研究顯示:針尖採血法與傳統靜脈採血在糖化血紅蛋白測量上具高度一致性

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本研究比較了針尖採血套件與傳統靜脈全血採集在糖尿病患者的糖化血紅蛋白(HbA1c)測量中的效果。結果顯示,兩種方法的數據高度相關,支持針尖採血作為遠程臨床研究與遠程醫療的有效替代方案。這種方法有望改進糖尿病的遠程管理和研究。

Comparison of central laboratory HbA1c measurements obtained from a capillary collection versus a standard venous whole blood collection in the GRADE and EDIC studies

比較 GRADE 和 EDIC 研究中從微血管採集與標準靜脈全血採集獲得的中心實驗室 HbA1c 測量結果

Nathan DM, Krause-Steinrauf H, Braffett BH, et al. Comparison of central laboratory HbA1c measurements obtained from a capillary collection versus a standard venous whole blood collection in the GRADE and EDIC studies. PLoS One. 2021;16(11):e0257154. Published 2021 Nov 15. doi:10.1371/journal.pone.0257154

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34780485/

Abstract

Background

We compared HbA1c values obtained from capillary blood collection kits versus venous whole blood collections in study participants with type 1 or type 2 diabetes.

Methods

A total of 122 subjects, 64 with type 2 diabetes participating in the Glycemia Reduction Approaches in Diabetes: A Comparative Effectiveness (GRADE) Study and 58 with type 1 diabetes from the Epidemiology of Diabetes Interventions and Complications (EDIC) Study, participated in the validation study. Capillary tubes were filled by fingerstick by the participants on the same day as the collection of venous whole blood samples in EDTA-containing test tubes and were mailed to the central laboratory. HbA1c in all samples was measured with the same high-performance liquid chromatography. GRADE participants also completed a questionnaire on the ease of performing capillary collections.

Results

Participants from 22 clinical centers (GRADE n = 5, EDIC n = 17) were between 35 and 86 years of age, with 52% male and diverse race/ethnicities. Venous HbA1c results ranged between 5.4–11.9% (35.5–106.6 mmol/mol) with corresponding capillary results ranging between 4.2–11.9% (22.4–106.6 mmol/mol). The venous and capillary results were highly correlated (R2 = 0.993) and 96.7% differed by ≤0.2% (2.2 mmol/mol). Of participants surveyed, 69% indicated that the instructions and collection were easy to follow and 97% felt the collection method would be easy to do at home.

Conclusions

The capillary blood HbA1c results compared well with the conventional venous whole blood results. The capillary kits can be employed in other studies to reduce interruption of critical data collection and potentially to augment clinical care when in-person visits are not possible.

摘要

背景

我們比較了從微血管採血套件與靜脈全血採集獲得的 HbA1c 值在 1 型或 2 型糖尿病研究參與者中的差異。

方法

共 122 名受試者參與了驗證研究,其中包括參與糖尿病血糖控制方法比較有效性 (GRADE) 研究的 64 名 2 型糖尿病患者,及參與糖尿病干預與併發症流行病學 (EDIC) 研究的 58 名 1 型糖尿病患者。參與者在同一天使用指尖採血填充毛細管,並同時採集含有 EDTA 的試管靜脈全血樣本,然後將樣本郵寄至中心實驗室。所有樣本的 HbA1c 均使用相同的高效液相色譜法測量。GRADE 參與者還完成了一份關於微血管採集操作難易度的問卷。

結果

來自 22 個臨床中心的參與者 (GRADE n = 5, EDIC n = 17) 年齡介於 35 至 86 歲之間,其中 52% 為男性,種族和民族多樣。靜脈 HbA1c 結果範圍在 5.4–11.9% (35.5–106.6 mmol/mol) 之間,相應的微血管結果範圍在 4.2–11.9% (22.4–106.6 mmol/mol) 之間。靜脈和微血管結果高度相關 (R2 = 0.993),其中 96.7% 的差異在 ≤0.2% (2.2 mmol/mol) 以內。69% 的受訪者表示說明和採集操作容易理解,97% 的受訪者認為此採集方法在家中容易執行。

