требования к точности разных классов систем измерения глюкозы (от лабораторных анализаторов до индивидуальных глюкометров), эффекты интерферирующих факторов и способы защиты от этих эффектов.
Ключевые слова: измерения глюкозы, аналитические характеристики, точность, прецизионность, сахарный диабет, глюкометр, исследования по месту лечения, интерферирующие факторы, гематокрит
Point-of-care blood glucose testing: reliability and safety
Report 2. Precision and analytical accuracy of glucose testing systems
and their stability against interferences
A. V. Timofeev Institute of Molecular Medicine
of I.M. Sechenov First Moscow State Medical University
Accuracy, a main measure of performance of glucose testing systems, is composed of trueness and precision. Accuracy depends on both system design and external interfering factors, which may contribute errors to the system results. These factors are usually classified as environmental, physiological,
and chemical. In this article, I discuss the requirements for accuracy of glucose testing systems (including laboratory analyzers, point-of-care systems, and self-monitoring systems), effects of interferences, and potential solutions to minimize these effects and improve accuracy.
Key words: glucose testing, analytical performance, accuracy, precision, diabetes mellitus, glucose meter, point-of-care testing, interfering factors, hematocrit
Измерения глюкозы крови занимают центральное место в лабораторном арсенале диабетологов и эндокринологов, широко применяются врачами других специальностей и служат главным средством самоконтроля у больных сахарным диабетом. Любые системы измерения глюкозы - лабораторные анализаторы, системы для измерений по месту лечения (ИМЛ-системы), индивидуальные глюкометры - должны давать достоверные показания, на которые можно с уверенностью
опереться при диагностике и лечении гипер- и гипогликемии. Это качество систем измерения глюкозы определяется их аналитическими параметрами.
Напомним, что основным аналитическим параметром систем измерения глюкозы является точность, т.е. способность давать результаты, максимально близкие к истинной концентрации глюкозы в пробе крови. Точность складывается из правильности и прецизионности самой системы измерения и, кроме того, она зависит от внешних
факторов. В предыдущем сообщении детально обсуждались понятие правильности и методы ее оценки [3]. В этом номере мы рассмотрим вторую составляющую точности -прецизионность и обсудим еще одну функциональную характеристику систем измерения глюкозы - устойчивость к интерферирующим факторам.
Прецизионность систем измерения глюкозы
Дадим определение прецизионности исходя из нормативных документов, действующих в России и за рубежом [1, 8].
Прецизионность системы измерения глюкозы - это степень близости друг к другу результатов нескольких измерений концентрации глюкозы в одной и той же пробе, выполненных с помощью данной системы.
Чтобы пояснить, как оценивают прецизионность, проведем эксперимент: с помощью госпитального глюкометра измерим концентрацию глюкозы в одной и той же пробе крови 10 раз. Допустим, мы получили следующие результаты: 5,0, 5,1, 5,1, 5,2, 5,2, 5,2, 5,2, 5,3, 5,3, 5,4 ммоль/л. Этот набор результатов можно отобразить графически в виде вариационной кривой (рис. 1).
Полученный набор характеризуется двумя параметрами - средним значением и стандартным (среднеквадра-тическим) отклонением.
Среднее значение (X) вычисляется по формуле:
X = ^,
п
где х,- результаты измерений; п - общее число измерений.
Стандартное отклонение (5) вычисляется по формуле:
s =
Чx - * )2
n -1
Стандартное отклонение является показателем разброса результатов относительно среднего, т.е. отражает ширину вариационной кривой: чем больше s, тем больше разброс и тем шире вариационная кривая. Стандартное отклонение измеряется в тех же единицах, что и исходные данные, т.е. в ммоль/л, и может принимать как отрицательные, так и положительные значения.
Более популярный показатель разброса - это коэффициент вариации (coefficient of variation, CV); его называют также относительным стандартным отклонением. CV измеряется в процентах и вычисляется по формуле:
CV = Sх 100 (%). *
Стандартное отклонение и коэффициент вариации служат количественными показателями прецизионности: чем они меньше, тем выше прецизионность. В нашем эксперименте s=0,115 ммоль/л, CV=2,2 %.
Когда системы измерения глюкозы проходят регистрационные испытания, их прецизионность проверяют тремя способами: в совершенно одинаковых, частично одинаковых и неодинаковых условиях. В первом случае говорят о повторяемости (прецизионность в условиях повторяемости), во втором - о частичной прецизионности, в третьем - о воспроизводимости (прецизионность в условиях воспроизводимости). Отличительные особенности этих способов проверки прецизионности представлены в табл. 1.
