Nova StatStrip血糖仪在葡萄糖钳夹试验中进行实时血糖确定的精密度和可靠性.docx

糖尿病医学与科技杂志（Journal of Diabetes Science and Technology）2010年9月第4卷第5期糖尿病技术协会（Diabetes Technology Society）原始报告NOVAStatStrip血糖仪在葡萄糖钳夹试验中进行实时血糖测定的准确度和可靠性Atoosa Rabiee, M.D.,1,2 J. Trent Magruder, B.S.,1 Crystal Grant, M.D., Ph.D.,1 Rocio Salas-Carrillo, M.D.,1 Audrey Gillette, M.B.A.,3 Jeffrey DuBois, Ph.D.,4 Richard P. Shannon, M.D.,5 Dana K. Andersen, M.D.,1 and Dariush Elahi, Ph.D.,1,2摘要实验目的/假设：葡萄糖钳夹技术（Andres clamp technique）要求对葡萄糖可以进行准确的实时确定，需要使用贝克曼（Beckman）或者YSI公司（Yellow Springs Instruments）的葡萄糖分析仪。 两种仪器均需要保养、专门的操作者、血浆样本制备和超过2分钟的重复测量。本实验旨在评价NOVAStatStrip血糖仪对血糖测量的准确度、可靠性和准实时性。方法：血样采自24例接受6小时钳夹试验的患者，其中12例患者接受标准的膳食耐量试验（meal tolerance test，SMT）。所有标本在采集后即刻同时在贝克曼、YSI和NOVA的仪器上进行检测分析。结果：本实验中，NOVA血糖仪与贝克曼设备比较得到1004个数据对，其中NOVA数据点的分布范围是32至444，而贝克曼数据点的分布范围是42至412。贝克曼比NOVA的斜率系数为1.009（r=0.978）。采用误差栅格分析（Error grid analysis），NOVA数据位于A区的数量和百分比为976（97.2%），位于B区的数量和百分比为28（2.8%）。本实验中，NOVA血糖仪与YSI设备比较得到399个数据对，NOVA数据点的分布范围是46至255，而YSI数据点的分布范围是47至231。YSI比NOVA的斜率系数为1.023（r=0.989）。NOVA血糖仪的全部数据均位于A区。对于重复检测获得最终读数所要求的时间，NOVA血糖仪为15秒，而贝克曼和YSI设备为 120-180秒。结论：NOVA血糖仪使用简便，可靠准确、检测速度快。可以接受该设备在钳夹试验中替代贝克曼和YSI的设备，尤其在存在紊乱而需要快速葡萄糖确定的时候。J Diabetes Sci Technol 2010;4(5):1195-1201作者联系方式：1 Department of Surgery, Johns Hopkins University School of Medicine, Johns Hopkins Bayview Medical Center, Baltimore, Maryland; 2 Department of Medicine, Johns Hopkins University School of Medicine, Johns Hopkins Bayview Medical Center, Baltimore, Maryland; 3 Department of Pathology, Johns Hopkins University School of Medicine, Johns Hopkins Bayview Medical Center, Baltimore, Maryland; 4Nova Biomedical, Waltham, Massachusetts; and 5Department of Medicine, University of Pennsylvania Health System, Philadelphia, Pennsylvania缩写：EGA 误差栅格分析（error grid