DE10223450A1

DE10223450A1 - Optisches Verfahren zur Bestimmung des extrazellulären Hämoglobingehaltes in Blutkonserven

Info

Publication number: DE10223450A1
Application number: DE2002123450
Authority: DE
Inventors: Martina Meinke; Moritz Friebel; Gerhard Mueller
Original assignee: Laser und Medizin Technologie GmbH
Current assignee: Laser und Medizin Technologie GmbH
Priority date: 2002-05-23
Filing date: 2002-05-23
Publication date: 2003-12-04
Also published as: AU2003238388A1; WO2003100416A1

Abstract

Das Verfahren dient zur objektiven und effektiven Qualitätssicherung von Erythrozytenkonzentraten, ohne den Blutbeutel zu öffnen. Es handelt sich hierbei um ein optisches Verfahren, welches den extrazellulären Hämoglobingehalt im Blutbeutel nach einer definierten Ruhezeit mit Absinken der Erythrozyten bestimmt und daraus Aussagen über weitere Verwendbarkeit ableitet.

Description

Aufgabenstellung

Humane Blutkonserven sind teure und nur begrenzt haltbare Produkte, deren objektive Qualitätsprüfung - im Sinne einer Eignung zur Transfusion - nur durch Öffnen der Konserven zu erreichen ist. Dies ist jedoch wegen der Kontaminationsgefahr für klinische Zwecke nicht statthaft. Das hier dargelegte optische Messverfahren dient der Qualitätssicherung von Erythrozytenkonzentraten am ungeöffneten, nicht modifizierten Standard-Blutbeutel.

