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应用肝素制备血气分析样品

更多相关文章时间:2008/4/21 11:05:55,点击:0

作者：Chris Higgin

学习目的：
1、学习有关肝素的分子结构
2、懂得肝素如何防止血液凝固
3、知道肝素的不同制备模式及其治疗应用
4、熟悉肝素怎样被标准化
5、认识围绕肝素作为体外血气分析抗凝剂应用中的争论问题
6、比较血气分析中液体肝素和冻干肝素两者的优缺点
7、知道肝素作为抗凝剂在检测离子钙时可能发生的两类错误
8、评估肝素锌—锂使用的合理性

    临床实验室检查分析前期所进行的良好操作实践非常重要。对临床有用的高质量正确结果的产生大多取决于患者样品到达实验室前这一段过程，它与在实验室内进行分析过程同等重要。目前很少有像血气分析这样的检测能证明分析前期的良好操作实践的重要性。不严格遵守血液收集、处理程序和及时运送样品等规范就可能导致血气检测结果的无效。本文阐述了血气分析前的一个过程，即肝素抗凝血样品的使用。重点关注的是由于需要加肝素至血中而引起的血气分析仪参数检测过程中的潜在错误的发生以及怎样避免或至少减少错误的发生。本文首先就肝素本身做一概述。

    肝素概述
    肝素是存在于所有哺乳类动物体内的一种天然抗凝剂，因1916年首次从肝组织中分离出而得名。它由肥大细胞和啫碱粒细胞合成，并贮存于这些细胞的分泌颗粒中。由于肥大细胞存在于多种组织类型中，因而肝素可以来自于大量肝外组织，其商品化制剂目前绝大多数来自于猪肠粘膜。

    结构
    肝素属于糖复合体家族，通称糖胺聚糖（或粘多糖）。本质上糖胺聚糖是重复二糖单元的长非分支链，各包括一个N-2酰基氨基己糖的一个己糖或己糖醛酸。在这一总的格式内，可能有很多不同的二糖亚单位，它们以多样性序列加入到一系列链的长度中。这些多样性说明糖胺聚糖作为一个如肝素这样的家族和家族成员显示出了很大的分子异质性。肝素是一个链的组成和链的长度均呈异质性的“混合物”，因而其分子量可以从3KDa——30KDa（平均约15 KDa）。肝素区别于其它糖胺聚糖的一个特征是它含有一个非常高比例的二糖硫酸盐单元。肝素分子内有一种特别独特的高硫酸盐的五糖序列存在，其比例占30%，是肝素具有抗凝效果的原因。

    抗凝作用和治疗作用
    肝素能防止血液凝固是因为其具有独特的五糖序列结构，可以牢固地结合抗凝血酶Ⅲ。抗凝血酶Ⅲ是一种血浆蛋白，通过结合包括Ⅺa、Ⅹa、Ⅸa和Ⅱa（凝血酶）在内的一些活化的凝血因子来抑制这些凝血因子的酶作用，从而起到抑制血液凝固的作用。抗凝血酶Ⅲ的生理学功能在于阻止体内血液的凝固，因而可以维持完整血管内血液的流动性。肝素结合的效应是将抗凝血酶Ⅲ的活性增加了1000倍以上，因此能有效防止血液凝固形成所必需的纤维蛋白形成过程。肝素的抗凝效应可以在体外和体内都发生。

    20世纪30年代后，通过体内注射肝素以达到人为降低血液凝固性的做法已被用于治疗目的。由于肝素不能被胃肠道吸收，因而必须通过静脉或皮下注射方式进行。虽然存在着这些限制，肝素仍然是应用最广泛的一种抗血栓药，主要用于治疗和预防静脉栓塞和肺梗塞。传统上应用的是未分段的肝素（UFH）钠盐，其一度被作为是唯一可用的形式。近年来平均分子量范围在3KDa-5 KDa的更精制的低分子量肝素已取代UFH作为很多临床用药的选择，因为这些新的制剂不良副反应更少。最近的进展是根据模拟关键的抗凝血酶Ⅲ结合五糖序列所开发的一类合成肝素药物，其中Fondaparinux（Atrixia）是这类“合成肝素”药物中效果最好的一种。

