崔宏恩，張超，顧加雨，龐侃，馬百樂(lè)

江蘇省計(jì)量科學(xué)研究院，江蘇 南京 210023

引言

糖尿病人的血糖檢測(cè)是糖尿病治療過(guò)程中一個(gè)很關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，準(zhǔn)確的血糖自我監(jiān)測(cè)，是實(shí)現(xiàn)良好血糖控制的關(guān)鍵[1-2]。主流的血糖儀產(chǎn)品都是采用的電化學(xué)技術(shù)，電化學(xué)法采用檢測(cè)反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的電流信號(hào)的原理來(lái)反應(yīng)血糖值。據(jù)電化學(xué)法血糖測(cè)試條中所采用的酶不同又分為葡萄糖氧化酶法和葡萄糖脫氫酶法兩種類(lèi)型[3]。血糖儀檢測(cè)的是毛細(xì)血管全血葡萄糖，而實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)的是靜脈血清或血漿葡萄糖，由于末梢毛細(xì)血管是動(dòng)靜脈交匯之處，既有靜脈血成分，也有動(dòng)脈血成分，因此其血樣中葡萄糖含量和氧含量與靜脈血樣是不同的[4]。其中葡萄糖氧化酶法血糖儀對(duì)葡萄糖特異性高，不受其他糖類(lèi)物質(zhì)干擾，但易受氧氣干擾[5]，在GB/T 19634-2005 《體外診斷檢驗(yàn)系統(tǒng)自測(cè)用血糖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通用技術(shù)條件》[6]和原衛(wèi)生部印發(fā)的《醫(yī)療機(jī)構(gòu)便攜式血糖檢測(cè)儀管理和臨床操作規(guī)范（試行）》中[7]，測(cè)試血糖儀和血糖試條系統(tǒng)準(zhǔn)確度開(kāi)展血糖儀靜脈血樣比對(duì)試驗(yàn)時(shí)，均要求將靜脈血樣氧分壓（pO2）調(diào)節(jié)至（8.67±0.67）kPa，（65±5）mmHg，目前在實(shí)際操作中主要是憑經(jīng)驗(yàn)將靜脈血樣品輕輕來(lái)回上下倒轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，若超過(guò)目標(biāo)pO2控制范圍需重新靜置一段時(shí)間后再進(jìn)行上下倒轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)，耗時(shí)耗力，隨意性較大，且不容易實(shí)現(xiàn)目標(biāo)pO2控制范圍，尤其是在低血糖濃度比對(duì)時(shí)，空氣中的氧氣干擾對(duì)結(jié)果的影響最為明顯。

溶液中的氣體分壓（張力）是在平衡溶液中假定的理想氣相存在的壓力。對(duì)于氧分壓表示為pO2，“分壓”表示它是總環(huán)境壓力的一部分[8]。pO2的常規(guī)單位是毫米汞柱，用符號(hào)mmHg表示，在國(guó)際單位制（SI）中，壓力（分壓）的計(jì)量單位是千帕（kPa），這兩個(gè)單位之間的換算關(guān)系是1 mmHg = 0.133 kPa。氣體張力法（液體和氣體之間的氣體分壓平衡）是在控制條件下（例如溫度、氣壓、濕度）采用一種已知的混合氣體來(lái)平衡一種液體的過(guò)程，當(dāng)采用可溯源的氣體混合物時(shí)，新鮮血液氣體張力法被認(rèn)為是建立血液氣體分壓準(zhǔn)確性的參考測(cè)量程序[9-11]。本研究基于氣體張力法建立了血液pO2參考測(cè)量程序，能夠有效調(diào)控血糖儀比對(duì)實(shí)驗(yàn)所需靜脈血樣pO2，為臨床血糖儀的標(biāo)準(zhǔn)修訂和臨床比對(duì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 儀器

（1）標(biāo)準(zhǔn)氣源：氮中氧氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW（E）060718，O2：8.99%，U=1.5%（k=2），南京紅建特種氣體有限公司生產(chǎn)。