結論

微血管採血的 HbA1c 結果與傳統靜脈全血結果相比非常吻合。微血管採血套件可用於其他研究中,以減少關鍵數據收集的中斷,並在無法面對面訪視時潛在地增強臨床護理。

引言

近四十年來,糖化血紅蛋白測量在臨床研究和臨床護理中,對於評估長期平均血糖具有重要作用。基於平均血糖在1型和2型糖尿病長期併發症病程中的重要性,HbA1c通常每3至6個月測量一次,仍然是評估和比較臨床試驗和臨床護理中血糖的主要指標。雖然國家糖化血紅蛋白標準化計劃已標準化多種 HbA1c 測定方法,但這些方法都需要使用冷藏保存的靜脈全血,並在1至7天內進行測試以保持穩定性和完整性。我們評估了一種套件,允許參與者通過指尖採血收集微血管樣本,並將其郵寄至中心實驗室,使用與靜脈全血樣本相同的高效液相色譜法進行檢測。該微血管採血套件最初為糖尿病血糖控制方法比較有效性 (GRADE) 研究所開發,用於當參與者因病或其他原因無法參加常規研究訪視時,保持每季度 HbA1c 測量的連續性。糖尿病干預與併發症流行病學 (EDIC) 研究也完成了對其參與者的微血管採血驗證。經驗證後,當 COVID-19 疫情相關限制威脅到 HbA1c 測量的收集時,該微血管採血套件在 GRADE 和 EDIC 研究中被廣泛使用。我們報告了微血管採血套件在 HbA1c 數據收集中的驗證結果。

材料與方法

研究設計

GRADE 和 EDIC 的整體研究設計已在先前報告中詳述。每項研究均進行了微血管採血套件的驗證研究,以評估微血管採血過程的可行性、參與者自行收集的微血管血樣與在診所訪視當天收集的靜脈全血樣本的 HbA1c 結果準確性比較,以及該套件和郵寄過程在診所外收集樣本的適用性。兩項研究均採用相同的程序來收集和郵寄微血管和靜脈全血樣本,並送至同一中心實驗室進行分析。驗證研究的方案、知情同意書和程序最初由 GRADE 研究制定,並由 EDIC 研究加以改編。參與驗證研究的每個臨床試驗點均獲得當地機構審查委員會的批准。喬治華盛頓大學生物統計中心擔任兩項研究的協調中心,明尼蘇達大學的先進研究和診斷實驗室 (ARDL) 則擔任兩項研究的中心生化實驗室。

參與者

GRADE 和 EDIC 的參與者基線特徵已在先前報告中詳述。GRADE 和 EDIC 分別研究了 2 型和 1 型糖尿病患者。在 36 個 GRADE 臨床中心中,有 5 個自願參加並招募了驗證研究的參與者志願者。GRADE 微血管採血套件驗證研究於 2015 年 3 月至 2016 年 8 月期間進行。GRADE 臨床中心代表了美國各地廣泛的地理位置,具有不同的氣候條件,並願意進行驗證研究。參與者若在即將到來的訪視中測量 HbA1c 則有資格參加研究。同樣,在 EDIC 中,27 個臨床中心中有 17 個自願參加,並於 2016 年 4 月至 6 月期間招募了參與者志願者。EDIC 中,有 4 家診所因 IRB 障礙而未參加,另有 6 家診所則因參與者在指定的研究時間範圍內進行年度訪視時未達到 HbA1c 標準或診所有其他原因而未參加。

在兩項研究中,根據先前的 HbA1c 水平確定潛在參與者,旨在增加 HbA1c 大於 7.5% (58.5 mmol/mol) 樣本數量,以確保在 HbA1c 結果範圍內進行樣本驗證。所有參與者均簽署了書面知情同意書。