Stand der Technik

Blutkonserven, d. h. hier im speziellen Erythrozytenkonzentrate, werden heute in großem Umfang in der chirurgischen Klinik verbraucht. Die Gewinnung der Konzentrate von humanen Blutspendern zur Transfusion ist ein sehr aufwendiges und teures Verfahren, die Verfügbarkeit ist begrenzt, die Spendenbereitschaft sinkt und Versorgungsengpässe sind häufig. Unter idealen Lagerbedingungen bei einer Temperatur von 4°C beträgt die Haltbarkeit der Konserven je nach Lagerungsmedium 42 bzw. 49 Tage. Nicht genutzte, gekühlt gelagerte Blutpräparate werden nach Ablauf des Verfallsdatums ohne weitere Prüfung verworfen. Von der Blutbank ausgegebene, aber nicht verwendete Konserven, die von anderen Stationen oder Krankenhäusern zurück in die Blutbank kommen, dürfen zur Prüfung ihrer Verwendbarkeit nicht geöffnet werden, da sie sonst kontaminiert werden könnten. Die Qualitätsprüfung der Blutkonserve erfolgt allein durch Sichtkontrolle eines Facharztes nach 24 h Lagerung im Kühlraum. Die Einhaltung der Kühlkette muss durch den Arzt, der die Konserve ausgeliehen hat, durch Unterschrift bescheinigt werden. Eine weitere Kontrolle wird in der Regel nicht durchgeführt. Da aber eine Unterbrechung der Kühlkette in vielen Fällen nicht ausgeschlossen werden kann, und nur eine Stunde Lagerung bei Raumtemperatur die Haltbarkeitsdauer um ca. eine Woche verkürzt, werden diese Konserven möglicherweise weit vor Erreichung des Verfallsdatums aus Sicherheitsgründen ebenfalls verworfen. Derzeit ist keine Methode bekannt, die eine Überprüfung einer geschlossenen Blutkonserve auf deren Eignung zur Transfusion durchführt.
Stand der Technik ist die Ermittlung der Hämolyse um die Eignung zur Transfusion der Erythrozytenkonzentrate zu bestimmen, d. h. der relative Anteil zugrundegegangener Erythrozyten wird ermittelt. Als Grenzwert ist eine Hämolyse in einer verwendbaren Konserve von 0,8% festgelegt [Richtlinien zur Gewinnung von Blut und Blutbestandteilen und zur Anwendung von Blutprodukten (Hämotherapie), aufgestellt vom wissenschaftlichen Beirat der Bundesärztekammer und vom Paul-Ehrlich-Institut (2000)]. Als Maß für die Hämolyse kann der Gehalt des durch sie freigesetzten extrazellulären Hämoglobins im Blutbeutel bestimmt werden, da dieses nur aus den zerstörten Erythrozyten stammen kann. Die Angabe des Hämoglobingehaltes erfolgt typischerweise in g/dl.
Bei den bekannten Methoden zur Hämoglobinbestimmung handelt es sich ausschließlich um Methoden, die Aliquote aus der zu bestimmenden Blutprobe entnehmen müssen.
EP 0 800 074 A1 beschreibt beispielsweise eine Methode, die den Gesamthämoglobingehalt einer Vollblutprobe ermittelt. Diese ist für die Anwendung am Blutbeutel nicht relevant, da hierbei das Hämoglobin aus den intakten Erythrozyten bestimmt wird und somit kein Rückschluss auf die Eignung zur Transfusion der Proben möglich ist. Nach diesem oder einem abgewandelten Verfahren wird die Gesamthämoglobinkonzentration einer Vollblutprobe von zahlreichen Laborblutbildbestimmungsgeräten bestimmt. Hierbei werden in der Regel die Erythrozyten vollständig hämolysiert (auch durch Zusatz von Reagenzien) und der Gesamthämoglobingehalt durch Transmissionsmessungen ermittelt.
US 5,288,646 beschreibt In-vitro-Messungen mittels der konzentrationsabhängigen Veränderung der Transmissionseigenschaften eines durchsichtigen Absorbers nach Eintauchen in eine Vollblutprobe.
Aus Blutanalyselaboratorien ist eine Methode bekannt, die extrazelluläres Hämoglobin in Blutserum- oder Plasmaproben durch optische Messungen bestimmt, aber ebenfalls einen direkten Kontakt mit dem zu untersuchenden Blutprodukten benötigt. Die Bestimmung des extrazellulären Hämoglobins in Blutbeuteln wird nach Öffnen des Beutels und Entnahme eines Aliquots mit anschließender Zentrifugation durchgeführt. Der Überstand wird hierbei mit einer Transformationslösung versetzt und die Extinktion bei den Wellenlängen 680 nm und 540 nm bestimmt. Diese Methode ist ebenfalls für die Überprüfung von noch verwendbaren Blutbeuteln ungeeignet, da geöffnete Konserven für die Transfusion nicht mehr verwendet werden dürfen. Sie wird nur zu Forschungszwecken angewendet, oder bei Stichproben an schon aussortierten Blutkonserven aus der Blutbank.
In der üblichen Ausführungsform sind Blutkonserven mit Schläuchen oder Behältern versehen, die beim Befüllen der Konserven mit dem Blut gefüllt werden und zur Bestimmung der Blutgruppe herangezogen werden können. Diese Behälter sind bei der Lagerung der Konserve vom Beutelinhalt durch Schweißnähte getrennt und können somit für Messverfahren im direkten Kontakt geöffnet werden. Nachteil einer solchen Methode ist jedoch, dass es sich bei der Probenahme um eine gesonderte und kleinere Blutmenge handelt, die andere Zerfallseigenschaften zeigt und weiterhin die Entnahme einer Probe mit anschließender Laborkontrolle zu Zeit- und kostenintensiv ist und daher nicht angewendet wird.
Die Verschwendung potentiell noch intakter Blutkonserven durch das Fehlen eines routinemäßigen, objektiven Kontrollverfahrens soll durch das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich minimiert werden.

