способ определения количественного содержания калия и натрия в слюне

Формула изобретения

Способ определения количественного содержания калия и натрия в слюне, включающий исследование слюны физическими методами, отличающийся тем, что определяют изменение скорости ультразвука, пропускаемого через слюну при температурах 30°С и 37°С в сравнении с дистиллированной водой при тех же температурах и вычисляют содержание калия и натрия в ммолях на литр по формулам

K⁺(ммоль/л)=2,5916(АПС₃₇)³ -14,981(АПС₃₇)²+35,355(АПС₃₇ )-16,831,

Na⁺(моль/л)=34600(АПС₃₀ -АПС₃₇)⁴-30567(АПС₃₀-АПС ₃₇)³+9184,6(АПС₃₀-АПС₃₇ )²-984,87(АПС₃₀-АПС₃₇)+48,807,

где АПС₃₀ и АПС₃₇ - относительная скорость ультразвука в слюне при температурах 30°С и 37°С соответственно.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицине, а именно к лабораторной диагностике, и предназначено для определения количественного содержания калия и натрия в слюне. Калий и натрий - потенциалобразующие ионы, несущие в том числе ответственность за электрическую стабильность миокарда. Роль калия в нормальной жизнедеятельности организма чрезвычайно важна. Поэтому значение постоянства уровня калия в общей внутренней среде организма нельзя переоценить. Известно, что как гипер-, так и гипокалиемия способны вызвать в организме тяжелые расстройства: падение артериального давления, мышечные параличи, фибрилляцию желудочков, паралич дыхательных мышц. Калий в качестве потенциал образующего иона регулирует состояние мембран - главной морфофункциональной единицы обменных процессов, защитно-приспособительных и адаптационных реакций. Для обеспечения гомеостаза уровень калия в крови должен поддерживаться в узких пределах колебаний, так как выход за эти пределы как в сторону снижения, так и повышения дестабилизирует функциональное состояние жизненно важных систем и может привести к развитию необратимых изменений во внутренней среде организма. Одним из механизмов поддержания гомеостаза является гемато-саливарный барьер, его роль в организме доказана Л.Г.Комаровой (1990). О.П.Алексеевой (1994) показано, что содержание калия в слюне менее 16,2 ммоль/л является прогностическим критерием развития фибрилляции желудочков (авторское свидетельство SU №1831214 от 18.11.1993 г.). Кроме того, большое значение имеет коэффициент соотношения Na и К в слюне, отражающий состояние глюкокортикоидной функции надпочечников, что, в свою очередь. характеризует степень напряженияорганизма в условиях стресса (Казначеев В.П., 1986).

Известен способ определения калия и натрия в биологических жидкостях методом пламенной фотометрии по способу В.К.Колба и Е.С.Камышникова (Колб B.Г., Камышников B.C. Определение электролитов методом пламенной фотометрии // Клиническая биохимия. - Минск, Беларусь, 1976, с.184-186). Метод основан на способности элементов возбуждаться и испускать лучи света определенной длины волны при сжигании солей минеральных веществ в пламени. Излучения различных элементов выделяются посредством специальных светофильтров, при этом возникает фототок, который регистрируется гальванометром. Разведенную сыворотку сжигают в пламени с соответствующими фильтрами. Расчет производится по результатам сжигания контрольных растворов, содержащих известное количество калия или натрия с учетом разведения. Данный метод достаточно дорогостоящий, требует длительного времени для его осуществления. Этот метод принят нами в качестве прототипа.

Целью изобретения является создание дешевого и быстрого способа определения концентрации калия и натрия в слюне.