（2）自主研發(fā)的張力平衡儀：進(jìn)行氣體分壓平衡的儀器，為開(kāi)放系統(tǒng)，使用已知組成的氣體混合物流過(guò)系統(tǒng)，在流體樣品和氣體混合物中產(chǎn)生相同的氣體分壓，張力平衡儀通常由標(biāo)準(zhǔn)氣體混合物、加濕室、平衡室和恒溫控制模塊等組成，加濕室和平衡室置于恒溫控制模塊中進(jìn)行恒溫；恒溫控制模塊：0～50 ℃，最大允許誤差：±0.1 ℃，經(jīng)過(guò)計(jì)量校準(zhǔn)。

（3）nova Stat Profile CCX血 氣 分 析 儀 ：pO2：30～420 mmHg，最大允許誤差：±5.0%或±5 mmHg，經(jīng)過(guò)計(jì)量校準(zhǔn)。

（4）YSI 2300葡萄糖乳酸分析儀：葡萄糖：0～50 mmol/L，最大允許誤差：±2.0%，經(jīng)過(guò)計(jì)量校準(zhǔn)。

（5）DYM3空盒氣壓表：寧波鄞州姜山玻璃儀器儀表廠生產(chǎn)，測(cè)量范圍810～1050 hPa，U=0.3 hPa（k=2），經(jīng)過(guò)計(jì)量校準(zhǔn)。

（6）血糖儀：強(qiáng)生穩(wěn)豪倍易血糖儀、三諾安穩(wěn)型血糖儀、魚(yú)躍悅好II型血糖儀，均為葡萄糖氧化酶法血糖儀。

1.1.2 其他

（1）樣品：新鮮靜脈全血樣本，從健康志愿者抽取到肝素化收集管儲(chǔ)存在冰箱中。

（2）實(shí)驗(yàn)用去離子水水質(zhì)≤1.0 μS/CM；實(shí)驗(yàn)用移液器經(jīng)過(guò)計(jì)量校準(zhǔn)。

1.2 方法

1.2.1 靜脈血樣pO2測(cè)量方法

由于血糖儀低濃度測(cè)試時(shí)受pO2影響比較大，本次實(shí)驗(yàn)使用張力平衡儀選擇某一低濃度靜脈血樣調(diào)節(jié)其pO2，如圖1 所示，典型順序如下：① 將一定量的水置于張力平衡儀加濕室中；② 在其平衡室中裝入所需量的新鮮靜脈全血（最小體積為1 mL）； ③ 將加濕室和平衡室置于恒溫控制模塊，使標(biāo)準(zhǔn)氣體混合物在（37.0±0.1）℃時(shí)預(yù)熱；④ 氮中氧氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在相同溫度和氣壓下流經(jīng)加濕室時(shí)通過(guò)水鼓泡使水蒸氣飽和后進(jìn)入平衡室（加濕室和平衡室之間有一層防水透氣膜）； ⑤ 進(jìn)入平衡室的氮中氧氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)鼓泡通過(guò)樣品一段時(shí)間完全實(shí)現(xiàn)液體和氣體之間的氣體分壓平衡；⑥ 過(guò)量氣體會(huì)從平衡室中排出，經(jīng)過(guò)溫度和張力平衡后的樣品用于血?dú)夥治鰞x的準(zhǔn)確度測(cè)試。

圖1 使用張力平衡儀調(diào)節(jié)靜脈血樣pO2示意圖

用于pO2的氮中氧氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為干燥氣體，其在經(jīng)過(guò)溫度和張力平衡過(guò)程中進(jìn)行了加濕，pO2通過(guò)式(1)進(jìn)行計(jì)算。

其中F是干燥氣體混合物中的氣體百分濃度，pTotal是環(huán)境中的大氣壓力（mmHg），pH2O是平衡溫度下的水蒸氣壓（mmHg）。公式(1)是從道爾頓分壓定律和溶解度的亨利定律導(dǎo)出，雖然僅嚴(yán)格適用于理想氣體，但也適用于接近或低于大氣壓的實(shí)際氣體。

