CC BY
152
Доклады БГУИР
Doklady BGUIR
2018, № 3 (113) 2018, No. 3 (113)
УДК 616-07
РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ НАРУШЕНИЙ ГЕМОСТАЗА, ОСНОВАННОГО НА ДАННЫХ ТРОМБОЭЛАСТОМЕТРИИ
Д.Г. РАЦКЕВИЧ1, С.К. ДИК1, Н А. ШУГАЛЕЙ2
белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, Республика Беларусь
2ООО «Вест-Эко-Мед-С», Республика Беларусь
Поступила в редакцию 19 января 2018
Аннотация. Тромбоэластометрия - это метод оценки системы гемостаза на основе непрерывного графического протоколирования стабильности сгустков крови во время их формирования и последующего фибринолиза. На основе изученных данных был разработан алгоритм дифференциальной диагностики нарушений гемостаза, основанный на данных тромбоэластометрии, который лег в основу разработки мобильного приложения для построения алгоритма исследования и интерпретации результатов тромбоэластометрии.
Ключевые слова: тромбоэластометрия, гемостаз, алгоритм, интерпретация результатов.
Abstract. Thromboelastometry is a method of assessment of system of a hemostasis based on continuous graphic recording of clots stability in time of their formation and the subsequent fibrinolysis. An algorithm for differential diagnosis of hemostasis disorders was developed based on thromboelastometry data, which served as the basis for the development of mobile applications to assist in the development of an algorithm for analysis and interpretation of thromboelastometry results.
Keywords: thromboelastometry, hemostasis, algorithm, results interpretation.
Doklady BGUIR. 2018, Vol. 113, ]Чо. 3, pp. 59-66
Development of the algorithm of differential hemostatic diagnostics based on thromboelastometry data D.G. Ratskevich, S.K. Dick, N.A. Shugaley
Введение
Тромбоэластографическая система ROTEM разработана для диагностики In vitro в месте наблюдения за пациентом (POC) или в лабораториях клиники. Система предназначена для обеспечения количественного и качественного измерения коагуляции образца крови. Система фиксирует кинетические изменения в образце цитратной цельной крови во время образования сгустков, а также при сжатии сгустка крови и\или его растворении (распадении). С этой целью измерены, исследованы, проконтролированы, обработаны и занесены в таблицы различные параметры свертывания. Графическое представление данных отражает различные физиологические явления, которые описывают взаимодействие компонентов, таких как факторы коагуляции крови и ингибиторы, фибриноген, тромбоциты и система фибринолиза. Кроме того, могут быть выявлены различные препараты, влияющие на гемостаз, в частности антикоагулянты [1].
Из-за относительной новизны метода тромбоэластометрии, при установке данной системы в учреждения здравоохранения на начальном этапе интерпретация результатов тромбоэластометрии может вызвать трудности у медицинского персонала. Для предотвращения этой проблемы было принято решение разработать мобильное приложение, позволяющее медицинским работникам правильно интерпретировать результаты полученных тестов и в соответствии с этим выбрать правильную методику лечения.
Теоретический анализ
Запатентованная технология ROTEM основана на неподвижной цилиндрической чаше и постоянно колеблющейся вертикальной оси (рис. 1).
Ось закреплена в высокоточном шарикоподшипнике и раскачивается влево и вправо с амплитудой в 4,75°. Вращение оси осуществляется с помощью двигателя, соединенного с осью эластичной пружиной.
Для измерения имеющийся пластиковый стержень диаметром 6 мм прочно закрепляется на оси, а образец крови помещается в чашу диаметром 8 мм и далее направляется вверх к измерительному каналу. Далее пластиковый стержень погружается в образец крови. Вращение детектируется оптически при помощи зеркала в верхней части оси. В качестве источника света и светочувствительного элемента (ИС на ПЗС) используется диод. Если образования сгустка не происходит, то движение осуществляется беспрепятственно. Если образуется сгусток, который размещается между поверхностями стержня и чаши, то движение затрудняется. В результате устанавливается равновесие между натяжением пружины и напряжением сгустка. По мере уплотнения сгустка, амплитуда вращения оси уменьшается. Результаты измерения обрабатываются с помощью специального программного обеспечения.
