Modeling of physiological properties of stored human blood by complex impedance measurements

Abstract

Bu çalışmada, kanın fizyolojik parametreleri- Na, K, Cl konsantrasyonları, pH, 2,3DPG ve ATP- ile elektriksel parametreleri, Cole-Cole parametreleri- hücredışı sıvı direnci(Re), hücreiçi sıvı direnci (Ri), faz açısı (α), karakteristic frekans (Fc) ve hücre membrankapasitansı (Cm)- arasındaki ilişki incelenmiştir.Ölçümler, +4oC'de 42 gün boyunca saklanan 51 eritrosit süspansiyonu (ES)üzerinde 0., 10., 21., 35. ve 42. günlerde gerçekleştirilmiştir. 21 gün saklanan tam kanörneklerinde (31 örnek) ise, 0., 10., ve 21. günlerde ölçümler alınmıştır. Elektrikselempedans ölçümleri, 100 kHz-1 MHz frekans aralığında oda sıcaklığındagerçekleştirilmiştir. Çoklufrekans kompleks empedans ölçümleri, LMS algoritmasıkullanılarak Cole-Cole diyagramlarına fit edilmiş ve kanın eşdeğer elektriksel devresinimodellemek için bu Cole-Cole parametreleri kullanılmıştır.Parametrelerin zamanla değişimleri, ANOVA test ile incelenmiştir. SPSS'dekiregresyon uygulamasıyla, kanın fizyolojik parametreleri ile elektriksel parametreleriarasındaki ilişki incelenmiş, çoklu regresyon analizinin uygulanmasıyla eritrositsüspansiyonu ve tam kan için ayrı ayrı model geliştirilmiştir. Örnek çalışma yapılarak, bumodellerin doğruluğu 20 donor ile test edilmiştir. Tam kan için geliştirilen model, tümsaklama günleri için Na, K, Cl, pH and ATP'ye doğru yaklaşımda bulunurken, eritrositsüspansiyonu için geliştirilen model ancak ilk 35 saklama günü için doğru yaklaşımdabulunmuştur. 2,3-DPG için, hem tam kan hem de eritrosit süspansiyonunda yaklaşımdabulunulamamıştır.Kan bankasında saklanan kanların kalite tespitinde, biyoempedans tekniğininkullanılabileceği görülmüştür.Anahtar Kelimeler: Na-K iyon akışı, Kırmızı kan hücresi, Saklanan kan lezyonları,Biyoempedans.

In this study, the relationship between physiological properties of human blood,namely Na, K, Cl concentrations, pH, 2,3-DPG and ATP, and its electrical parameters- theresistance of the extracellular fluid (Re), the resistance of the red cell interior fluid (Ri),phase angle (α), characteristic frequency (Fc) and the capacitance of the cell membranes(Cm)- is investigated.Measurements are performed on 51 erythrocyte suspension samples, subject to 42days of storage at 4oC, on day 0, 10, 21, 35 and 42. On whole blood samples (31 samples)under 21 days of storage, same measurements are done on day 0, 10 and 21.ANOVA test is used to evaluate differences in blood properties relative to storagetime. The relationship between the physiological and the electrical parameters of blood isinvestigated by regression analysis using SPSS. A multiple regression model is developedfor ES and WB separately, where the physiological parameters are expressed in terms ofthe electrical parameters.In a case study, the models are tested for 20 donors, and it is seen that the model forWB is appropriate for predicting Na, K, Cl, pH and ATP at all time, for ES the model isonly appropriate for the first 35 storage days.This study clearly showed that complex impedance measurement technique can bea valuable tool in predicting the viability of stored blood.Keywords: Na-K ion current, Red blood cell, Blood storage lesions, Bioimpedance.