ЖУРНАЛ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 2015, том 70, № 4, с. 434-444
ИСТОРИЯ АНАЛИТИЧЕСКОЙ ХИМИИ
УДК 543.08
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЛИЯ В КРОВИ ЧЕЛОВЕКА (ПО МАТЕРИАЛАМ ЖУРНАЛА CLINICAL CHEMISTRY)
© 2015 г. В. А. Бузановский
ООО Компания "Безопасность" 119526Москва, Ленинский просп., 146 E-mail: vab1960@rambler.ru Поступила в редакцию 11.01.2014 г., после доработки 16.05.2014 г.
Исследования крови человека, выполняемые в клинико-диагностических лабораториях, проводят по многочисленным показателям. Одним из них является концентрация калия. В статье представлено хронологическое развитие (начиная с середины 1950-х гг.) методик определения калия в плазме, сыворотке и цельной крови. Рассмотренные методики основаны на различных методах (пламенная фотометрия, потенциометрия, ионная хроматография, масс-спектрометрия, рентгенофлу-оресцентный анализ, спектрофотометрия, турбидиметрия, люминесценция); приведены краткие сведения о методиках и результатах сравнительных испытаний. Отмечено, что потенциометриче-ские методики получили широкое распространение в небольших и средних лабораториях, а также крупных клинико-диагностических центрах. Пламенно-фотометрические обычно применяют в качестве экспертных методик; ионохроматографические методики также претендуют на этот статус. Масс-спектрометрические используют для аттестации стандартных образцов. Методики фотометрии отражения полностью удовлетворяют требованиям экспрессного анализа, и их успешно применяют в небольших и средних клинико-диагностических лабораториях. Люминесцентные методики используют в ограниченном числе научно-исследовательских организаций, а рентгенофлуорес-центные, турбидиметрические, неферментативные и ферментативные спектрофотометрические методики практически не применяют при выполнении рутинных анализов.
Ключевые слова: калий, плазма, сыворотка, кровь, методика, анализ, клинико-диагностическая лаборатория.
Б01: 10.7868/80044450215040040
В настоящее время исследования крови пациентов, выполняемые в клинико-диагностических лабораториях, проводят по многочисленным показателям, характеризующим содержание разнообразных компонентов — калия, натрия, кальция, магния, цинка, хлора, фосфора, мочевины, мочевой кислоты, глюкозы, холестерина, общего белка, альбумина, креатинина, общего и прямого билирубина, аланинаминотрансферазы, аспартатамино-трансферазы, холинестеразы, лактатдегидрогена-зы, амилазы, липазы, у-глутамилтрансферазы, щелочной фосфотазы, креатинкиназы и др. Одним из перечисленных показателей является концентрация калия. Считается, что в крови здорового человека она составляет от 3.5 до 5.5 мМ. Отклонение от указанных значений служит признаком гипокалие-мии (недостатка калия) или гиперкалиемии (избытка калия), свидетельствующих о возможном развитии ряда заболеваний.
Концентрацию калия в крови человека можно определять по нескольким методикам, предложенным в разные периоды, успешно применяв-
шимся или продолжающим применяться в настоящее время. Целью данной статьи является попытка отразить наиболее знаковые события в разработке и совершенствовании этих методик, а также рассмотреть их практическое использование в настоящее время. Представляется, что поставленная цель может быть достигнута путем изложения в хронологическом порядке сведений, которые появлялись по названной тематике в журнале Clinical Chemistry, основанном в 1955 году и с тех пор заслужившем признание специалистов в качестве одного из авторитетных изданий по клинической диагностике.
ИССЛЕДОВАНИЯ В 1950-Х И 1960-Х ГОДАХ
Основы метода пламенной фотометрии были разработаны еще в 1930 г. Однако реальные предпосылки для применения данного метода при определении калия в крови человека были созданы после изобретения в 1945 г. сравнительно простого устройства, обладавшего высоким быстро-
действием и удовлетворительной точностью измерений. Зависимость интенсивности излучения пламени от концентрации калия в распылявшемся в пламя растворе носила сложный характер. Линейность соблюдалась лишь при концентрации до нескольких десятков ммоль/л. Отклонение от линейности обусловливалось как самопоглощением возникавшего излучения атомами калия, так и появлением излучения других атомов, присутствовавших в растворе. При этом могли использоваться две аналитические процедуры — прямое определение и определение с применением внутреннего стандарта. Прямое определение основывалось на зависимости интенсивности излучения пламени от концентрации калия в растворе, вводившемся в пламя. Определение с использованием внутреннего стандарта базировалось на зависимости отношения интенсивностей излучения пламени, вызывавшихся собственно концентрацией калия и фиксированной концентрацией другого компонента, также находившегося в анализируемом растворе. Прямое определение обеспечивало более высокую чувствительность, а определение с применением внутреннего стандарта — более широкий линейный диапазон определявшихся концентраций калия, а также позволяло частично компенсировать флуктуации пламени и распыления в него анализируемого раствора. С учетом перечисленных обстоятельств в 1956 г. была предложена методика определения калия в сыворотке крови с концентрацией до 8 мМ. Методика основывалась на пламенно-фотометрическом определении с использованием внутреннего стандарта, в качестве которого применяли водный раствор нитрата лития (395 мМ). К 0.1 мл сыворотки крови добавляли 0.1 мл этого раствора. Объем полученной смеси доводили до 10 мл дистиллированной водой, после чего смесь распыляли в пламя фотометра. При проведении повторных испытаний 100 образцов сыворотки крови средняя относительная погрешность определения 2 мМ калия не превышала 2.7%, 4 мМ — 0.85%, 6 мМ - 0.33%, 8 мМ - 0.23% [1].