其中t表示溫度，以攝氏度（℃）為單位，通過(guò)公式(2)中精確估計(jì)pH2O。

同時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)室大氣壓數(shù)據(jù)，使用nova Stat Profile CCX血?dú)夥治鰞x對(duì)上述低濃度靜脈血樣本進(jìn)行氧分壓驗(yàn)證，準(zhǔn)確度可由公式(3)給出。

式中：

B——準(zhǔn)確度，%；

M——3次測(cè)試結(jié)果平均值，mmHg；

T——pO2標(biāo)準(zhǔn)值，mmHg。

1.2.2 靜脈血樣比對(duì)試驗(yàn)方法

參考GB/T 19634-2005提供的方法[6]，使用上述pO2調(diào)節(jié)的低濃度靜脈血樣本和未做任何處理的低濃度靜脈血樣本進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)，將兩份靜脈血樣分別分為4份，第1份用強(qiáng)生穩(wěn)豪倍易血糖儀測(cè)試；第2份用三諾安穩(wěn)型血糖儀測(cè)試；第3份用魚(yú)躍悅好Ⅱ型血糖儀測(cè)試；第4份使用YSI2300葡萄糖乳酸分析儀作為參考分析儀進(jìn)行血糖測(cè)試，以上每份血樣均重復(fù)測(cè)量3次，取平均值進(jìn)行計(jì)算。每臺(tái)血糖儀測(cè)試的靜脈血漿結(jié)果或由制造商提供的換算公式得到的靜脈血漿結(jié)果與參考分析儀測(cè)試的靜脈血漿結(jié)果之間的差異即為偏差。

1.2.3 氧分壓參考測(cè)量程序不確定度評(píng)定方法

根據(jù)JJF 1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》提供的方法[12]，對(duì)靜脈血樣的氧分壓參考測(cè)量程序進(jìn)行不確定度評(píng)定。

1.2.3.1 測(cè)量方法

參見(jiàn)1.2.1靜脈血樣氧分壓測(cè)量方法。

1.2.3.2 測(cè)量模型

準(zhǔn)確度可由公式(3)。

1.2.3.3 方差和靈敏系數(shù)

由于cM與cT完全不相關(guān)，故輸出量估計(jì)方差的完整表達(dá)式應(yīng)為式(4)。

由公式(4)到公式(5)得

1.2.3.4 不確定度來(lái)源

不確定度來(lái)源包括：① 輸入量M引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uM，包括測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度和分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；② 輸入量T引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uT，包括標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uT1、大氣壓測(cè)量誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uT2和張力平衡儀溫度偏差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uT3。

2 結(jié)果

2.1 評(píng)估結(jié)果

2.1.1 靜脈血樣pO2測(cè)量結(jié)果

氮中氧氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW（E）060718標(biāo)準(zhǔn)值為O2:8.99%、張力平衡儀的溫度為37℃、大氣壓測(cè)量結(jié)果為1000hPa，結(jié)合公式(1)、(2)和(3)計(jì)算的pO2標(biāo)準(zhǔn)值及使用nova Stat Profile CCX血?dú)夥治鰞x驗(yàn)證測(cè)試的pO2測(cè)量值如下表1所示。

表1 pO2測(cè)量結(jié)果

如表1所示，使用血?dú)夥治鰞x實(shí)測(cè)的pO2測(cè)量值與通過(guò)公式(1)、(2)計(jì)算的pO2標(biāo)準(zhǔn)值偏差為1.3%，經(jīng)過(guò)換算成絕對(duì)值為0.9 mmHg，靜脈血樣pO2滿足（65±5） mmHg要求，符合測(cè)試需要。