    肝素的标准化——肝素盐类
    肝素活性（浓度）的测定采用的是WHO的国际单位（IU）或美国药典（USP）单位。定义USP单位依据的是加入0.2ml1%CaCl2溶液后阻止1ml枸椽酸羊血浆在1小时内凝固所需的肝素量。这一剂量的肝素是0.005mg。IU和USP单位之间存在着小（7%—10%）的差异，目前的趋势是协调二者。肝素钠是天然产生的肝素盐，主要为药用和供实验室使用。肝素锂专用于实验室作为体外抗凝剂使用，它通过阳离子交换色谱从肝素钠中制备。

    肝素的体外应用和血气分析
    在实验室用于生化分析血液样品的准备中采用肝素的体外抗凝作用已有50年以上的历史。生化分析大多采用的是静脉血液离心后的液体（非细胞）部分。抗凝可立即分离液体部分（血浆），而不加抗凝剂时要等待1小时或更多时间直至血块收缩时才能分离出液体部分（血清）。大多数以血浆为样品进行的生化分析推荐的抗凝剂是肝素锂，其终浓度为每毫升血液加10-30USP单位。目前公认的是过量肝素可有效抗凝。几十年的经验表明加入这一浓度的肝素对大多数常见血液分析并无影响（即与血清比较无显著差异）。

    有些血液试验只能在均质全血样品中进行。它们包括pH、pCO2和pO2等由血气分析仪所测定的传统参数，均需要抗凝的血液样品（除非在体外凝固前1-2分钟内分析）。肝素是血气分析试验所选择的一种主要抗凝剂。抗凝是完全必要的，因为它不仅仅是为了得到为保证正确结果而需要的均质样品，同时也是为了避免微小的血栓（肉眼不一定可见）堵塞血气分析仪的样品通路。

    由于现代血气分析仪检测项目的增加以及与肝素应用有关的新问题的出现，因而围绕肝素应用的问题采用历史学观点是有用的。起初的血气分析仪检测项目仅限于血气（pCO2、pO2）和pH测定，并且血气分析样品通常采用肝素钠溶液进行抗凝。

    早期年代——应用液体肝素钠溶液
    1960年，Siggaard-Andersen确定只要肝素的浓度在血液中低于1mg/ml（约200IU/ml血液），则其对测定酸碱参数（pH和pCO2）就无影响。超过这一肝素浓度则pH会下降0.003单位，而pCO2上升0.1mmHg（0.013kPa）。由于达到抗凝效果的肝素浓度远小于1mg/ml，因而溶液中的肝素很容易与血液进行混和，因而肝素钠（后采用肝素锂）溶液（1000IU/ml）被用来作为制备检测pH、pCO2和pO2抗凝血液的传统方法。只需将0.2ml（1000IU/ml）的肝素钠（锂）加至5ml血液中使其最终浓度达到40IU/ml，就能达到完全抗凝效果。

    液体肝素的主要缺点是如果血液被肝素溶液过度稀释就有发生潜在错误的可能。发生这一潜在错误的可能在于液体肝素中的pH、pCO2和pO2与动脉血中的相比有着相当多的差异。肝素溶液的大致数值为pH6.4、pCO2 7.5mmHG（1KPa）、pO2 160mmHG（21KPa），显示肝素在与空气平衡时是酸性溶液。目前已有一些研究对增加肝素稀释样品后对血pH、pCO2和pO2测定的影响进行了调查。

