Erythrocytsedimenteringshastighed (ESR) er en fysisk parameter, der ofte anvendes i rutinemæssige sundhedstjek og medicinsk diagnose. En teoretisk model, der gør det muligt at udtrække fysisk meningsfulde parametre fra hele sedimentationskurven, baseret på moderne kolloid viden, er for nylig blevet udviklet. Her præsenterer vi en protokol til automatisk at indsamle ESR over tid og udtrække parametrene for denne nylige model fra denne automatiserede dataindsamling. Disse raffinerede parametre vil sandsynligvis også forbedre det medicinske vidnesbyrd.
Erytrocyt (eller røde blodlegemer) sedimenteringshastighed (ESR) er en fysisk afledt parameter for blod, som ofte bruges i rutinemæssige sundhedstjek og medicinsk diagnose. For eksempel observeres i tilfælde af inflammation en højere ESR på grund af den tilhørende stigning i fibrinogen og andre plasmaproteiner. Det blev antaget, at denne stigning skyldtes dannelsen af større aggregater af røde blodlegemer (RBC’er) forårsaget af stigningen i fibrinogen. Faktisk er fibrinogen en agentfremmende aggregering af RBC’er og i Stokes-regimet antages at blive observeret i blodstørre aggregatsediment hurtigere. Imidlertid kræver alle modeller af ESR-målinger baseret på denne hypotese yderligere specifikke fysiske antagelser, der ikke kræves i noget andet system. Desuden har moderne undersøgelser inden for kolloide suspensioner fastslået, at attraktive partikler danner perkolerende aggregater (dvs. aggregater så brede som beholderen). Sedimenteringen af disse kolloider følger derefter et såkaldt “kolloidt gelkollaps”. For nylig har det vist sig, at RBC’er faktisk følger den samme adfærd. Denne hypotese gør det også muligt effektivt og analytisk at modellere sedimentationskurven for RBC’er, hvorfra robuste og fysisk meningsfulde deskriptorer kan ekstraheres. Dette manuskript beskriver, hvordan man udfører en sådan analyse, og diskuterer fordelene ved denne tilgang.
Erythrocytsedimenteringshastigheden (ESR) er et medicinsk in vitro klinisk værktøj, formelt introduceret i evidensbaseret medicin i løbet af det tyvende århundrede 1,2,3,4. Det bruges i øjeblikket over hele verden som en uspecifik inflammatorisk test eller til at overvåge udviklingen af nogle specifikke tilstande 5,6,7,8. Dette skyldes hovedsageligt en stigning i fibrinogenkoncentrationen, men også i andre plasmakomponenter såsom IgM 1,9,10,11. I henhold til den nuværende Westergren-standardprotokol rapporteres ESR-værdier som måling af det cellefrie plasmalag på et givet tidspunkt (30 min eller 1 time) efter at have forladt et lodret rør med en typisk størrelse på 20 cm lodret i hvile12. Denne målemetode er imidlertid blevet kritiseret, da kvalitativt forskellige stadier i sedimenteringsprocessen er blevet rapporteret, herunder en forsinkelse, før den maksimale bundfældningshastighed13 nås. Denne forsinkelse varer mere end 1 time i ca. halvdelen af raske prøver14. Hastigheden i denne fase adlyder en anden skalering end under den anden, hurtigere fase af sedimentationen15. Ved at begrænse aflæsningen til den gennemsnitlige bundfældningshastighed i løbet af den første time sammenlignes derefter en anden blanding af forskellige blodegenskaber mellem forskellige individer.
Desuden er det for nylig blevet påvist, at de sædvanlige teoretiske overvejelser bag denne protokol var fejlagtige16,17,18. Ved fysiologisk hæmatokrit (over ca. 25%) sedimenterer røde blodlegemer (RBC’er) ikke som separate aggregater, men snarere som et kontinuerligt, såkaldt perkolerende netværk af RBC’er 17,18, der adlyder et andet sæt fysiske ligninger end den normalt nævnte Stokes-sedimentering 16,17. Det har vist sig, at det at overveje en fysisk beskrivelse baseret på de tidsopløste målinger af sedimentationen (hele kurven) var mere robust i nogle nye medicinske sammenhænge19,20. Desuden kunne disse målinger bruges til at kaste lys over de fysiske mekanismer, der ændrer ESR i patologier, hvor celleformer ændres19,20. Derudover kan en langsom ESR have en nyttig medicinsk fortolkning, som angivet i målingerne af en kohorte af patienter med neuroacanthocytosesyndrom 19,20. Denne artikel gennemgår, hvordan man praktisk implementerer måling af fysisk meningsfulde parametre baseret på hele ESR-kinetikken. Mere præcist ekstraherer den her præsenterede metode den maksimale sedimentationshastighed Um, hvis værdi kan korrigeres for at overveje effekten af donorens hæmatokrit16,17. Denne parameter er mere nøjagtig og dermed mere pålidelig end den traditionelle måling16,17,19,20.
Derudover er det i nogle grundlæggende undersøgelser interessant at udelukke effekten af hæmatokrit på ESR 21,22,23 eller at undersøge RBC’ernes rolle i en modificeret ESR 19,20,24,25 i nogle grundlæggende undersøgelser mellem forskellige donorer. Det kan være nyttigt at sammenligne prøver, der ikke er direkte fulde blodprøver fra patienter. Derfor kan resuspendering af RBC’er med en kontrolleret hæmatokrit i det autologe plasma eller i en plasmasubstituent anvendes som det første trin i ESR-måling. For eksempel producerer opløsninger af Dextran 70 kDa med en koncentration på 55 mg/ml i fosfatbufret saltvand (PBS) et sedimenteringsområde inden for kontrolområdet for raske celler19. Dette manuskript viser også, hvordan sådanne trin skal udføres, og at den præsenterede analyse også er relevant i disse tilfælde.
For at den automatiserede protokol skal fungere effektivt, er det vigtigt at have en klar baggrund og korrekt belysning. En mørk baggrund kan forhindre eksistensen af en effektiv binariseringstærskel. For prøver med en vis hæmolyse, som normalt forekommer (øges) over tid, er det vigtigt først at kontrollere, at den valgte binariseringstærskel er relevant for både de indledende og endelige billeder.
Når det kommer til billedets binariseringsproces, er valget af ROI og binariseringstær…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde blev støttet af forskningsenheden FOR 2688 – Wa1336/12 fra den tyske forskningsfond og af Marie Skłodowska-Curie-tilskudsaftale nr. 860436-EVIDENCE. T.J. og C.W. anerkender finansiering fra det fransk-tyske universitet (DFH/UFA). A.D. anerkender finansiering fra Young Investigator Grant fra Saarland Universitet.
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. |