Tomchuk_POSІB_VET_BІOHІMІJa

3.3. БІОХІМІЧНІ АНАЛІЗАТОРИ У ЛАБОРАТОНІЙ ДІАГНОСТИЦІ

3.3.1 Біохімічні аналізатори: принципи роботи та сфери використання

Сучасні автоматичні аналізатори дають можливість визначати цілий ряд важливих параметрів, дані про які сприяють швидкій постановці правильного діагнозу.

Одним з найбільш незамінних у діагностиці пристроїв виступає біохімічний аналізатор. Цей прилад дозволяє оперативно виконувати як біохімічні, так і клінічні дослідження біологічних рідин.

Перелік найпоширеніших показників клініко-біохімічних досліджень крові при використанні у лабораторній діагностиці біохімічних аналізаторів:

ензими: аланінамінотрансфераза, аспартатамінотрансфераза; амілаза, гаммаглугамілтранспетидаза, креатинкіназа, креатинкі- наза-МБ, лактатдегідрогеназа, ліпаза, холінестераза, лужна фосфатаза;

іони: залізо, кальцій, магній, мідь, фосфат, цинк; субстрати: альбумін, білок загальний, білок у сечі, біліру-

бін загальний, білірубін прямий, глюкоза, креатинін, сечова кислота, сечовина, триацилгліцероли, холестерол загальний, холестерол ЛПВЩ, холестерол ЛПНЩ.

специфічні білки: аполіпопротеїн А, аполіпопротеїн В, гемоглобін глікозильований, трансферин, С-реактивний білок, С3, С4,

IgA, IgG, IgM.

Отримання точних результатів за допомогою біохімічних аналізаторів засновано на поєднанні передових оптичних, механічних та комп’ютерних технологій в єдиному діагностичному приладі.

Ключові характеристики біохімічного автоаналізатора:

принцип роботи – автоматичний/напівавтоматичний;

продуктивність;

кількість проб і реагентів, що розміщуються “на борту” при-

ладу;

311

можливість роботи з наборами реагентів різних виробників (відкритість системи);

витрата реагентів і проб на один аналіз;

надійність приладу;

ергономічність, користувальницький інтерфейс;

вимоги до умов експлуатації.

Біохімічні аналізатори використовуються в оснащенні діагностичних лабораторій будь-якого рівня, що викликано необхідністю впровадження в практику сучасних методів ранньої лабораторної діагностики потенційно фатальних патологій для їх своєчасної профілактики та ефективної терапії.

Аналітичні характеристики

Відтворюваність результату біохімічного аналізу залежить

від:

відтворюваності дозування проби;

дозування реагентів;

фотометричного вимірювання.

Більшість сучасних біохімічних аналізаторів дозволяє виконувати фотометричні і турбодиметричні дослідження «по кінцевій точці» і в кінетичному режимі. Математичне забезпечення біохімічного аналізатора залежить від його класу і програмного забезпечення. Більшість сучасних аналізаторів вже містять програми роботи з нелінійними калібруваннями і верифікацію результатів за правилами Вестгарда, побудова карт Леві-Дженнінгса.

Для ефективної роботи лабораторії, необхідно, щоб робочий простір було організовано компактно і зручно. Не в усіх приладів є можливість дозавантаження тестів під час роботи.

Режим доступу до тестів:

система «тест за тестом» – пакетний доступ, при якому для всіх зразків система визначає спочатку один параметр, потім наступний і т.д. (подібна система характерна для аналізаторів, обладнаних проточною кюветою);

система «пацієнт за пацієнтом» і/або «тест за тестом» – вільний доступ (RandomAccess), при якому можна обрати режим «визначення всіх параметрів для одного зразка», або, як і при пакетному режимі, визначити один і той же параметр в усіх зразках. Ця систе-

312

ма володіє всіма перевагами. Пакетна система дозволяє прово-дити екстрене визначення будь-якого параметра (Stat-дослідження), однак вимагає кваліфікованого призначення черговості тестів або ретельної специфічної промивки між певними типами аналізів. У найсучасніших аналізаторах ця проблема вирішена шляхом введення списків тестів, заборонених до послідовної постановки, або за допомогою одноразових реакційних кювет.

Конструкція блоків для реагентів, проб і реакційного вузла:

Перший тип – це “лінійний” реагентний блок, що представляє собою стрип з гніздами для кювет з реагентами. Серйозним недоліком такої конструкції є необхідність перенесення реагентів з промислових ємностей в спеціальні кювети: по-перше, на цьому етапі можливе забруднення реагентів, по-друге – частина реагенту завжди залишається в кюветі та не підлягає поверненню в основну ємність.