analysis），PG 血浆葡萄糖（plasma glucose），SMT 标准膳食耐量试验（standardized meal tolerance test），YSI Yellow Springs Instruments公司关键词：贝克曼，葡萄糖钳夹试验，血糖仪，血浆葡萄糖，YSI通讯作者：Dariush Elahi, Ph.D., Departments of Surgery and Medicine, Johns Hopkins Bayview Medical Center, 4940 Eastern Ave., Baltimore, MD 21224-2780; Email： 1195NOVAStatStrip血糖仪在葡萄糖钳夹试验中实时血糖确定的准确度和可靠性Rabiee 糖尿病医学与科技杂志2010年9月第4卷第5期1196www.journalpfdst.ord前言葡萄糖钳夹技术首先由Andres及其同事于1966年论述，1被认为是现今最新的葡萄糖稳态的测量技术。2高胰岛素-正常血糖钳夹方法可以用于评估外周组织对胰岛素的敏感性。为了评价细胞对葡萄糖的敏感性，可以使用高葡萄糖变量钳夹。例如身患2型糖尿病的肥胖者等患有各种代谢疾病的个体在医学系统中出现的数量不断增加， 3,4钳夹试验已经成为评估和鉴别细胞对于胰岛素反应敏感性的“金标准”方法。在钳夹试验中的高胰岛素-正常血糖和高血糖两个时段，需要根据当前的血糖水平而改变葡萄糖输注率，以便维持目标血糖水平。相应地，钳夹试验依赖于准确而实时的血浆葡萄糖（PG）水平确定。多数研究人员使用过贝克曼和YSI公司的葡萄糖分析仪。两种设备均采用葡萄糖氧化酶技术，被认为是准实时葡萄糖测量的金标准方法，但是均具有一些重要的缺点。两种设备均要求由一名专门的操作人员对每个全血标本进行血浆样本的制备，从采血到使用贝克曼和YSI设备进行测量需要2分钟或者更长的时间。典型情况下，考虑到葡萄糖输注率每5分钟即发生改变，上述延迟即具有显著意义。不仅如此，贝克曼设备发明于1960年代，而贝克曼库尔特（Beckman Coulter）公司已经宣布自2009年1月起不再对该设备提供支持。5 YSI仪器（YSI生命科学部，Yellow Springs公司，俄亥俄州）尽管具有与贝克曼设备相同的准确性，但是其检测需时更久，并且其自校准过程会干扰PG测量。由于其校准过程的长时延迟限制，因此要求在钳夹试验中有第二台YSI仪器备用。钳夹试验中任何无法确定PG水平和调节葡萄糖输注率的因素，均将导致目标的显著改变，尤其出现于对胰岛素和葡萄糖具有非常良好敏感性的志愿者。这两种设备还需要大量的耗材和常规保养。已有一些工作组研究了血糖仪在钳夹试验中的应用。在这些研究中，有两个报告发现试验结果未达到最佳标准。6,7 但是Cohen及其同事发表论文声称已发现一种手持血糖仪可以在钳夹试验中准确地测量血糖。针对在钳夹试验中准确而快速确定PG水平的需求，我们对NOVAStatStrip血糖仪（Nova Biomedical, Waltham, MA）进行检测。该血糖仪为手持式电池供电，使用基于改良葡萄糖氧化酶技术的电流计技术，具有红细胞比积采集功能。该设备还可以将PG数据上传至计算机供进一步分析。本实验旨在评估NOVA血糖仪的准确性是否足以在钳夹试验中替代贝克曼和YSI设备。实验方法样本检测本实验中共有24名受试者接受高胰岛素-正常血糖和高血糖钳夹试验。全部受试者在减肥手术前后均接受代谢测试。在高胰岛素-正常血糖钳夹与高血糖钳夹联合试验中采用一种新的葡萄糖钳夹技术变量。6小时检测包括3个阶段。首先是高胰岛素-正常血糖钳夹。在建立基础PG水平后，进行10分钟胰岛素冲洗输注，然后以480 pmol/m2/分钟的速度连续输注2小时。在该阶段之后进行1小时的恢复输注，其间血浆胰岛素水平将回归基础状态。在第二个阶段中，PG水平上升至超过基础水平98 mg/dl并维持2小时。最后，在高血糖阶段的最后1小时，以连续冲洗的方式（5 ng/kg/分钟）输注胰高血糖素样肽-1（GLP-1）（7-36氨基化合物）。PG水平下降，然后继续30分钟。本实验采用的6小时钳夹试验中，每5分钟采集一次动脉血化的静脉血样本测量PG浓度，并依据负反馈原理调节输注率。