Обобщенное представление о точности систем измерения глюкозы
Итак, мы ознакомились с правильностью [3] и прецизионностью и можем теперь сформировать обобщенное представление о точности. Для этого на график (рис. 1) нанесем точку, соответствующую референтной (измеренной с помощью эталонного лабораторного ана-
40
30
ш
Я 20
10-
s=-0,115
X=5,2
s=+0,115
Вариационная кривая
—I-1-1-1-1-1-1-1-1-1
5,0 5,1 5,2 5,3 5,4
С (показание глюкометра), ммоль/л
Рис. 1. Результаты эксперимента по оценке прецизионности ИМЛ-глюкометра
В одной пробе крови 10 раз измерили концентрацию глюкозы, показания глюкометра нанесли на график (каждому показанию соответствует одна точка).
Среднее значение (X) показано сплошной вертикальной линией. Стандартное отклонение (э) показано пунктирными вертикальными линиями.
лизатора) концентрации глюкозы в пробе, которую мы использовали для оценки прецизионности госпитального глюкометра. Допустим, эта концентрация равна 5,05 ммоль/л (рис. 2).
Разность между средним значением результатов глюкометра и референтной концентрацией глюкозы будет равна систематической погрешности глюкометра (В), т.е. будет отражать его правильность. В данном случае В=5,2-5,05=0,15 ммоль/л.
Теперь еще раз перечислим полученные аналитические характеристики:
правильность: В=+0,15 ммоль/л; прецизионность: 5=+0,115 ммоль/л, С/=2,2 %. Правильность и прецизионность в совокупности характеризуют аналитическую точность испытанного госпитального глюкометра.
Иерархия и стандарты точности
В предыдущей статье [3] мы классифицировали системы измерения глюкозы на лабораторные системы, системы для ИМЛ-измерений и системы для самостоятельных измерений (например, индивидуальные глюкометры). Иерархия систем измерения глюкозы по их точности совпадает с этой классификацией: на первом месте стоят лабораторные системы, на втором - ИМЛ-системы, на третьем - индивидуальные глюкометры.
Требования к точности разрабатываются экспертами - врачами и лабораторными специалистами и затем утверждаются национальными и международными учреждениями, ответственными за стандартизацию и контроль качества медицинских исследований. В России таким учреждением является Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. В США требования к точности систем измерения глюкозы регламентируются несколькими организациями, в частности Институтом стандартизации клинических лабораторных исследований (CLinicaL and Laboratory Standards Institute, CLSI) и Управлением по надзору за качеством пищевых продуктов и лекарственных средств (Food and Drug Administration, FDA). В Европейском союзе эту функцию выполняет Международная организация по стандартизации, ИСО (International Organization for Standartization, ISO). Надо подчеркнуть, что требования ИСО считаются основополагающими не только в странах Евросоюза, но и во многих других, в частности в России и США.
Лабораторные системы
Требования к точности (правильности и прецизионности) лабораторных систем приведены в табл. 2.
Системы для ИМЛ-измерений
Международного стандарта точности для ИМЛ-систем измерений глюкозы пока нет, но уже есть руководство
Таблица 1. Характеристики экспериментов по оценке прецизионности систем измерения глюкозы [11]
Условия эксперимента Вид эксперимента
| оценка повторяемости | оценка промежуточной прецизионности | оценка воспроизводимости |
Система измерения глюкозыа Одна и та жеб Одна и та жеб Одна и та жеб
Лаборатория Одна и та же Одна и та же Разные
Сотрудник Один и тот же Разные Разные
Время между измерениями Один день Несколько дней Любое (до нескольких месяцев)
Примечание. а - система измерения глюкозы включает измерительное устройство (например, глюкометр) и реагенты (например, тест-полоски);б - в любых экспериментах по оценке прецизионности обязательно используют одну и ту же систему (одной и той же модели и марки), но разные измерительные устройства и тест-полоски разных партий.
Рис. 2. Правильность и прецизионность - составляющие точности
Результат референтного измерения концентрации глюкозы (5,05 ммоль/л) показан синей точкой. В - систематическая погрешность (показатель правильности). э - стандартное отклонение (показатель прецизионности).
Таблица 2. Требования к основным аналитическим параметрам лабораторных систем измерения глюкозы
Система B, CV,
% б % в
ГХ/МС/РИ а [7] 0,3 1,3
Гипотетический анализатор с «идеальным» уровнем точности [14] 1,8 2,3
Анализаторы высокого («мирового») уровня точности [2] 2,3 2,7
Анализаторы среднего уровня точности [2] 4,5 5,3
Анализаторы базового уровня точности [2] 6,8 8,0
Примечание.а - газовая хроматография - масс-спектрометрия с разбавлением изотопа; б - допустимая систематическая погрешность (bias);B - допустимый коэффициент вариации.