Другий тип блоку реагентів – “карусель”, в яку поміщають реагенти в “промислових” флаконах. При такій конструкції паркан реагенту здійснюється практично повністю, помилки, забруднення реагенту і його втрати на цьому етапі виключені. У найсучасніших моделях реагентна карусель охолоджується до 10–15° С.

Аналізатори можна розбити на кілька основних класів:

1. Прилади компакт-класу. Це невеликі прилади невисокої продуктивності – 80–120 тестів на годину, як правило, з одним дозатором, деякі ще з проточною кюветою, з 10–30 позиціями для проб, мінімальним об’ємом дозування реагентів до 500 мкдм3 (для приладів застарілої конструкції), хоча самі сучасні мають непогані показники в 200–300 мкдм3. Таким приладом можна обладнати КДЛ з кількістю тестів – 200–400 за добу.

2. Прилади середнього класу. Це аналізатори з реальною продуктивністю 120–250 тестів за годину. Може бути як один, так і два дозатора, 30–50 позицій для проб і реагентів, мінімальний обсяг дозування – 180–250 мкдм3. Фотометричні вимірювання в аналізаторах такого класу зазвичай здійснюється безпосередньо в реакційних кюветах. Це розумний вибір для КДЛ з необхідністю виконання 400–1000 тестів за добу.

313

3. Прилади високого класу. Це прилади з продуктивністю в 250–400 тестів за годину. Два, а іноді і три дозатори, 60–100 позицій для проб і реагентів. Такі аналізатори вкрай рідко управляяються вбудованими комп’ютерами, принтер, як правило, теж зовнішній. На такому приладі можна легко виконувати до 2000 тестів за добу.

4. Прилади вищого класу. Продуктивність в 400–800 тестів на годину, три дозатори, робота тільки на реагентах виробника – це основні риси подібних машин, призначених для обробки величезного потоку пацієнтів. Устаткування такого рівня ставлять в лабораторії великих діагностичних центрів, що виконують кілька тисяч тестів за добу.

Принцип вибору аналізатора в залежності від клінічної задачі і потреб лабораторії: по-перше, необхідно визначити передбачуване завантаження приладу (потік пацієнтів); по-друге – врахувати можливості штатного розкладу та кваліфікацію персоналу; у третіх – визначити, які саме тести і в якій кількості передбачається проводити.

Таким чином, напівавтоматичний біохімічний аналізатор може бути оптимально використаний при незначному потоці пацієнтів, або у разі проведення численних аналізів одного або декількох схожих показників. Повністю автоматизована система необхідна при потоці більше 10 пацієнтів за добу, особливо – при широкому профілі призначуваних тестів, або при проведенні тестів, що вимагають додаткового обрахунку і верифікації

Серед поширених біохімічних аналізаторів крові, які сьогодні активно використовуються фахівцями діагностичних лабораторій, слід виділити, в першу чергу, напівавтоматичні і автоматичні прилади, а також ручні спектрофотометри.

Напівавтоматичні аналізатори (рис. 3.13)

Дозволяють звести роботу фахівця до мінімуму. В основні завдання фахівця при використанні напівавтоматичного аналізатора входить лише приготування проб і підготовка реагентів. Решта робіт, включаючи розрахунок результатів, виконуються біохімічним аналізатором автоматично, згідно заданого лаборантом алго-

314

ритму. При цьому необхідна інформація відображається на дисплеї приладу.

Рис. 3.13. Біохімічні напівавтоматичні аналізатори – ком пактна фотометрична, керована мікропроцесором система, що дозволяє проводити дослідження клінічних біохімічних показників крові (сироватки/плазми), сечі, спинномозкової рідини та інших біорідин, а саме: концентрації гормонів, імуноглобулінів, активності ензимів тощо

П р и м і т к а: А) Біохімічний напівавтоматичний аналізатор відкритого типу GBG Stat Fax 3300 – компактна фотометрична, керована мікропроцесором система, що дозволяє проводити дослідження клінічних біохімічних показників крові (сироватки/плазми), сечі, спинномозкової рідини. Призначений для визначення концентрації гормонів, імуноглобулінів, активності ензимів тощо. Може використовуватися для розрахунку абсорбції або концентрації на основі стандартних крапок чи розрахунку швидкості процесу реакції; В) Аналізатор біохімічний напівавтоматичний відкритого типу Stat Fax 1904 Plus – апарат для визначення хімічного складу крові, концентрації субстратів у досліджуваному біоматеріалі за допомогою оптичних, механічних та комп’ютерних технологій. Основними показниками для визначення у сучасній медицині выступають ензими, метаболіти, субстрати, ліпіди, електроліти.