Поставленная цель решается предлагаемым способом, включающим парное воздействие ультразвука на слюну при различных температурных режимах, определение ее параметров по скорости прохождения ультразвука в сравнении с параметрами показателей, полученных путем параллельного пропускания ультразвука через дистиллированную воду (ДН₂О) при аналогичных температурных режимах, и вычисление значений калия и натрия в ммолях на литр по определенным формулам.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

1 этап. Исследуемый утром, натощак, в течение 10 минут собирает слюну, после предварительного прополаскивания полости рта кипяченой водой. Собранный материал в объеме 4 мл центрифугируют в пробирке при 3000 оборотах в минуту в течение 10 минут, например, на центрифуге ОПН-8.

2 этап. В устройство для контроля биологических жидкостей (патент №2039978), где поддерживается температура 30±0,05°С, помещают дистиллированную воду. На устройство контроля подают сигнал частотой, изменяющейся на 1 МГц, из любой части диапазона от 3 до 20 МГц (например, от 7,0 до 8,0 МГц) с высокочастотного генератора (например, типа Г4-164), управляемого микроЭВМ. Установлено, что корректные измерения скорости ультразвука в слюне и ДН₂О возможны при изменении частоты не менее, чем на 1 МГц в любой части диапазона от 3 до 20 МГц (например, от 7,0 до 8,0 МГц). (Для определения скорости ультразвука с помощью устройства для контроля биологических жидкостей необходимо знать номер резонансного пика j, вычисляемого но формуле (приведенной ниже), из которой видно, что j зависит от fj и от fj. В результате для корректного определения номера j необходимо измерить параметры не менее 7-9 пиков в зависимости от диапазона частот. Таким образом, при среднем fj порядка 140 КГц получается, что частота должна изменяться не менее чем на 1 МГц). Пьезоизлучатели устройства контроля преобразуют ВЧ-сигнал в ультразвуковой сигнал той же частоты, который распространяется в ДН₂О, находящейся в акустической ячейке устройства (патент №2039978).

Пьезоприемник преобразует ультразвуковой сигнал в ВЧ-сигнал, которой поступает на ВЧ-микровольтметр (например, типа В3-57). Продетектированпый ВЧ-сигнал с выхода ВЧ-микровольтметра поступает на вольтметр постоянного тока (например, В7-53), также управляемый микроЭВМ.

В результате обработки данных, получаемых с пьезоприемника устройств для контроля биологических жидкостей, в памяти микроЭВМ фиксируются центральные частоты всех резонансных пиков в выбранном диапазоне частот (например, от 7,0 до 8,0 МГц) для дистиллированной воды. Затем в одну из акустических ячеек устройства, где поддерживается температура 30°±0,05°С, заливается слюна (предварительно отцентрифугированная 10 минут при скорости в 3000 оборотов), и аналогично в памяти микроЭВМ фиксируются центральные частоты всех резонансных пиков в том же диапазоне от 7,0 до 8,0 МГц для слюны. Затем микроЭВМ вычисляет среднюю разность частотного расстояния между резонансными пиками / j+1, / j и номер j выбранного резонансного пика до следующей формуле:

где N - число частотных расстояний между резонансными пиками в выбранном частотном диапазоне от 7,0 до 8,0 МГц.

Затем выбирают значения центральных частот резонансных пиков одного и того же номера для дистиллированной воды и слюны 30°±0,05°С и вычисляются соответствующие скорости ультразвука при температуре по формуле:

где Vs обозначает скорость ультразвука в каждой из исследованных сред: для дистиллированной воды s=(Н₂ О), для слюны s=s, R - радиус устройства для контроля биосред.

На основании результатов, полученных по данной формуле, вычисляют относительное изменение скорости ультразвука в слюне относительно дистиллированной воды при температуре 30°±0,05°С - акустический показатель слюны 30 (АПС₃₀), измеряемый в промиллях