В 1959 г. разработали рентгенофлуоресцент-ную методику. Сыворотку крови объемом 25 мкл дозировали на участок фильтровальной бумаги, ограниченный круговым барьером из воска. Далее бумагу высушивали при комнатной температуре или при 60°С и помещали в рентгенофлуоресцент-ный спектрометр для измерения интенсивности флуоресценции атомов калия (К 0.374 нм). Зависимость интенсивности флуоресценции от концентрации калия в сыворотке крови была линейной до 12 мМ. Сравнение результатов определений по разработанной и пламенно-фотометрической методике показало, что они имели близкие относительные погрешности (3.3-5.4%), но рентгенофлу-оресцентная методика характеризовалась меньшей производительностью [2].
В 1967 г. была предложена методика определения активности ионов К+ в сыворотке и цельной крови. Методика базировалась на потенциомет-рическом методе анализа с использованием стеклянного калиевого электрода. Состав стекла электрода был 27% Ыа20, 4% А1203 и 69% 8Ю2. Выходной сигнал электрода, ЕК с, В, описывался соотношением
ЕК с = ЕК 0 с + ¿к с 1Е(аК + ^Ыа саЫа),
где ЕК 0 с — стандартный потенциал калиевого электрода, В; ¿К с — константа чувствительности калиевого электрода, В; с — константа селективности калиевого электрода в отношении ионов Ыа+ (£Ыа с ~ 0.1); аК, аЫа — соответственно активности ионов К+ и Ыа+ в сыворотке (крови), М. Для определения активности ионов Ыа+ (с целью коррекции выходного сигнала калиевого электрода) применяли стеклянный натриевый электрод, состав стекла которого был 11% Ыа20, 18% А1203 и 71% 8Ю2. Выходной сигнал этого электрода ЕЫа с, В описывался выражением
ЕЫа с = ЕЫа 0 с + ¿Ыа с ^Ыа,
где ЕЫа 0 с — стандартный потенциал натриевого электрода, В; ¿Ыа с — константа чувствительности натриевого электрода, В. Величины ЕК 0 с, с, ЕЫа 0 с и ¿Ыа с определяли на этапе градуировки по двум стандартным растворам, а значение ¿К с принимали равным 0.0617. Время установления показаний калиевого и натриевого электродов не превышало 50 с. Объем сыворотки (крови), требовавшийся для анализа, оценивался на уровне 1 мл. В отличие от пламенно-фотометрической и рентгенофлуоресцентной методики предложенная методика позволяла определять не концентрацию калия, а другой физиологически важный показатель — активность ионов К+ [3].
В 1968 г. проанализировали взаимосвязь концентрации калия в сыворотке крови сК, М с активностью ионов К+ аК, М, определявшейся по потенциометрической методике
аК = КК СК,
где КК — коэффициент пересчета. Экспериментально было показано, что коэффициент пересчета следовало находить по соотношению
Кк = Ук ср/со
где уК — коэффициент активности ионов К+ в водном растворе; сР — концентрация воды в растворе, г/л; сс — концентрация воды в сыворотке, г/л. Полученные результаты свидетельствовали о том, что при потенциометрическом определении калия в сыворотке крови необходимо учитывать весь ее химический состав, в том числе содержание белков [4].
ИССЛЕДОВАНИЯ В 1970-Х ГОДАХ
Из-за низкой точности определений активности ионов К+ в сыворотке крови с помощью стеклянного калиевого электрода (вследствие существенного влияния присутствующих в ней ионов №+) в 1970 г. разработали потенциометрическую методику с использованием электрода с жидкостной ионообменной мембраной. Методика позволяла определять концентрацию калия от 0.5 до 500 мкмоль/г в сыворотке, не содержавшей белки. Удаление белков осуществляли центрифугированием сыворотки крови в течение 10 мин со скоростью 2700 об/мин. Концентрацию калия сК, моль/г находили по выражению
сК = 10А£/уК, АЕ = (Екж - Ек0 ж)/0.1184, где ЕК ж — выходной сигнал электрода, В; ЕК 0 ж — стандартный потенциал электрода, В; уК — средний коэффициент активности ионов К+. Значение среднего коэффициента активности ионов К+ было приведено в таблицах. Концентрацию калия, сК, М, рассчитывали следующим образом
ск =
где р — плотность сыворотки крови, г/л. Применявшийся электрод проявлял высокую селективность в отношении ионов №+. При концентрации калия и натрия 100 мкмоль/г его выходные сигналы соотносились как 93 : 1. Более того, для устранения воздействия белков в конструкции электрода использовали целлофановую мембрану. Время установления показаний не превышало 1 мин (при кондиционировании электрода в растворе, сходном с сывороткой). Хотя результаты определений калия по разработанной и пламенно-фотометрической методике демон
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.