将14例患者的血样同时在贝克曼葡萄糖分析仪和NOVAStatStrip血糖仪上进行测量，将10例患者的血样同时在YSI葡萄糖分析仪和NOVAStatStrip血糖仪上进行测量。为了评估和比较实验中获得的血糖值，本实验允许持续改变优势血糖水平，即未钳夹；因此表现出更宽的血糖值范围。本实验还对接受钳夹试验的相同受试者在标准膳食耐量试验期间（SMT）进行同时测量。每名受试者在15分钟内总服用474 ml Ensure plus营养液（雅培实验室，哥伦比亚市，俄亥俄州）。对于SMT试验，在服用液体食物前采集两个样本，然后分别在5、10、15、20、30、40、60、90、120和150分钟时采集样本。采集的静脉血立即同时在贝克曼葡萄糖分析仪和NOVAStatStrip血糖仪上进行检测。将0.5 ml全血离心后采集血浆，用于贝克曼葡萄糖分析仪检测。将试纸条装入NOVAStatStrip血糖仪后，从样本注射器尖端在试纸条的末端滴加一滴全血。本实验在贝克曼和YSI仪器上对样本均进行重复检测，当在每台仪器上进行重复检测时，将该标本按顺序一个接一个的立即检测。实验中对贝克曼和YSI仪器进行常规校准和保养。统计分析在每次钳夹试验后，将钳夹试验和SMT试验的数据输入计算机数据库。本实验选择贝克曼和YSI设备做为参照方法。为了评估NOVA血糖仪读数的准确性，在钳夹试验中的给定时间得到的每个贝克曼和YSI设备的PG水平数据均与相应的Nova数值配对。贝克曼和YSI设备使用的数值为每个设备重复检测的均值。超过97%的贝克曼和YSI设备的两个读数的差值小于3 mg/dl（对于NOVA血糖仪，始终使用第一个数值）。以贝克曼（或者YSI）数值做为参照和自变量，以Nova数值做为因变量，使用SigmaPlot 11.0软件（Systat软件公司，圣荷西市，加利福尼亚州)进行两个普通变量的最小二乘法回归分析。本实验还采用点误差栅格分析法（EGA）分析了Nova血糖值的临床接受性。EGA划分图表显示Nova数值对于Beckman/YSI数值（参照）的线性回归分为5个区：A区、B区、C区、D区和E区。9,10 A区和B区中包含的结果被认为是准确和可接受的。C区数值被认为是不准确的，使用该区的数值将导致不必要的行为而导致更坏的结果。D区数值被认为是危险的失败数值，可导致危及生命的行为。E区数值被认为是不准确的，可导致与实际需要相反的治疗。为了评估NOVA血糖仪的测量结果在可能的血糖值范围内的偏倚，我们以贝克曼/YSI数值为参照将NOVA数值与贝克曼和YSI数值的平均差值绘制散点图，进行BlandAltman分析。11,12 BlandAltman法还可以通过绘图显示两台设备之间平均差值上下两个标准差，来评估两个设备之间的一致性限。另外，本实验生成第三个BlandAltman散点图，比较NOVA重复检测数值和贝克曼重复检测数值的精密度。最后，本实验采用局部平滑中值绝对差异曲线分析数据以揭示血糖仪的准确性模式。13结果为了比较贝克曼分析仪和NOVA血糖仪，本实验从14例接受6小时葡萄糖钳夹试验的患者获得了1004个配对数据点。为了比较YSI分析仪和NOVA血糖仪，本实验从10例接受6小时葡萄糖钳夹试验的患者获得了399个配对数据点。图1显示在钳夹试验中由贝克曼和NOVA设备测量的PG结果的代表性比较。贝克曼-NOVA回归分析的斜率系数为1.009，常系数为2.602。YSI-NOVA回归分析的斜率系数为1.023，常系数为5.854。Pearson相关系数r=0.989。图2为采用EGA分析绘制的相同散点图。采用EGA分析，以Beckman数值为参照，976（97.6%）个数据落在A区，剩余28（2.4%）个数据落在B区。没有数值落在C区、D区和E区。相似的，采用YSI数值为参照，399（100%）个数据落在A区。图1. 高胰岛素-正常血糖钳夹试验（0-180分钟）、高血糖钳夹试验（180-200分钟）和高血糖恢复（300-330分钟）期间，贝克曼和NOVA设备间的PG值比较。图3显示贝克曼和NOVA间（或者YSI和NOVA间）的平均差值对于贝克曼/YSI参照值的Bland-Altman散点图。