Kalibrace katalytických koncentrací enzymových aktivit rutinních enzymů v klinické biochemii pomocí primárních standardních roztoků na autoanalyzátorech
| Zpracoval: Ing. Pavel Sedlák OKB MN Čáslav, Jeníkovská 348, 286 01 Čáslav |
Editor: RNDr. Josef Kratochvíla SEKK, Bartolomějská 90, 530 02 Pardubice |
OBSAH
Teoretický úvod, základní pojmy a zkratky, návrh řešní, literatura
Obecný návod postupu kalibrace
Praktický příklad pro analyzátor HITACHI 911
Přes nespornou přínosnou roli sérových enzymových kalibrátorů pro stanovení enzymů se stále více jeví nutností mít k dispozici jiný, firemně nezávislý a analyticky exaktní prostředek k získání kalibrační závislosti stanovení katalytické koncentrace enzymů, či k ověření deklarace atestu sérového enzymového kalibrátoru. Ve značení a atestech deklarací sérových firemních enzymových kalibrátorů nepanuje pořádek, systém a jednoznačnost, tyto většinou jen zohledňují úzké firemní zájmy vztahováním deklarací atestů k firemním kitům či přístrojům, a ne jednoznačně k použité metodě stanovení. Možné následky zásadního charakteru jsou již dokumentované např. organizátory SEKK. "Kauzy" jako a-amyláza a nově i alkalická fosfatáza (ALP) jsou toho dokladem.
Klasický postup kalibrace výpočtem kalibračního faktoru přímo z molárního absorpčního koeficientu je sice exaktní, nicméně jeho platnost je podmíněna splněním optimalizačních podmínek (viz kalibrační faktor) a tyto podmínky není možno při práci na automatických analyzátorech běžně splnit. Popsaný variantní postup pro praxi eliminuje použití "přibližné" měřící vlnové délky, bichromatickou fotometrii a všechny vlivy zahrnutelné do "Instrument Factor", tj. zejména vlivy fotometru, kyvet a pipetovací a dávkovací jednotky. Princip spočívá v jednotném "hardwarovém" provedení kalibrace i vlastní analýzy a k získání kalibračního faktoru pak poslouží pouze "softwarová" modifikace kalibračního postupu. Jako příklady jsou uvedeny dva samostatné materiály. První představuje zobecněný postup použitelný pro různé enzymy a metodické postupy jejich stanovení na různých typech biochemických analyzátorů, druhý naopak konkrétní praktický algoritmus kalibrace stanovení katalytické koncentrace ALP pro metodu DGKC "new 94" (ECCLS) s MEG pufrem (metoda značená jako č.1 v seznamu metod SEKK).
Teoretická východiska
Seznam a vysvětlení použitých pojmů a zkratek
ALP = alkalická fosfatáza
F = kalibrační faktor![]()
DA = změna (nárůst či úbytek) absorbance
Dt = časový interval
TV = celkový reakční objem (objem vzorku + objem činidel) [µl]
SV = objem vzorku [µl]
e = molární absorpční koeficient [m2 . mol-1]
PL = tloušťka kyvety (optická délka) [mm]
l = vlnová délka [nm]
MEG = N-metyl-D-glukamin
SW = software analyzátoru
pNP = 4-nitrofenol
Klasický postup získání kalibračního faktoru (F) výpočtem pomocí molárního absorpčního koeficientu je sice teoreticky dostupný, prakticky je to ale v současné "éře biochemických analyzátorů" jen velmi těžko použitelný postup.
Kalibrační faktor (F) je faktor, kterým se násobí změna absorbance (DA) měřeného reakčního roztoku v daném časovém intervalu (Dt) s cílem stanovit konečnou katalytickou koncentraci enzymu (ALP):
A = (DA / Dt) [min-1]
Katalytická koncentrace "K" v [µkat . l-1] ALP = F . A; kde DA je v případě ALP přírůstek absorbance v daném časovém intervalu (Dt) nejčastěji 1 minuta či lépe 60 sekund.