Аналізатори автоматичні біохімічні (рис. 3.14)

Відносяться до категорії найбільш прогресивних, зручних для повсякденного використання приладів. Застосування пристроїв

315

даного типу практично не потребує участі спеціаліста. У ході досліджень лаборант залишає за собою лише настройку приладу, яка передбачає підбір необхідних профілів, програмування тестів, згідно з якими визначаються потрібні параметри в аналізованих пробах.

Рис. 3.14. Біохімічні автоматичні аналізатори – система нового покоління з відкритим доступом для клінічної хімії та імунотурбідиметрії

П р и м і т к а: А) Sapphire 800 – система нового покоління з відкритим доступом провідного європейського виробника реагентів і лабораторного обладнання компанії «Аudit diagnostics» (Ірландія) Розрахований на потужні та середні лабораторії з великою кількістю хворих при широкому спектрі призначених аналізів. Серед конкурентних переваг слід відмітити: економічність; низькі витрати реактивів на реакцію; довговічні електроди з можливістю індивідуальної заміни; надійні кювети, ефективна промивна система; розширені аналітичні горизонти; максимальна кількість одночасно виконуємих тестів; постійно зростаючий спектр досліджень; зручність у роботі: сучасний графічний інтерфейс, передове програмне забезпечення, мінімальний об’єм щоденного обслуговування; В) Chemray 360 – автоматичний біохімічний аналізатор нового покоління для клінічної хімії та імунотурбідиметрії, що дозволяє проводити до 360 досліджень на годину. Повністю

316

відкрита система для реагентів різних виробників з високою пропускною здатністю і відтворюваністю результатів дослідження. Система відрізняється високою економічністю, дозволяючи додавати нові зразки у процесі роботи (у т.ч. STAT проби).

Спектрофотометр (рис. 3.15)

Такий біохімічний аналізатор призначений для реєстрації показників оптичної щільності плазми крові, на основі яких виробляються найпростіші цифрові обчислення отриманих відомостей. Використання спектрофотометрів потребує виконання більшості операцій в ручному режимі. До завдань лаборанта тут відноситься приготування реагентів, встановлення порядку проведення тестів, внесення досліджуваних зразків. Зведені результати дослідження в цьому випадку можуть виводитися як на електронний дисплей, так

іна друковану стрічку.

Умедико-біологічних дослідженнях спектрофотометри використовуються не тільки для кількісного визначення різних

компонентів у біологічних пробах, але і для стандартизації біологічно важливих речовин. Так, наприклад, кращим способом стандартизації гемоглобіну крові вважається спектрофотометричний. Спектрофотометри використовуються у наукових дослідженнях для вивчення будови речовин та їх ідентифікації. Для цього знімаються характеристичні спектри поглинання чистих речовин, які є індивідуальними для кожної речовини. Отримані при дослідженнях записи спектрів поглинання, при порівнянні з уже відомими дозволяють не тільки ідентифікувати речовину, але і виявити наявність домішок, що важливо при дослідженні різних біологічних препаратів. Основними видами досліджень біологічних важливих речовин є: визначення ензимів, гормонів, вітамінів, білків, азотистих речовин, нуклеїнових кислот, вуглеводів, спиртів, фенолів і кетонів, органічних кислот, ліпідів, пігментів, неорганічних речовин. Володіючи високою чутливістю і вибірковістю, спектрофотометри дозволяють проводити визначення ряду речовин у сумішах, без їх відділення, що значно спрощує аналіз. Ряд про - дуктів азотистого обміну визначають за специфічним поглинан-ням в ультрафіолетовій області.

317

Рис. 3.15. Спектрофотометри – спектральні оптичні прилади, призначені для виміру коефіцієнта пропускання, оптичної щільності досліджуваних твердих і рідких проб при проведенні різного роду аналізів і обчислення оптичної щільності.

