DE3627814C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Hämatokrits durch Ermittlung der Leitfähigkeitswerte von Vollblut und von Blutplasma und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

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 Hämatokrits 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 oder Biomed. Techn., Band 27 (1982), S. 171-175, 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.

Darüber hinaus 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% nunmehr 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 der US-PS 44 84 135 ein Verfahren beschrieben worden, bei dem jeweils der Leitfähigkeitswert von Vollblut und von Plasmawasser bestimmt wird. Dabei wird das Plasmawasser an einem Ultrafilter aus dem Vollblut gewonnen und anschließend der Leitfähigkeitsmessung unterzogen.

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. Des weiteren 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.

Schließlich ist aus der FR-PS 23 08 099 ein Verfahren zur Bestimmung des Hämatokrits bekannt, bei dem einer quantitativ erfaßten Blutprobe eine bestimmte Menge Elektrolytlösung zugesetzt wird, wobei der zu bestimmende Elektrolyt der Blutprobe und der Elektrolyt der Elektrolytlösung identisch sind. Bei diesem Verfahren werden die Ausgangskonzentrationen und die Mischungskonzentration der Elektrolyte bestimmt, wobei anhand der sich ergebenden Werte der Hämatokrit errechnet werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem in Vollblut neben der Vollblutleitfähigkeit auch die Plasmaleitfähigkeit und somit der absolute Hämatokritwert bestimmt werden kann.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt dadurch, daß man den Leitfähigkeitswert vom Blutplasma in der Weise erhält, daß man die im Vollblut vorliegende Natriumionenkonzentration oder Chloridionenkonzentration mißt und aus dem erhaltenen Konzentrationswert die Plasmaleitfähigkeit errechnet.

Das erfindungsgemäße Verfahren 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 Bicarbonat-Konzentration 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 natriumionenselektiven Elektrode eine kaliumionenselektive 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 derartige 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.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Zeichnung erläutert.

Es zeigt die Figur eine Prinzipskizze einer Durchflußanordnung mit zwei ionenselektiven Elektroden und einer Leitfähigkeitszelle.

In der Figur ist die Vorrichtung zur Bestimmung des Hämatokrits mit 10 bezeichnet. Diese Vorrichtung 10 weist ein Gehäuse 12 auf, in dem eine natriumionenselektive Elektrode 14, eine kaliumionenselektive Elektrode 16 und eine Leitfähigkeitszelle 18 untergebracht sind, wobei die Elektroden 14 und 16 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 natriumionenselektive Elektrode 14, die kaliumionenselektive 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. Die Einzelheiten der ionenselektiven Elektroden sind bekannt.

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 od. 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 natriumionenselektive Elektrode 14, die kaliumionenselektive Elektrode 16 und die Leitfähigkeitszelle 18 sind mit einem Rechner 30 verbunden, der strichliert in der Figur dargestellt ist. Dieser Rechner 30 weist die nachstehend beschriebenen Einheiten auf, mit denen der Hämatokritwert aus den von den Elektroden und der Leitfähigkeitszelle abgegebenen Signalen errechnet werden kann.

In der Recheneinheit 32 bzw. 34 wird zunächst aus dem Signal der natriumionenselektiven Elektrode 14 bzw. der kaliumselektiven Elektrode 16 die Natriumionenkonzentration c _Na bzw. die Kaliumionenkonzentration 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 Natriumionenkonzentrationen das Produkt A* c _Na und für die Kaliumionenkonzentrationen das Produkt B* c _K ergeben. Die empirischen Größen A und B werden zuvor experimentell bestimmt und stellen somit Fitgrößen dar. Sie enthalten 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 Calcium 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 errechnet 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 Plasmaleitfähigkeitswerts 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 (8)

1. Verfahren zur Bestimmung des Hämatokrits durch Ermittlung der Leitfähigkeitswerte von Vollblut und von Blutplasma, dadurch gekennzeichnet, daß man den Leitfähigkeitswert von Blutplasma in der Weise erhält, daß man die im Vollblut vorliegende Natriumionenkonzentration oder Chloridionenkonzentration mißt und aus dem erhaltenen Konzentrationswert die Plasmaleitfähigkeit errechnet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man neben der Natriumionenkonzentration auch die Kaliumionenkonzentration bestimmt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Ionenkonzentrationen mit ionenselektiven Elektroden mißt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Messung der Leitfähigkeit (18), eine natriumionenselektive oder chloridionenselektive Elektrode (14) und eine Recheneinheit (30-40) zur Ermittlung der Plasmaleitfähigkeit aus dem Signal der natriumionenselektiven oder chloridionenselektiven Elektrode (14).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche ionenselektive Elektroden für weitere Kationen oder Anionen in Vollblut, insbesondere Kalium, Calcium oder Bicarbonat vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit eine Einheit (32, 34) zur Bestimmung der Natrium- und der 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 mit einer weiteren Konstante addiert werden.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit (30) eine Einheit (44) zur Ermittlung des Hämatokrits aus dem vom Summierer (40) abgegebenen Plasmaleitfähigkeitswert und dem von der Einheit (42) abgegebenen Vollblutleitfähigkeitswert aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß die ionenselektiven Elektroden (14, 16) und die Leitfähigkeitszelle (18) in einem einen Durchflußkanal (20) aufweisenden Gehäuse (12) vorgesehen sind.