Измеряя здоровье. Роль метрологии в медицине

Для успешной работы в медицинских лабораториях применяются специальные технические средства и реагенты, а также используются высокоточные измерительные приборы. Набор этих средств, оборудования и регламент проведения анализов является методикой измерения. При этом один и тот же показатель может определяться разными методиками – они отличаются набором необходимых реагентов, используемого оборудования и применяемым аналитическим методом. Главная задача метрологии состоит в обеспечении сопоставимости результатов анализов, выполняемых в разных лабораториях с применением разных технических средств и наборов реагентов. Как внедрение в медицину методов контроля сопоставимости результатов влияет на точность диагностики, какое оборудование для этого необходимо и как оценить уровень достоверности лабораторных исследований, поговорили с Александром Шибановым, к.ф.-м.н., членом президиума правления ВРОС МП председателем правления медико-технического кластера Московской области, основателем компании ООО «Эйлитон».

МетрологияPro: Что сейчас влияет на точность измерений в клинических исследованиях с точки зрения утвержденных и утверждаемых эталонов?

Александр Шибанов: Базовая парадигма клинической лабораторной диагностики звучит примерно так: состав и свойства биологических проб, взятых у пациента, статистически значимо отражают физиологические и патофизиологические процессы, протекающие в организме пациента.

Задача клинико-диагностической лаборатории – предоставить врачу информацию о составе или некоторых свойствах биологических проб, взятых у пациента, на основании которой лечащий врач может сформировать свое понимание состояния организма пациента и исходя из этого поставить диагноз и назначить лечение. В ходе проводимого лечения врачу также необходима информация об изменениях, которые происходят в организме пациента. В свете этой парадигмы правильно говорить не о точности измерения, а о правильности выполнения клинико-лабораторного исследования.

Клинико-лабораторное исследование – сложный многостадийный процесс, начинающийся с назначения врачом лабораторных исследований и подготовки пациента.

Оно включает в себя:

• взятие биологического материала у пациента;

• его хранение и транспортировку;

• подготовку из нативного биологического материала аналитического препарата;

• анализ состава или свойства аналитического препарата;

• доставку результата лабораторного исследования лечащему врачу;

• интерпретацию результата исследования лечащим врачом.

И на каждом из этих этапов могут быть допущены ошибки, которые разрушают связь результата анализа с тем состоянием, в котором находится организм пациента.

Всю последовательность лабораторного исследования принято делить на преаналитический этап, аналитический этап и постаналитический этап. Измерения выполняются на аналитическом этапе, и современные автоматические анализаторы обладают достаточно высокой точностью. Основные проблемы возникают на преаналитическом этапе: по данным различных исследований, недостоверные результаты анализов примерно в 80% случаев обусловлены ошибками именно здесь.

Тем не менее вопросы метрологии для клинической лабораторной диагностики весьма актуальны.

Тем не менее задача эта непростая, и для многих видов анализов она до сих пор не решена. Прежде всего это связано с тем, что сами объекты исследования: кровь, моча и другие биологические пробы – представляют собой очень сложные смеси большого числа различных молекул и очень нестабильны во времени. Например, невозможно, в строгом метрологическом понимании, создать эталонный образец крови человека, содержащий определенное количество различных клеток крови и всех остальных компонентов.

МетрологияPro: Получается, не существует эталона, например, эритроцита, который позволит синхронизировать результаты всех лабораторий?

Александр Шибанов: К сожалению, эталона эритроцита не существует. Проблема создания эталонов состава биологических проб человека очень сложная по многим причинам, и нигде в мире еще таких эталонов не придумали.

Одна из фундаментальных проблем клинических исследований состоит в том, что аналитическая система, с помощью которой выполняются измерения, «реагирует» не только на те молекулы, концентрацию которых мы измеряем, но и на многие другие, содержащиеся в исследуемом образце. Это называется эффектом матрицы . Степень влияния матрицы на результат измерения у разных аналитических систем разная и характеризуется селективностью. Аналитические системы с высокой селективностью очень дороги и по этой причине не могут применяться в обычных лабораториях. Такие системы используются в качестве референтных в специальных лабораториях для аттестации калибраторов, которые применяются для калибровки оборудования в обычных лабораториях.

МетрологияPro: Как в этом случае решается вопрос единства измерений?

Александр Шибанов: Для решения задачи обеспечения сопоставимости результатов разных лабораторий была создана международная организация JCTLM . Эта организация рассматривает заявки производителей сертифицированных эталонных материалов, публикации по эталонным методам измерений и референс-лабораториям, предоставляющим услуги по измерениям для лабораторной медицины и клинической химии, и публикует в базе данных JCTLM, если представленные материалы убедительно доказывают, что эталонный материал или эталонный метод по своим характеристикам соответствует определенным метрологическим требованиям.

