Исследование образцов крови методом электрохимической импедансной спектроскопии: определение времени свертывания путем измерения фазового сдвига отклика на переменный ток

УДК 616.15:612.115

Аннотация

Резюме. Введение. Сдвиг фазы переменного тока при приложенном переменном напряжении является одной из важных характеристик, определяющих форму регистрируемой кривой в исследованиях электрохимической импедансной спектроскопии (англ. electrochemical impedance spectroscopy, EIS). Однако его применение как самодостаточного параметра крови пока ограничено в отличие от графиков Найквиста (Nyquist) и Боде (Bode), широко применяемых в обычном анализе EIS. Цель исследования: применение EIS в узком диапазоне частот и измерения фазового сдвига переменного тока для точного определения времени свертывания крови — важного параметра в диагностике и мониторинге многих заболеваний. Материалы и методы. Предложен и апробирован новый подход — измерение фазового сдвига переменного тока как самодостаточного характеризующего параметра крови. Сдвиг фаз переменного тока в диапазоне частот от 100 Гц до 1 кГц применялся для быстрого и точного определения времени свертывания цельной крови. Результаты. Разработан виртуальный измерительный прибор на основе платформы LabVIEW, дающий результаты, относительное стандартное отклонение которых не превышает 1,9% в диапазоне частот от 100 Гц до 1 кГц. Заключение. Предложен и апробирован простой, быстрый, точный и лишенный субъективных ошибок метод определения времени свертывания крови, основанный на измерении фазового сдвига переменного тока определенной частоты.

Для цитирования: Антонова Н.М., Златев Р.К., Рамос Р.И., Стойчева М.С., Маклакова М.Е. Исследование образцов крови методом электрохимической импедансной спектроскопии: определение времени свертывания путем измерения фазового сдвига отклика на переменный ток. Тромбоз, гемостаз и реология. 2023;(1):46–51.

Литература

1. Antonova N. Methods in blood rheology — from theoretical and experimental approach to clinical applications. Series on Biomechanics. 2012;27(1–2):44–50.
2. Антонова Н. Реологические аспекты свертывания и времязависящие свойства крови в процессе консервации. Тромбоз, гемостаз и реология. 2002;(3):46–9.
3. Antonova N. Rheological coagulation test of blood and viscoelasticity of blood clots. Proceedings of the 9th National Congress on Theoretical and Applied Mechanics. Varna, Bulgaria: Академично издателство «Проф. М. Дринов», 2001. 136–41.
4. Antonova N. Methods in hemorheology and their clinical applications. Clin Hemorheol Microcirc. 2016;64(4):509–15. DOI: 10.3233/ CH-168001.
5. Selim N.S., Desouky O.S., El-Marakby S.M. et al. Rheological properties of blood after whole body gamma-irradiation. Iran J Radiat Res. 2009;7(1):11–7.
6. Barnes H.J. Blood rheology in diabetes mellitus. Acta Medica Portuguesa. 1986;7:36–9. DOI: 10.20344/AMP.4447.
7. Desouky O.S. Rheological and electrical behavior of erythrocytes in patients with diabetes mellitus. Romanian J Biophys. 2009;19(4):239–50.
8. Antonova N., Riha P., Ivanov I. Time dependent variation of human blood conductivity as a method for an estimation of RBC aggregation. Clin Hemorheol Microcirc. 2008;39(1–4):69–78.
9. Antonova N., Riha P., Zlatev R., Ivanov I. Experimental relationships between the blood conductivity and blood rheological properties. 3rd European Medical & Biological Engineering Conference EMBEC 2005 Conference. Prague, Czech Republic: IFMBE Proceedings Series. 2005;11(1):4247–52.
10. Antonova N., Riha P. Studies of electrorheological properties of blood. Clin Hemorheol Microcirc. 2006;35(1–2):19–29.
11. Антонова H., Иванов И., Виндбергер У., Паскова В. Сравнительное изучение кинетики свертывания крови и тромбообразования реологическими и электрореологическими методами. Тромбоз, гемостаз и реология. 2020;(4):95–101. DOI: 10.25555/ THR.2020.4.0951.
12. Bera T. K. Bioelectrical impedance methods for noninva-sive health monitoring: a review. J Med Eng. 2014;2014:381251. DOI: 10.1155/2014/381251.
13. Mohsen Q., Fadl-allah S. A., El-Shenawy N. S. Electrochemical impedance spectroscopy study of the adsorption behavior of bovine serum albumin at biomimetic calcium-phosphate coa-ting. Int J Electrochem Sci. 2012;7(5):4510–27.
14. Gheorghiu E. Electrical impedance assays of blood cells. Blood and Genomics. 2020;4(1):1–8. DOI: 10.46701/BG.2020012019123.
15. Zhbanov A., Yang S. Electrochemical impedance spectroscopy of blood for sensitive detection of blood hematocrit, sedimenta-tion and dielectric properties. Anal Methods. 2017;9(22):3302–13. DOI: 10.1039/C7AY00714K.
16. Wang S., Zhang J., Gharbi O. Et al. Electrochemical impedance spectroscopy. Nature Reviews Methods Primers. 2021;41:1–21. DOI: 10.1038/s43586-021-00039-w.
17. Graham D.C. Measurement of the capacity of the electrical dou-ble layer at a mercury electrode. J Am Chem Soc. 1949;71:2975–8. DOI: 10.1021/JA01177A009.
18. Gamry Instruments. Basics of electrochemical impedance spec-troscopy. Available at: https://www.gamry.com/application-notes/ EIS/basics-of-electrochemical-impedance-spectroscopy.
19. Wu S.-L., Orazem M.E., Tribollet B., Vivier V. The influence of cou-pled faradaic and charging currents on impedance spectroscopy. Electrochimica Acta. 2014;131:3–12.
20. Electronics Tutorials. AC capacitance and capacitive reactance. Available at: https://www.electronics-tutorials.ws/accircuits/ac-capacitance.html.
21. Simona B.R., Brunisholz R.A., Morhard R. et al. Coagulation at the blood-electrode interface: the role of electrochemical desorption and degradation of fibrinogen. Langmuir. 2014;30(24):7227–34. DOI: 10.1021/la500634y.
22. Donoho D.L. De-noising by soft-thresholding. IEEE Transactions on Information Theory. 1995;41(3):613–27.
23. Ramos R., Valdez B., Zlatev R. et al. The discrete wavelet transform and its application for noise removal in localized corrosion mea-surements. International Journal of Corrosion. 2017;2017:7925404. DOI: 10.1155/2017/7925404.