6.5.3. Системные особенности выполнения лабораторных исследований

Анализ любой биопробы (рис. 6. ) подразумевает измерение ряда (множества) параметров {ФП}_БП различной физической природы - механических, электрических, магнитных, оптических и других (см. Приложение 1), однозначно связанных с изучаемой характеристикой или компонентом исходного вещества пробы. Поэтому здесь применяются те же физико-химические методы, что и в лабораториях, исследующих другие органические и неорганические материалы, но приспособленные для изучения “живых” биологических материалов, полученных из живых организмов.

Отметим ряд особенностей проведения аналитических исследований с биопробой, которые следует отнести к системным, так как они определяют обязательную последовательность действий с ней.

1. Биопроба должна быть извлечена из ИС без ущерба для этой ИС, для чего необходим специальный инструмент. Особенно это важно при получении биопроб из ВС организма, так как любое вмешательство в процессы жизнедеятельности сказывается на состоянии самого организма.

2. Биопроба представляет исследовательский интерес только до тех пор, пока она несет в себе информацию об ИС, из которой она взята. Со временем связь биопробы с ИС утрачивается, а значит, исчезает и полезная информация. Она должна быть размещена в контейнере для переноса ее в лабораторию, причем очень важен выбор материала, формы и других характеристик контейнера. Взятая биопроба должна быть быстро доставлена в исследовательскую лабораторию или с помощью специальных процедур законсервирована в контейнере так, чтобы исключить неуправляемые воздействия внешних факторов.

3. Объем биопробы должен быть минимальным, но представительным, чтобы судить о состоянии ИС, и достаточным для проведения с ней экспериментов.

4. В процессе конкретных исследований участвует не вся биопроба, взятая из ИС, а только некоторая ее часть – исходное вещество ИВ_БП. Это связано с тем, что на одном и том же исходном биологическом материале может быть проведено несколько исследований разными методами.

5. Исходное вещество с целью стабилизации ее характеристик должно быть дополнительно обработано, например, путем добавления антикоагулянтов или воздействия физическими факторами, поэтому ее параметры {ФП}_ИВ в общем случае могут отличаться от {ФП}_БП.

6. Прямое измерение соответствующего параметра {ФП}_ИВ часто оказывается невозможным из-за сложного состава вещества ИВ_БП и наличия примесей, которые дают те же реакции, что и интересующий исследователя компонент. Возникает необходимость в преобразованиях ИВ_БП в конечный продукт КП_ИВ (см. рис. 6. ). Целей у таких преобразований может быть две: “подготовить” ИВ_БП к соответствующей процедуре измерения (изменить агрегатное состояние, температуру, содержание воды и т.д.), либо трансформировать интересующее свойство, для которого нет параметра из набора {ФП}_ИВ, в один из параметров набора {ФП}_КП. Например, для оценки концентрации одного из компонентов биопробы используют реакцию химической трансформации ИВ_БП, при которой эта характеристика уже будет отражаться в изменениях оптической плотности КП_ИВ.

7. Все преобразования, выполняемые с биопробой или исходным веществом, называются пробоподготовкой. На разных этапах выполнения аналитического исследования функции пробоподготовки различные, а, следовательно, методы и приемы выполнения также отличаются. Пробоподготовки являются необходимой и наиболее характерной для лабораторного анализа процедурой. Они представляют собой достаточно сложную и продолжительную по времени последовательность различных операций Q_П, отличающуюся для разных методик анализа, и включают такие операции как дозирование, перемешивание, термостатирование, фракционирование, химическая трансформация и т. п. [8,34]. В общем случае способы приготовления биопроб для каждой ИС различны, что сказывается на конкретных методиках их изучения.

8. Сложной часто оказывается и последовательность операций, связанных с получением результата анализа (измерительная процедура). При использовании измерительных преобразователей, на выходе которых формируются электрические сигналы, в нее могут включаться различные операции по обработке сигналов: частотная фильтрация, модуляция-демодуляция, интегрирование, нелинейные функциональные преобразования и т.п.

Последовательность всех описанных операций, их продолжительность и условия выполнения являются принципиальными для того или иного вида исследования и образуют своеобразную систему-процесс ‑ технологический процесс (ТП) выполнения лабораторного исследования. Конкретное содержание операций в ТП определяется как исходным состоянием БП_ИС, так и алгоритмами преобразования вещества (для пробоподготовки) и электрических сигналов измерительных преобразователей (при получении числовых оценок исследуемых свойств), а также способами интерпретации результатов анализа. В то же время рассмотренные особенности получения биоматериалов позволяют представить ТП любого лабораторного исследования в виде последовательности несколько этапов, содержащих разные операции с биопробой. Такую последовательность этапов ТП, а, при необходимости, и последовательность операций каждого из этапов, удобно представить в наглядном виде с помощью функциональной (в литературе часто используется термин “технологической”) схемы [ ].

В ТП лабораторного исследования всегда можно выделить три этапа (рис. 6. ): доаналитический, аналитический и постаналитический.

Назначение первого (доаналитического) этапа определяется тем, что биологический материал может находиться в разных исходных условиях (в том числе, например, и не в стерильных), в которых нельзя отбирать биопробу. Это особенно важно при медицинских исследованиях, поэтому поверхность тела, из которого будет отбираться биологический материал, обрабатывается специальными составами. Кроме того, тщательно готовится инструмент для отбора биопробы, контейнер, определяется объем отбираемой биопробы, применяются способы ее консервации. Из ИС отбирается часть материала ‑ БП_ИС, которая затем помещается в специальный контейнер и перемещается в лабораторию.

Этот этап важен и для аналитических исследований веществ из ОС, так как его правильное выполнение исключает влияние случайных факторов, способных внести искажения в результаты.

В процессе второго (аналитического) этапа разворачивается основная технологическая процедура ЛА. Здесь из БП_ИС отделяют некоторую часть – ИВ_БП и подвергают ее обработке. Это наиболее сложная часть исследования, которая включает разнообразные операции по преобразованию ИВ_БП (множество операций {q}_ИВ), а после контакта КП_ИВ с измерительным преобразователем (ИП) и получения сигналов {u}_ИП ‑ операции по обработке сигналов (множество {q}_ИП). В ходе выполнения такой процедуры должна быть реализована однозначная связь между изучаемой характеристикой ИС и той оценкой, которая будет получена после измерения соответствующих физических параметров конечного продукта – набора параметров {ФП)_КП .

Третий (постаналитический) этап включает операции по обработке результатов исследований; их содержание целиком зависит от решаемой задачи и опыта исследователя.

Последовательности операций в виде функциональной схемы, отражающей структуру ТП, можно установить для любого лабораторного исследования. Разработка новых, более эффективных способов физико-химических и биологических воздействий на исследуемые вещества позволила значительно расширить возможности по преобразованию исходных проб и предложить новые технологические операции для выполнения лабораторных исследований, а, следовательно, и новые методики анализа.