Обязательным условием обеспечения надлежащего качества результатов анализов является участие лаборатории в одной из программ внешней оценки качества и выполнение требований внутрилабораторного контроля качества. Эти два инструмента фактически являются заменой классической метрологической поверки применительно к лабораторным измерениям, но проводятся не раз в год, а каждый день, а иногда и чаще.

Программа внешней оценки качества результатов лабораторных измерений состоит в том, что всем участникам этой программы периодически рассылается один и тот же контрольный материал. Это может быть специально приготовленный образец сыворотки крови, образец мочи. Главное требование к этим образцам – достаточно высокая стабильность. Каждая лаборатория выполняет исследования этих образцов на содержание в них определенного набора молекул и высылает результаты в центр обработки. В ответ каждая из лабораторий получает информацию о том, как полученные результаты в этой лаборатории соотносятся с результатами других лабораторий, участвующих в программе.

Для контроля стабильности метрологических характеристик также применяется метод внутрилабораторного контроля качества. Он основан на том, что ежедневно лаборатория наряду с исследованиями проб пациентов выполняет анализ контрольного материала. Если результаты анализа контрольного материала находятся в определенных пределах, то считается, что аналитическая система стабильна и полученные на ней результаты анализов пациентов надежны и могут сообщаться врачам.

МетрологияPro: Какие метрологические характеристики важны для современных лабораторий?

Александр Шибанов: Если мы говорим об эффективной клинической лабораторной диагностике, то следует говорить не о метрологических характеристиках, а, прежде всего, о строгой технологической дисциплине всех участников клинического лабораторного исследования, включая пациента.

Относительно небольшая доля ошибок на аналитическом этапе обусловлена отсутствием человеческого фактора. Но даже здесь иногда сотрудниками лабораторий допускаются ошибки, в результате которых получается недостоверный результат анализа.

При измерениях длины, времени, силы тока используются специальные средства измерений, метрологические характеристики которых стабильны как минимум год. Поэтому контроль их метрологических характеристик, поверку осуществляют также, как правило, раз в год.

В лабораторной диагностике ситуация кардинально иная. Для измерения концентрации тех или иных молекул в биологической пробе применяются техническое средство (прибор), сложный набор реагентов и калибратор, которые образуют единую аналитическую систему.

Характеристики прибора могут быть достаточно стабильными во времени. Однако в ряде приборов применяются специальные датчики, которые имеют ограниченный срок службы и требуют регулярной замены. Еще сложнее со стабильностью реагентов. Далеко не всегда удается производить стабильные сложные композиции реагентов от партии к партии.

Только с учетом всего вышесказанного можно обсуждать требования к метрологическим характеристикам в клинико-диагностических лабораториях измерений. Результат любого измерения выражается некоторым числом и границами диапазона, в котором с достаточно высокой вероятностью находится истинное значение измеряемой величины, – икс+дельта. Неопределенность результата измерений характеризуется погрешностью дельта. Эта погрешность должна быть не слишком большой.

Но и бороться за очень малую погрешность тоже не стоит, потому что это приводит к удорожанию оборудования и реагентов. Так, при результатах анализа глюкозы в крови 4,4 ммоль/л и 4,6 ммоль/л вывод врача будет один и тот же – концентрация глюкозы в пределах нормальных значений.

Сегодня для большинства лабораторных показателей в мире и в России установлены нормы точности результатов их измерения. В России эти нормы точности устанавливает стандарт ГОСТ Р 53133.2 «Технологии лабораторные клинические. Требования к качеству клинических лабораторных исследований. Часть 2. Оценка аналитической надежности методов исследования (точность, чувствительность, специфичность)».

МетрологияPro: Почему результаты разных лабораторий иногда не совпадают и как обычному человеку выбрать лабораторию для медицинского обследования?

Александр Шибанов: Кратко можно ответить следующим образом. Результаты разных лабораторий могут не совпадать по следующим причинам:

• пациент не был правильно подготовлен к сдаче биоматериала;

• нарушения при взятии биоматериала, его транспортировке и хранении;

• аналитические системы в двух лабораториях имеют значительные погрешности относительно друг друга;

• была допущена ошибка при оформлении результата анализа, при внесении данных в бланк результатов анализов.

Качество работы клинико-диагностической лаборатории обычный человек оценить не может. Это сложная задача, и ее должны решать профессионалы. Требования к качеству работы клинических лабораторий изложены в ряде стандартов, в частности в ГОСТ Р ИСО 15189 «Лаборатории медицинские. Частные требования к качеству и компетентности».

