DE3627814A1 - Vorrichtung zur bestimmung des haematokrit - Google Patents
Vorrichtung zur bestimmung des haematokritInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung
des Hämatokrit mit einer Einrichtung zur Bestimmung
der Leitfähigkeit von Vollblut, einer Einrichtung zur
Bestimmung der Leitfähigkeit in Plasmawasser und einer
Einheit zur Meßwertregistrierung.
Der Hämatokrit ist ein wichtiger physiologischer Parameter,
der zur Beurteilung des Zustandes eines Patienten
in der Allgemeinmedizin, vor allem aber im Bereich der
Intensivmedizin, beispielsweise bei Operationen am
offenen Herzen, sowie in der Dialysebehandlung herangezogen
wird.
Zu Methoden für die Bestimmung des Hämatokrit gehört
die Leitfähigkeitsmessung. Eine Vorrichtung zur
Bestimmung des Hämatokritwerts von Blut auf Basis der
Leitfähigkeitsmessung ist beispielsweise in der
US-PS 45 47 735 sowie den darin genannten Druckschriften
beschrieben. Dabei wird eine Blutprobe zwischen zwei
Elektroden hinsichtlich ihrer Leitfähigkeit vermessen,
wobei die Sedimentation der Blutprobe im wesentlichen zu
eliminieren ist.
Eine derartige Meßanordnung setzt eine Kalibrationskurve
voraus, mit der der gemessene Leitfähigkeitswert
verglichen wird.
Darüberhinaus wird bei der bekannten Vorrichtung die
absolute Leitfähigkeit, nicht jedoch die spezifische
Leitfähigkeit gemessen, so daß die Konstanz der Zellenkonstante
Voraussetzung ist. Im übrigen ist bei diesem
Verfahren eine Temperaturstabilisierung zwingend notwendig.
Der Einsatz derartiger stationärer Vorrichtungen, bei
denen eine dem Patienten entnommene Blutprobe zwischen
zwei Elektroden plaziert wird, ist jedoch dann problematisch,
wenn Blutproben vom Patienten mit unterschiedlichen
Elektrolytspiegeln vermessen werden sollen. Die
Leitfähigkeit im Vollblut wird nämlich nicht nur vom
Hämatokrit, sondern wesentlich auch von der Leitfähigkeit
des den Strom leitenden Mediums, des Blutwassers
bzw. Plasmas bestimmt.
Diese wiederum ist stark korreliert mit dem Elektrolytgehalt,
d. h. abhängig von den Konzentrationen der
hauptsächlich die Leitfähigkeit bestimmenden Ionenarten.
So ändert sich die Plasmaleitfähigkeit bei einer Variation
der Natriumionenkonzentration von 130 auf 150 mmol/l
bei konst. Kalium von 4 mmol/l um ca. 15%. Anhand
einer bei 130 mmol/l Natrium bestimmten Kalibrationskurve
würde ein Hkt von 30% nurmehr mit 22%-23% Hkt
gemessen.
In Fällen einer Elektrolytstörung wären nach dem oben
beschriebenen Verfahren patientenspezifische Eichkurven
erforderlich. Das Verfahren versagt gänzlich, wenn sich
der Elektrolytspiegel während der Behandlung ändert,
wie z. B. bei der Dialyse oder bei der Infusion hyper-
bzw. hypoosmolarer Flüssigkeiten.
Zur Bestimmung des absoluten Hämatokritwerts bei der
extrakorporalen Dialyse ist in Biomedizinische Technik,
Band 25 (1980), Seite 286-289 ein Verfahren beschrieben
worden, bei dem jeweils der Leitfähigkeitswert von
Vollblut und von Plasmawasser bestimmt wird. Dabei wird
das Plasmawasser an einem Hämofilter aus dem Vollblut
gewonnen.
Dabei konnte festgestellt werden, daß Änderungen des
Hämatokrits mit den Änderungen des Blutvolumens korreliert
sind, sofern das Erythrozytenvolumen insgesamt
konstant bleibt.
Diese bekannte Vorrichtung weist jedoch den Nachteil
auf, daß sie, bedingt durch die Notwendigkeit, das
Plasmawasser erst durch Filtration gewinnen zu müssen,
sehr aufwendig ist. Desweiteren führt der Hämofilter
aufgrund des bekannten Gibbs-Donnan-Effekts zu einer
Verschiebung der Ionenkonzentrationen in Abhängigkeit
vom Proteingehalt. Die solchermaßen veränderte Leitfähigkeit
kann zu geringfügigen Fehlbestimmungen des
Hämatokrits von wenigen %-Punkten führen.