    简言之，这些研究调查表明pH的测定能抵抗这种稀释的影响。即使肝素与血液等量混和（即血液稀释50%），pH仍可保持恒定，这很可能是由于血液的缓冲能力所致。pCO2对稀释的影响也具有相对的抵抗力。有些研究观察到稀释对pO2无影响，而另一些则报道在高度稀释（35%-50%）时可见pO2增加。pCO2是最敏感的参数，在稀释比例＜10%（例如将0.5ml肝素加至5.0ml血液）的时候，pCO2无显著变化；但当稀释比例＞10%时则pCO2值会显著减低。有一份报道的结果很有代表性，它表明如果血液pCO2为51mmHG（6.8KPa）时分别用肝素作10%-20%和40%的稀释，则pCO2可分别减至44mmHG（5.9 KPa）、39mmHG（5.2 KPa）和31mmHG（4.1 KPa）。稀释每增加1%时pCO2约减少1%。计算来自于pCO2测定的酸碱参数、碳酸氢盐和碱剩余时会受到相同的影响。

    需要强调的是上述稀释效应并非由于肝素本身所致，而是源于所加入到血液中的液体。例如即使将盐溶液加入到血液中去也会出现同样效应。

    为避免在进行pCO2和pO2检测时因应用液体肝素而导致的潜在稀释错误的发生，很重要的一点是肝素的容量应＜10%，最好为总样品量的5%或更少。这一比例可以通过用肝素湿润注射器内壁和注射器中心的死腔来达到。标准2.0ml注射器的死腔容量约为0.1ml，0.1ml的肝素（1000IU/ml）置于2.0ml血中后其最终稀释比例为5%，也就是说肝素最后的浓度为每毫升血中50IU。

    如果样品被收集于含冻干（干燥）肝素的注射器内，就可完全清除在pCO2和pO2测定过程中因不正确应用液体肝素钠（或锂）所导致的错误危险。冻干肝素的缺点是不易与血液相混和，除非增加肝素浓度，否则就有理论上出现抗凝作用不完全的危险。不过在一项对比研究中发现，相同浓度的干粉与液状肝素钠（33IU/ml血液）两者在pH、pCO2和pO2的测定上并无差异，应用肝素干粉未遇到发生凝固的情景。

    扩展试验引发新的挑战
    在临床要求驱动下的技术进展已使得血气分析仪能用检测pH、pCO2和pO2的同一份动脉血样品来测定一些附加的生化分析（如钠、钾、离子钙、胆红质、葡萄糖）。但重要的是要保证肝素抗凝的血气样品不仅不能干扰pH、pCO2和pO2的测定，而且也不能干扰这些附加分析物的测定。电解质测定特别是离子钙测定会产生一个特殊问题，这是因为传统用于pH、pCO2和pO2测定的抗凝血液的肝素制备物会在测定离子钙时出现明显的错误。

    肝素和离子钙
    应用肝素抗凝测离子钙可引起两类错误，首先是由于应用传统液体肝素所造成的简单的稀释错误。应用肝素稀释血液测离子钙时，其负面偏差直接与肝素稀释血液有关，发生率可高达5%。这一错误从理论上讲可在某种程度上适用于所有分析物，要减少它的发生就需要尽可能减少肝素与血液样品容量的比例。合适的比例是将21μl肝素与2ml血液（即1%稀释）进行混和，这要通过严格细心的操作来达到。在离子钙测定中采用这种稀释比例时所出现的偏差临床上几乎难以察觉。一种更安全的方法（保证没有稀释错误）是应用干燥（冻干）肝素。目前临床和实验室标准协会（CLSI）推荐的就是这一种方法。

    第二种可能的错误来自肝素的钙结合特性。肝素钠（锂）与钙结合后可以人为地减少离子钙浓度，其减少的量与肝素浓度成正比。例如15IU/ml肝素锂可引起离子钙减少约0.03mmol/L。肝素浓度为50IU/ml时其离子钙可减少0.15mmol/L，肝素浓度在100IU/ml时其离子钙可减少0.19mmol/L。

    可以通过采用两种基本对策中的一种来防止肝素锂与钙的结合：
    * 降低传统的肝素锂浓度；
    * 放弃传统的肝素锂，采用新的肝素产品（钙平衡肝素、肝素锌和混和的肝素锌/锂）。