ось вращения 4,75°
образование сгустка крови
цельная кровь
Рис. 1. Принцип работы тромбоэластометра
Система ROTEM создает кривую реакции и рассчитывает различные числовые (кинетические и плотности) параметры с помощью математического анализа данной кривой.
Программное обеспечение ROTEM представляет усовершенствованный алгоритм сглаживания кривой и фильтр защиты от шума, предупреждающий возможные ошибки при возникновении механических или электронных помех. Параметры определяются в реальном времени во время тестов, рассчитаны и представлены графически в ТЕМограммах.
Как правило, результаты измерений обрабатываются согласно стандартным параметрам. На рис. 2 показаны наиболее важные стандартные параметры. На оси Y показана амплитуда в миллиметрах, на оси X - время в минутах [2].
CT Бремя свертывания
CFT Бремя образования сгустка
alpha Альфа-угол
А10 Амплитуда 10 ыин после СТ
MCF Максимальная плотность сгустка
LI 30 Индекс лизиса 30 мин после СТ
ML Максимальный лизис
Время в мин
Рис. 2. Наиболее важные стандартные параметры
Рассмотрим стандартные параметры, получаемые при проведении тромбоэластометрии.
СТ - время с момента начала теста, с момента добавления активатора свертывания, до момента, когда достигается амплитуда 2 мм. СТ указывает, насколько быстро начинается образование фибрина. Данный параметр аналогичен времени свертывания в классическом тесте на свертывание, проводимом в лаборатории. Тем не менее они не идентичны, поскольку должно быть образовано и стабилизировано больше фибрина для достижения определенной плотности сгустка, достаточной, чтобы соединить две движущиеся части ячейки для измерения. Основные факторы свертывания крови - антикоагулянты (чувствительность зависит от теста). Параметр СТ упрощает принятие решения о замещении факторов свертывания крови (например, свежезамороженная плазма, концентраты факторов свертывания крови, активированные концентраты факторов свертывания крови или ингибиторы антикоагулянта).
CFT - время между амплитудой 2 мм и амплитудой 20 мм сигнала свертывания. CFT описывает следующую фазу свертывания: динамику образования стабильного сгустка через активированные тромбоциты и фибрин. Основные факторы - количество тромбоцитов и их участие в уплотнении сгустка; уровень фибриногена и его способность полимеризироваться. Параметр CFT упрощает принятие решения о замещении концентратом тромбоцита или фибриногеном (как криопреципитат, свежезамороженная плазма, концентрат фибриногена) или обоими. Сокращенное CFT отмечено при гиперкоагуляции (так же как параметр MCF (максимальная плотность сгустка) и угол альфа). В образцах с очень низким образованием сгустка время образования сгустка может быть не достигнуто и по этой причине не определено.
MCF - измерение плотности сгустка и, следовательно, качества сгустка. Это максимальная амплитуда, которая достигается перед растворением сгустка при фибринолизе и снижением его плотности. Основные факторы - тромбоциты, фибриноген (концентрация и способность полимеризироваться), F XIII, состояние фибринолиза. Низкий MCF указывает на низкую плотность сгустка и, следовательно, возможный риск кровотечения. Значение MCF используется для упрощения принятия решения о замещении терапии концентратом тромбоцитов или фибриногеном (концентрат, криопреципитат или свежезамороженная плазма, если в наличии). Перед применением источника фибриногена, необходимо убедиться в отсутствии гиперфибринолиза, так как гиперфибринолиз может привести к возникновению нестабильного сгустка. Высокое значение MCF может указывать на гиперкоагуляцию.
Значения амплитуды через (х) минут представляют плотность сгустка. Амплитуда через (х) минут-значение - это амплитуда через определенное время х после СТ (например, А10 после 10 мин). Основные факторы - тромбоциты, фибриноген (концентрация, способность полимеризироваться), F XIII.