Teoretický kalibrační faktor pro metodu s pufrem N-metyl-D-glukaminem (ECCLS či DGKC "new" 94) odpovídající vlnové délce 405 nm a optimálním reakčním podmínkám (1):
| N-metyl-D-glukamin | 500 mmol . l-1 |
| pH (37°C) | 10,1 |
| 4-nitrofenylfosfát | 20 mmol . l-1 |
| Octan hořečnatý | 0,5 mmol . l-1 |
| Chlorid sodný | 110 mmol . l-1 |
| Objemový poměr séra (1 : 56) | 0,0179 |
a měrným podmínkám (1):
| Teplota měření | 37°C ± 0,1°C |
| Vlnová délka | 405 nm (spektrální pološířka < 2 nm) |
| Tloušťka kyvety | 10,0 ± 0,01 mm |
| Startér | 4 nitrofenylfosfát |
| Preinkubace | do dosažení rovnováhy (> 300 s) |
| Čas prodlevy | 60 s |
| Čas měření | 90 s |
| Reagenční blank | nutný |
| Blank vzorku | není nutný |
je roven
(čísla uvedená výše určují objemové poměry a 1875 [m2 . mol-1] je e pro 4-nitrofenol při 405 nm a 37°C a 16,67 přepočtový faktor na [µkat . l-1])![]()
Potom je určitá katalytická koncentrace ALP "K" = A . 49,78 [µkat . l-1]
Pro hlubší podrobnosti viz původní citaci normalizace metody stanovení ALP (1). Většina optimálních metodických modifikací a firemních diagnostických souprav přibližně pracuje s kalibračním faktorem F = 50 pro výše uvedené optimální podmínky (2).
Kritický rozbor
TV, SV: O aktuálním kvalitativním stavu pipetovacích a dávkovacích jednotek analyzátorů toho víme zpravidla méně, než je pro tento účel práce v objemech [µl] nutné. Údaje o správnosti jsou pouze obecným údajem výrobce pro daný typ analyzátoru (často nejsou vůbec či jsou nedostatečně specifikované), kritický je zejména parametr SV, kdy pracujeme v objemech o řád nižších než pro dávkované objemy činidel R1 a R2, navíc se jedná o objem figurující ve fyzikálním rozměru jednotky stanovované katalytické koncentrace. Jakákoliv odchylka v SV se tedy dramaticky promítá do celkové chyby stanovení. Reprodukovatelnost (opakovatelnost) pipetování a dávkování analyzátoru však může být trvale pod naší kontrolou, čehož se v dalším pokusíme využít.
e: Hodnotu molárního absorpčního koeficientu příslušného substrátu, standardního roztoku či reakčního produktu sice lze tabelárně poměrně snadno a přesně zjistit, nicméně zpravidla pro poněkud jinou vlnovou délku, než při které je schopen měřit námi používaný analyzátor. Často též i pro jiné pH a vlastní teplotu stanovení. Navíc z praktických důvodů většinou používáme při práci na analyzátorech bichromatické měření (měření při dvou vlnových délkách), které výpočetní vztah jednak komplikuje a dále pak nám i prakticky znemožňuje exaktně určit hodnoty molárního absorpčního koeficientu při tabelárně nezajímavé vlnové délce či poměru vlnových délek.
PL: Ani znalost hodnot optické tloušťky kyvet analyzátoru není dostatečná, podezřelá je už i deklarace výrobce plastové kyvety např. “s přesností na celé milimetry i až na desetiny milimetru”, navíc často bez uvedení přesné teploty měření, roztažnosti plastu aj. (v tomto ohledu jsme na tom u legendárního SPEKOLU byli lépe).
l: Platnost zákona pro měření je podmíněna monochromatickým světlem s přesností l (spektrální pološířka < 2 nm). O kvalitě monochromátoru fotometru analyzátoru máme k dispozici zpravidla opět pouze těžko prakticky ověřitelná technická data výrobce. Většina analyzátorů by navíc v případě přímého výpočtu F vyžadovala polychromatickou korekci.
Závěr
Dosazování číselných hodnot výše uvedených veličin do vzorce k výpočtu kalibrace pomocí molárního absorpčního koeficientu 4-nitrofenolu (pro ALP) se tedy nejeví v našem případě jako použitelný postup vedoucí k získání věrohodného kalibračního faktoru s dostatečnou spolehlivostí.
Návrh řešení
Vzhledem k výše uvedeným skutečnostem se nabízí jako schůdnější postup kalibrace použitím kalibračního roztoku substrátu či reakčního produktu v takovém režimu práce analyzátoru, který nám umožní eliminovat nesprávnost pipetovaných a dávkovaných objemů, nesprávnost funkce monochromátoru při použitých vlnových délkách, nesprávnost určení optické tloušťky kyvety atd. Jediným problémem je docílit potřebného složení měřeného roztoku v kyvetě analyzátoru, tj. činidel R1 + R2 a standardního roztoku (4–nitrofenolu) v odpovídajících objemových poměrech, jako jsme to dříve prováděli při manuálních postupech měření. Dále též přepočítat koncentraci měřeného substrátu či reakčního produktu (4–nitrofenolu) na odpovídající jednotky katalytické koncentrace stanovovaného enzymu (ALP) a dále pokud možno využít SW analyzátoru tak, aby toto nejen analyzátor sám provedl, ale vypočítal i výsledný kalibrační faktor korigovaný na tento právě použitý analyzátor faktorem přístroje "Instrument Factor".
