血糖仪的发展

,上海交通大学附属第一人民医院糖尿病研究室王 煜 非,当今血糖仪检测技术的发展,微量血糖仪检测技术,糖尿病患病率逐年上升人们健康意识不断增强DCCT、UKPDS证实： 自我血糖监测（SMBG）已成为糖尿病治疗计划中重要的组成部分,内 容,血糖仪发展历史血糖仪的工作原理血糖仪准确性与精确性评估血糖仪偏差的主要来源如何正确看待血糖仪的偏差,内 容,血糖仪发展历史血糖仪的工作原理血糖仪准确性与精确性评估血糖仪偏差的主要来源如何正确看待血糖仪的偏差,微量血糖仪检测技术,背景资料：最早血糖监测技术是从尿液试纸演变而来Free (1958) 研制一专利产品： GO涂在干纸片上 滴 样 H2O2 HRPO 有色物质，肉眼比色,第一台血糖仪发明者汤姆.克莱曼斯（Tom Clemens）,1971.9.14全世界第一台袖珍式血糖仪诞生,1974年德国宝灵曼公司推出了世界上第一台针对专业医护人员的便携式血糖仪Reflomat,微量血糖仪检测技术,第一代：(2种)反应后需排除血样，以免干扰比色或因红细胞渗透到基底而使反应物丢失改良后，纸片涂上乙基纤维素或在酶上加一层防水层,水洗,擦拭,微量血糖仪检测技术,第二代：（2种）血样存在时检测（包括光电比色法和电极法）改进方面：血样量 采血方法 操作 测定时间新的酶、介质、染色基团（一步法）抗干扰（血内原性） 钯、金等稀有金属电极 第三电极 隔血屏障 低电压等数据储存 外观,微量血糖仪检测技术,血糖仪操作的主要步骤采血、按要求血量滴在反应区域内在样本中识别葡萄糖与葡萄糖反应，其产物被仪器测定到识别程序、环境或可能存在的其他错误条件,微量血糖仪检测技术,足够血量、严格掌握血样反应时间、除血样第二代直接机上滴血检测（无需操作者掌握时间）机外滴血、规定时间上机检测,微量血糖仪检测技术,当今血糖仪设计考虑抗干扰环境: 温度 湿度 光 电磁场等血样: 血球容积 血样量 含氧量等低耗值外观反应配料能快速溶解或激活无创,微量血糖仪检测技术,Biosensor技术，其基本成分是生化标志物（酶、抗体、类似物特异反应）联结传导物产生一种可检测的信号电流或电压颜色或光强度热信号,内 容,血糖仪发展历史血糖仪的工作原理血糖仪准确性与精确性评估血糖仪偏差的主要来源如何正确看待血糖仪的偏差,微量血糖仪检测技术,葡萄糖检测方法：经典方法： Fehlings reagent 、磷钼酸比色法等 原理 葡萄糖含自由醛基，属还原糖，在碱性溶液中，能将金属离子（Cu 2+ 、 Hg 2+ 、Ag 2+等）还原 G + Cu (OH)2 = 葡萄糖酸 + Cu2O 酶法：高效 专一 常温,微量血糖仪检测技术,常用酶：Glucose oxidase (GO) 葡萄糖氧化酶Glucose dehydrogenase(GDH) 葡萄糖脱氢酶 Hexokinase(HK) 己糖激酶(常用于大生化仪)Glucose-6-phosphate dehydrogenase 6-磷酸葡萄糖脱氢酶,几种酶的特性：葡萄糖氧化酶测量结果易产生偏差影响血氧浓度的因素： 哮喘， 吸烟， 肺气肿，慢性阻塞性肺病和各种心血管疾病海拔高度剧烈运动 开封后易与空气中氧气发生反应一般开封后仅可以使用3个月对葡萄糖有特异性 葡萄糖脱氢酶不受血液中氧分子的干扰 即不受测量着血氧浓度的影响 不受空气中的氧气的干扰 即试纸有效期不受开封的影响 一般可以使用至标明的有效期 特异性差，可能与麦芽糖等其他糖类发生反应,微量血糖仪检测技术,微量血糖仪检测技术,实验室葡萄糖检测： # Beckman Glucose Analyzer GO 电化学方法检测 反应物（氧）的耗竭 # YSI Glucose Analyzer GO 电化学方法检测 过氧化氢 （H2O2）,GO,葡萄糖 + O2,葡萄糖酸 +,+ 还原染料,过氧化物酶,+ H2O,H2O2,+700mV,O2 + 2H+ + 2e-,葡萄糖反应方式（一）,微量血糖仪检测技术,H2O2,ONETOUCH Ultra Test StripCreating a reaction where glucose can be measured,微量血糖仪检测技术,葡萄糖反应方式（二）,反应原理,ACCU-CHEK Active 