Параметр максимального лизиса (ML) указывает уровень фибринолиза в соответствии с максимальной плотностью сгустка (MCF), достигнутой в ходе измерения (% потерянной плотности сгустка). 5 % ML означает, что в период наблюдения MCF (максимальная плотность сгустка) понизился на 5 %. Поскольку максимальный лизис не рассчитывается на определенный момент времени, но определяется как % лизиса в конце этапа измерений, общее время рабочего цикла и время после максимального образования сгустка всегда принимаются во внимание.
В качестве скрининговых в RОТЕМ анализе используются ЕХТЕМ и ЮТЕМ тесты. ЕХТЕМ - основной тест, при котором для активации внешнего пути коагуляции используется рекомбинантный тканевой фактор. При определении параметров свертываемости крови с помощью ЕХТЕМ теста представляется информация о первичной активации и динамике образования сгустка, позволяя выявить проявления недостаточности факторов свертывания крови (внешнего пути).
При проведении ШТЕМ теста в качестве контактного активатора внутреннего пути коагуляции используют эллаговую кислоту. Тест чувствителен к дефициту факторов свертывания крови, формирующих внутренний путь коагуляции.
Кроме основных, используются дополнительные тесты. Например, использование гепариназы для инактивации гепарина (НЕРТЕМ) позволяет определить специфические действия антикоагулянтов. Проведение анализа с использованием ингибитора фибринолиза -апротинина (АРТЕМ) позволяет количественно оценить процесс фибринолиза и эффект от проводимой антифибринолитической терапии. Сравнение результатов АРТЕМ и ЕХТЕМ
позволяет выявить гиперфибринолиз, что практически невозможно установить классическими лабораторными тестами.
В FIВТЕМ тесте активность тромбоцитов ингибируют цитохалазином D. При этом тромбоэластограмма отображает участие только фибрина в формировании тромба, позволяя выявить количественные и качественные дефекты его полимеризации. Таким образом, сравнение данных FIВТЕМ и ЕХТЕМ тестов позволяет дифференцировать причину нарушений тромбообразования [3].
Анализ данных
Для составления алгоритма дифференциальной диагностики основных нарушений гемостаза были рассмотрены результаты следующих тромбоэластограмм.
Нормальная свертываемость (рис. 3). Тесты ШТЕМ и ЕХТЕМ показывают нормальную активацию свертывания (СТ в норме), нормальное образование сгустка (CFT и MCF в норме), а также стабильность формирования сгустка (отсутствие лизиса в тестах ЮТЕМ, ЕХТЕМ, FIBTEM). Тест FIBTEM показывает нормальное формирование фибринового сгустка.
CT: 67s AS: 44mm A10: 54mm CT: 200s AS: 44mm A10: 54mm
MCF: 57mm ML: -% LI60: -% MCF: 61mm ML: -% LI60: -%
CT: 66s AS: 8mm A10: 9mm CT: 74s AS: 43mm A10: 53mm
MCF: 10mm ML: -% LI60: -% MCF: 61mm ML: -% LI60: -%
Рис. 3. Пример нормальных значений тестов ROTEM
Сильно удлиненное время формирования сгустка (CFT) (рис. 4), значительно сниженная твердость сгустка (MCF) в тестах INTEM и EXTEM указывают на уменьшенную гемостатическую емкость. Нулевая линия в тесте FIBTEM (отсутствие свертывания) указывает на сильно сниженный уровень фибриногена и/или нарушенную фибриновую полимеризацию.
Рис. 4. Пример сильного увеличения времени формирования сгустка
Фибринолиз (лизис сгустка в тестах ЕХТЕМ, ШТЕМ и FIBTEM) с одинаковым пограничным значением MCF (MCF = 47 мм в тесте АРТЕМ), хороший фибриновый сгусток в тесте FIBTEM (рис. 5).
Пограничное значение твердости сгустка в ШТЕМ и ЕХТЕМ (рис. 6). Нет доказательств гиперфибринолиза. Нормальный фибриновый сгусток в тесте FIBTEM. Сравнимые результаты иногда встречаются с или без клинического кровотечения [4].
Пограничные значения величины формирования сгустка в ЕХТЕМ и ГЫТЕМ (в зависимости от исследуемой контрольной популяции) (рис. 7). Относительно высокая
твердость сгустка в FIBTEM (MCF = 37) может привести к нормальной коагуляции цельной крови, даже при наличии тромбоцитопении. В данной ситуации необходимо определить количество крови (для оценки количества тромбоцитов).