2.1.2 靜脈血樣比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果

比對(duì)試驗(yàn)如表2和表3所示。如表2，使用經(jīng)過(guò)pO2調(diào)節(jié)后滿足（65±5） mmHg低濃度靜脈血樣本進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)時(shí)，三種不同品牌型號(hào)的血糖儀和血糖試條準(zhǔn)確度均滿足當(dāng)血糖濃度≤4.2 mmol/L，不超過(guò)±0.83 mmol/L的要求，符合GB/T 19634-2005對(duì)血糖儀產(chǎn)品低濃度時(shí)的技術(shù)要求；如表3所示，使用未做任何處理的低濃度靜脈血樣本進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)時(shí)，三種不同品牌型號(hào)的血糖儀和血糖試條準(zhǔn)確度均不滿足當(dāng)血糖濃度≤4.2 mmol/L，不超過(guò)±0.83 mmol/L的要求。

表2 使用經(jīng)過(guò)pO2調(diào)節(jié)的低濃度靜脈血樣本進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果（mmol/L）

表3 使用未做任何處理的低濃度靜脈血樣本進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)結(jié)果（mmol/L）

2.2 pO2氧分壓參考測(cè)量程序不確定度評(píng)定結(jié)果

根據(jù)1.2.3 提供的不確定度評(píng)定方法，不確定度評(píng)定結(jié)果計(jì)算如下。

2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算

2.2.1.1 輸入量M引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uM評(píng)定

（1）測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

使用血?dú)夥治鰞x進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，根據(jù)表1的試驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)貝塞爾公式，則單次測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差s()如式(6)。

平時(shí)測(cè)試時(shí)在重復(fù)性條件下連續(xù)測(cè)量3次，以3次測(cè)量的算術(shù)平均值作為結(jié)果，則由測(cè)量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為式(7)。

（2）分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

儀器pO2參數(shù)的最小分辨力均為0.1 mmHg，區(qū)間半寬a=0.05 mmHg，為67.6 mmHg，按均勻分布處理，包含因子取k=，由此引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

（3）輸入量M引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uM

從以上計(jì)算可以看出，由于重復(fù)測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量大于分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量，由JJF 1033-2016《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》可知，當(dāng)重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量大于分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量時(shí)，可不考慮分辨力引入的不確定度分量，故分辨力引入的不確定度分量在標(biāo)準(zhǔn)不確定度合成時(shí)不列入。

所以，由輸入量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uM==0.23%。

2.2.1.2 輸入量T引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uT評(píng)定

（1） 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)不確定度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uT1

本次評(píng)定使用由南京紅建特種氣體有限公司生產(chǎn)的氮中氧氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW（E）060718，U=1.5%（k=2），其引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量如下：

（2）氣體濃度換算成氣體分壓時(shí)，由大氣壓測(cè)量誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uT2

根據(jù)公式(1)、(2)，氣體濃度換算成氣體分壓時(shí)需要測(cè)量環(huán)境大氣壓，本次使用空盒壓力表進(jìn)行大氣壓的測(cè)量，測(cè)量值為1000 hPa，通過(guò)查詢(xún)?cè)摽蘸袣鈮罕淼男?zhǔn)證書(shū)可知，其測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度U=0.3 hPa（k=2），則由大氣壓測(cè)量誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量如下：

由于樣品需要（37±0.1）℃下進(jìn)行溫度和張力平衡，氣體分壓隨溫度變化，根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，pO2可直接變化7%/℃[13]，張力平衡儀的恒溫控制模塊最大允許誤差為±0.1℃，按照均勻分布處理，取k=，則由張力平衡儀溫度偏差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量如下：

（4）輸入量T引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uT

由于uT1、uT2和uT3之間相互獨(dú)立，則輸入量T引入的不確定度分量uT可用下式進(jìn)行計(jì)算:

2.2.1.3 靈敏度系數(shù)的計(jì)算

通過(guò)表1可知，調(diào)控后的全血樣品定值標(biāo)準(zhǔn)值為：pO2：65.4 mmHg，為67.6 mmHg，取相對(duì)值進(jìn)行計(jì)算，靈敏度系數(shù)的計(jì)算結(jié)果如下：