под названием «Измерения глюкозы по месту лечения при острых и хронических заболеваниях» (Point-of-care blood glucose testing in acute and chronic care facilities; POCT12-A3), разработанное в CLSI [15]. Весьма возможно, что это руководство ляжет в основу будущего международного стандарта.
Согласно POCT12-A3, к ИМЛ-системам предъявляется следующее основное требование: 95% результатов измерений глюкозы, выполненных с помощью ИМЛ-системы, должны отклоняться от референтных значений (полученных с помощью эталонного лабораторного анализатора) не более чем на 12,5% в диапазоне концентраций глюкозы >5,55 ммоль/л и не более чем на 0,67 ммоль/л в диапазоне <5,55 ммоль/л.
Системы для самостоятельных измерений
Требования к точности индивидуальных глюкометров не такие строгие, как к ИМЛ-системам. Они регламентируются стандартом ISO 15197 «Requirements for blood-glucose monitoring systems for self-testing in managing diabetes mellitus», впервые принятым ИСО в 2003 г. [9]. В России, Беларуси, Казахстане, Кыргызстане, Таджикистане, Узбекистане и Украине в настоящее время действует межгосударственный стандарт ГОСТ ISO 15197-2011 «Требования к системам мониторного наблюдения за концентрацией глюкозы в крови для самоконтроля при лечении сахарного диабета» [4]. Этот документ идентичен стандарту ISO 15197-2003.
Согласно ГОСТ ISO 15197-2011 к индивидуальным глю-кометрам предъявляются следующие требования: 95% результатов измерений глюкозы, выполненных с помощью глюкометра, должны отклоняться от референтных значений не более чем на 20% в диапазоне концентраций глюкозы >4,2 ммоль/л и не более чем на 0,83 ммоль/л в диапазоне <4,2 ммоль/л.
Недавно в Европе и США вступил в силу модифицированный, более жесткий стандарт ISO 15197-2013, согласно которому 95% результатов измерений глюкозы, выполненных с помощью глюкометра, должны отклоняться от референтных значений не более чем на 15% в диапазоне концентраций глюкозы >5,55 ммоль/л и не более чем на 0,67 ммоль/л в диапазоне <5,55 ммоль/л [10]. В настоящее время готовится русский перевод этого
стандарта, и он, вероятно, начнет действовать в России с 2015 г.
При разработке требований к точности прежде всего учитываются те задачи, которые планируется решать с помощью той или иной системы. Если, например, система предназначена для постановки диагноза СД, она должна обладать достаточно высокой точностью. Поясним это на примере.
Клинический случай
К эндокринологу обращается пациент с симптомами СД. Предположим, что истинный уровень глюкозы в плазме венозной крови у пациента равен 7,4 ммоль/л, т.е. находится в диабетическом диапазоне. Если врач измерит глюкозу откалиброванным по плазме индивидуальным глюкометром, который, согласно стандарту ИСО, имеет право ошибаться на ±20%, может получиться любой результат в диапазоне между 5,9 и 8,9 ммоль/л. В интервале показаний глюкометра 5,9-6,0 ммоль/л врач констатирует нормогликемию, в интервале 6,1-6,9 ммоль/л - пограничную гипергликемию, а в интервале 7-8,9 ммоль/л - СД. Понятно, что при использовании только данных, полученных от глюкометра, вероятность диагностической ошибки очень высока.
Если у этого же пациента измерить глюкозу с помощью госпитального глюкометра (допустимая погрешность ±12,5%), результат может попасть в любую точку между 6,5 и 8,3 ммоль/л. При этом вероятность диагностической ошибки снизится, но не исчезнет.
И, наконец, если измерить глюкозу на лабораторном анализаторе среднего или высокого уровня точности (с погрешностью не более ±4,5%), результат будет находиться между 7,07 и 7,73 ммоль/л, т.е. в любом случае попадет в диабетический диапазон. Это позволит врачу с уверенностью диагностировать СД.
Заметим, что в стандартах POCT12-A3, ISO 15197 и ГОСТ ISO 15197 четко указано, что показания госпитальных и индивидуальных глюкометров не могут служить основанием для постановки диагноза СД. Однако это не означает, что такие системы нельзя использовать в диагностическом процессе при подозрении на СД.
Почему различается точность разных систем измерения глюкозы?
Точность зависит как от правильности и прецизионности самой системы, так и от случайных погрешностей, вызванных непостоянством условий проведения анализа, например колебаниями температуры, квалификацией медработника (если речь идет о лабораторных системах или ИМЛ-системах) или навыками пациента (если речь идет об индивидуальных глюкометрах).