Insofern liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die
bekannte Vorrichtung so fortzubilden, daß in Vollblut
neben der Vollblutleitfähigkeit auch die Plasmaleitfähigkeit
und somit der absolute Hämatokritwert bestimmt
werden kann.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt dadurch, daß die Einrichtung
zur Bestimmung der Leitfähigkeit im Plasmawasser
eine natriumionen- oder chloridionenselektive Elektrode,
mit der die Konzentration der Natriumionen oder
Chloridionen unmittelbar im Vollblut bestimmt wird, und
eine Recheneinheit zur Bestimmung der Plasmaleitfähigkeit
aus dem Signal der natriumionen- oder chloridionenselektiven
Elektrode aufweist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zunächst den
Vorteil auf, daß Vollblut direkt sowohl zur Bestimmung
des Leitfähigkeitswerts von Vollblut als auch zur
Bestimmung des Leitfähigkeitswerts von Plasmawasser
eingesetzt werden kann.
Dabei wird die Leitfähigkeit des Plasmawassers im
wesentlichen durch das Natriumion oder das Chloridion
gebildet, wobei Natrium beispielsweise zu etwa 97% den
Leitfähigkeitswert bildet und Kalium sowie die übrigen
Kationen den Restwert von etwa 3% darstellen. Diese
Betrachtungsweise bezieht sich im wesentlichen auf die
hier behandelten Änderungen der Leitfähigkeit im
physiologischen Bereich. Wenn man den Leitfähigkeitsbeitrag
der Bicarbonat-Anionen als im wesentlichen konstant
ansieht (Änderungen der Bicarbonatkonzentration
von ±4 mmol/l führen zu einer Verfälschung des Hämatokritwerts
von max. 1%-Punkt), ist die Änderung der
Kationen korreliert mit einer entsprechenden Änderung
der Chlorid-Anionen. Ein selektiver Einfluß der Anionen
muß daher in erster Näherung nicht betrachtet zu werden.
Der Einsatz von ionenselektiven Elektroden ist insofern
vorteilhaft, als durch diese Elektroden die Konzentration
der Elektrolyte bestimmt wird, die von dem Erythrozytenvolumen
unabhängig ist. Die sich hieraus ergebende
Konzentration kann mit der spezifischen Leitfähigkeit
des spezifischen Ions multipliziert zum Leitfähigkeitswert
des Ions umgerechnet werden, woraus sich
die Gesamtleitfähigkeit des Plasmawassers durch entsprechende
Extrapolation errechnen läßt.
In einer weiteren Ausführungsform kann zusätzlich zu
der natriumselektiven Elektrode eine kaliumselektive
Elektrode eingesetzt werden, um die Gesamtelektrolytleitfähigkeit
im Plasma exakter, d. h. zu mindestens 99%
zu bestimmen, wobei der unbestimmte Elektrolytanteil,
der im wesentlichen auf Magnesium- und Calciumionen
zurückzuführen ist, ohne signifikanten Fehler als konstant
für die Gesamtleitfähigkeit angesehen werden
kann.
Diese ionenselektiven Elektroden werden vorteilhafterweise
in einer einzigen Vorrichtung zusammen mit einer
Leitfähigkeitsmeßeinrichtung vorgesehen, so daß sowohl
die in einer Blutprobe enthaltenen Elektrolyte als auch
die Leitfähigkeit der Blutprobe nebeneinander bestimmt
werden können, ohne daß die Abtrennung von Plasmawasser
aus dem Vollblut mittels eines Hämofilters notwendig
wäre.
Besonders vorteilhaft wird eine Durchflußeinrichtung
eingesetzt, die einen Durchflußkanal aufweist, in den
die ionenselektiven Elektroden und die Leitfähigkeitsmeßzelle
eingeschaltet sind. In einen solchen Durchflußkanal
kann mit Hilfe einer Spritze die Blutprobe
eingespritzt werden oder aber das Ende des Durchflußkanals
kann mit einer blutführenden extrakorporalen
Leitung verbunden sein, auf die eine Pumpe einwirkt,
wodurch Blut kontinuierlich durch die Durchflußmeßeinrichtung
gepumpt wird. So kann einem extrakorporalen
Blutkreislauf, der beispielsweise bei der Hämodialyse
aufgebaut wird, kontinuierlich mit Hilfe einer abzweigenden
Leitung Blut entzogen werden, das in einem
derartigen Durchflußanalysator analysiert wird. Des
weiteren kann eine deratige Blutprobe aber auch über
einen Dauerkatheter entnommen werden, der in ein Körpergefäß
eingeführt worden ist. Diese Methode kann vorteilhafterweise
zur Überwachung von Patienten auf einer
Intensivstation eingesetzt werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten werden anhand
eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die
Zeichnung erläutert.
Es zeigt die Fig. eine Prinzipskizze einer Durchflußanordnung
mit zwei ionenselektiven Elektroden und einer
Leitfähigkeitszelle gemäß der Erfindung.