П р и м і т к а: А) Спектрофотометр ULAB 102 – спектральний оптичний прилад, призначений для виміру коефіцієнта пропускання, оптичної щільності досліджуваних твердих і рідких проб при проведенні різного роду аналізів і обчислення оптичної щільності. Застосовується в аналітичних лабораторіях різного профілю для визначення вмісту широкого спектру речовин у твердих і рідких пробах, а саме для аналізу води (питна, природна, стічна, технологічна), технологічного контролю сировини і готової продукції різних галузей промисловості (харчова, хімічна, фармацевтична, металургійна, нафтохімічна та інших аналітичних завдань; В) Спектрофотометр S 261UV – двопроміневий із смугою пропускання 1,8 нм. Модель має два незалежні детектори, що істотно підвищує точність отримуваних результатів аналізу. Забезпечує високоточні виміри в діапазоні 190–1100 нм. Використовуються в клінічних лабораторіях, фармакологіїі та біохімії, а також для рутинних вимірів при ДНК/протеїнаналізі (http://kiev.etov.ua/ product/1007379-spektrofotometr-ulab-102.html).

Особливості завантаження біохімічних аналізаторів

Загальним правилом, яке впливає на економічність роботи біохімічних аналізаторів, є можливість застосування мінімального

318

обсягу проб і препаратів для отримання найбільш об’єктивних результатів.

Особливу увагу більшості дослідницьких лабораторій приваблює, насамперед, такий прилад, як аналізатор автоматичний біохімічний. У порівнянні з напівавтоматичними моделями, автоматичні пристрої здатні значно заощадити час фахівця. Нарівні з виконанням практично всіх операцій в автоматичному режимі такі прилади забезпечують найбільш точними, легко відтворю-ваними діагностичними результатами.

Основна маса інноваційних моделей аналізаторів, без сторонньої допомоги виробляють піпетування реагентів і зразків, виконують їх підігрів, змішування, аналіз, обробку отриманих даних і видають готові результати.

Біохімічний аналізатор автоматичний здатний продемонструвати найвищу продуктивність, самостійно вимірюючи десятки і сотні параметрів протягом години. Застосування більшості моделей таких пристроїв вимагає лише участі фахівця при програмуванні режимів вимірювань.

Біохімічний аналізатор автоматичного типу має наступні переваги:

найвищу точність і об’єктивність результатів;

виконання вражаючих обсягів обробки проб і реагентів за одиницю часу;

повну автоматизацію процесів біохімічного аналізу;

високу швидкість отримання необхідних результатів;

роботу зі зручним функціоналом і зрозумілий інтерфейс. Напівавтоматичний біохімічний аналізатор, так само як і

спектрофометр, здатний стати вкрай важливим приладом для дослідницьких лабораторій і медичних установ з відносно невеликим потоком пацієнтів і необхідністю багаторазового тестування схожих параметрів.

Оптимальним вибором для дослідницьких центрів найширшого профілю, які потребують проведення різноманітного спектра тестів, є виключно автоматичні моделі аналізаторів.

319

3.3.2.Модернізація спектроскопічних методів дослідження

ілабораторної діагностики хвороб тварин

Сучасні біохімічні технології розвиваються в напрямі інтеграції і мініатюризації декількох стадій хімічної обробки, реакцій, процесів поділу і детектування в єдиному приладі. З введенням інтегральних мікросхем в електроніці і подальшою заміною дискретних елементів на високопродуктивні чипи, мікропроцесори та мікроконтролери, в галузях хімії та біології розвивається інтегрування біохімічних і біоаналітичних процесів. У цій галузі істотним поштовхом став розвиток мікроелектро-механічних систем (МЕМС), зокрема рідинних і оптичних. Крім очевидних переваг мініатюризації аналітичних систем, таких як зменшення габаритів, ваги, витрат реагентів і відходів, інтегрування в одному чипі кількох реакторів, змішувачів, екстракторів, насосів, дозаторів, їх застосування дозволяє реалізувати всі стадії пробопідготовки, дозування, змішування реагентів, очищення, розділення та аналізу проби в одному пристрої. Розмір таких систем становить декілька квадратних сантиметрів. Створюються умови для появи цілого класу нових пристроїв з новими функціональними та аналітичними характерис-тиками.

Розвиток аналітичної техніки відкриває перед хіміками-аналі- тиками і біохіміками широкий вибір мікрочипів залежно від різних завдань.

«Лабораторія-на-чипі» (lab-on-chip, LOC) – це пристрій, який об’єднує одну або кілька функцій лабораторного аналізу на одному чипі розміром до декількох сантиметрів квадратних. Вона має справу з обробкою надзвичайно малих об’ємів рідини і можє бути інтегрована з напівпровідниковими приладами, обробляти лабораторні дані (рис. 3.16)

Лаб-чипи підвищили чисельність випробувань, які передбачають змішування, аналіз і розділення зразків, що зазвичай складаються із суспензії клітин, нуклеїнових кислот, білків тощо.

320