Лабораторные анализаторы глюкозы имеют малую систематическую погрешность (B), низкий коэффициент вариации (CV) и защищены от случайных погрешностей. Малая B обеспечивается калибровкой этих анализаторов по эталону наивысшего уровня - по стандарту уровня глюкозы SRM917 [3]. Низкий CV обусловлен тем, что для измерений глюкозы в разных пробах в лабораторном анализаторе
используется одна и та же измерительная ячейка с неизменными физико-химическими характеристиками. Защита от случайных погрешностей обеспечивается конструкцией прибора (например, термостабилизацией измерительной ячейки). Кроме того, современные лабораторные анализаторы сами отбирают из пробы крови или плазмы точный объем, требующийся для измерения. Таким путем устраняется человеческий фактор случайной погрешности.
Меньшая точность ИМЛ-систем и индивидуальных глю-кометров обусловлена тем, что они калибруются по лабораторным анализаторам, т.е. по эталонам более низкого уровня, чем SRM917, что приводит к увеличению B. Но самый главный источник погрешностей ИМЛ-систем и индивидуальных глюкометров заключается в том, что для разных проб используются различные измерительные ячейки. В некоторых ИМЛ-системах такими ячейками являются одноразовые кассеты с реагентами, в госпитальных и индивидуальных глюкометрах - тест-полоски. Малейшие колебания соотношений реагентов в реакционных зонах разных кассет или тест-полосок приводят к увеличению CV.
Точность госпитальных и индивидуальных глюкометров сильно зависит и от других случайных факторов, например от скорости выполнения анализа. Так, глюкозо-оксидазные глюкометры будут выдавать разные результаты при измерениях в только что полученной капле крови и в капле, провисевшей 10 с на кончике пальца. Происходит это потому, что кровь на воздухе быстро насыщается кислородом, который влияет на электрохимическую реакцию в тест-полоске.
Еще одна причина низкой точности госпитальных и индивидуальных глюкометров - их миниатюрность. В течение многих лет эволюция этих систем шла по пути снижения объема крови, нужного для анализа. В современных глюкометрах, вернее в их тест-полосках, используются крошечные объемы проб: от 0,3 до 2 мкл (тогда как в лабораторных анализаторах - от 5 до 25 мкл). Понятно, что линейные размеры реакционных зон в тест-полосках очень малы: от 2 до 4 мм. При изменении этих размеров всего на 0,05 мм погрешность измерения может достигать 5% [6]. Большую роль играет и качество ферментного слоя в реакционной зоне: если в этом слое есть бреши, результат измерения будет заниженным.
Интерферирующие факторы
Под этим названием объединяют любые факторы, которые тем или иным образом действуют на систему измерения глюкозы и снижают ее точность и надежность. Эти факторы, как мы уже говорили, можно разделить на 3 группы:
1) физико-химические;
2) физиологические и патофизиологические;
3) интерферирующие вещества (интерференты).
Физико-химические факторы
Температура влияет на скорость ферментативных и электрохимических реакций. Лабораторные анализаторы глюкозы не чувствительны к температуре, поскольку
измерения идут внутри анализатора, в термостабильных условиях. Напротив, госпитальные и индивидуальные глюкометры очень уязвимы для температурных колебаний, поскольку их тест-полоски находятся в окружающей среде и не могут быть термостабилизированы. Поэтому в программное обеспечение таких систем вводят алгоритмы, которые учитывают температуру и вносят соответствующие поправки в результаты измерения. Благодаря этому глюкометры могут работать в более или менее широких температурных диапазонах, указанных в инструкциях производителей (обычно от +15 до +35 оС). На краях этих диапазонов точность измерений, как правило, несколько снижается, а за их пределами резко падает. Очень важны и температурные условия хранения тест-полосок: при перегреве и замораживании ферменты в полосках частично разрушаются и погрешность измерений увеличивается.
Влажность тоже влияет на качество тест-полосок. При избыточной влажности лиофилизированные реагенты в полоске переходят в растворенное состояние. В результате начинаются спонтанные реакции, приводящие к самовосстановлению медиатора (вторичного акцептора электронов).
Парциальное давление кислорода в воздухе (PO2) -
важнейший источник помех для электрохимических глюкозооксидазных глюкометров. В тест-полосках таких глюкометров молекулы 02 конкурируют с медиатором (феррицианидом) за захват электронов, образующихся при окислении глюкозы. При высоком PO2 часть ионов феррицианида не захватывает электроны, и глюкометр выдает заниженные результаты. При низком PO2 (например, на больших высотах) глюкометр выдает завышенные результаты. Глюкозодегидрогеназные глюкометры гораздо меньше зависят от PO2.