罗康全TM活力型血糖试纸,样本中的-D-葡萄糖在葡萄糖染色氧化还原酶的一系列氧化还原作用下，形成一种中介物 此中介物与指示剂反应形成有色物质,光化学反应方法,未提供足够血样，25秒内续加样本,毛细作用吸收,LED2 spot: 样本量监测,LED1a/b spot: 测量葡萄糖浓度,血流方向,样本量监测,测量开始,停止,安全设计,O.K.,样本量不足监测,样本量不足监测及续加血样功能,或者,ACCU-CHEK Advantage罗康全 优越型血糖试纸试纸结构,聚酯薄膜（PET）,聚酯薄膜顶膜,血样滴加区,聚酯薄膜底膜,钯电极,独特弧形设计,试剂反应区域（葡萄糖脱氢酶）,罗氏康全系列血糖仪是唯一可用于手指尖末梢/静脉全血、血清和血浆血糖检测的血糖仪，差异小。,Relative Glucose Consumption,瑞特血糖监测系统(血糖仪型号GM210，检测片型号GS 210),产品的适应症和功能：黄金测试片的优点在于：(i)有绝佳的电化学反应及传导性，(ii)测试结果更稳定，(iii)不易受到湿度影响，(iv)避干扰电位(业界最低工作电会200mV)。产品的主要功能：产品可以协助使用者在家里或临床上有效地监控血糖值。,不受光线强弱干扰、不需清洁保养不易受血中含氧量的影响通电后易受血中酸化还原物质的干扰对葡萄糖的特异性较差,不受光线强弱干扰、不需清洁保养对葡萄糖的特异性高通电后易受血中酸化还原物质的干扰易受血中含氧量的影响,对葡萄糖的特异性高易受血中含氧量的影响易受光线强弱干扰需要定期做清洁保养,不易受血中含氧量的影响对葡萄糖的特异性较差易受光线强弱干扰需要定期做清洁保养,不同测试原理的长处和短处,自我血糖监测注意事项采血及操作方法和程序 要严格按照操作常规进行采血部位皮肤干燥，血量 充分，切忌局部挤压仪器要定期进行保养、清 洁和校正,微量血糖仪检测技术,微量血糖仪检测技术,含血检测葡萄糖的方法：双色测定 测反应物颜色 测血液颜色 血量需充分 血球比例有影响 （比色计镜头贵 难校正 费电）单色测定 隔血 仪器测不出血液颜色 对红细胞容积和氧影响敏感电极法 测电流,微量血糖仪检测技术,校正与误差：仪器本身校正 散射光 纸片密码 测定数据 第三电极（不含GO，非特异电流）校正液 模拟血液标准液（与生化标准液不同）标准与质控POCT-QA,QC,内 容,血糖仪发展历史血糖仪的工作原理血糖仪准确性与精确性评估血糖仪偏差的主要来源如何正确看待血糖仪的偏差,International Organization for Standardization (ISO) Guideline ISO 15197 32 Participating Countries,USA: SecretariatArgentinaAustraliaAustriaBelgiumBrazilCanadaChileChinaCzech RepublicDenmarkFinlandGermanyIranIrelandIsrael,IsraelItalyJamaicaJapanKorea, Republic ofMexicoNetherlandsNew ZealandNorwayPortugalSingaporeSpainSwedenSwitzerlandTurkeyUnited Kingdom,/iso/en/stdsdevelopment/tc/tclist/TechnicalCommitteeParticipationListPage,ISO 15197: 95% Minimum Accuracy Specification Requirements,“The minimum acceptable accuracy criteria are based on the medical requirements for glucose monitoring.”,Examples of the ISO 15197 “minimum acceptable accuracy criteria” for blood glucose 4.2 mmol/l (75 mg/dl) ( 20%),Point: Variability exists in reported BG monitoring data, and is