血液氣體和乳酸濃度在不同儲存條件下的穩定性新發現：低溫能延長樣本穩定時間

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 這項研究分析了不同儲存溫度和時間對血液氣體和乳酸濃度穩定性的影響。結果顯示，pH值、pCO2和pO2在0–3.9°C下可保持穩定長達45分鐘，而乳酸濃度則能維持穩定至45分鐘。儲存在25°C的樣本穩定性最差，pO2和sO2僅能維持15分鐘。因此，當測量血氣時，應儘量保持樣本低溫，以確保準確結果。

Stability of pH, Blood Gas Partial Pressure, Hemoglobin Oxygen Saturation Fraction, and Lactate Concentration

pH、血氣分壓、血紅素氧飽和度及乳酸濃度的穩定性

Arbiol-Roca A, Imperiali CE, Dot-Bach D, Valero-Politi J, Dastis-Arias M. Stability of pH, Blood Gas Partial Pressure, Hemoglobin Oxygen Saturation Fraction, and Lactate Concentration. Ann Lab Med. 2020;40(6):448-456. doi:10.3343/alm.2020.40.6.448

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32539300/

Abstract

The storage temperature and time of blood gas samples collected in syringes constitute preanalytical variables that could affect blood gas or lactate concentration measurement results. We analyzed the effect of storage temperature and time delay on arterial or venous blood gas stability related to pH, partial pressure of carbon dioxide (pCO2) and oxygen (pO2), hemoglobin oxygen saturation (sO2), and lactate concentration.

 In total, 1,200 arterial and venous blood sample syringes were analyzed within 10 minutes of collection. The samples were divided into different groups to determine parameter stability at 25, 4-8, and 0-3.9°C and at different storage times, 60, 45, 30, and 15 minutes. Independent sample groups were used for each analysis. Percentage deviations were calculated and compared with acceptance stability limits (1.65× coefficient of variation). Additionally, sample group sub analysis was performed to determine whether stability was concentration-dependent for each parameter.

The pH was stable over all storage times at 4-8 and 0-3.9°C and up to 30 minutes at 25°C. pCO2 was stable at ≤60 minutes at all temperatures. pO2 was stable for 45 minutes at 0-3.9°C, and sO2 was stable for 15 minutes at 25°C and for ≤60 minutes at 0-3.9°C. Lactate concentration was stable for 45 minutes at 0-3.9°C. Subanalysis showed that stability was concentration-dependent.

The strictest storage temperature and time criteria (0-3.9°C, 45 minutes) should be adopted for measuring pH, pCO2, pO2, sO2, and lactate concentration in blood gas syringes.

Keywords: Blood gases; Preanalytical variables; Stability; Storage; Temperature; Time.

摘要

針筒中血氣樣本的儲存溫度和時間是可能影響血氣或乳酸濃度測量結果的前分析變量。我們分析了儲存溫度和時間延遲對動脈或靜脈血氣穩定性（pH、二氧化碳分壓pCO2、氧分壓pO2、血紅素氧飽和度sO2及乳酸濃度）的影響。

共分析了 1,200 份動脈和靜脈血樣，並在採集後 10 分鐘內進行分析。樣本分組以確定其在 25°C、4–8°C 和 0–3.9°C 下以及 60、45、30 和 15 分鐘不同儲存時間的參數穩定性。計算偏差百分比並與穩定性限值進行比較，並進行子分析以確定穩定性是否與濃度相關。

pH 在 4–8°C 和 0–3.9°C 下所有時間內均穩定，在 25°C 下可穩定 30 分鐘。pCO2 在所有溫度下可穩定 60 分鐘。pO2 在 0–3.9°C 下穩定 45 分鐘，sO2 在 25°C 下穩定 15 分鐘，在 0–3.9°C 下可穩定 60 分鐘。乳酸濃度在 0–3.9°C 下穩定 45 分鐘。穩定性與濃度相關。