3 этап. Аналогично 2 этапу, в устройство для контроля биологических жидкостей (патент №2039978), помещают дистиллированную воду, но при поддерживаемой более высокой температуре 37°±0,05°С. На устройство контроля подают сигнал частотой, изменяющейся на 1 МГц, из любой части диапазона от 3 до 20 МГц (например, от 7,0 до 8,0 МГц) с высокочастотного генератора (например, типа Г4-164), управляемого микроЭВМ. Установлено, что корректные измерения скорости ультразвука в слюне и ДН ₂О возможны при изменении частоты не менее чем на 1 МГц в любой части диапазона or 3 до 20 МГц (например от 7,0 до 8,0 МГц). Пьезоизлучатели устройства контроля преобразуют ВЧ-сигнал в ультразвуковой сигнал той же частоты, который распространяется в ДН₂О, находящейся в акустической ячейке устройства (патент №2039978). Пьезоприемник преобразует ультразвуковой сигнал в ВЧ-сигнал, который поступает на ВЧ-микровольтметр (например, типа В3-57). Продетектированный ВЧ-сигнал с выхода ВЧ-микровольтметра поступает на вольтметр постоянного тока (например, В7-53), также управляемый микроЭВМ. В результате обработки данных, получаемых с пьезоприемника устройства для контроля биологических жидкостей, в памяти микроЭВМ фиксируются центральные частоты всех резонансных пиков в выбранном диапазоне частот (например, от 7,0 до 8,0 МГц) для дистиллированной воды. Затем в одну из акустических ячеек устройства, где поддерживается температура 37°±0,05°С, заливается слюна из той же пробирки, что и на втором этапе (предварительно отцентрифугированная 10 минут при скорости в 3000 оборотов), и аналогично в памяти микроЭВМ фиксируются центральные частоты всех резонансных пиков в том же диапазоне от 7,0 до 8,0 МГц для слюны. Затем микро-ЭВМ вычисляет среднюю разность частотного расстояния между резонансными пиками / j+1, / j и номер j выбранного резонансного пика по следующей формуле:

где N - число частотных расстояний между резонансными пиками в выбранном частотном диапазоне от 7,0 до 8,0 МГц.

Затем выбирают значения центральных частот резонансных пиков одною и того же номера для дистиллированной воды и слюны и вычисляются соответствующие скорости ультразвука при температуре 37°±0,05°С по формуле:

где Vs обозначает скорость ультразвука в каждой из исследованных сред: для дистиллированной воды s=(Н₂ О), для слюны s=s, R - радиус устройства для контроля биосред.

На основании результатов, полученных по данной формуле, вычисляют относительное изменение скорости ультразвука в слюне относительно дистиллированной воды при температуре 37°±0,05°С - акустический показатель слюны 37 (АПС₃₇), измеряемый в промиллях

4 этап. Полученные значения акустического показателя слюны при 30°±0,05°С и 37°±0,05°С подставляют в формулы для расчета калия и натрия.

1. К ⁺(ммоль/л)=2,5916(АПС₃₇)³-14,981(АПС ₃₇)²+35,355(АПС₃₇)-16,831;

2. Na⁺(ммоль/л)=34600(АПС₃₀-АПС₃₇ )⁴-30567(АПС₃₀-АПС₃₇)³ +9184,6·(АПС₃₀-АПС₃₇)²-984,87(АПС ₃₀-АПС₃₇)+48,807,

где АПС₃₀ - относительная скорость ультразвука в слюне при температуре 30°С;

АПС₃₇ - относительная скорость ультразвука в слюне при температуре 37°С.

Таким образом получаются значения натрия и калия в стандартных (система СИ) единицах.

Длительность получения результатов - 12 минут (включая время центрифугирования 10 минут).

Необходимая диагностическая точность определения К и Na в слюне составляет ±1 ммоль/л. Точность определения АПС предлагаемым способом составляет 10 ^-5. Это позволяет вычислять из акустических измерений содержание К в слюне с точностью ±0,2 ммоль/л, а Na с точностью ±0,5 ммоль/л.