Erfindungsgemäße Lösung

Die hier vorgestellte Methodik und das verwendete Gerät dienen der Messung der extrazellulären Hämoglobinkonzentration am Blutbeutel mit einer objektiven Messung des Hämoglobingehaltes ohne Notwendigkeit zur Öffnung des Blutbeutels. Hiermit wird eine routinemäßige zuverlässige Qualitätssicherung der Blutkonserven möglich und die Verwerfung intakter Blutkonserven weitgehend vermieden.
Das Verfahren beruht auf der Lagerung der zu überprüfenden Blutkonserven auf geeignete Art und der optischen Messung des freien Hämoglobingehaltes im erythrozytenfreien Lagerungsmedium am ungeöffneten Blutbeutelsystem sowie der Nutzung von noch mit dem Blutbeutel in Verbindung stehenden Behältnisse, bzw. Schläuchen zur Durchführung der Messungen.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass der Überstand eines in einem Schlauchsegment sedimentierten Erythrozytenkonzentrates die Hämoglobinkonzentration des im Beutel vorhandenen Volumens widerspiegelt und reproduzierbar mit geringem Fehler auch mit einfachen Methoden sicher zu bestimmen ist.
Erfindungswesentlich ist, dass die Messung an dem erythrozytenfreien Lagerungsmedium (Überstand) in einem mit dem Blutbeutel verbundenen Schlauch oder anderen externen Behältnis erfolgt.
Der Schlauch bzw. das Behältnis besteht aus einem für die Messung geeigneten Material, wie es z. B. die zur Zeit am Beutel befindlichen Schlauchsegmente darstellen, aus denen kleine Blutmengen zur Blutgruppenbestimmung (Kreuzprobe) entnommen werden. Die Länge des zum Beutel hin offenen Schlauches sollte 10 cm oder mehr betragen. Für die Durchführung der Messung sind keine speziellen optischen Komponenten am Blutbeutel notwendig. Dies ist wesentlich, da eine Änderung am bestehenden Blutbeutelsystem, wie z. B. die Einfügung von optischen Fenstern o. ä., eine sehr tiefgreifende Umstellung des Produktionsverfahrens und zusätzlich eine komplette Neu-Validierung der Systeme in Bezug auf Biokompatibilität etc. in den Instituten, die Blutkonserven herstellen, notwendig machen würde.
Dieser Schlauch wird erfindungsgemäß in senkrechter Position so gelagert, dass eine Sedimentation der Erythrozyten erfolgt. Diese Lagerung erfolgt in einem möglichen Ausführungsbeispiel durch Fixierung des Schlauchendes oberhalb des Beutels an einer Leiste, an die der Beutel selbst ebenfalls mit dem schlauchabgewandten Ende befestigt ist. Ebenfalls erfindungsgemäß ist jede andere Art der Lagerung, die einen Überstand in einem mit dem Beutelinhalt in Verbindung stehenden Behältnis erzeugt oder eine andere Vorgehensweise, die zur Sedimentation der Erythrozyten führt.
Die optische Messung selbst erfolgt in Transmission oder Reflexion. Typischerweise werden mindestens zwei Lichtquellen in für die Messung geeigneten Wellenlängen-Bereichen und ein oder mehr in diesen Bereichen empfindliche(r) Detektor(en) verwendet. Eine Lichtquelle dient hierbei der Bestimmung der Hämoglobinkonzentration, die Signale bei Beleuchtung mit der zweiten Lichtquelle werden zur Korrektur der optischen Störeinflüsse durch die optische Unregelmäßigkeit des Schlauches/Behälters benötigt. Wahlweise können zwei oder mehr Wellenlängenbereiche oder auch das gesamte Spektrum verwendet werden. Erste Messungen haben überraschenderweise gezeigt, dass es möglich ist, auf diese Weise eine Hämoglobinkonzentration auf ±0,002 g/dl genau zu bestimmen.
Der Messkopf muss so geartet sein, dass der verwendete Schlauch sicher in eine fixierte Position gelangt, so dass eine Quetschung des Schlauches und damit eine Variation der durchstrahlten Schichtdicke verhindert werden kann.
In Weiterführung des Erfindungsgedankens kann die vorgenannte Lösung mit einem zusätzlichen Barcode-Scanner ausgestattet werden. Dieser ermöglicht die Verknüpfung von blutrelevanten Daten mit Messwerten. Dies ist ebenfalls in Verknüpfung mit einem Temperatursensor möglich.
In zusätzlicher Weiterführung des Erfindungsgedankens kann der Messwert vor Ausgabe der Blutkonserven mit dem Messwert nach Rücknahme der unverbrauchten Blutkonserven verglichen werden und somit eine sensitive Methode liefern, um durch starke Änderungen der Werte auf eine Unterbrechung der Kühlkette zurückschließen zu können.
In Weiterführung des Erfindungsgedankens erfolgt die Datenübermittlung vom Messkopf zur Auswerte- und Verarbeitungsstation schnurlos. Auch die kabelgebundene Übermittlung und die Zwischenspeicherung im Messkopf sind erfindungsgemäße Lösungen.
Ebenfalls in Weiterführung des Erfindungsgedankens kann der Sensor mit einer Messeinheit zur Bestimmung des Hämatokrits versehen werden, so dass die Berechnung der Hämolyserate möglich ist. Die Bestimmung des Hämatokrits kann je nach Methode an jedem beliebigen Teil des Blutbeutels erfolgen.