Физиологические и патофизиологические факторы
Гематокрит. Напомним, что гематокрит - это отношение объема эритроцитов к общему объему крови. У женщин гематокрит колеблется от 37 до 47%, у мужчин - от 40 до 54%, а средним нормальным значением считается 45%. Гематокрит определяют разными способами, например путем центрифугирования в специальных капиллярах (рис. 3А).
Глюкоза в крови равномерно распределена в водной фазе. Вода содержится как в плазме, так и в эритроцитах. При нормальном гематокрите водная фаза в плазме составляет ~93%, в эритроцитах —80%, а в цельной крови - ~84%. Поэтому концентрация глюкозы (CJ в плазме превышает Сгл в цельной крови примерно на 11,1%. Это следует из простейшего расчета: 93:84 = 1,107. Например, если Сгл в плазме, измеренная на лабораторном анализаторе, равна 10 ммоль/л, то при нормальном гематокрите (45 %) Сгл в цельной крови, измеренная глюкометром, будет меньше примерно на 1,11, т.е. 9 ммоль/л. Отметим, что коэффициент 1,11 рекомендован Международной федерацией клинической биохимии и лабораторной медицины (International Fédération of CLinicaL Chemistry and Laboratory Medicine, IFCC) для пересчета Сгл, измеренной в цельной крови, в Сгл в плазме.
ОНЕТОиСН
УепоРго+
«моль/л
Безопасность: возможность многократной дезинфекции и автоматическое удаление тест-полоски обеспечивают инфекционный контроль
Надежность: точность измерений при использовании капиллярной, венозной и артериальной крови
Простота использования: без кодирования, предназначен для проведения тестирования большого количества пациентов
ЫГЕБСЛМ
~ а^ойштж^оЯнмжсотрапу
Бесплатная горячая линия ЫТеЭсап в России: 8-800-200-83-53 www.lifescan.ru
¡3
о
Ь
ЕСЬ С ИНС
При одной и той же Сгл в плазме снижение гематокрита ведет к увеличению, а повышение гематокрита - к уменьшению Сгл в цельной крови. На лабораторных анализаторах Сгл обычно измеряют в плазме, поэтому результат не зависит от гематокрита. Напротив, в госпитальных и индивидуальных глюкометрах пробой служит цельная кровь, и гематокрит очень сильно влияет на результат измерения (рис. 3Б).
В современных госпитальных и индивидуальных глю-кометрах есть специальные устройства и программы, корректирующие результат измерения в зависимости от гематокрита. Индивидуальные глюкометры надежно работают при гематокрите в пределах 25-55%, а госпитальные - в пределах 20-60%. Однако гематокрит может выходить за эти пределы при эритропении (например, при тяжелых анемиях) и эритроцитозе (у больных сердечно-сосудистыми и легочными заболеваниями; людей, длительно находящихся на больших высотах; а также при уменьшении объема плазмы). Сильные сдвиги гематокрита наблюдаются и при других состояниях, например при тяжелых инфекциях, болезнях почек. Во всех этих случаях глюкометры могут выдавать результаты, отклоняющиеся от результатов лабораторных анализаторов на 5-20%.
Насыщение крови O2 (парциальное давление кислорода в крови, PO2) влияет на процессы измерения глюкозы так же, как Р02 в воздухе. В крови 02 содержится главным образом в эритроцитах, но некоторая его часть растворена в плазме. Вместе с плазмой молекулы 02 попадают в реакционную зону тест-полоски, где они захватывают часть электронов, образующихся при окислении глюкозы, и захваченные электроны «не доходят» до медиатора. Этот захват учитывается глюкометром
в виде поправки к результату измерения (подобно поправке на гематокрит). Однако если Р02 в крови намного превышает норму, захват электронов усиливается, и глюкометр выдает заниженный результат. Если же Р02 будет намного ниже нормы, глюкометр выдаст завышенный результат.
Повышение Р02 в крови наблюдается очень редко: только у пациентов на гипербарической оксигенации. Снижение Р02 встречается гораздо чаще: при хронических обструктивных заболеваниях легких (например, у больных эмфиземой легких или хроническим бронхитом), а также при быстром подъеме на большие высоты без кислородного аппарата (например, у альпинистов или летчиков). Здесь надо отметить, что все современные госпитальные и индивидуальные глюкометры откалибро-ваны так, чтобы правильно измерять концентрацию глюкозы на высотах до 3000 м.