程序

在 GRADE 研究中,微血管和靜脈血樣本是在隨機分組後 6 個月或更晚的非禁食訪視期間收集的;在 EDIC 研究中,樣本則是在定期安排的年度訪視中收集。參與者在同意後獲得微血管採血套件以及詳細的書面說明,說明中附有照片,描述了套件內容以及逐步的採集和郵寄指導。參與者在診所通過指尖採血進行微血管採集,並將樣本包裝好以便郵寄。診所的研究人員可以回答問題並解釋指導,旨在促進樣本採集過程,並解決在家中獨立進行採集時可能出現的問題。參與者包裝好的微血管樣本當天由研究人員通過美國郵政郵寄至中心實驗室,郵寄時常溫保存,使用預先寫好地址和已貼郵票的郵件包裝。同一天,研究人員按照 GRADE 和 EDIC 研究方案規定收集抗凝劑 EDTA 的靜脈血樣本,並按照常規研究程序將樣本送至中心實驗室。GRADE 研究參與者在採集後完成了一份問卷,評估進行微血管採集的實際操作和在家中完成微血管採集的可行性。

實驗室方法與套件描述

所有血樣均在明尼蘇達大學的先進研究和診斷實驗室進行分析。靜脈血和微血管樣本均使用托素 HPLC 糖化血紅蛋白分析儀(Tosoh Medics, Inc.,舊金山 CA 94080)進行測定,這是一種自動高效液相色譜法。該測定方法每月使用國家糖化血紅蛋白標準化計劃(NGSP)提供的標準樣品進行校準,每年兩次使用國際臨床化學與實驗醫學聯合會(IFCC)提供的樣品進行校準。該方法的變異係數在 HbA1c 平均值為 5.34%(34.9 mmol/mol)時為 1.2%,在 HbA1c 平均值為 10.11%(87 mmol/mol)時為 0.55%。

每項研究的微血管採血套件均由明尼蘇達大學的先進研究和診斷實驗室設計,使用 BioRad 血紅蛋白微血管採血系統(HCCS)。HCCS 包括一個含有 EDTA 和氰化鉀溶液的樣品準備瓶、一個 5 μL 的塑膠微血管管和一個用於在採集指尖樣本時定位微血管管的管架。除了 HCCS 供應品外,套件中還包括所有其他需要的用品,如采血針、酒精棉片和紗布。套件中還提供了按照美國郵政(USPS)規定郵寄微血管血樣所需的用品,包括適當標籤的預付郵資郵件盒、標有生物危害的袋子和吸收材料以捕捉樣本洩漏。

統計分析

研究沒有包括對個別樣本的重複測量來評估兩種測定方法的精確性或重現性(即統計學上的可靠性)。然而,精確性通過其與兩種方法相關性的強度來間接評估,因為最大可能期望的平方相關性是 E(R2) = ρxρy,其中 ρx 和 ρy 是兩個變量的可靠性係數。對於給定的變量,ρ 是總變異中由於真實值差異所致的比例,而 1–ρ 是由於各種誤差來源導致的變異比例。這些係數通常在分裂重複分析中評估。因此,任何一種測定方法的可靠性不低於 R2 的值。

通過最小二乘回歸法回歸靜脈 HbA1c 對微血管 HbA1c,得到將微血管 HbA1c 轉換為相應靜脈全血 HbA1c 的方程。報告了 GRADE、EDIC 和兩項研究合併的回歸方程及其 R2。分別為每項研究和合併研究繪製了微血管與靜脈 HbA1c 差異與其平均值的 Bland-Altman 圖。圖中加入了低通濾波平滑線以顯示可能的趨勢。所有分析均使用 R 4.0.1 或 SAS 版本 9.4(SAS Institute Inc. 版權所有)進行。

結果

GRADE 研究參與者的樣本收集始於 2015 年 3 月,並於 2016 年 8 月完成。來自 5 個臨床中心的 70 名受試者參加了研究(每個中心 10-16 名)。其中,64 名參與者的靜脈樣本和相應的微血管血樣本均具有可測量的 HbA1c 結果。6 名 GRADE 受試者未納入研究,原因是運輸延誤導致四個樣本到達時間過晚(採集後 13、14、16 和 22 天到達),以及兩個樣本微血管採血量過少。EDIC 的微血管採血套件驗證研究在 2016 年 4 月至 6 月期間於 27 個 EDIC 臨床中心中的 17 個進行,每個中心有 1-5 名參與者,共 58 名參與者。兩項研究的地理中心包括美國的 21 個臨床中心和加拿大的 1 個臨床中心,分布於整個北美(圖 S1)。樣本從採集到達明尼蘇達實驗室的平均郵寄時間為 6 天(範圍 1-22 天)。