2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表

標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表見(jiàn)表4。

2.2.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc

由公式(5)可得：

2.2.4 擴(kuò)展不確定度U

取k=2，則：

表4 pO2參考測(cè)量程序標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表

3 討論

血糖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（包括血糖儀及測(cè)試試紙）是非專(zhuān)業(yè)人士使用的體外診斷醫(yī)療器械，因其操作簡(jiǎn)便、快捷、準(zhǔn)確，廣泛應(yīng)用于臨床和患者家中進(jìn)行自我血糖監(jiān)測(cè)[14]。研究表明，精準(zhǔn)的血糖監(jiān)測(cè)結(jié)果可有效地指導(dǎo)糖尿病患者及時(shí)調(diào)整飲食、運(yùn)動(dòng)，以及藥物劑量，優(yōu)化血糖控制，防止低血糖發(fā)生，降低并發(fā)癥的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[15-16]。無(wú)意識(shí)性低血糖是指患者血糖下降時(shí)沒(méi)有表現(xiàn)出癥狀，可能會(huì)在清醒狀態(tài)時(shí)突然發(fā)生昏迷。而目前自我血糖監(jiān)測(cè)是檢測(cè)糖尿病患者無(wú)癥狀低血糖的唯一有效工具[17-19]。因此，采取更嚴(yán)格的系統(tǒng)準(zhǔn)確度標(biāo)準(zhǔn)有助于無(wú)意識(shí)性低血糖糖尿病患者的自我監(jiān)測(cè)，降低無(wú)意識(shí)性低血糖的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

市場(chǎng)上采用氧化酶法的血糖儀在低濃度血糖測(cè)量時(shí)，考慮到空氣中氧氣的干擾會(huì)造成采集的末梢血pO2的變化，消費(fèi)者使用氧化酶法血糖儀測(cè)量時(shí)若遇到低濃度血糖時(shí)很容易造成血糖儀和血糖試條系統(tǒng)準(zhǔn)確度不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的情況。因此，這種情況對(duì)于無(wú)意識(shí)性低血糖患者來(lái)說(shuō)，低濃度血糖測(cè)量不準(zhǔn)不利于無(wú)意識(shí)性低血糖糖尿病患者的自我監(jiān)測(cè)，增加無(wú)意識(shí)性低血糖的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)本文的試驗(yàn)結(jié)果也可以看出，對(duì)于葡萄糖氧化酶法血糖儀來(lái)說(shuō)，血糖儀產(chǎn)品在注冊(cè)檢驗(yàn)或企業(yè)平時(shí)生產(chǎn)質(zhì)檢測(cè)試血糖儀和血糖試條系統(tǒng)準(zhǔn)確度開(kāi)展血糖儀靜脈血樣比對(duì)試驗(yàn)時(shí)，如果不能按照要求將靜脈血樣pO2調(diào)節(jié)至（65±5）mmHg范圍內(nèi)再進(jìn)行測(cè)量，而且根據(jù)上下顛倒混勻時(shí)靜脈血（深紅色）、動(dòng)脈血（鮮紅色）和末梢血（介于深紅色和鮮紅色之間）顏色不同對(duì)應(yīng)的pO2不同等經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷pO2是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，很容易造成血糖儀產(chǎn)品在低血糖濃度測(cè)量不準(zhǔn)確，使得產(chǎn)品不合格。

4 結(jié)論

本研究基于氣體張力法建立了血液pO2參考測(cè)量程序，能夠有效調(diào)控血糖儀比對(duì)實(shí)驗(yàn)所需靜脈血樣pO2，可有效克服血糖儀比對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中空氣中氧的干擾，能夠提高血糖儀注冊(cè)檢驗(yàn)、生產(chǎn)質(zhì)檢和臨床比對(duì)結(jié)果的可靠性和有效性，促進(jìn)血糖儀產(chǎn)品檢測(cè)技術(shù)升級(jí)。