Триглицериды. В норме уровень триглицеридов в плазме крови не превышает 2,8 ммоль/л. При очень сильном повышении уровня триглицеридов они как бы вытесняют воду из плазмы, из-за чего объем той части плазмы, в которой растворена глюкоза, уменьшается. Поэтому при измерениях глюкозы в пробах крови пациентов с гипертриглицеридемией может получаться заниженный результат. Однако все современные глюкометры безошибочно измеряют глюкозу при уровнях триглицеридов до 30 ммоль/л. Более высокие уровни триглицеридов на практике не встречаются почти никогда.
Кетоацидоз - опасное острое осложнение сахарного диабета, особенно характерное для больных сахарным диабетом типа 1 (СД1). При кетоацидозе в плазме накапливаются ацетон, р-оксимасляная и ацетоуксусная кислоты. В результате плазма сильно закисляется (рН стано-
22%
Гематокрит
45%
Плазма: 10 ммоль/л Цельная кровь: 9,6 ммоль/л
66%
Плазма: 10 ммоль/л Цельная кровь: 9 ммоль/л
Плазма: 10 ммоль/л Цельная кровь: 8,2 ммоль/л
Гематокрит=(У, /V.) х 100%
а,
Рис. 3. Влияние гематокрита на результаты глюкометров. А. Определение гематокрита методом центрифугирования в капилляре.
Б. Изменения концентрации глюкозы (СГЛ) в цельной крови в зависимости от величины гематокрита
А
Б
вится ниже 7,2). Это приводит к занижению результатов при измерении глюкозы любыми глюкометрами.
Дегидратация наблюдается при многих заболеваниях, в частности при кетоацидозе у больных СД1 и при ги-перосмолярной гиперосмотической коме у больных сахарным диабетом типа 2 (СД2). Из-за дегидратации уменьшается содержание воды в плазме и одновременно увеличивается гематокрит. Эти сдвиги особенно выражены в капиллярной крови, поэтому они приводят к заниженным результатам при измерениях глюкозы любыми глюкометрами.
Интерференты
Измерение глюкозы в электрохимических госпитальных и индивидуальных глюкометрах основано на ее окислении ферментами и на переносе электронов от медиатора к электроду. Любые вещества, влияющие на эти процессы, называют интерферирующими веществами или интерферентами.
Примером естественного интерферента может служить мочевая кислота - конечный продукт метаболизма пуринов в самых разных тканях и органах. Она поступает из тканей в кровь, растворяется в плазме и выводится из организма почками. В норме уровень мочевой кислоты в плазме не превышает 420 мкмоль/л. Мочевая кислота может окисляться в реакционной зоне тест-полосок без участия ферментов. При этом появляются «лишние» электроны, из-за чего результат измерения глюкозы может оказаться завышенным. Однако этот эффект мочевой кислоты сказывается только при очень высоких ее уровнях в плазме (>500 мкмоль/л). Такие высокие уровни мочевой кислоты наблюдаются у людей с тяжелой подагрой.
Известно множество лекарственных средств-интерферентов. Эффекты некоторых из них описаны в табл. 3.
Защита систем измерения глюкозы от интерферентов
Лабораторные анализаторы глюкозы практически не подвержены влиянию интерферентов, поскольку пробы, используемые в таких системах, перед измерением разводятся в десятки и сотни раз. Напротив, госпитальные и индивидуальные глюкометры очень уязвимы для интерферентов. Поэтому производители глюкометров разрабатывают устройства и алгоритмы, которые учитывают и корректируют эффекты интерферентов. В качестве примера в сильно упрощенном виде опишем технологию SmartScan, разработанную для госпитального глюкометра OneTouch VerioPro+ (LifeScan Johnson & Johnson, США). Эта технология основана на 2 идеях. Первая - это использование 2 пространственно разделенных рабочих электродов -золотого и палладиевого. Палладиевый электрод покрыт смесью фермента и медиатора. На поверхности этого электрода при приложении разности потенциалов происходит окисление восстановленного медиатора (т.е. медиатора, захватившего электроны, образовавшиеся при окислении глюкозы). При этом возникает электрический ток, величина которого пропорциональна концентрации глюкозы в пробе. Кроме того, на поверхности палладиевого электрода окисляются и присутствующие в пробе интерференты, например мочевая кислота. Это приводит к увеличению тока, регистрируемого на палладиевом электроде. На золотом электроде нет фермента и медиатора, поэтому при приложении разности потенциалов на нем окисляются только интерференты. Разность между величинами токов от пал-
Таблица 3. Влияние лекарственных средств на результаты госпитальных и индивидуальных глюкометров
Препарат Фармакологические свойства, когда применяется Глюкометр Ошибка
Парацетамол Анальгетик. Головная боль, боли в суставах и мышцах, лихорадка ГО ГД
Аскорбиновая кислота Витамин С. Гиповитаминоз С, физические и умственные перегрузки, кровотечения, плохое заживление ран и другие состояния и заболевания ГО ГД
Леводофа Антипаркинсоническое средство ГО ГД
Дофамин Сосудосуживающее средство. Сердечно-сосудистая ГО Т
недостаточность, почечная недостаточность, шок
ГД т
Ксилоза Диагностическое средство. Диагностика заболеваний ГО Нет
кишечника и поджелудочной железы ГД т
Икодекстрин Осмоактивное средство. Перитонеальный диализ ГО Нет
при хронической почечной недостаточности ГД т
Маннитол Осмоактивное средство. Отек мозга, глаукома ГО I
ГД I
Мальтоза Дисахарид, входит в состав препаратов железа и карнитина ГО Нет
ГД Т
ГО - глюкозооксидазные глюкометры.