為測量 pH、pCO2、pO2、sO2 和乳酸濃度，應採用 0–3.9°C、45 分鐘的最嚴格儲存標準。

關鍵詞：穩定性，血氣，儲存，溫度，時間，前分析變量。

引言

大部分影響血液分析總體結果的錯誤發生在前分析階段，主要由於樣本收集程序缺乏標準化，例如樣本的正確均質化及氣泡的去除 [1]。針筒中血液樣本的儲存溫度與時間是其他前分析變量，可能影響血氣或乳酸濃度的測量結果 [2]。為減少這些前分析變量對結果的影響，實驗室有責任告知醫療人員應在何種前分析條件下收集、儲存和運送樣本 [3]。

一些指南建議在採集血樣後 30 分鐘內進行分析，並保持低溫儲存 [4-7]；然而，文獻中對針筒中血樣的生化參數與採樣條件尚無一致意見。先前的研究基於統計、計量或生物變異性，使用了不同的計算標準，因此提出了不同的建議 [8-13]。因此，穩定性限值的建立取決於所定義的數學標準。實驗室可以使用科學學會或臨床指南推薦的數學標準，根據特定的樣本儲存條件計算自身的穩定性限值 [14, 15]。

先前的研究調查了穩定性影響 [12, 13, 16]、針筒類型 [8, 13, 17]、不同儲存溫度 [7-9, 13, 18]、運輸條件 [7]，甚至針筒容量 [12, 13]。然而，儘管文獻看似廣泛，對於日常實踐中的血氣穩定性仍缺乏共識。因此，我們進行了一項大規模樣本的主要穩定性研究，旨在分析儲存溫度與時間對動脈或靜脈血氣樣本中 pH、二氧化碳分壓（pCO2）、氧分壓（pO2）、血紅素氧飽和度（sO2）及乳酸濃度穩定性的影響。此外，據我們所知，這是首次通過將樣本按每個參數的初始濃度分組來探索血氣穩定性，以確定穩定性是否與濃度相關。

材料與方法

本研究在西班牙巴塞隆納貝爾維吉大學醫院的 Stat 實驗室進行，並獲得貝爾維吉大學醫院臨床研究倫理委員會批准（編號：PR297/12）。

本研究使用的血樣來自加護病房和急診部門。從 2012 年 6 月到 2013 年 1 月，共收集了 1,200 份動脈和靜脈血樣，分別使用 SafePICO 針筒（編號：956-622；Radiometer）和 Marquest Quick ABG 針筒（編號：4023TRU；Vyaire Medical，德國霍赫貝格）。這兩種針筒都含有冷凍乾燥的肝素鋰（60–100 UI）作為抗凝劑。研究小組在病人即時護理點採集樣本，以確保樣本在採集後 10 分鐘內送達實驗室。由於樣本隨機化且匿名化，因此未向患者取得知情同意書。每個參數在每個特定時間點均收集了至少 30 份樣本。排除異常數據對後，最終使用了 1,147 份樣本。

我們的研究中使用的血液樣本針筒被視為剩餘材料，因此在分析和驗證後，這些樣本未被丟棄，而是以特定的目標溫度進行孵育。實際上，每個針筒均被分析兩次（第 0 分鐘時進行第一次分析，然後在目標溫度下孵育 60、45、30 或 15 分鐘後進行第二次分析）。

在分析前，所有樣本均經過 5-10 秒的充分混合，方法為垂直手動滾動，並小心移除任何可見氣泡。使用 ABL800 血氣分析儀（Radiometer，丹麥哥本哈根）對每個血樣中的 pH、pCO2、pO2、sO2 和乳酸濃度進行首次測量（基線測量，第 0 分鐘）。

在首次分析後，樣本根據 60 分鐘內的儲存溫度分為三組：第一組樣本存放於 25°C，第二組存放於 4–8°C，第三組樣本則放置於 0–3.9°C 的冰水浴中。樣本隨機分配至每個目標溫度，並通過水銀玻璃溫度計持續監測溫度。

穩定性研究從將樣本儲存 60 分鐘開始。樣本在指定溫度下達到目標時間後，迅速手動混合並重新進行分析。第一次和第二次的結果存儲在數據庫中，並進行統計計算。如果某個參數在 60 分鐘內不穩定，則該樣本組的研究將使用新樣本重新開始，並將時間縮短至 45 分鐘。如果穩定性問題仍然存在，則依次將實驗時間縮短至 30 分鐘和 15 分鐘。每次分析均使用獨立樣本組（見圖 1）。

