Velocidad de sedimentación globular: una caracterización impulsada por la física en un contexto médico

Summary

La velocidad de sedimentación globular (VSG) es un parámetro físico, que a menudo se utiliza en controles de salud de rutina y diagnósticos médicos. Recientemente se ha desarrollado un modelo teórico que permite extraer parámetros físicamente significativos de toda la curva de sedimentación, basado en el conocimiento coloidal moderno. Aquí, presentamos un protocolo para recopilar automáticamente la ESR a lo largo del tiempo y extraer los parámetros de este modelo reciente de esta recopilación automatizada de datos. También es probable que estos parámetros refinados mejoren el testimonio médico.

Abstract

La velocidad de sedimentación globular (o glóbulos rojos) (VSG) es un parámetro físico derivado de la sangre que se utiliza a menudo en controles de salud de rutina y diagnósticos médicos. Por ejemplo, en el caso de la inflamación, se observa una mayor VSG debido al aumento asociado de fibrinógeno y otras proteínas plasmáticas. Se creía que este aumento se debía a la formación de agregados más grandes de glóbulos rojos (RBC) causados por el aumento de fibrinógeno. De hecho, el fibrinógeno es un agente que fomenta la agregación de glóbulos rojos y, en el régimen de Stokes, se supone que se observa en agregados más grandes de sangre, sedimenta más rápido. Sin embargo, todos los modelos de mediciones de VSG basados en esta hipótesis requieren suposiciones físicas específicas adicionales, no requeridas en ningún otro sistema. Además, estudios modernos en el campo de las suspensiones coloidales han establecido que las partículas atractivas forman agregados percolantes (es decir, agregados tan anchos como el contenedor). La sedimentación de estos coloides sigue a un llamado “colapso de gel coloidal”. Recientemente, se ha demostrado que los glóbulos rojos en realidad siguen el mismo comportamiento. Esta hipótesis también permite modelar de manera eficiente y analítica la curva de sedimentación de los glóbulos rojos, de la cual se pueden extraer descriptores robustos y físicamente significativos. Este manuscrito describe cómo realizar dicho análisis y analiza los beneficios de este enfoque.

Introduction

La velocidad de sedimentación globular (VSG) es una herramienta clínica médica in vitro, introducida formalmente en la medicina basada en la evidencia durante el siglo XX 1,2,3,4. Actualmente se utiliza en todo el mundo como una prueba inflamatoria inespecífica, o para monitorear la evolución de algunas condiciones específicas 5,6,7,8. Esto se debe principalmente a un aumento en la concentración de fibrinógeno, pero también en otros componentes plasmáticos como IgM 1,9,10,11. De acuerdo con el protocolo estándar actual de Westergren, los valores de VSG se informan como la medición de la capa plasmática libre de células en un punto de tiempo dado (30 min o 1 h) después de dejar un tubo vertical de un tamaño típico de 20 cm verticalmente en reposo¹². Sin embargo, este método de medición ha sido criticado ya que se han reportado etapas cualitativamente diferentes en el proceso de sedimentación, incluyendo un retraso antes de alcanzar la velocidad máxima de sedimentación¹³. Este retraso dura más de 1 h en aproximadamente la mitad de las muestras sanas¹⁴. La velocidad durante esta fase obedece a una escala diferente a la de la segunda fase, más rápida de la sedimentación¹⁵. Restringir la lectura a la velocidad de asentamiento promedio durante la primera hora luego compara una mezcla diferente de varias propiedades de la sangre entre diferentes individuos.

Además, recientemente se ha demostrado que las consideraciones teóricas habituales detrás de este protocolo eran erróneas^16,17,18. En el hematocrito fisiológico (por encima de aproximadamente el 25%), los glóbulos rojos (RBC) no sedimentan como agregados separados, sino más bien como una red continua, llamada percolación, de RBC 17,18, obedeciendo a un conjunto diferente de ecuaciones físicas que la sedimentación de Stokes generalmente mencionada ^16,17. Se ha demostrado que considerar una descripción física basada en las mediciones resueltas en el tiempo de la sedimentación (curva completa) fue más robusto en algunos contextos médicos novedosos^19,20. Además, estas mediciones podrían ser utilizadas para arrojar luz sobre los mecanismos físicos que alteran la VSG en patologías en las que las formas celulares están alteradas^19,20. Además, una VSG lenta puede tener una interpretación médica útil, como se indica en las mediciones de una cohorte de pacientes con síndrome de neuroacantocitosis^19,20. Este artículo revisa cómo implementar prácticamente la medición de parámetros físicamente significativos, basándose en toda la cinética de ESR. Más exactamente, el método presentado aquí extrae la velocidad máxima de sedimentación U_m, cuyo valor puede corregirse para considerar el efecto del hematocrito del donante^16,17. Este parámetro es más preciso y, por lo tanto, más confiable que la medición tradicional^16,17,19,20.

Además, en algunas investigaciones fundamentales, en lugar de monitorizar el estado inflamatorio de un paciente determinado, es interesante excluir el efecto del hematocrito sobre la VSG 21,22,23, o investigar el papel de los RBC en una VSG modificada 19,20,24,25 entre diferentes donantes. Podría ser útil comparar muestras que no son directamente muestras de sangre completas de pacientes. Por lo tanto, la resuspensión de eritrocitos con un hematocrito controlado en el plasma autólogo, o en un sustituyente plasmático, podría usarse como el primer paso de la medición de la VSG. Por ejemplo, las soluciones de Dextrano 70 kDa con una concentración de 55 mg/ml en solución salina tamponada con fosfato (PBS) producen un rango de sedimentación dentro del rango de control para células sanas¹⁹. Este manuscrito también muestra cómo se deben llevar a cabo tales pasos, y que el análisis presentado también es relevante en estos casos.

Protocol

La recolección de muestras de sangre y los experimentos fueron aprobados por el “Ärztekammer des Saarlandes”, ética votum 51/18, y se realizaron después de obtener el consentimiento informado de acuerdo con la Declaración de Helsinki. Las mediciones estándar deben realizarse con sangre anticoagulada con ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) (concentración estándar de EDTA de 1,6 mg/ml en sangre, norma europea NF EN ISO 6710), en tubos de Westergren. El volumen requerido para llenar el tubo Westergren depende d…

Representative Results

Un ejemplo de una secuencia de imágenes adquirida correctamente se proporciona como Película suplementaria 1 (MovieS1.avi). Una serie de ajustes característicos del modelo se muestra para diversas condiciones en la Figura 2. La concentración de fibrinógeno se determinó a partir de la concentración de fibrinógeno en el plasma Fib0, asumiendo que el suero no tiene fibrinógeno en absoluto. Por lo tanto, Fib = C Fib0, donde C<…

Discussion

Para que el protocolo automatizado funcione de manera eficiente, es importante tener un fondo claro y una iluminación adecuada. Un fondo oscuro podría impedir la existencia de un umbral de binarización eficaz. Para muestras con alguna hemólisis, que generalmente ocurre (aumenta) con el tiempo, es importante verificar primero que el umbral de binarización elegido sea relevante tanto para las imágenes iniciales como para las finales.

Cuando se trata del proceso de binarización de la image…

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.