ГД - глюкозодегидрогеназные глюкометры.
1 - занижение результата, 1 - завышение результата, I - возможны оба вида ошибок.
ВРЕМЯ ТЕСТА - 5 СЕКУНД
Начало реакции
ПОДАЧА
ИЗМЕРЕННЫМ СИГНАЛ
ФАЗА 1 ФАЗА 2 ФАЗА 3
шшшш
+20 мВ +300 мВ
е- е- ня
Pd Au Pd Au Pd Au
-- 500 СКАНИРОВАНИЙ--►
Распознавание контрольного раствора или образца крови
Проверка на правильность нанесения образца
Коррекция влияния интерферентов
Контроль скорости окисления глюкозы
Определение недостаточного количества образца
Рис. 4. Технология SmartScan
Таблица 4. Лекарственные средства-интерференты
Результат измерения уровня глюкозы
Соотнншение токов в различные моменты измерения рассчитывается и используется для оценки влияния гематокрита и интерферентов
Измерение окисленной глюкозы
Коррекция влияния интерферентов
Проверка на ошибки
0
1
2
3
4
5
Вещество Высокая терапевтическая концентрация, ммоль/л Максимально допустимая концентрация, ммоль/л Вещество Высокая терапевтическая концентрация, ммоль/л Максимально допустимая концентрация, ммоль/л
Ацетаминофен 0,20 1,12 Гидрохлортиазид 0,0672 0,019
Теофиллин 0,11 0,18 Гидрокодон 1,7х10-4 6,67х10-4
Ампициллин 0,051 0,15 Ибупровен 0,34 2,3
Атенолол 0,008 0,036 Инсулин N/A N/A
Аторвастатин 0,048 0,0128 Леводопа 0,02 0,048
Цефазолин 0,88 5,01 Лидокаин 0,03 0,05
Хлорпропамид 1,30 2,54 Лизиноприл 250 640
Циметидин 0,030 0,077 Маннитол 32,9 93,70
Дигоксин 2,6х10-6 7,3х10-6 Метформин 0,03 0,30
Добутамин 0,15 0,39 Метилдопа 0,04 0,068
Допамин 0,002 0,005 Фенитоин 0,08 0,19
Эфедрин 6,1х10-4 0,011 Пиоглитазон 0,04 0,11
Эпинефрин 0,00175 0,00502 Пралидоксим иодид (РАМ) 4,76 Не используется для пациентов на РАМ-терапии
Эритромицин 0,03 0,079
Эзетимиб 0,0081 0,023
Фенофибрат 0,04 0,12
Фуросемид 0,09 0,17 Прокаинамид 0,05 0,099
Гентамицин 0,02 0,017 Хинидин 0,02 0,029
Гентизиновая кислота 0,04 0,11 Солицилат 2,17 4,16
Глимепирид 0,0055 0,015 Симвастатин 0,06 0,18
Глипизид 0,00224 0,00426 Тетрациклин 0,01 0,32
Глибурид 0,0012 0,0038 Толазамид 0,11 0,30
Гидралазин 0,62 1,87 Толбутамид 0,40 2,29
Аскорбиновая кислота 0,114 0,32 Варфарин 0,010 0,031
Примечание. На устойчивость к этим веществам проверены госпитальные глюкометры OneTouch VerioPro + производства компании LifeScan Johnson & Johnson, США [12].
ладиевого и золотого электродов показывает, в какой мере ток на палладиевом электроде создается за счет окисления глюкозы, а в какой - за счет окисления интерферентов. Таким путем удается оценить эффекты интерферентов и внести соответствующие поправки в результат измерения [5].
Вторая идея технологии SmartScan заключается в сканировании пробы - многократном измерении токов переменного направления в реакционной зоне тест-полоски [13]. Проба сканируется 500 раз за 5 с, что дает огромный массив данных, который обрабатывается статистической программой. Сканирование позволяет учесть и скорректировать не только эффекты химических интерферентов (мочевой кислоты и других метаболитов, лекарственных средств), но и эффекты гематокрита, а также проверить скорость заполнения тест-полоски и объем пробы в реакционной зоне (рис. 4).
