Vitesse de sédimentation des érythrocytes: une caractérisation basée sur la physique dans un contexte médical

Summary

La vitesse de sédimentation érythrocytaire (VS) est un paramètre physique, souvent utilisé dans les contrôles de santé de routine et le diagnostic médical. Un modèle théorique permettant d’extraire des paramètres physiquement significatifs de l’ensemble de la courbe de sédimentation, basé sur les connaissances colloïdales modernes, a récemment été développé. Ici, nous présentons un protocole pour collecter automatiquement l’ESR au fil du temps, et extraire les paramètres de ce modèle récent de cette collecte de données automatisée. Ces paramètres affinés sont également susceptibles d’améliorer le témoignage médical.

Abstract

La vitesse de sédimentation des érythrocytes (ou globules rouges) est un paramètre physique dérivé du sang qui est souvent utilisé dans les contrôles de santé de routine et le diagnostic médical. Par exemple, dans le cas de l’inflammation, une VS plus élevée est observée en raison de l’augmentation associée du fibrinogène et d’autres protéines plasmatiques. On croyait que cette augmentation était due à la formation de plus grands agrégats de globules rouges (GR) causée par l’augmentation du fibrinogène. En effet, le fibrinogène est un agent favorisant l’agrégation des globules rouges et, dans le régime de Stokes, supposé être observé plus rapidement dans les sédiments d’agrégats sanguins plus gros. Cependant, tous les modèles de mesures ESR basés sur cette hypothèse nécessitent d’autres hypothèses physiques spécifiques, qui ne sont requises dans aucun autre système. En outre, des études modernes dans le domaine des suspensions colloïdales ont établi que des particules attractives forment des agrégats percolants (c’est-à-dire des agrégats aussi larges que le récipient). La sédimentation de ces colloïdes suit alors un « collapsus de gel colloïdal ». Récemment, il a été démontré que les globules rouges suivent en fait le même comportement. Cette hypothèse permet également de modéliser efficacement et analytiquement la courbe de sédimentation des globules rouges, à partir de laquelle des descripteurs robustes et physiquement significatifs peuvent être extraits. Ce manuscrit décrit comment effectuer une telle analyse et discute des avantages de cette approche.

Introduction

La vitesse de sédimentation érythrocytaire (VS) est un outil clinique médical in vitro, formellement introduit dans la médecine fondée sur les preuves au cours du XXe siècle 1,2,3,4. Il est actuellement utilisé dans le monde entier comme test inflammatoire non spécifique, ou pour surveiller l’évolution de certaines conditions spécifiques 5,6,7,8. Ceci est principalement dû à une augmentation de la concentration en fibrinogène, mais aussi à d’autres composants plasmatiques tels que les IgM 1,9,10,11. Selon le protocole standard actuel de Westergren, les valeurs ESR sont rapportées comme la mesure de la couche de plasma acellulaire à un point de temps donné (30 min ou 1 h) après avoir laissé un tube vertical d’une taille typique de 20 cm verticalement au repos¹². Cependant, cette méthode de mesure a été critiquée car qualitativement différentes étapes du processus de sédimentation ont été rapportées, y compris un délai avant d’atteindre la vitesse maximale de décantation¹³. Ce délai dure plus de 1 h dans environ la moitié des échantillons sains¹⁴. La vitesse au cours de cette phase obéit à une échelle différente de celle de la seconde phase, plus rapide, de la sédimentation¹⁵. En limitant la lecture à la vitesse moyenne de décantation au cours de la première heure, on compare ensuite un mélange différent de diverses propriétés sanguines entre différents individus.

De plus, il a été récemment démontré que les considérations théoriques habituelles derrière ce protocole étaient erronées^16,17,18. À l’hématocrite physiologique (au-dessus d’environ 25%), les globules rouges (GR) ne sédimentent pas sous forme d’agrégats séparés, mais plutôt sous la forme d’un réseau continu, dit percolant, de globules rouges 17,18, obéissant à un ensemble d’équations physiques différent de la sédimentation de Stokes ^16,17 habituellement mentionnée. Il a été démontré que la prise en compte d’une description physique basée sur les mesures résolues dans le temps de la sédimentation (courbe entière) était plus robuste dans certains contextes médicaux nouveaux^19,20. De plus, ces mesures pourraient être utilisées pour faire la lumière sur les mécanismes physiques altérant la VS dans les pathologies dans lesquelles les formes cellulaires sont altérées^19,20. De plus, une VS lente peut avoir une interprétation médicale utile, comme indiqué dans les mesures d’une cohorte de patients atteints du syndrome de neuroacanthocytose^19,20. Cet article examine comment implémenter concrètement la mesure de paramètres physiquement significatifs, basée sur l’ensemble de la cinétique ESR. Plus précisément, la méthode présentée ici extrait la vitesse maximale de sédimentation U_m, dont la valeur peut être corrigée pour considérer l’effet de l’hématocrite du donneur^16,17. Ce paramètre est plus précis et donc plus fiable que la mesure traditionnelle^16,17,19,20.

