Сегодня медицина обладает огромным набором методов диагностики. Распознавать неполадки в организме человека можно с помощью рентген-аппаратов, ультразвуковых исследований, магнитно-резонансной и компьютерной томографии. В особо сложных случаях врач может назначить внутренние исследования с помощью зондов или даже специальной камеры, которая вводится в брюшную полость через небольшой разрез.
На фоне этих манипуляций поход в лабораторию выглядит простой процедурой. Ну что там может быть? Сдали кровь в пробирку, врач посмотрел в микроскоп, нашел, условно говоря, микроб. Однако современное лабораторное исследование едва ли не сложнее, чем все вышеупомянутые способы.
Дмитрий Фадин,
директор по стратегическому
развитию и инновациям ИНВИТРО
Brain to brain process
«Весь процесс исследования биоматериала можно определить как brain to brain process (англ. «процесс от мозга к мозгу». – Прим. ред.), – говорит Дмитрий Фадин, директор по стратегическому развитию и инновациям ИНВИТРО. – Он заключается не в том, чтобы взять ваш биоматериал, засунуть его в анализатор и получить какую-то цифру, а в том, чтобы получить информацию, которая подтверждает или опровергает ту или иную гипотезу, возникшую у клинициста».
Современная медицинская лаборатория – это IT-компания, которая работает с информацией. Другой вопрос, что эта информация закодирована в биологических структурах и ее нужно перевести в цифровой вид.
Это непростая задача. В организме человека нет одного биологического маркера, который являлся бы абсолютно константным во всех тканях. Грубо говоря, молекулы распределены неравномерно. Самым хорошим материалом для исследования считают кровь. «Ее можно сравнить с городским хозяйством, – продолжает Дмитрий Фадин. – Это транспорт, который доставляет питательные вещества в ткани и обеспечивает вывоз отходов; курьеры, которые носят почту; большие чиновники с мигалками, которые занимаются регуляторикой. Единственное отличие – в крови нет пробок. Пробки – это патология».
От стекла к пластику
С точки зрения лаборатории самым удачным материалом для большинства исследований является венозная кровь. Первый и самый старый способ ее получения – метод толстой иглы, когда кровь из вены поступает самотеком. Но он не очень хорош, потому что кровь контактирует с воздухом, в котором содержится кислород, являющийся сильным окислителем. Он вызывает массовые процессы в образце, и кровь, которую таким способом взяли, не в полной степени соответствует той, что находится в кровеносном русле.
Немногим лучше взятие биоматериала шприцем с последующим переливанием в пробирку. Кровь опять же контактирует с воздухом, но при этом давление поршня шприца разрушает много эритроцитов, вызывая гемолиз. А при гемолизе большое количество веществ выходит в сыворотку, делая невозможным их исследование.
Диагносты долгое время пытались найти способ, как стандартизировать исследования крови. Наконец, в 1949 году были изобретены вакуумные пробирки, которые позволили заместить метод толстой иглы. Первые такие пробирки были сделаны из стекла, которое являлось главным материалом любой лаборатории из-за способности хорошо выдерживать химические воздействия. Но у стекла есть недостатки. Например, оно является одним из активаторов процесса свертывания крови. Поэтому, когда в 1970-х были произведены первые пластиковые пробирки, это фактически перевернуло лабораторную диагностику. С того времени началась современная эпоха взятия биоматериала.
Процесс лабораторного исследования можно поделить на пять этапов. Первый – препреаналитика, когда клиницист задумал запросить какое-то исследование. Второй – преаналитический, когда биоматериал берут и доставляют в лабораторию. На следующем этапе его исследуют в анализаторе, а затем – на постаналитическом – получают результат и проверяют его. Последний этап – постпостаналитический: результат отдается клиницисту, чтобы он мог его интерпретировать.
«Связывает все эти этапы, за исключением первого и последнего, лабораторная пробирка, – говорит эксперт. – И если раньше взятую кровь приходилось по нескольку раз переливать, что неизбежно приводило к потере качества исследования, то использование пластика позволило этого избежать. Современная пробирка проходит лабораторию насквозь».
Пробирки и добавки
Используется несколько видов пластика, например полистирол, полипропилен и полиэтилентерефталат (ПЭТ). Каждый из них обладает своими преимуществами. Например, полистирол – лучшей прозрачностью. И в тех случаях, когда надо следить за тем, что происходит внутри пробирки, полистирол является пластиком №1.
С пластиковых пробирок началась современная история лабораторных исследований
ПЭТ замечательно изолирует газовые среды, поэтому из него делают вакуумные пробирки. Также ПЭТ – прочный материал.Он обеспечивает хорошую сохранность пробирки, которая в ходе исследований подвергается сильным воздействиям, например центрифугированию с усилием до 10 тыс. G.
Но и у ПЭТ есть минусы: этот материал является гигроскопичным, то есть может поглощать и отдавать влагу. Поэтому в свое время изобрели так называемую технологию «сэндвич». Это пробирка из полипропилена, которая вставлена в пробирку из ПЭТ. Внутренний слой обеспечивает стабильность раствора, внешний – отсутствие газообмена.