Учреждения по стандартизации и контролю качества медицинских исследований (ISO, FDA, CLSI) предъявляют все более и более жесткие требования к госпитальным и индивидуальным глюкометрам в отношении их устойчивости к интерферентам. В связи с этим производители включают в протоколы испытаний новых глюкометров все больше и больше известных и потенциальных интерферентов. Вот как выглядит, например, список веществ, на устойчивость к которым был проверен госпитальный глюкометр OneTouch VerioPro+ (табл. 4).
Итак, мы рассмотрели аналитические параметры систем измерения глюкозы и одну из их функциональных характеристик - устойчивость к интерферентам. В следующей статье мы ознакомимся с клиническими характеристиками госпитальных и индивидуальных глюкометров и с принципами их безопасного использования.
СВЕДЕНИЯ О ВЕДУШЕМ АВТОРЕ
Тимофеев Алексей Валентинович - кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник, руководитель группы диабетологических исследований Института молекулярной медицины ГБОУ ВПО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова» Минздрава России E-mail: [email protected]
ЛИТЕРАТУРА
1. Государственный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002. Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 1. Основные положения и определения. - М., ГОССТАНДАРТ России, 2002.
2. Национальный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р 53133.1-2008. Технологии лабораторные клинические. Контроль качества клинических лабораторных исследований. Часть 1. Пределы допускаемых погрешностей результатов измерения аналитов в клинико-диагностических лабораториях. - М., Стандартинформ, 2009.
3. Тимофеев А. В. Измерения глюкозы по месту лечения: вопросы качества и безопасности. Сообщение 1. Классификация и аналитические характеристики методов измерения глюкозы // Эндокринология: новости, мнения, обучение. - 2014. - №1/2. - С. 38-46.
4. Федеральное агентство РФ по техническому регулированию и метрологии. Межгосударственный стандарт ГОСТ ISO 15197-2011. Системы диагностические in vitro. Требования к системам мониторного наблюдения за концентрацией глюкозы в крови для самоконтроля при лечении сахарного диабета. - М., Стандартинформ, 2013.
5. Chatelier R.C., Hodges A.M., Verity B. Methods and apparatus for analyzing a sample in the presence of interferents US Patent 8163162B2, 2012.
6. Ginsberg B.H. Factors affecting blood glucose monitoring: sources of errors in measurement // J. Diabetes Sci. Technol. - 2009. - Vol. 3. - P. 903-913.
7. Hannestad U., Lundblad A. Accurate and precise isotope dilution mass spectrometry method for determining glucose in whole blood // Clin. Chem. - 1997. - Vol. 43. - P. 794-800.
8. International Organization for Standardization. International Standard ISO 5725-1. First Edition. Accuracy
(trueness and precision) of measurement methods and results - Part 1: General principles and definitions. International Organization for Standardization, 1994.
9. International Organization for Standardization. International standard EN ISO 15197:2003. In Vitro diagnostic test systems: requirements for blood-glucose monitoring systems for self-testing in managing diabetes mellitus. ISO, 2003.
10. International Organization for Standardization. International standard ISO 15197. Second Edition. 201305-15. In Vitro diagnostic test systems: requirements for blood-glucose monitoring systems for self-testing in managing diabetes mellitus. ISO, 2013.
11. LauA.T. What Are Repeatability and Reproducibility? ASTM Standartization News: http://www.astm.org/SNEWS/ MA_2009/datapoints_ma09.html.
12. LifeScan Johnson & Johnson Co. OneTouch® Verio®Pro+ Blood Glucose Monitoring System: Evaluation of a system designed for multi-patient use by healthcare professionals. 2012 Document #95035 6/12 AW 099-919A.
13. LifeScan Johnson & Johnson Co. OneTouch® Verio®Pro+ blood glucose monitoring system: technical brochure. LifeScan Europe, Division of Cilag GmbH International, 2013, Document AW 099-914B.
14. Ricos C., Ramon F., Satas A. et at. Minimum analytical quality specifications of inter-laboratory comparisons: agreement among Spanish EQAP organizers // Clin. Chem. Lab Med. - 2012. - Vol. 50. - P. 455-461.
15. Sacks D.B., Bruns D.E., Horton J. et at. Clinical and Laboratory Standards Institute. POCT12-A3: point-of-care blood glucose testing in acute and chronic care facilities; approved guideline. - 3rd ed. - CLSI, 2013. - P. 1-64.