In der Fig. ist die Vorrichtung zur Bestimmung des
Hämatokrits mit 10 bezeichnet. Diese Vorrichtung 10
weist ein Gehäuse 12 auf, in dem eine natriumselektive
Elektrode 14, eine kaliumselektive Elektrode 16 und eine
Leitfähigkeitszelle 18 untergebracht sind, wobei die
Elektroden 12 und 14 in an sich bekannter Weise mit
einer nichtgezeigten Referenzelektrodenanordnung
verbunden sind. Des weiteren weist das Gehäuse 12 einen
Durchflußkanal 20 auf, der mit einem Eingangsstutzen 22
und einem Ausgangsstutzen 24 in Verbindung ist.
Mit diesem Durchflußkanal 20 sind die natriumselektive
Elektrode 14, die kaliumselektive Elektrode 16 und die LF-Zelle 18 derart verbunden, daß das durch den Durchflußkanal
20 zu führende Blut mit ihnen in Berührung
kommen und somit jeweils ein Meßsignal auslösen kann.
Derartige Durchflußanordnungen sind beispielsweise aus
der DE-OS 34 16 956 bekannt, auf deren Offenbarung ausdrücklich
Bezug genommen wird. Insofern kann auf weitere
Einzelheiten der ionenselektiven Elektroden, die im
übrigen bekannt sind, verzichtet werden. Schließlich
sind Leitfähigkeitsmeßzellen ebenfalls bekannt und müssen
daher nicht im einzelnen erläutert werden.
Blut kann mit Hilfe einer nichtgezeigten Zuführungseinrichtung
dem Durchflußkanal 20 zugeführt und durch diesen
gefördert werden. Zur Messung verbleibt die Blutprobe
stationär im Durchflußkanal 20 und wird anschließend
in einem Spülvorgang aus dem Durchflußkanal mit einem
Spülfluid (Luft, Kochsalzlösung oder dgl.) verdrängt.
Das Gehäuse 12 kann weiterhin eine nichtgezeigte Thermostatisierungseinrichtung
oder eine am Durchflußkanal
angeordnete Temperaturmeßeinrichtung 26 aufweisen, um
Temperatureffekte durch Stabilisierung bzw. rechnerisch
zu kompensieren. Somit kann auch die Vorrichtung 10
thermisch mit der Umgebung im Gleichgewicht sein, ohne
daß eine Thermostatisierung notwendig wäre.
Die natriumselektive Elektrode 14, die kaliumselektive
Elektrode 16 und Leitfähigkeitszelle 18 sind mit einem
Rechner 30 verbunden, der strichliert in der Fig. dargestellt
ist. Dieser Rechner 30 weist die nachstehend
beschriebenen Einheiten auf, mit denen der Hämatokritwert
aus den Elektroden und der Leitfähigkeitszelle
abgegebenen Signalen errechnet werden kann.
In der Recheneinheit 32 bzw. 34 wird zunächst aus dem
Signal der natriumselektiven Elektrode 14 bzw. der
kaliumselektiven Elektrode 16 die Natriumkonzentration
c Na bzw. die Kaliumkonzentration c K
errechnet. Hierzu werden die ionenselektiven Elektroden
nach einem bekannten Verfahren mit Normlösungen kalibriert,
wobei die Recheneinheiten 32 und 34 zur Errechnung
der Ionenkonzentrationen die gemessenen Signale
mit Referenzsignalen vergleichen und somit die tatsächliche,
im Blut enthaltene Ionenkonzentration ermitteln.
Den in den Recheneinheiten 32 und 34 ermittelten Konzentrationswerten
wird in den Zuordnungseinheiten 36 und
38 eine empirische Konstante A bzw. B zugeordnet, so daß
sich hieraus für die Natriumkonzentrationen das Produkt
A * C Na und für die Kaliumkonzentrationen das Produkt
B * C K ergeben. Die empirischen Größen A und B werden
zuvor experimentell bestimmt und stellen somit die Fitgrößen
dar. Sie erhalten im wesentlichen die Leitfähigkeitskonstanten
der Natrium- bzw. Kaliumionen im entsprechenden
Konzentrationsbereich.
Die in den Zuordnungseinheiten 36 und 38 ermittelten
Produkte stellen somit die Leitfähigkeit der jeweiligen
Ionen Natrium und Kalium im Plasmawasser dar, zu denen
zusätzlich noch eine Konstante D hinzuzufügen ist, die
die restlichen im Blut enthaltenen Ionen Magnesium und
Kalzium berücksichtigt. Hierzu werden die in den Einheiten
36 und 38 ermittelten Werte in einem Summierer 40
zusammen mit der Konstante D zu der Plasmaleitfähigkeit
LF P addiert.