    为减少因肝素结合所引起的离子钙的负面偏差，肝素锂浓度必须＜10IU/ml。但有些专家警告“尽管10IU/ml肝素可明显减少肝素的副反应，但预计这一低浓度不能消除所有分析仪中的凝固过程。我们已注意到有些血液样品甚至在肝素浓度高达150IU/ml时还不能抗凝”。与低浓度肝素相关的潜在抗凝问题催生了新技术的产生，即在有惰性填料的“抽吸器（puff）”内制备肝素锂干粉，使其混合后很容易分散至血中。这项技术已被用于商品化的血气样品仪中，使肝素锂的浓度正好为2.8IU/ml。这一方法在一些试验中已被证实与不加抗凝剂的血液相比，在检测电解质（包括离子钙）方面无差异。

    钙（电解质）平衡肝素是肝素锂和肝素钠的混和物，其中加入的氯化钠，最后的离子钙浓度是1.25mmol/L，处于健康成人离子钙的中位点范围。这一新的肝素制备产物在钙浓度为1.25mmol/L时可以消除钙结合的影响，但当浓度偏离1.25mmol/L时可发生轻度（临床不明显）偏差。如浓度＜1.25mmol/L为正偏差，如＞1.25mmol/L则为负偏差。因此，如果真正的离子钙浓度为0.75mmol/L，则此浓度偏差为+3%，测定的离子钙浓度应是0.77mmol/L；相反，如果真正的离子钙浓度是2.5mmol/L，则偏差为-2%，测定的离子钙浓度就是2.45mmol/L。约90%-95%离子钙测定结果在0.9mmol/L-1.8mmol/L范围内，在此范围内所有结果的偏差＜2%，临床可以接受。该方法的优点是所用肝素浓度相对可高一些（70IU/ml），这样可大大减少因抗凝不足所带来的危险。一些研究已经证实钙（电解度）平衡肝素可以有效地用于血气分析物上的所有分析物测定。加入含钙抗凝剂至样品内的做法不适合在实验室进行总钙测定。

    肝素锌应用的基本原理是锌占有正常钙结合的肝素位点，这样可有效地减少肝素与钙的结合，并因而减少与离子钙测定有关的错误。事实上，肝素锌可轻度增加离子钙浓度。因为肝素锂减少的离子钙与肝素锌增加的离子钙等量，两者1：1混和后在健康人群和患者范围内可消除离子钙结果的偏差，对包括总钙在内的其他分析物均无影响。一些研究证实对血气分析来讲，肝素锌一锂的混合应用可以作为合适的抗凝剂使用。

    总结
    肝素是血气分析样品制备中所使用的唯一抗凝剂。两种情况下肝素的使用会干扰检测结果。首先是血中具有高浓度的肝素，其次是用液体肝素而不是肝素干粉（冻干）会稀释血液样品。在目前的血气分析仪上，传统的血气分析项目（pH、pCO2、pO2）的检测要比电解质（特别是离子钙）受肝素的影响小。如果样品仅需要测定pH、pCO2和pO2 ，那么对这些分析物来说，肝素（钠或锂）浓度＜200IU/ml、血液稀释不超过5%仍是必不可少的。电解物测定应当采用的是肝素锂而不是肝素钠。离子钙测定要求采用的肝素是冻干品，其浓度不超过10IU/ml。

    不论肝素怎样制备，要得到准确的结果就需要有准确量的血样品和准确的肝素浓度（如用液体肝素稀释），样品采集后血液和抗凝剂应立即充分混和。血气分析最常见的一个实际问题是抗凝不适当，导致小量血块形成并阻塞血气分析仪的样品通道使结果不准确。显而易见的是，肝素浓度越低危险性就越大，混合技术不好可造成抗凝不合适及其它相关问题。

参考文献（略）

摘自《美全诊断论坛》2008 1 总第28期