Dále prezentovaný postup má tedy obecnou platnost, nejdůležitější podmínkou ale je získání základní chemikálie pro přípravu kalibračního roztoku v nejvyšším možném stupni čistoty (roztok 4-nitrofenolu či pevný 4-nitrofenol). Níže uvedený postup je vypracován a ověřen na řadě analyzátorů typu HITACHI (704, 705, 911), nicméně lze jej obecně uplatnit na většině u nás rutinně používaných typů "otevřených" analyzátorů.
Tento postup nemá být pokusem o náhradu či "vyloučení" současných sérových enzymových kalibrátorů, alespoň ne těch kvalitních. Nicméně je určitě vhodné mít k dispozici pracovní nástroj pro naplnění hesla "Důvěřuj, ale prověřuj!", zvláště v současné době, kdy v řadě případů často převažují úzké firemní zájmy nad danými objektivními fakty.
Uvedené praktické příklady nejsou voleny náhodně. Stanovení katalytické koncentrace ALP metodou s MEG pufrem je typickým příkladem z rutinní praxe, kdy nedůslednost a nejednoznačnost ve značení metodických postupů v rámci systémů interního řízení jakosti na straně uživatelů a stejné nedostatky ve značení diagnostických kitů pro stanovení katalytické koncentrace ALP (zejména deklarací atestovaných hodnot v kalibračních a kontrolních materiálech) na straně výrobců vede ke zmatkům s možným přímým dopadem na zdraví pacienta.
Přitom metoda stanovení katalytické koncentrace ALP s MEG pufrem si oprávněně zaslouží důstojnější roli než do jaké se ne vlastní vinou v poslední době dostala (je to původní metoda českých autorů). Vznikla v Československu, byla oficiálně standardizována v Německu (DGKC "new 94") a Itálii (Ceriotti, Franzini), certifikována Americkou asociací klinické chemie (AACC). Vždy přitom byla i zdůrazněna její mimořádná robustnost (porovnejte problémy "IFCC metody" s pufrem 2-amino-2-metyl-1-propanolem ve Velké Británii (3)). Metodu poškozuje absence atestovaných deklarací v sérových enzymových kalibrátorech a kontrolních materiálech, časté záměny s metodou "DGKC 72" či "metodou IFCC" a tím i nezodpovědné zařazování do metodické skupiny na straně účastníků mezilaboratorních porovnávacích zkoušek SEKK. Uvedený návod poskytuje možnost plné rehabilitace této metody.
Literatura
Obecný návod postupu kalibrace "otevřeného" analyzátoru při stanovení katalytické koncentrace enzymů (např. ALP) pomocí primárního kalibračního roztoku
1. Příprava kalibrace dvoučinidlových postupů s R1, R2 (start substrátem)
A) Úprava aplikačního programu (SW):
Aplikační program dosud užívaný pro stanovení příslušného enzymu (ALP) musí splňovat co nejvíce podmínky definované pro manuální postup, popsaný v metodice původní práce (IFCC, DGKC 94 atp.)
Není-li tomu tak, upravte všechny volitelné parametry automatizovaného pracovního postupu. Kompromisní volbu lze připustit jen v případech snížené flexibility použité instrumentace, a to pouze u parametrů, které neovlivňují zásadním způsobem vlastní měření, nebo jejich vliv eliminujeme zvoleným specifickým postupem kalibrace.
Kontrola reakční teploty je prvořadá (viz poznámka č. 9).
Obecně i v případě ALP je nutno dodržet objemový poměr sérum/reakční směs.
Takto korigovaný aplikační program užívaný pro stanovení příslušného enzymu v režimu kalibrace se sérovým kalibrátorem upravíme následovně:
- Režim měření změníme z kinetiky (RATE) na END POINT.
- Pipetované objemy vzorku i kalibrátoru, stejně jako dávkované objemy činidel R1 a R2 ponecháme beze změn.