GRADE 參與者(n = 64)的平均年齡為 56 歲(範圍 35-86 歲),39% 為女性,50% 自我認定為白人,17% 為美國印第安人/阿拉斯加原住民,17% 為亞洲人/夏威夷原住民或太平洋島民,9% 為非裔美國人,5% 為西班牙裔。EDIC 參與者(n = 58)的平均年齡為 57 歲(範圍 44-70 歲),57% 為女性,97% 自我認定為白人。一名 EDIC 參與者的靜脈 HbA1c 為 8.1%(65 mmol/mol),但其微血管 HbA1c 為 4.2%(22.4 mmol/mol),經重複測試確認。因此,這一差異似乎不是由於中心實驗室內的誤差來源(變異)引起,而是由實驗室外的變異來源(運輸、處理、標記等)引起。因此,此極端離群值被排除在回歸和 Bland-Altman 圖之外,但仍納入其他分析。

表 1 顯示了 GRADE 和 EDIC 參與者的靜脈和相應的微血管 HbA1c 結果範圍。在 GRADE 參與者中,靜脈 HbA1c 結果範圍為 5.4-11.9%(35.5-106.6 mmol/mol),相應的微血管結果範圍為 5.3-11.9%(34.4-106.6 mmol/mol)。在 EDIC 參與者中,靜脈 HbA1c 結果範圍為 7.2-11.2%(55.2-98.9 mmol/mol),相應的微血管 HbA1c 結果範圍為 4.2-11.0%(22.4-96.7 mmol/mol),包括一個離群值。每項研究的靜脈 HbA1c 值分布以及兩項研究的總體分布如圖 1 所示。

圖 1. 靜脈樣本 HbA1c 值的分佈。 表 1. 靜脈和微血管 HbA1c 結果。

微血管和靜脈測量值以及無共變數調整的簡單回歸方程,連同各研究及合併研究的回歸線如圖 2 所示。在合併分析中,回歸關係為微血管 HbA1c = 0.0671 + 0.9942 × 靜脈 HbA1c,這產生了幾乎完美的等式,R2 為 0.993,表明微血管值的變異有 99.3% 可以由靜脈值的變異解釋。各研究和整體的 Bland-Altman 圖如圖 3 所示。除一個樣本外,微血管和靜脈樣本之間的差異均在 -0.3 至 0.3(-3.3 至 3.3 mmol/mol)之間,其中 98 個(80.3%)在 -0.1 至 0.1(-1.1 至 1.1 mmol/mol)之間,除四組樣本外(96.7%)均在 -0.2 至 0.2(-2.2 至 2.2 mmol/mol)之間。圖中未顯示出顯著的異方差性,低通濾波平滑線也未顯示出顯著趨勢。特別是,沒有跡象表明差異會隨著 HbA1c 的增加而顯著增加。

圖 2. 微血管和靜脈 HbA1c 的回歸圖。 圖 3. Bland-Altman 圖。

雖然本研究未包括重複樣本的測量來評估精確性或可靠性,但 R2 與可靠性之間的關係確保了任一方法的可靠性不低於 R2 值,即在我們的情況下不低於 0.993。這意味著任一測試中的變異不超過 1–0.993 或 0.007(不到 1%)是由隨機誤差來源引起的。

所有 GRADE 參與者(其中大多數不經常進行自我監測血糖測量)均完成了參與者使用調查。20 名(31%)GRADE 參與者報告在樣本收集過程中遇到一個或多個問題,這些問題包括指導說明、指尖採血、套件內材料的使用以及包裝指示等方面的問題。總體而言,69% 的 GRADE 參與者認為指導說明易於遵循,97% 的參與者認為如果無法參加診所訪視,這種收集方法將是家中使用的簡便選擇。