acceptable to a degree.Question: What degree of confidence can clinicians have in devices that report data outside of this internationally developed specification for BG monitors?,受试对象血糖值分布,接受试验者血糖浓度分布人数(依据ISO15197：2003规范)：,若 共计150例,Laboratory accuracyInternational Organization for Standardization (ISO 15197)Linear regression plotsBland-Altman difference plotsClinical accuracyClinical safety assessmentParkes Consensus Error Grid (2000),International Organization for Standardization (ISO) International Standard 15197 First edition. In vitro diagnostic test systems-Requirements for blood-glucose monitoring systems for self-testing in managing diabetes mellitus. International Organization for Standardization Geneva, Switzerland: ISO International Standard, 1 May 2003. Parkes JL, Slatin SL, Pardo S, Ginsberg BH. A New Consensus Error Grid to Evaluate the Clinical Significance of Inaccuracies in the Measurement of Blood Glucose. Diabetes Care 23: 1143-1148, 2000.,Interpreting Accuracy Study Data,1. 统计方法之一，准确度之分析： 当血糖浓度4.2 mmol/L，其偏差数值(mmol/L)=血糖机读值参考仪器数值 当血糖浓度4.2 mmol/L，其偏差值百分比(%)=(血糖机读值参考仪器数值)/(参考仪器数值)2. 统计方法之二，线性回归系数分析： 血糖机读值为Y轴，参考仪器数值为轴，轴与轴应采相同比例尺与区间。斜率与截距应按照合适的统计分析来计算。呈现方式包括y=ax+b (a为斜率，b为截距)，r值(回归系数)，N值(总受测数量)。,临床性能的评价方法,1, Best U.S. hospitals ranked by U.S. News and World Report, 20032, Data on file,优越血糖仪与大生化结果的一致性,临床性能的评价方法,Error Grid Analysis(EGA)分析图： 美国FDA与欧洲CE的规范要求临床实测后的EGA分析需有95%以上的测试准确度落于A区内（A区为+/-20%的误差范围以内），且A区加上B区百分比要等于100%，才能通过临床测试。,Clark,Parkes,准确性与精确性Accuracy & Precision,内 容,血糖仪发展历史血糖仪的工作原理血糖仪准确性与精确性评估血糖仪偏差的主要来源如何正确看待血糖仪的偏差,偏差的来源,如果血糖仪本身是工作正常的，那么是什么原因造成结果的差异？偏差的来源是什么呢？,同一个人使用不同的血糖仪，可能得到不同的测试结果,同一个人使用同一台血糖仪，可能得到不同的测试结果,这些不同的测试结果被称为结果的差异,血糖测试中产生偏差的原因,1.测试样本的检体2.测试样本的来源3.仪器的血糖校准方式4.血细胞压积率*5.样本的糖酵解,6.样本收集的时间 7.添加剂 8.干扰物质* 9. pH10.