Оценку соответствия лаборатории ГОСТам осуществляют специалисты аккредитованных организаций. В ходе оценки эти специалисты тщательно изучают организацию работы лабораторий, уровень компетентности сотрудников и руководства, процесс контроля качества результатов лабораторных исследований проб пациентов. На основании этого лаборатории выдается сертификат, в котором подтверждается, что лаборатория работает в полном соответствии с этими стандартами.

МетрологияPro: Влияет ли санкционное давление на работу лаборатории? Есть ли проблемы с расходниками, материалами?

Александр Шибанов: Без сомнения, влияет. Пока эта ситуация не критическая, так или иначе удается закупать необходимые приборы и расходные материалы. Но в любой момент она может стать очень острой. Уже сейчас некоторые зарубежные компании ушли с российского рынка, и поставленное ими оборудование эксплуатировать становится все сложнее, а некоторое просто невозможно. Поэтому очень важно развивать отечественную индустрию средств клинической лабораторной диагностики.

МетрологияPro: Как ведется импортозамещение в медицинских лабораториях?

Александр Шибанов: Очень по-разному. Например, в последние годы в России было создано несколько производств вакуумных пробирок для взятия венозной крови. Благодаря этому мы можем легко отказаться от импорта этих изделий, потому что общая производственная мощность отечественных производителей перекрывает потребности отечественного здравоохранения.

Достаточно благополучно обстоит дело с приборами и тестами для диагностики методами ПЦР . Здесь следует отметить, что именно благодаря отечественным предприятиям в стране была быстро решена проблема диагностики больных COVID-19. Если бы у нас не оказалось предприятий, которые в исключительно короткие сроки смогли разработать и наладить массовое производство тестов для выявления антигенов и антител к SARS-Cov-2 , то ситуация была бы катастрофической.

Значительно хуже обстоят дела с производством отечественных анализаторов, которые составляют основу оснащения большинства лабораторий. Речь о гематологических, биохимических, ИФА-анализаторах, анализаторах показателей гемостаза. В настоящее время более 90% этой техники в наших клинико-диагностических лабораториях – импортные приборы. Частично проблема решается за счет закупок у компаний дружественных стран.

Это тем более важно потому, что у нас неплохо обстоят дела с производством наборов реагентов для разных типов анализаторов. Но имеющиеся в стране мощности задействованы не полностью, потому что многие импортные анализаторы работают только на «родных» реагентах. Без крупных отечественных компаний, обладающих достаточно большим производственным потенциалом, высококомпетентными отделами НИОКР , мы обречены на импортозависимость, по крайней мере, в области средств клинической лабораторной диагностики.

У наших ученых и инженеров в институтах и малых предприятий есть немало интересных решений. Однако без мощных индустриальных партнеров эти решения не способны реализоваться в серийном производстве и не доходят до рынка.

МетрологияPro: Медицинские лабораторные исследования – это динамичная отрасль?

Александр Шибанов: Многие достижения современной медицины обусловлены развитием аналитических технологий, применяемых в клинической лабораторной диагностике. Благодаря этому врачи сумели разобраться с такими важными вопросами, как иммунитет, гемостаз , процессы кроветворения и многое другое. Можно с уверенностью утверждать, что невозможно без применения методов лабораторной диагностики в достаточно полной мере понять причины и динамику развития любого патологического процесса, протекающего в организме человека.

Последние два десятка лет мы наблюдаем исключительно бурное развитие аналитических технологий, применяемых в клинической лабораторной диагностике. Во всем мире на развитие технологий лабораторной диагностики мобилизованы огромные интеллектуальные и финансовые ресурсы. Современные лабораторные технологии основаны на самых передовых достижениях в областях молекулярной и клеточной биологии, точной механики, электроники. Для анализа микроскопических изображений клеток крови и тканей все шире применяются методы искусственного интеллекта.

Развитие методов лабораторной диагностики сегодня ведется по нескольким направлениям.

Одно из направлений – создание высоко автоматизированных и производительных комплексов, которые эффективно применяются в больших лабораториях крупных клиник и диагностических центров.

Другое направление противоположно первому – создание компактных и простых в использовании анализаторов, которые можно применять как в условиях лаборатории, так и вне лаборатории, например, дома. Возможность проводить исследования в домашних условиях самими пациентами – одно из самых активных направлений во всем мире.

Третье направление – поиск принципиально новых решений при создании аналитических методов.

Как и любая научная сфера, лабораторная исследовательская деятельность никогда не перестанет развиваться. Благодаря труду исследователей в области биологии, химии и электроники появляются новые медицинские средства измерения и методы анализов, а мы и наши коллеги постоянно работаем над повышением объективности процессов исследований и получаемых результатов.