Используются и другие добавки. Так, для некоторых материалов, которые получают из крови, необходимо, чтобы та свернулась. И тогда на пластиковую пробирку напыляется оксид кремния. В других случаях, наоборот, нужно, чтобы кровь не сворачивалась: в пробирку добавляют антикоагулянты, такие как ЭДТА (этилендиэтилтриуксусная кислота), цитрат натрия или гепарин. Аластик, из которого сделана пробирка, не должен взаимодействовать с реагентами.
Выбор материала вообще очень важная вещь. Он должен обладать высокой устойчивостью, важно обеспечить идеальную внутреннюю поверхность пробирки, потому что наличие неровностей воспринимается кровью как повреждение сосуда и она сворачивается. Малейшие нарушения стабильности пластика приводят к серьезным изменениям работы всей системы.
Любой биоматериал является инфекционно опасным, поэтому пластик должен обеспечивать безопасность персонала. Чем еще плоха была стеклянная пробирка? Если она сколота, то врач может порезаться и заразиться. А пластик практически решает проблему безопасности. Существуют штативы для перевозки пробирок авиатранспортом, которые выдерживают падение с высоты 10 км.
Пластик и аналитика
После того как у пациента взяли кровь, ее надо подготовить к исследованию. Достаточно часто (например, для подготовки сыворотки или плазмы) перед диагностом стоит задача отделить их от форменных элементов. Для этого используется центрифуга. Но если после центрифугирования пробирку куда-нибудь повезти, внутри все снова смешается. Поэтому полученную сыворотку или плазму приходится из пробирки отбирать. Вручную это делать трудно, а автоматически на каждом пункте взятия крови – дорого.
Чтобы сделать процесс удобным, придумали гранулы из полипропилена, которые при центрифугировании встают между сывороткой и остальным сгустком крови. Но и в этом случае оказалось, что перевозить такой материал сложно. И тогда возникла идея применить полимерный гель, который бы плотно разделял то, что нужно исследователю, от того, что не нужно.
Дальше пробирка попадает в лабораторию. Ее проверяют с точки зрения качества биоматериала, сортируют и отправляют по анализаторам. Но поскольку из одной пробирки зачастую надо сделать несколько исследований, обычно анализатор отбирает пробы с помощью иглы и переносит ее во вторичную тару. Кюветы для исследований в анализаторах раньше делали из кварца в силу его высокой прозрачности. Но кварцевые кюветы дорогие, их приходится использовать многократно, а для этого постоянно мыть. При мытье они царапаются, и качество анализа ухудшается. С ростом качества пластика многие производители заменили кварц на одноразовый полистирол.
На самом деле пластиковый ассортимент лаборатории огромен. Из разных полимеров сделаны корпуса приборов, штативы, в которых стоят пробирки, контейнеры, мешалки, стаканчики, масса вспомогательных вещей. «Количество видов лабораторных исследований приближается к 30 тыс., – резюмирует Дмитрий Фадин. – Понятно, что помимо полимеров в лабораторной диагностике используется множество других видов материалов. Задача у нас сложная. Процесс исследования проходит на грани между физикой, химией, информатикой, логистикой и медициной. Но если бы не пластики, лаборатории в современном виде просто бы не существовало».
Пластик станет еще «умнее»
Михаил Годков,
руководитель отдела лабораторной диагностики НИИ скорой помощи им. Н.В. Склифосовского,
президент ассоциации «Федерация лабораторной медицины»
С моей точки зрения, медицинская лаборатория будет развиваться в четырех направлениях. Во-первых, будут создаваться крупные лаборатории-фабрики. Во-вторых, будет развиваться диагностика по месту лечения больного (настольные приборы у участкового врача, в машине скорой помощи и т.д.). В-третьих, могут появиться средства измерения широкой степени доступности, как будки экспресс-фото: зашел, выдохнул воздух, а аппарат что-то померил. Наконец, будут дальше развиваться средства самотестирования.
Используемые пластики станут меняться под новые средства сбора материала. Кроме того, вероятнее всего, что полимеры станут работать как индикаторы – менять свои свойства при появлении патологических или нежелательных веществ. Такие средства измерения могут быть встроены, например, в спортивную одежду: атлет бежит, у него измеряется уровень солей в поте, и в определенный момент майка меняет свой цвет. Другими словами, пластик станет более «умным», он сможет взаимодействовать с внешней средой. Причем выдавать информацию он станет по-разному: не только цвет менять, но и нагреваться, например. Вполне можно допустить, что на полимерные экраны в «умном» доме будут выводиться показатели, предупреждающие надписи, рекомендации и т.п. В принципе это уже сейчас возможно, есть ведь стекла-хамелеоны. Через каких-нибудь 5–10 лет мы будем жить в совершенно другой эре, нас ждет много удивительных вещей.
Евгений Горчаков