討論

GRADE 和 EDIC 的驗證研究,無論是單獨還是合併進行,均顯示出指尖微血管採血套件並郵寄至中心實驗室獲得的 HbA1c 結果與常規靜脈樣本結果高度相關且相當一致。結果顯示,在 HbA1c 測量範圍從 5% 到 12%(31.1–107.7 mmol/mol)內均一致。大約三十年前,研究人員已經證明在兒科診所環境中,由工作人員而非患者採集的微血管樣本與靜脈樣本結果高度相關。在同一中心內,研究人員也展示了郵寄的微血管樣本在儲存過程中穩定,並且與其他郵寄的微血管樣本結果一致。本研究在 COVID 疫情限制面對面訪視的情況下,增加了重要資訊。我們證明了指尖採血和填充微血管管可以由多個中心的研究參與者成功完成,來自北美各地郵寄的樣本與靜脈樣本的結果高度相關。最近的一項研究也展示了來自四個中心的靜脈和微血管樣本的 HbA1c 結果高度相關,並郵寄至中心實驗室。

驗證研究的參與者代表了每項研究中 2 型或 1 型糖尿病的患者。經過簡單培訓後,研究參與者能夠使用微血管採集套件。完成調查的參與者大多數不經常進行指尖自我監測,反饋顯示說明足夠且參與者對於完成採集和包裝微血管樣本郵寄的過程持正面態度。基於結果的高度相關性,GRADE 和 EDIC 隨後在無法進行面對面評估時,實施了微血管採集以增強遠程或虛擬訪視。

GRADE 研究追蹤了超過 5000 名參與者,EDIC 追蹤了超過 1000 名參與者。在驗證研究後,GRADE 研究製作了一個視頻和一張明信片來補充書面指導。根據驗證研究結果,對套件和指導進行了小幅改進。兩項研究中,微血管套件均被用於任何原因無法參加面對面訪視的參與者。最近,由於 COVID 限制,許多研究訪視必須遠程進行,使用微血管套件的次數增加。在兩項研究中,2020 年 3 月 1 日至 2021 年 4 月 30 日期間,使用了超過 6000 個微血管套件來增強電話訪視(GRADE 約 5800 次採集報告結果佔 95%,EDIC 約 400 次採集報告結果佔 97%)。因此,不到 5% 的樣本未能及時到達、不足以進行分析或不適合測量。

雖然這種基於微血管管的方法已成功驗證,但我們的研究中仍存在一些可能影響其他研究使用的限制。首先,並非所有通過 USPS 郵寄的樣本都在允許的時間範圍內到達並被分析。同樣,少數微血管採集樣本不足以進行分析。然而,這只影響了不到 5% 的參與者樣本。其次,一名參與者的微血管和靜脈樣本結果有顯著差異。我們無法解釋這一差異,無法確定是微血管樣本還是靜脈樣本有問題,儘管極低的微血管值表明其存在問題。然而,實踐中 HbA1c 值的考量通常是在患者的治療歷史和過去結果的背景下進行的,因此任何異常結果都應該明顯。在臨床環境中,微血管管尚未獲得 FDA 批准,目前無法推薦使用。

結論

目前的驗證研究支持使用參與者收集並郵寄的微血管血樣來測量 HbA1c。建立的回歸方程允許在 HbA1c 範圍從 6% 到 12%(42.1–107.7 mmol/mol)內,將微血管結果轉換為靜脈結果。值得注意的是,原始數據和轉換值之間的差異極小。在適當的實驗室支持下,微血管套件可用於確保無法參加面對面訪視的研究參與者的 HbA1c 數據收集更加完整。此外,微血管 HbA1c 測量可減少由 COVID 疫情等公共衛生威脅引起的大規模糖尿病臨床研究中斷。最後,這些微血管套件測試可潛在應用於日益增多的遠程醫療,作為常規臨床護理的一部分。

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