使用者的技术,一、检体样本的检体 Test Sample,* 全血血样(快速检测的血糖仪),两种血样检体:,* 血浆、血清(实验室生化仪),抗凝,凝结,serum,plasma,0.51小时,立即分离,全血血样本,全血血样用于自我监测的血糖仪中直接来自人体组成部分细胞 (红细胞，白细胞等)液体部分 (水占90%)营养物质,二、样本的来源 Test Sample,三种血样来源动脉毛细血管静脉,动脉,动脉是将血液从心脏运往身体的各个部分动脉血具有最高的血糖浓度动脉血只能在医院中抽取,AST采血,毛细血管,毛细血管在最小的动脉和最小的静脉之间运送血液毛细血管血液可以从身体的手指，前臂或是新生儿的脚跟处获得,静脉,静脉是将身体各个部分的血液回流到心脏静脉血样具有最低的血糖浓度静脉血液通常是在手臂上抽取,不同样本之间的血糖水平差异,因此，当做血糖仪和生化仪之间对比时，一定要注意是空腹状态下。末梢毛细血管全血葡萄糖（CBG）只做监测,这种差异是和人的生理情况相关的,毛细血管全血糖与静脉血浆糖的关系,三、仪器的校准方式 Meter Calibration,血浆校准的血糖仪测试结果，即是血浆血糖测试值，可与实验室的测试结果直接比较。全血校准的血糖仪测试结果，即是全血血糖测试值，将会比实验室的测试结果低约12%。,目前血糖仪根据设计和功能不同，有两种血糖校准方式,四、血球压积率* Hematocrit,全血与血浆/血清的结果区别,血浆/血清血糖 = 全血血糖值 1.0 - (0.0024 x hct) 当血细胞压积率（hct）为45%时, 血浆/血清血糖 = 1.12*全血血糖值,全血与血浆/血清的结果区别,全血血糖值(mg/dL),Hct%,血浆血糖值(mg/dL),差值%,100,25,106.4,6.4,100,35,109.2,9.2,100,45,112.1,12.1,100,55,115.2,15.2,100,65,118.5,18.5,它是指在总血样中的红细胞(RBC)的百分比率红细胞(RBC)将会影响血浆流入试纸的速率用于自我血糖监测的血糖仪都需要全血血样来检测血细胞压积率的正常范围成年男性 41% - 53%成年女性 36% - 46%新生儿 45% - 67%儿童 34% - 40%,导致高血细胞压积率的通常原因,新生儿血细胞增多症脱水状态,过高的血细胞压积率会导致一个较低的血糖测试结果,导致低血细胞压积率的通常原因,透析贫血爱滋病癌症怀孕,过低的血细胞压积率会导致一个较高的血糖测试结果,五、糖酵解 Glycolysis,红细胞消耗葡萄糖葡萄糖的消耗将会降低血糖浓度。在室温条件下，此速率为7-10 mg/dL (即0.4-0.6 mmol/L)/小时在血糖仪测试结果和实验室测试结果比较时，糖酵解是需要着重考虑的因素含有抗凝剂的全血血样应该在30分钟内被测试完成,六、样本收集时间 Timing of sample collection,糖尿病人的血糖浓度在很短的时间内就会发生很大的波动因此，在做对比实验时，样本的收集时间是特别重要的一个因素样本的收集必须是在10分钟内完成实验室分析应该在30 分钟内完成,七、添加剂 Additives,保护剂氟化钠会抑制试纸上的酶反应，可能得到一个低的错误结果。因此，来自氟化钠试管中的血样 (灰管) 不能 被用于使用葡萄糖氧化酶技术的血糖仪中。,抗凝剂肝素 (推荐使用)乙二胺四乙酸(推荐使用)柠檬酸盐,八、干扰物质*Interfering Substances,干扰性是指血糖测试结果受到其它化学物质的相互交叉反应的影响程度,内源性物质胆红素胆固醇肌氨酸酐甘油三酯尿酸,ACCU-CHEK Active 罗康全TM活力型血糖试纸 精准不易受干扰物质影响,内源性干扰物质由人体内部产生的物质 从生理浓度到实验浓度观察下列物质，无干扰现象 *号为临界浓度，在到达此浓度前，无干扰现象,Source:欧洲多中心临床评估报告,ACCU-CHEK Active 罗康全TM活力型血糖试纸 精准不易受干扰物质影响,外源性干扰物质来源于人体外部的物质，例如治疗药物或维生素 从治疗浓度到实验浓度观察下列物质，无干扰现象 *号为临界浓度，在到达此浓度前，无干扰现象,Source:欧洲多中心临床评估报告,九、血液样本的pH值,-正常人的pH值在7.35-7.45之间，略呈碱性 -pH值偏大（碱性）