在主要研究中，使用所有數據來評估穩定性。在子研究中，所有數據根據初始值分組；pH、pCO2 和 pO2 的數據分為三組：低於、介於和高於參考範圍。sO2 數據和乳酸濃度數據則分為兩組：低於和高於參考範圍。

圖 1. 研究流程圖

穩定性研究從將樣本儲存 60 分鐘開始。如果某個參數在 60 分鐘內不穩定，則使用新樣本重新進行 45 分鐘的研究。如果穩定性問題仍然存在，實驗依次縮短至 30 分鐘和 15 分鐘。每次均使用獨立樣本組。測量使用 ABL800 分析儀（Radiometer，丹麥哥本哈根）進行。

縮寫：pCO2，二氧化碳分壓；pO2，氧分壓；sO2，氧飽和度。

根據西班牙醫學實驗室學會（Sociedad Española de Medicina de Laboratorio）的標準，接受的穩定性限值（S）為最大允許偏差（S= ±1.65 變異係數 [CV]）[14]。測量內精確度，以 CV 表示，通過分析至少 60 份樣本的重複測量差異，使用 Dahlberg 公式計算（s = √Σ d² / 2n）。使用 Bland–Altman 方法排除了異常的重複測量差異。

在主要研究中，使用所有數據計算每個參數的 CV。在子研究中，則針對每個參數和每個濃度範圍計算 CV。第一個測量值（Xi）和第二個測量值（Yi）之間的百分比偏差（PD）根據每個參數和儲存條件計算如下：PD = 100 × (Σ(Yi–Xi) / Xi) / n。將 PD 與 S 進行比較；如果 PD 大於 S，則表示儲存溫度和時間導致穩定性損失。

統計計算使用 Microsoft Excel 2010（Microsoft Corp.，美國華盛頓州雷德蒙市）進行，Bland–Altman 方法使用 Analyse-IT 軟體（Analyse-IT 軟體有限公司，英國里茲市）完成。顯著性水準設定為 P < 0.05。

結果

主要研究（所有數據）和子研究（按濃度分組）的 CV 值見表 1。所有 CV 值均符合我們實驗室的計量要求中允許的最大值。S 值根據這些 CV 值計算得出。

表 1. 整體組和按濃度分組的測量內精確度 表 2. 所有樣本中生物參數穩定性的儲存溫度（25°C、4–8°C 和 0–3.9°C）及持續時間評估（整體組 - 主要研究）

圖 2 顯示了儲存溫度（25°C、4–8°C 和 0–3.9°C）及儲存時間對主要研究中生物參數穩定性的影響，相關數據列於表 2 中。

血液 pH 在冷藏（0–3.9°C 或 4–8°C）或 25°C 下儲存 30 分鐘內穩定。對於 pCO2，所有樣本在 ≤60 分鐘內均未觀察到顯著的穩定性損失。pO2 在 25°C 或 4–8°C 下儲存 15 分鐘不穩定，但在 0–3.9°C 下儲存 45 分鐘穩定。sO2 在 25°C 下可穩定 15 分鐘，在 0–3.9°C 下可穩定 ≤60 分鐘。相反，sO2 在 4–8°C 下儲存 15 分鐘不穩定。乳酸濃度在 25°C 或 4–8°C 下無論何時均不穩定，但在 0–3.9°C 下儲存 45 分鐘穩定。

