Скорость оседания эритроцитов: характеристика, основанная на физике, в медицинском контексте

Summary

Скорость оседания эритроцитов (СОЭ) — это физический параметр, часто используемый при рутинных медицинских осмотрах и медицинской диагностике. Недавно была разработана теоретическая модель, позволяющая извлекать физически значимые параметры из всей седиментационной кривой, основанная на современных коллоидных знаниях. Здесь мы представляем протокол для автоматического сбора ESR с течением времени и извлечения параметров этой недавней модели из этого автоматизированного сбора данных. Эти уточненные параметры также, вероятно, улучшат медицинские показания.

Abstract

Скорость оседания эритроцитов (или эритроцитов) (СОЭ) является физическим производным параметром крови, который часто используется при рутинных медицинских осмотрах и медицинской диагностике. Например, в случае воспаления наблюдается более высокая СОЭ из-за связанного с этим увеличения фибриногена и других белков плазмы. Считалось, что это увеличение было связано с образованием более крупных агрегатов эритроцитов (эритроцитов), вызванных увеличением фибриногена. Действительно, фибриноген является агентом, способствующим агрегации эритроцитов, и в режиме Стокса, который, как предполагается, наблюдается в крови, более крупные агрегаты откладываются быстрее. Однако все модели измерений ЭПР, основанные на этой гипотезе, требуют дополнительных специфических физических допущений, не требуемых ни в одной другой системе. Кроме того, современные исследования в области коллоидных суспензий установили, что притягивающие частицы образуют просачивающиеся агрегаты (т.е. агрегаты шириной с контейнер). Оседание этих коллоидов затем следует за так называемым «коллапсом коллоидного геля». Недавно было показано, что эритроциты на самом деле следуют тому же поведению. Эта гипотеза также позволяет эффективно и аналитически смоделировать кривую седиментации эритроцитов, из которой могут быть извлечены надежные и физически значимые дескрипторы. В этой рукописи описывается, как выполнить такой анализ, и обсуждаются преимущества этого подхода.

Introduction

Скорость оседания эритроцитов (СОЭ) является медицинским клиническим инструментом in vitro, официально введенным в доказательную медицину в двадцатом веке 1,2,3,4. В настоящее время он используется во всем мире в качестве неспецифического воспалительного теста или для мониторинга развития некоторых специфических состояний 5,6,7,8. В основном это связано с увеличением концентрации фибриногена, а также других компонентов плазмы, таких как IgM 1,9,10,11. Согласно действующему стандартному протоколу Вестергрена, значения СОЭ сообщаются как измерение бесклеточного слоя плазмы в заданный момент времени (30 мин или 1 ч) после оставления вертикальной пробирки типичного размера 20 см по вертикали в состоянии покоя¹². Однако этот метод измерения подвергся критике, поскольку сообщалось о качественно различных стадиях процесса осаждения, включая задержку перед достижением максимальной скорости осаждения¹³. Эта задержка длится более 1 ч примерно у половины здоровых^{образцов14}. Скорость во время этой фазы подчиняется иному масштабированию, чем во время второй, более быстрой фазы осаждения¹⁵. Ограничение считывания средней скоростью осаждения в течение первого часа затем сравнивает различную смесь различных свойств крови у разных людей.

Более того, недавно было продемонстрировано, что обычные теоретические соображения, лежащие в основе этого протокола, были ошибочными^16,17,18. При физиологическом гематокрите (выше примерно 25%) эритроциты (эритроциты) осаждаются не как отдельные агрегаты, а скорее как непрерывная, так называемая перколяционная сеть эритроцитов 17,18, подчиняющаяся другому набору физических уравнений, чем обычно упоминаемое седиментация^{Стокса 16,17}. Было показано, что рассмотрение физического описания, основанного на измерениях седиментации (всей кривой) с временным разрешением, было более надежным в некоторых новых медицинских контекстах^19,20. Более того, эти измерения могут быть использованы, чтобы пролить свет на физические механизмы, изменяющие СОЭ при патологиях, при которых изменяются формы клеток^19,20. Кроме того, медленная СОЭ может иметь полезную медицинскую интерпретацию, как указано в измерениях когорты пациентов с синдромом нейроакантоцитоза^19,20. В данной статье рассматривается, как практически реализовать измерение физико-значимых параметров, основанных на кинетике всей СОЭ. Более точно, представленный здесь метод извлекает максимальную скорость седиментации U_m, значение которой можно скорректировать, чтобы учесть влияние гематокрита донора^16,17. Этот параметр является более точным и, следовательно, более надежным, чем традиционное измерение^16,17,19,20.

Кроме того, в некоторых фундаментальных исследованиях вместо мониторинга воспалительного состояния данного пациента интересно исключить влияние гематокрита на СОЭ 21,22,23 или исследовать роль эритроцитов в модифицированной СОЭ 19,20,24,25 между разными донорами. Может быть полезно сравнить образцы, которые не являются непосредственно полными образцами крови пациентов. Таким образом, ресуспендирование эритроцитов контролируемым гематокритом в аутологичной плазме или в плазменном заместителе может быть использовано в качестве первого этапа измерения СОЭ. Например, растворы декстрана 70 кДа с концентрацией 55 мг/мл в фосфатном буферном физиологическом растворе (PBS) дают диапазон осаждения в пределах контрольного диапазона для здоровых клеток¹⁹. В этой рукописи также показано, как должны проводиться такие шаги, и что представленный анализ также актуален в этих случаях.

Protocol

Сбор образцов крови и эксперименты были одобрены «Ärztekammer des Saarlandes», ethics votum 51/18, и проводились после получения информированного согласия в соответствии с Хельсинкской декларацией. Стандартные измерения следует проводить с этилендиаминтетрауксусной кислотой (ЭДТА) – антикоагулянтной к?…

Representative Results

Пример правильно полученной последовательности изображений приведен в виде дополнительного фильма 1 (MovieS1.avi). Ряд характерных подгонок модели показан для различных условий на рисунке 2. Концентрацию фибриногена определяли по концентрации фибриногена в плазме…

Discussion

Для эффективной работы автоматизированного протокола важно иметь четкий фон и правильное освещение. Темный фон может препятствовать существованию эффективного порога бинаризации. Для образцов с некоторым гемолизом, который обычно происходит (увеличивается) с течением времени, важно…

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.