Die Leitfähigkeitsmeßzelle 18 und ggf. die Temperaturmeßeinrichtung
26 sind mit einer Einheit 42 zur Bestimmung
der Leitfähigkeit von Vollblut LF VB verbunden,
wobei der ermittelte Wert ggf. temperaturkompensiert
werden kann. Diese Einheit 42 errrechnet aus den übertragenen
Signalen diesen Leitfähigkeitswert und gibt den
ermittelten Wert an eine Einheit 44 weiter, in der aus
folgender Gleichung
der Hämatokritwert ermittelt wird, wobei K eine empirische
Fitkonstante ist.
Diese Einheit 44 wird weiterhin mit dem in dem Summierer
40 ermittelten Leitfähigkeitswert gespeist und
ermittelt so nach der vorstehenden Gleichung den Hämatokritwert.
Es hat sich gezeigt, daß der mit dieser Vorrichtung
ermittelte Hämatokritwert in Übereinstimmung steht mit
dem durch Zentrifugation gemessenen Hämatokritwert. Mit
ionenselektiven Elektroden ist es möglich, die Aktivität
von Ionen und durch einfache Umrechnung die Konzentration
von Ionen in der wäßrigen Phase des Bluts zu
bestimmen. Aus den im Vollblut mit Hilfe von ionenselektiven
Elektroden bestimmten Ionenkonzentrationen
kann man somit die Leitfähigkeit von Plasmawasser
errechnen. Mit Hilfe dieses ermittelten Plasmaleitfähigkeitswert
und des Vollblutleitfähigkeitswerts läßt
sich dann - wie oben erläutert - der Hämatokritwert
errechnen.
Wie bereits vorstehend erwähnt, können anstelle von
kationenselektiven Elektroden auch anionenselektive
Elektroden, beispielsweise eine chlorid- und ggf. eine
bicarbonatselektive Elektrode eingesetzt werden.
Die oben genannte Beziehung für Hkt kann nur für einen
relativ engen Hämatokritbereich angepaßt werden. Vorteilhaft
ist es, die Größe Hkt in einer quadratischen
oder kubischen Approximation zu verwenden, um die bekannten
Nichtlinearitäten in der Hämatokrit-Leitfähigkeitsbeziehung
mit zu erfassen. Dadurch kann der Hämatokrit
im gesamten Bereich von ca. 15%-65% bestimmt
werden.
Hierzu wird die Einheit 36 bzw. der Summierer 40 mit
entsprechenden Konstanten versehen, die in Verbindung
mit den Ionenkonzentrationen zum Plasmaleitfähigkeitswert
führen.
Claims (6)
1. Vorrichtung zur Bestimmung des Hämatokrit mit einer
Einrichtung zur Bestimmung der Leitfähigkeit von
Vollblut, einer Einrichtung zur Bestimmung der
Leitfähigkeit in Plasmawasser und einer Einheit zur
Meßwertregistrierung, dadurch gekennzeichnet, daß
die Einrichtung zur Bestimmung der Leitfähigkeit in
Plasmawasser eine natriumionenselektive Elektrode
(14) oder eine chloridionenselektive Elektrode, mit
der die Konzentration von Natriumionen oder Chloridionen
unmittelbar in Vollblut bestimmt wird, und
eine Recheneinheit zur Bestimmung der Plasmaleitfähigkeit
(32-40) aus dem Signal der natriumionenselektiven
Elektrode (14) oder der chloridinonenselektiven
Elektrode aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß zusätzliche ionenselektive Elektroden für
weitere Kationen oder Anionen in Vollblut, insbesondere
Kalium, Calcium oder Bicarbonat vorgesehen
sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Recheneinheit eine Einheit (32, 34)
zur Bestmuum- und Kaliumionenkonzentrationen
aus dem Signal der natriumionenselektiven
und kaliumionenselektiven Elektroden (14, 16), eine
Zuordnungseinheit (36, 38), mit der die in der
Einheit (32, 34) ermittelten Konzentrationswerte
jeweils mit einer Konstante versehen werden, und
einen Summierer (40) aufweist, mit der die in den
Zuordnungseinheiten (36, 38) ermittelten Werte
zusammen mit einer weiteren Konstante D addiert
werden.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bestimmung
der Leitfähigkeit von Vollblut eine Leitfähigkeitszelle
(18) und eine Einheit (42) zur Bestimmung des
Leitfähigkeitswerts aus dem von der Leitfähigkeitszelle
abgegebenen Signal aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Rechner (30) eine Einheit
(44) zur Ermittlung des Hämatokrits aus den vom
Summierer (40) abgegebenen Plasmaleitfähigkeitswert
und dem von der Einheit (42) abgegebenen Vollblutleitfähigkeitswert
aufweist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch
gekennzeichnet, daß die ionenselektiven Elektroden
(14, 15) und die Leitfähigkeitszelle (18) in einem
einen Durchflußkanal (20) aufweisenden Gehäuse (12)
vorgesehen sind.
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