Instrumentación para análisis clínicos

El análisis de los gases sanguíneos involucra la medición directa que la máquina hace del pH, PO2 y PCO2; a partir de estas mediciones se puede calcular de manera matemática otros parámetros como el bicarbonato, el exceso y déficit de base, la base exceso estándar, la saturación de oxígeno, el contenido total de oxígeno entre otros. En la mayoría de los sistemas, la muestra de sangre arterial es aislada del medio aerobio en jeringas con heparina selladas que deben ser trasportadas hasta el laboratorio para su procesamiento.

Los analizadores de gases sanguíneos usan tres tipos de electrodos para determinar el pH, PCO2 y PO2 en la sangre. Debido a que los cambios en la temperatura afectan las mediciones, los electrodos y la cámara reservorio de la muestra están localizadas dentro de un ambiente controlado a temperatura constante de 37 ºC (igual a la temperatura corporal).

Antes de la introducción de las muestras sanguíneas, los electrodos son calibrados con concentraciones conocidas de buffers estándar y de soluciones calibradoras. La forma de calibración varía entre las diferentes máquinas disponibles en el comercio y por ello es importante conocer la forma particular de realizar la calibración con el aparato que se esté trabajando. Una vez realizada la calibración, la muestra sanguínea es inyectada o aspirada dentro de la recámara de muestras para su medición. Algunas máquinas demoran el análisis hasta que la temperatura de la muestra se equilibra con la de la recámara, otros inician el análisis antes de que el equilibrio ocurra. Típicamente, cuando la muestra sanguínea entra en contacto con los electrodos en la recámara, se produce una salida de electricidad que corresponde a un valor de pH o a una presión parcial. Los analizadores de gases sanguíneos automáticamente monitorizan la respuesta del electrodo continuamente y, después de un periodo predeterminado de estabilización , informan o imprimen los valores medidos. Al terminar el análisis, algunas máquinas bombean la muestra hacia un contenedor y limpian el sistema con soluciones acuosas, otros utilizan un cartucho desechable que se retira para ser desechado al terminar el proceso. La medición del pH se realiza utilizando dos electrodos separados: un electrodo medidor del pH y un electrodo de referencia. Cada electrodo representa la mitad de una celda en la cual se desarrolla un potencial eléctrico. El electrodo medidor es un electrodo de plata –cloruro de plata rodeado por una solución de pH constante y encerrado por una membrana permeable a iones hidrógeno. Cuando la muestra pasa la membrana de gas, la diferencia en la concentración a cada lado de la membrana cambia el potencial (voltaje) del electrodo. El electrodo de referencia de mercurio de cloro o de plata – cloruro de plata produce un potencial constante sin importar el pH de la muestra. Una solución electrolítica saturada (cloruro de potasio) en el electrodo de referencia y una delgada membrana, permite el flujo de corriente desde el electrodo de referencia a través de la muestra dentro de la recámara hasta el electrodo medidor. La diferencia de potencial es registrada en un voltímetro calibrado en unidades de pH. EL sistema de electrodos para la medición de la PCO2 usa principios similares a aquellos descritos con el medidor de pH. Este utiliza un electrodo medidor de PCO2 de Severinghaus, que combina un electrodo de vidrio medidor de pH y un electrodo de plata – cloruro de plata de referencia. Una membrana permeable al CO2 pero no a los iones hidrógeno separa la muestra del sistema medidor. El electrodo de PCO2 también contiene un espaciador (generalmente una membrana porosa de dacrón o nylon) que actúa como un soporte para una placa acuosa de bicarbonato. Cuando el CO2 difunde a través de la membrana y dentro del soporte, el pH del electrodo cambia debido al cambio en la concentración de bicarbonato de acuerdo con la ecuación: La corriente de salida de este electrodo modificado de pH es proporcional a la PCO2 presente en la muestra La PO2 es medida usando un sistema de electrodo polarográfico que consiste en un cátodo de platino (en el centro del cilindro de vidrio) y un ánodo de plata - cloruro de plata. Una membrana permeable al oxígeno separa la muestra sanguínea del sistema de medición. El oxígeno que difunde a través de la membrana es reducido por el cátodo cuando un potencial de 0.7 V es aplicado entre el ánodo y el cátodo (voltaje polarizante). Las siguientes reacciones representan las reacciones que ocurren en el cátodo. O2 + 2h2o + 4E 4 oh El circuito es completado cuando la plata es oxidad por el ánodo: La corriente desarrollada por estas reacciones es directamente proporcional a la PO2 de la muestra sanguínea. Los analizadores de gases sanguíneos pueden también corregir resultados de acuerdo a la temperatura que tenía el paciente en el momento de recolección de la muestra. Otros parámetros como la hemoglobina y la fracción inspirada de oxígeno (FiO2) deben ser ingresados para ayudar con las mediciones de los instrumentos. Los parámetros adicionales son derivados matemáticamente a partir de los valores de pH, PO2 y PCO2 medidos. Los analizadores con interfaces de computador pueden enviar