以贝克曼测量值为参照时，数据对之间的平均差值为1.3 mg/dl，SD（标准差）为11.6 mg/dl。与预期一致，1004个数据对中只有48（4.7%）个数据对不一致，差值超出2倍标准差。同时，采用YSI测量值为参照时，数据对之间的平均差值为8.5 mg/dl，SD为7.2 mg/dl。在399个数据对中，12（3.0%）个数据对不一致，差值超出2倍标准差。图2. 贝克曼和NOVA血糖值数据对的EGA散点图（上）和YSI和NOVA血糖值数据对的EGA散点图（下），以贝克曼和YSI血糖值做个各自的参照方法。本实验通过Bland-Altman散点图，比较贝克曼分析仪的重复测量差值与NOVA血糖仪重复测量差值（图4）。图4的左侧显示贝克曼分析仪重复测量值间的差值，实线显示平均差值为0.915 mg/dl，虚线显示平均差值上下2个标准差（ = 2.79 mg/dl）。图4的右侧显示NOVA血糖仪重复测量值间的差值，平均差值为0.767 mg/dl，标准差为5.563 mg/dl，近似为贝克曼重复测量结果的两倍。在210个NOVA重复测量值中，168（80%）个测值位于贝克曼分析仪测量值的两个标准差之内（即小于2 x 2.79 = 5.58 mg/dl）。图3. BlandAltman散点图。比较NOVA与贝克曼对同一标本读数间的差值（上）和NOVA与YSI对同一血样本读数间的差值（下）。实线代表平均差值，虚线显示均值上下两个标准差（NOVA贝克曼比较：n = 1004；NOVAYSI比较：n = 399）。 糖尿病医学与科技杂志2010年9月第4卷第5期1199www.journalpfdst.ord图4. 贝克曼重复测量差值与NOVA重复测量差值的BlandAltman散点图。实线代表平均差值，虚线代表每台设备各自平均差值的上下两倍标准差。本实验采用15 mg/dl带宽、X取值范围自57-218 mg/dl生成局部平滑中值绝对差值曲线（图5）。在60 100 的正常血糖范围可以观察到接近平坦的曲线。在120 220 mg/dl范围内曲线也呈近似平坦，但是中值绝对差值水平高于前者10 mg/dl。图5. 局部平滑中值绝对差值曲线水平虚线代表推荐的允许误差（5 mg/dl）。讨论葡萄糖钳夹法是在控制设定下评估外周组织对胰岛素敏感性和细胞对葡萄糖敏感性的最新技术。由于刺激因素保持不变，因此可以纵向评估这些变量在不同干涉条件下发生的改变。世界范围的研究人员已经使用该技术的不同变量来回答了关于血糖稳态的各种问题。与实验设计无关，钳夹技术是唯一一种可以以精密而可重复方式评估葡糖糖稳态的技术。然而该项技术需要多人合作（护士、技术人员、研究人员）方可实现，使得该技术成为一种劳动密集且费用昂贵的评估血糖稳态的方法。其中一个重要的限制就是需要实时、准确和精密地测量PG水平以便在负反馈控制系统中确定20%葡萄糖的输注率。葡萄糖钳夹法对于PG测量具有特殊的唯一要求，即测量设备需要快速、准确并且能够在跨越几个小时的范围内经受重复检测。因此，由于贝克曼公司已经宣布不再支持其葡萄糖分析仪，故本实验旨在检测Nova StatStrip血糖仪是否符合上述需求并在葡萄糖钳夹试验中成为有效的替代设备。对1004个贝克曼NOVA数据对进行线性回归分析，得到近似一致的斜率系数和Pearson相关系数r=0.978。NOVA血糖仪和贝克曼设备间所具有的强相关性是成功运行钳夹试验的必要条件。误差栅格分析也证实NOVA血糖仪具有高度的准确性，几乎98%的数值落在被认为是准确且可接受的区域。而且没有数值落在任何被认为是指示不可接受读数的区域。使用YSI分析仪做为参照方法时可以得到相似的结果，尽管由于YSI设备分析的数据对数量有限使得贝克曼的比较结果更有意义。以贝克曼读数做为参照，将NOVA血糖仪和贝克曼分析仪对于同一个给定血样的读数差值进行比较；Bland-Altman散点图显示在宽的血糖数值范围内两个系统间的结果差异未出现任何向上或者向下的趋势。在相同的NOVA和YSI数值间差值散点图中亦未观察到上述趋势。因此，在测量的PG水平范围内NOVA血糖仪未显示出读数偏倚。大部分数值落在1.3 mg/dl的平均差值的上下两倍标准差内。