De plus, dans certaines recherches fondamentales, au lieu de surveiller l’état inflammatoire d’un patient donné, il est intéressant d’exclure l’effet de l’hématocrite sur la VS 21,22,23, ou d’étudier le rôle des globules rouges dans une VS modifiée 19,20,24,25 entre différents donateurs. Il peut être utile de comparer les échantillons qui ne sont pas directement des échantillons de sang complets de patients. Par conséquent, la remise en suspension des globules rouges avec un hématocrite contrôlé dans le plasma autologue, ou dans un substituant plasmatique, pourrait être utilisée comme première étape de la mesure de la VS. Par exemple, les solutions de Dextran 70 kDa avec une concentration de 55 mg/mL dans une solution saline tamponnée au phosphate (PBS) produisent une plage de sédimentation dans la plage de contrôle pour les cellules saines¹⁹. Ce manuscrit montre également comment de telles étapes devraient être menées, et que l’analyse présentée est également pertinente dans ces cas.

Protocol

Le prélèvement d’échantillons de sang et les expériences ont été approuvés par l’Ärztekammer des Saarlandes, éthique votum 51/18, et effectués après avoir obtenu le consentement éclairé conformément à la Déclaration d’Helsinki. Les mesures standard doivent être effectuées avec du sang anticoagulé à l’acide éthylènediaminetétraacétique (EDTA) (concentration standard d’EDTA de 1,6 mg/mL de sang, norme européenne NF EN ISO 6710), dans des tubes Westergren. Le volume nécessaire pour rempli…

Representative Results

Un exemple de séquence d’images correctement acquise est fourni en tant que film supplémentaire 1 (MovieS1.avi). Une série d’ajustements caractéristiques du modèle est illustrée pour diverses conditions à la figure 2. La concentration de fibrinogène a été déterminée à partir de la concentration de fibrinogène dans le Fib0 plasmatique, en supposant que le sérum ne contient aucun fibrinogène. Par conséquent, Fib = C Fib0</…

Discussion

Pour que le protocole automatisé fonctionne efficacement, il est important d’avoir un arrière-plan clair et un éclairage approprié. Un arrière-plan sombre peut empêcher l’existence d’un seuil de binarisation efficace. Pour les échantillons présentant une certaine hémolyse, qui se produit généralement (augmente) avec le temps, il est important de vérifier d’abord que le seuil de binarisation choisi est pertinent pour les images initiales et finales.

En ce qui concerne le pro…

Materials

Anticoagulant (EDTA or Heparin) tube (for blood sample)	SARSTEDT	267001 or 265	Anticoagulated blood sample to characterize
Camera EOS M50	Canon	Kit EF-M18-150 IS STM	Any camera should work, provided that sector alimentation, connection to computer for automated shooting and adapted objective are available
Centrifuge	HERMLE	302.00 V03 – Z 36 HK	Requirements: at least 3000 x g ofr 7 min.
Micro-centrifuge	MLW	TH21	or any other way to determine the hematocrit
Micro-hematocrit capilaries	Fisher scientific	11884040	or other capillaries/containers for hematocrit determination
Phosphate Buffered Saline (PBS)	ThermoFisher	10010023	1x PBS, pH 7.4, 298 Osm
Pipettes (e.g. positive displacement pipette)	Gilson	FD10006	Pipette required to manipulate blood and/or packed cells.Other models are of course suitable, but be careful to treat blood and pakced cells as highly viscous fluids.
Wax sealing plate	Hirschmann	9120101	Sealing wax for the micro-hematocrit capillaries
Westergren tubes	Praxindo	A9244560	Any other standard Wetsergren tube should work too
White background with illumination	/	/	White sheet(s) of paper behind the samples, with usual room light is perfcetly sufficient.