- Beze změn ponecháme i vlnovou délku fotometrie. (Nejlépe absorpční maximum či vynucený kompromis dle bodu A, v případě bichromatického měření primární i vhodně volenou sekundární).
- U komfortnějších SW zvážíme úpravu kritérií pro absorbance BLANKu, SD, DUPLICAT LIMIT, SENZITIVITY LIMIT atp.
B) Přepočet koncentrace kalibračního roztoku na vyjádření odpovídající aktivity stanovovaného enzymu:
Vyjdeme ze znalosti dvou premis:
- Definice jednotky – katal (kat) a z ní odvozené jednotky µkat
- Znalosti měřicího režimu konkrétního analyzátoru (vyjadřování a použití DA v kalibračním režimu)
Příklad pro ALP:
(Jako kalibrační roztok bude použit roztok 4-nitrofenolu, coby reakční produkt)
Pokud jako standard použijeme roztok pNP o koncentraci 2,4 mmol . l-1 4-nitrofenolu (pNP) (vlastní příprava: 0,006677 g 4-nitrofenolu a 0,01 g disodné soli kyseliny etyléndiamintetraoctové (EDTA) rozpustíme v destilované vodě, doplníme do 200 ml), platí:
ad 1) µkat = µmol . s-1
ad 2) použitý analyzátor např. při režimu RATE vyjadřuje DA .min-1
pak: 2,4 mmol . l-1 = 2400 µmol . l-1 pNP, a to odpovídá katalytické koncentraci 2400/60 = 40,00 µkat . l-1
Do SW analyzátoru tedy zadáme koncentraci standardu jako: S2 CONC. = 40,00 (µkat . l-1)
C) Úprava konfigurace činidel a kalibračních roztoků v analyzátoru:
Zásadně použijeme v analyzátoru čerstvě připravená činidla (viz poznámka č. 12), totéž platí o standardním roztoku pNP (viz poznámka č. 2)!
2. Vlastní kalibrace dvoučinidlových postupů s R1, R2 (start substrátem)
D) Dvoubodová kalibrace (Blank + Standard) v režimu END POINT:
E) Korekce kalibrace:
3. Rutinní stanovení dvoučinidlovým postupem s R1, R2 (start substrátem)
F) Úprava aplikačního programu pro rutinní provoz:
Upozornění (závislé na typu analyzátoru):
Je nutno dodržet zadání koncentrace BLANKU (0,00) i pNP při kalibraci na stejný počet desetinných míst jako při rutinním provozu (řídíme se pravidlem, která koncentrace určuje u daného analyzátoru počet desetinných míst ve výsledku). Jinak obdržíme faktor F s řádovou odlišností!
Poznámky:
Závěr
Praktický příklad pro analyzátor HITACHI 911
Kit: LACHEMA BLT Alkalická fosfatáza 220 (ALP 4x55), Kat.č.13002015
(Normovaná metoda dle DGKC "new 94")
Princip metody: Alkalická fosfatáza štěpí v prostředí glukaminového pufru 4-nitrofenylfosfát na fosfát a 4-nitrofenol, jehož nárůst absorbance je měřen kineticky.
Princip kalibrace: Jedná se o variantu kalibrace standardním roztokem p-nitrofenolu, při které není nutné znát jeho tabelární hodnotu molárního absorpčního koeficientu pro použitou vlnovou délku, faktické pipetované a dávkované objemy a konkrétní parametry fotometru při vlastním stanovení. Výpočet kalibračního faktoru F je proveden automaticky pomocí SW.
Postup kalibrace:
Upozornění:
Je nutné dodržet zadání koncentrace BLANKU (0,00) na stejný počet desetinných míst jako při rutinním stanovení katalytické koncentrace ALP! Jinak obdržíme kalibrační faktor F s řádovou odlišností!!
Tabulka 1: Příklad rutinní aplikace kalibrace s pomocí sérového kalibrátoru:
# Volí uživatel
* Zadáme deklarovanou hodnotu použitého sérového enzymového kalibrátoru
## Volí uživatel v rozsahu 00361-00400 pro volně programovatelné metody
Tabulka 2: Modifikace pro kalibraci s pNP (2,4 mmol . l-1)
# Volí uživatel
* Zadáme přepočtenou hodnotu použitého roztoku pNP (př. pro 2,4 mmol . l-1 pNP)
## Volí uživatel v rozsahu 00361-00400 pro volně programovatelné metody
Tabulka 3: Modifikace pro následný rutinní provoz
# Volí uživatel
## Volí uživatel v rozsahu 00361-00400 pro volně programovatelné metody