然而，差值的标准差将近12 mg/dl，说明一些读数的分布相当宽。这种宽分布的数据可导致在以窄PG值范围为目标时难以成功完成钳夹试验。需要注意的是，数据有丛集为两部分的趋势，分别代表钳夹试验中的正常血糖阶段和高血糖阶段。本实验将NOVA血糖仪重复测量值的精密度与贝克曼分析仪进行比较和评估（图4）。尽管两台设备间的重复测量平均差值相似，但是NOVA重复测量差值的标准差接近贝克曼结果的两倍。如果以贝克曼读数为标准，试问有多少NOVA重复测量差值落在贝克曼重复测量差值的2倍标准差之内？答案是210个NOVA重复测量数据中有168个数据（80%）落在2倍标准差之内。此结果反映NOVA血糖仪在钳夹试验中偶尔有给出不准确读数的倾向。对于贝克曼分析仪，制造商建议重复测量值彼此间的差值应小于3 mg/dl；否则需要进行第3次或者第4次测量。对于NOVA血糖仪，作者推荐重复测量差值必须小于5 mg/dl，必要时需要进行第3次或者第4次测量。根据经验，即使一个样本被测量4次，亦可在30秒内获得准确的数值；重复检测可以在15秒内完成。局部平滑中值绝对差值曲线清晰地显示在正常血糖范围和高血糖范围内均可观察到相对平坦的图形。然而，高血糖范围内的差值更大；同时必须相对于以前的血糖水平和20%葡萄糖输注率的改变对血糖值进行认真的评估。如果认为结果不可靠，则需要进行第3次或者第4次读数。尽管如此，对葡萄糖确定的快速分析已经使作者相信NOVA血糖仪的性能是可接受的，同时即使在高血糖钳夹试验中重复测量差值也可以达到5 mg/dl。作者承认NOVA血糖仪的准确性不如贝克曼和YSI分析仪。但是，即使具有复杂软件的帮助，葡萄糖钳夹试验的管理仍然要求精通钳夹试验的“艺术”。因此，作者认为对于由NOVA血糖仪得到的不合理血糖值，可以通过重复测量得以容易地鉴别。始终需要相对于以前的PG水平和20%葡萄糖输注率的改变做为评估当前数值可靠性的指导。需要说明的是，在贝克曼和YSI分析仪中也会出现有差异的数值，此时必须进行第3次读数。NOVA血糖仪具有的一些关键优势不必在本实验的数据中反映，这些优势使其尤其适用于葡萄糖钳夹试验。首先，当研究人员需要恒定改变葡萄糖输注率以维持稳定的正常血糖或者高血糖水平时，NOVA血糖仪的6秒实时检测功能使其成为研究人员的理想选择。即使必须使用NOVA血糖仪对一个样本重复检测3次，20秒（3次读数，每次6秒）的读数时间也远远短于贝克曼和YSI分析仪对一个样本的检测时间。不仅如此，与贝克曼分析仪通常需要至少耗时120 180秒确定一个数值或者YSI分析仪需要至少比贝克曼分析仪更耗时60秒（机械加样臂相对于手工加样）不同，NOVA血糖仪可以在15秒内确认一个数值（2次读数，每次6秒）。NOVA血糖仪操作简便，无需专人操作，耗材充足，保养及时；此外，NOVA血糖仪可以显著降低购置和日常操作的成本。本实验在评价NOVA血糖仪在医院设定中的精密度和准确度时具有局限性。本实验组包括由没有贫血、酸中毒等重要医学疾病的肥胖患者组成。因此，本实验设计无法调查NOVA血糖仪不受红细胞压积和制造商声明的其它变量的干扰。不仅如此，由于受试人群除了口服补充维生素以外未接受任何用药治疗，本实验也无法评估药物的干扰。钳夹试验期间偶尔使用泰诺（Tyleno），也没有观察到测量血糖值的任何改变。最后，考虑到在严重疾病患者中，通常采用指血测量血糖，而本实验采用静脉血样本进行血糖分析。 需要说明的是已经有研究在医院设定中评估了红细胞压积对NOVA血糖仪的影响和其它分析干扰。14,15总而言之，实验结果表明NOVA血糖仪能够高度忠实地重复由贝克曼或者YSI分析仪得出的血糖值。不仅如此，NOVA血糖仪的操作更加简便，非常适合葡萄糖钳夹试验。作者得出结论，可以接受Nova StatStrip血糖仪替代贝克曼或者YSI分析仪在葡萄糖钳夹试验中进行实时葡萄糖确定；而且检测速度可以抵消重复读数时精密度一致性的不足。 致谢：作者感谢NOVA生物医学公司（Nova Biomedical Inc）提供血糖检测设备和耗材。 参考文献：1. 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