a) Es kann sich um eine Bestimmung des Hämatokrits durch ortsaufgelöste Messung des eingestrahlten Lichtes einer oder mehrerer Wellenlängen handeln.
b) Die Bestimmung des Hämatokrits kann außerdem durch Remission und/oder Transmissionsmessungen am Blutbeutelsystem erfolgen. In einem speziellen Ausführungsbeispiel erfolgt die Erfassung der Remission im Bereich von 300 bis 1500 nm mit Hilfe einer Ulbrichtkugel, die Verarbeitung der Daten erfolgt mit Hilfe statistischer Methoden.
c) Die Resonanzraman-Streuspektroskopie ist ebenfalls eine Möglichkeit, die dazu genutzt werden kann um den Hämatokrit zu bestimmen.
d) Die Bestimmung des Hämatokrits kann ebenfalls mit Hilfe der dynamischen Lichtstreuung erfolgen, da der globale Anisotropie-faktor stark von der Teilchenzahldichte und damit vom Hämatokrit abhängt.
e) Die Laserdopplerflussmessung an schallinduziert bewegten Erythrozyten erlaubt ebenfalls die Bestimmung der Teilchenzahldichte und damit die des Hämatokrits.

In Weiterführung des Erfindungsgedankens können die oben genannten Verfahren i) bis iii) dazu eingesetzt werden die Sauerstoffsättigung zu bestimmen.

Abb. 1

Dargestellt ist das Messprinzip mit einer möglichen technischen Ausführung der Erfindung. Der Blutbeutel mit dem Erythrozytenkonzentrat wird so befestigt, dass der Schlauch (2) mit der Blutprobe in Kontakt steht. Der Schlauch (2) wird senkrecht befestigt, so dass die Erythrozyten (3) von dem Lagerungsmedium (4) durch Sedimentation getrennt werden. Die Messung erfolgt an der erythrozytenfreien Zone am Schlauch mit dem Messkopf (5), welcher die Lichtquellen, den Detektor und die Messoptik enthält. Der Messkopf ist mit der Steuereinheit und Auswertestation (6) verbunden.

Abb. 2

Diese Abbildung zeigt einen Ausschnitt einer möglichen technischen Ausführungsform des Messkopfes. Die Lichtquelle (7) beleuchtet den Schlauch (8), wobei ein Teil der Strahlung durch einen teildurchlässigen Spiegel (9) ausgeblendet wird und zur Kontrolle der Lichtintensität vom Detektor (10) aufgenommen wird. Das transmittierte Licht wird am Detektor (11) registriert und der Auswerteelektronik zugeführt. Der Schlauch wird so vom Gehäuse (12) umfasst, dass er reproduzierbar in einer vorgegebenen Geometrie stabilisiert wird. Liste der Bezugszeichen 1 Blutbeutel
2 Messschlauch
3 Erythrozytenkonzentrat
4 Überstand/Erythrozytenfreies Lagerungsmedium
5 Messkopf
6 Steuer- und Auswerteeinheit
7 Lichtquelle
8 Messschlauch im Querschnitt
9 Teildurchlässiger Spiegel
10 Detektor zur Lichtintensitätsmessung
11 Detektor zur Transmissionsmessung
12 Gehäuse mit Schlauchhaltevorrichtung

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung des extrazellulären Hämoglobingehaltes im Blutbeutel dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung ohne Öffnung des Blutbeutels erfolgt.

2. Verfahren nach 1. dadurch gekennzeichnet, dass es einen mit dem Blutbeutel verbundenen Hohlkörper verwendet und keine speziellen optischen Komponenten am Blutbeutel benötigt.

3. Verfahren nach 2. dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper zum Blutbeutel hin offen ist, so dass ein Blutaustausch erfolgen kann.

4. Verfahren nach 3. dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper so positioniert ist, dass die Erythrozyten sich im Schlauch absetzen können und der Schlauch weiterhin mit dem Beutel im Flüssigkeitskontakt steht.

5. Verfahren nach 1. dadurch gekennzeichnet, dass optische Messungen am Überstand der Blutprobe nach vollständiger Sedimentation der Erythrozyten durchführt werden.