Рис. 5. Пример фибринолиза
Рис. 6. Пример пограничного значения твердости сгустка
Рис. 7. Пример пограничного значения величины формирования сгустка
Комбинированное нарушение гемостаза (рис. 8). Наблюдается гиперфибринолиз (лизис сгустка в ЮТЕМ и ЕХТЕМ), удлиненный СТ в ЮТЕМ (действие гепарина), значительно снижена твердость сгустка в АРТЕМ (указывает на нарушение образования сгустка, превышающее фибринолиз), а также отсутствие свертывания в FIBTEM (снижение фибриногена и / или полимеризации). Этот результат не совместим с клиническим нормальным гемостазом и требует быстрого комбинированного лечения.
Обнаружение гепарина (сильно удлинен СТ в тесте ШТЕМ), исправлено в тесте НЕРТЕМ (рис. 9). В данной ситуации можно подождать (короткий период полувыведения гепарина) или нейтрализовать гепарин, используя протамин (при остром кровотечении). Как видно из НЕРТЕМ, твердость сгустка уменьшается, но все еще находится в приемлемом диапазоне [5].
СТ; 88! А5: 19тт ЙШ: 23тт СТ: 6701 Л5: 19шт А10: 20тш
мер: 2(ггт М1: 100« 1160; **СР: 20тт ЛИ: 95% ИМ: ■%
СТ: Э7215 А5: -пот АЮ; -тт СТ: 99! А5: 17тт А10: 25тт
МСГ: -тт МЬ -96 1160: Г Зйтт М1: 18% 1160: ■%
Рис. 8. Пример комбинированного нарушения гемостаза
Разработка алгоритма дифференциальной диагностики нарушений гемостаза, основанного на данных тромбоэластометрии
Основываясь на данных, полученных выше, был разработан алгоритм дифференциальной диагностики и терапии нарушений гемостаза, основанный на данных тромбоэластометрии. При проведении анализа в первую очередь необходимо обратить внимание на значения СТ, CFT, MCF и ML в тестах ЮТЕМ и ЕХТЕМ. Если данные значения находятся в пределах нормы, то кровотечение могло быть вызвано хирургической причиной, присутствием варфарина, наличием у пациента тромбоцитопении или болезни фон Виллебранда.
Повышенное значение СТ в тесте ЕХТЕМ указывает на дефицит факторов свертываемости крови. При значении ML в тесте ЕХТЕМ > 15% также можно сделать вывод о дефиците факторов и провести тест АРТЕМ. Если значения СТ и/или CFT меньше аналогичных значений в тесте ЕХТЕМ, а значение MCF выше, то это свидетельствует о гиперфибринолизе. В случае, если значения равны аналогичным в тесте ЕХТЕМ - признаков гиперфибринолиза не обнаружено, присутствует дефицит фактора XII.
При повышенном значении CFT и/или пониженном значении MCF в тесте ЕХТЕМ необходимо проверить значение А10 в тесте FIBTEM. Его снижение указывает на наличие у пациента гипофибриногенемии. Если значение в норме или повышено - тромбоцитопении.
При повышенном значении CFT и/или пониженном значении MCF в тесте ГКГЕМ необходимо проверить данные показатели в тесте НЕРТЕМ. Если значения не изменились, то проверить А10 в тесте FIBTEM аналогичном способом, приведенным выше. Если значения CFT/MCF приняли нормальные значения, то можно сделать вывод о наличии свободного гепарина. При повышенном значении СТ в тесте ШТЕМ необходимо проверить аналогичный показатель в тесте НЕРТЕМ. Если показатель остался повышенным, то делается вывод о наличии у пациента дефицита факторов свертываемости, если показатель пришел к норме -о наличии свободного гепарина. Полученный алгоритм дифференциальной диагностики и терапии нарушений гемостаза представлен на рис. 10.