sus datos automáticamente a un sistema de información del laboratorio. Algunos pueden además imprimir sus datos usando impresoras convencionales. Electrodos: Los electrodos son superficies sobre las que tienen lugar las semi-reacciones de oxidación y de reducción. Pueden o no participar en las reacciones. Aquellos que no reaccionan se llaman electrodos inertes. Hay electrodos sólidos como Zn, Cu, Pt, Ag, líquidos como el Hg, y gaseosos como el electrodo de H2. Independientemente del tipo de celda (electrolítica o galvánica) los electrodos se identifican de la manera siguiente. Por los electrodos entra y sale la corriente eléctrica. El cátodo es el electrodo en el que tiene lugar la reducción. El ánodo es el electrodo en el que tiene lugar la oxidación. Potenciometría:  La potenciometría no es más que la medición de la diferencia de potencial de una celda electroquímica (y en un alto porcentaje de las veces, para aplicaciones  comunes, la diferencia de potencial se mide cuando la corriente que pasa por los electrodos es igual a cero). El instrumental necesario incluye un electrodo de referencia, un electrodo indicador y un dispositivo para medir esa diferencia de potencial. Electrodos de referencia: Como lo que se mide es una diferencia de potencial entre dos electrodos es deseable que el potencial de uno de los electrodos sea conocido, constante en el tiempo e independiente de la composición de la solución que se estudia. A este tipo de electrodos se les conoce como electrodos de referencia. El electrodo de referencia además debe obedecer la ley de Nernst, debe retornar a su potencial original después de haber estado sometido a corrientes pequeñas, y que sus propiedades varíen poco con la temperatura. Electrodos indicadores:  Un electrodo indicador ideal responde de forma rápida y reproducible a los cambios de actividad del ion analito. Aunque ningún electrodo indicador es absolutamente específico en su respuesta, actualmente se dispone de unos pocos que son marcadamente selectivos. Hay dos tipos de electrodos indicadores: metálicos y de membrana.  Electrodos Indicadores de Membrana Existe una gran variedad de electrodos de membrana que permiten la determinación rápida y selectiva de numerosos cationes y aniones por medidas potenciométricas directas. Debido a su gran selectividad a menudo se les llama electrodos selectivos de iones. También se les conoce como electrodos de pIon debido a que su respuesta se registra generalmente como una función p, por ejemplo pH, pCa, pN03, etc. Los electrodos de membrana selectivos de iones difieren en la composición física o química de la membrana. El mecanismo general por el que son selectivos a un ión particular depende de la naturaleza de la membrana, a diferencia de los electrodos indicadores metálicos para los que el potencial tiene su origen en la tendencia de una reacción de oxidación/reducción a producirse en la superficie del electrodo. En los electrodos de membrana, por el contrario, el potencial observado es un potencial de unió que se desarrolla en la membrana que separa la disolución del analito de la disolución de referencia.  Las membranas de estos electrodos deben tener ciertas propiedades: 1. Solubilidad mínima: Esta es una propiedad muy importante ya que es necesario garantizar que la estructura de la membrana no se altere durante el análisis. Como las disoluciones del analito son generalmente acuosas, muchas membranas están formadas por moléculas grandes o agregados moleculares insolubles en agua tales como los vidrios de sílice o resinas poliméricas. Los compuestos inorgánicos iónicos de baja solubilidad, tales como los haluros de plata, también se pueden convertir en membranas. 2. Conductividad eléctrica. Una membrana debe presentar algo de conductividad eléctrica aunque sea pequeña. Generalmente, esta conducción se debe a la migración en el interior de la membrana de iones con una sola carga. 3. Reactividad selectiva con el analito. La membrana o alguna de las especies contenida en la matriz de la membrana deben ser capaces de unirse selectivamente con los iones del analito. Existen tres tipos de uniones: por intercambio iónico, por cristalización y por acomplejación. Los dos primeros son los más comunes.  Electrodos de vidrio: El electrodo de vidrio es un electrodo indicador de membrana selectivo a iones hidróneo y constituye la pieza fundamental en la medición potenciométrica del pH. Su uso se encuentra ampliamente difundido ya que hasta el momento no se conoce otra técnica tan precisa como esta. El principio del electrodo de vidrio fue descubierto accidentalmente por McInnes y Dole cuando observaron que el vidrio que estaban utilizando en sus investigaciones era sensible a variaciones de pH. 1-Luego de su descubrimiento estudiaron además la influencia de la composición en el comportamiento de dichos electrodos. 2-Su investigación constituye la base de los electrodos empleados actualmente. El cuerpo de los electrodos de vidrio está formados por un tubo de vidrio (o plástico) no conductor y un bulbo sensible a iones H+(membrana). En su interior hay un electrodo de referencia interno que no es sensible a los cambios de pH, por ejemplo Ag/AgCl, y una solución de concentración conocida de iones hidróneo.