Конкретный пример использования предлагаемого способа

Выписка из истории болезни №10439. Больная Ш., 48 лет, доставлена в больницу №5 16.09.03., через 18 часов после начала заболевания, с диагнозом: ИБС: Острый Q инфаркт миокарда передней стенки (Киллип I). Диагноз установлен по общепринятым критериям ВОЗ и подтвержден повышением величины МВ-КФК до 125 ME и наличием «нового» зубца Q на ЭКГ. Лечение проводилось соответственно стандартам, без проведения тромболизиса (поздняя доставка больной в стационар). Состояние больной было стабильным, заболевание протекало без осложнений. На вторые сутки госпитализации уровень калия крови составил 3,8-3,9 ммоль/л (норма 3,5-5,1 ммоль/л) (здесь и далее нормы приведены по «Энциклопедии лабораторных тестов», 1997), натрия крови 138 ммоль/л (норма 136-146 ммоль/л), что соответствовало норме. Одновременно с кровью был сделан забор слюны по общепринятой стандартной методике и определены величины содержания в ней калия и натрия: 1) новым способом (на основе использования ультразвука) и 2) общепринятым способом (по методу Колба и Камышникова).

Результаты.

1) С помощью ультразвука определены следующие величины акустического показателя слюны: АПС₃₀=1,858 (при +30°С); АПС₃₇=1,757 (при +37°С). Затем вычислено количественное содержание калия и натрия в слюне путем подставления полученных величин в соответствующие формулы:

- К⁺=2,5916(1,757) ³-14,981(1,757)²+35,355(1,757)-16,831=(2,5916×5,4239)-(14,981×3,087)+35,555(1,757)-16,831=14,0565-46,2463+62,47-16,831=13,4462 ммоль/л;

- Na⁺=34600(1,858-1,757)⁴ -30567(1,858-1,757)³+9184,6(1,858-1,757)² -984,87(1,858-1,757)+48,807=34600(0,101)⁴-30567(0,101) ³+9184,6(0,101)²-984,87(0,101)+48,807=(34600×0,0001)-(30567×0,001)+9184,6(0,01)-984,87(0,101)+99,47+48,807=3,46-30,567+91,846-99,47+48,807=14,076 ммоль/л

Таким образом количественное содержание в слюне калия и натрия, при определении предлагаемым способом, было равным 13,44 ммоль/л и 14,07 ммоль/л соответственно.

2) Количественное содержание в слюне калия и натрия по общепринятой методике было равным 13,35 ммоль/л и 14,1 ммоль/л соответственно.

Полученные величины содержания калия и натрия в слюне предлагаемым способом (на основе использования ультразвука) и общепринятым способом (методом пламенной фотометрии) были сопоставимы. При этом у пациентки было выявлено снижение содержания калия в слюне (норма 19-23 ммоль/л) при нормальном содержании натрия (норма 6,5-21,7 ммоль/л). Следует особо подчеркнуть, что содержание калия в крови данной пациентки было в пределах нормы.

Снижение содержания калия в слюне у больных с острыми формами ИБС ниже 16 ммоль/л является предиктором развития фибрилляции желудочков. В связи с этим терапия у данной пациентки была усилена внутривенным введением калия в составе поляризующей смеси. Заболевание после коррекции лечения протекало без осложнений.

ЛИТЕРАТУРА

1. Клемин А.В. Скорость и коэффициент затухания ультразвука в тканях внутренних органов млекопитающих. Дисс... кан. биол. наук. - М., 1981.

2. Казначеев В.П. Адаптация и конституция человека. - Новосибирск: Наука, 1986. - 246 с.

3. Колб В.Г., Камышников B.C. Определение электролитов методом пламенной фотометрии // Клиническая биохимия. - Минск, Беларусь, 1976. - С.184-186.

4. Комарова Л.Г., Алексеева О.П. Новые представления о функции слюнных желез в организме (клинико-биохимический аспект) // Монография. - Н.Новгород. -1994. - 96 с.

5. Энциклопедия лабораторных тестов. Пер. с англ. Под ред. В.В.Меньшикова. - М.: Лабинформ, 1997. - 960 с.