Рис. 10. Блок-схема алгоритма дифференциальной диагностики и терапии нарушений гемостаза
Заключение
В данной статье были рассмотрены основные примеры нарушений гемостаза. Из рассмотренных примеров можно заключить, что основными показателями для тестов INTEM и EXTEM являются клотинговое время (СТ), время формирования сгустка (CFT), максимальная твердость сгустка (MCF) и показатель максимального лизиса (ML). Для теста АРТЕМ - СТ, CFT, MCF, ML; для теста НЕРТЕМ - СТ, CFT, MCF; для теста FIBTEM -показатель амплитуды сгустка на 10-й минуте (А10). Наиболее часто выполняемыми тестами являются тест на активацию внешнего пути свертывания (EXTEM), внутреннего пути свертывания (INTEM). Наиболее часто выполняемыми дополнительными тестаями являются тест с использованием апротинина (АРТЕМ) и тест с добавлением цитохолазина D для инактивации тромбоцитов (FIBTEM). Тест на детекцию гепарина (HEPTEM) используется только при нарушении показателей в тесте INTEM. На основе полученных данных был разработан алгоритм дифференциальной диагностики нарушений гемостаза, основанный на данных тромбоэластометрии.
Список литературы
1. Adamzik M., Chapman M.P. ROTEM Delta WholeBlood Haemostasis System using Thromboelastometry. Munich: TEM Innovations GmbH, 2017. 164 p.
2. Whole blood coagulation thrombelastographic profiles employing minimal tissue factor activation / B. S0rensen [et al.] // Thromb Haemost. 2003. № 55. P. 1-8.
3. Гриневич Т.Н. Ротационная тромбоэластометрия ROTEM как новый перспективный метод оценки системы гемостаза у пациентов травматологического профиля // Новости хирургии. 2010. № 2. С. 115-122.
4. Calatzis W. Schramm M.S. Management of Bleeding in Surgery and Intensive Care // 31st Hemophilia Symposium. Hamburg, 2000. P. 55-63.
5. ROTEM Analysis Targeted Treatment of Acute Hemostatic Disorders / A. Calatzis [et al.]. Munich: TEM Innovations GmbH, 2017. 42 p.
References
1. Adamzik M., Chapman M.P. ROTEM Delta WholeBlood Haemostasis System using Thromboelastometry. Munich: TEM Innovations GmbH, 2017. 164 p.
2. Whole blood coagulation thrombelastographic profiles employing minimal tissue factor activation / B. S0rensen [et al.] // Thromb Haemost. 2003. № 55. P. 1-8.
3. Grinevich T.N. Rotacionnaja trombojelastometrija ROTEM kak novyj perspektivnyj metod ocenki sistemy gemostaza u pacientov travmatologicheskogo profilja // Novosti hirurgii. 2010. № 2. S. 115-122. (in Russ.)
4. Calatzis W. Schramm M.S. Management of Bleeding in Surgery and Intensive Care // 31st Hemophilia Symposium. Hamburg, 2000. P. 55-63.
5. ROTEM Analysis Targeted Treatment of Acute Hemostatic Disorders / A. Calatzis [et al.]. Munich: TEM Innovations GmbH, 2017. 42 p.
Сведения об авторах
Рацкевич Д.Г., магистрант кафедры электронной техники и технологии Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники.
Дик С.К., к.ф.-м.н., доцент, первый проректор Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники.
Шугалей Н.А., специалист по работе с клиентами ООО «Вест-Эко-Мед-С».
Адрес для корреспонденции
220020, Республика Беларусь,
г. Минск, пр-т. Победителей, 103, оф. 1014
OOO «Вест-Эко-Мед-С»
тел. 375-29-302-78-73;
e-mail: [email protected]
Рацкевич Дмитрий Геннадьевич
Information about the authors
Ratskevich D.G., master student of electronic technology and engineering department of Belarussian state university of informatics and radioelectronics.
Dick S.K., PhD, associate professor, first vice-rector of Belarussian state university of informatics and radioelectronics.
Shugaley N.A, customer service specialist of LLC «West-Eco-Med-S».
Address for correspondence
220020, Republic of Belarus,
Minsk, Pobediteley ave. 103, office 1014,
LLC «West-Eco-Med-S»
tel. 375-29-302-78-73;
e-mail: [email protected]
Ratskevich Dmitry Gennadievich