圖 2. 不同儲存溫度下 pH (A)、pCO2 (B)、pO2 (C)、sO2 (D) 和乳酸濃度 (E) 與基線值的平均偏差

表 3 顯示了根據血氣參數初始值排序的樣本結果。

血液 pH 在 4–8°C 或 0–3.9°C 下，在所有儲存時間內對於三個組別均穩定。對於低於參考範圍下限的組別，在 25°C 下穩定 30 分鐘；對於參考範圍內和高於上限的組別，穩定 15 分鐘。同樣地，pCO2 在 4–8°C 和 0–3.9°C 下對所有樣本均穩定。在 25°C 下，pCO2 對低於參考下限的組別穩定 30 分鐘，對參考範圍內的組別穩定 45 分鐘，對高於上限的組別穩定 ≤60 分鐘。pO2 在幾乎所有組別和儲存溫度下於 15 分鐘內不穩定，例外情況是 25°C 下高於上限組別（pO2 >108 mmHg），穩定 30 分鐘，以及 0–3.9°C 下低於下限組別（pO2 <83 mmHg），穩定 ≤60 分鐘。sO2 在高於上限組別（>95%）的所有條件下均穩定，但在低於上限組別（≤95%）下僅在 0–3.9°C 下穩定 ≤60 分鐘。乳酸濃度在兩組中在 0–3.9°C 下均穩定，且乳酸濃度 >1.84 mmol/L 的組別在 4–8°C 下穩定 15 分鐘。然而，在 25°C 下，或乳酸濃度 ≤1.84 mmol/L 的組別在 4–8°C 下均不穩定。

表 3. 根據初始濃度值評估樣本儲存溫度（25°C、4–8°C 和 0–3.9°C）及生物參數穩定性持續時間（以分鐘計）（子研究）

討論

過去關於血氣測量穩定性的研究已過時且數據存在矛盾。每項研究在設計、血樣體積、初始氧濃度、針筒類型及大小等方面均不同，導致結論各異 [8-13]。我們通過使用大量樣本並根據每個參數的初始值分組進行穩定性研究，以確定穩定性是否與濃度相關。我們的結果表明，pCO2 每升高 20 mmHg，pH 值下降 0.1 單位，而 pCO2 每下降 10 mmHg，pH 值上升 0.1 單位。較低的溫度減少了氧氣消耗和二氧化碳的產生 [12]。一般來說，使用肝素化塑膠針筒在 25°C 下採集的樣本顯示出顯著的穩定性損失。隨著細胞代謝進行，pO2 減少，pCO2 增加。由於 pCO2 增加以及糖酵解產生的氫離子，乳酸濃度升高，pH 值下降。Baird 等人的研究 [20] 表明，分析延遲使 pO2 每小時下降 2 mmHg，pCO2 每小時上升 1 mmHg，血液 pH 每小時下降 0.02–0.03 單位。這些延遲時間在某些醫院系統中並不罕見，因此實驗室專業人員應協助優化分析週期 [21, 22]。

在樣本 pO2 低於環境值（約 159 mmHg）的組別中，pO2 升高。如果血氣中的 pO2 高於環境值，氣體會擴散，導致 pO2 下降 [17]。因此，在 25°C 下的高壓組別中，pO2 比其他組別更穩定。這可能是由於大氣 pO2 與氣體通過塑膠針筒壁擴散的差異所致。與先前的研究一致，當環境壓力高於針筒時，氣體擴散導致的變化較小，而當環境壓力低於針筒時，變化較大 [23]。這也取決於針筒的材料 [8, 9, 24]。

根據我們的結果，我們建議在訂購 pO2 測量且樣本處理延遲時，將樣本針筒冷卻至 0–3.9°C。與此相反，Baird 等人 [20] 結論認為，對於塑膠針筒，將玻璃針筒冷藏已不再推薦。CLSI 指南建議應在採集後 30 分鐘內分析塑膠針筒中的樣本，儲存溫度為 25°C [25]。

血樣採集過程應嚴格進行，因為血氣針筒中的氣泡會顯著改變血氣參數 [26]。血氣樣本暴露於空氣中通常會導致 pO2 上升或下降至 150 mmHg，pCO2 降低，pH 上升，這是由於碳酸暴露於空氣中而丟失所致 [20]。

最後，乳酸是無氧代謝的產物，可能導致 pH 值下降。血樣採集後，血細胞的代謝仍在進行，消耗氧氣和葡萄糖，樣本變得無氧並產生乳酸，導致酸中毒 [20]。

本研究有一些局限性。首先，穩定時間是從樣本到達實驗室時開始計算，而非從樣本採集時開始，考慮到樣本從採集到分析不超過 10 分鐘。我們無法排除在分析過程中針筒打開時可能發生的氣體交換，即使我們儘早重新封蓋。第二個限制是樣本來源，我們使用動脈和靜脈樣本進行研究，以涵蓋所有測量範圍。為了計算 PD，我們混合了動脈和靜脈的血氣結果。動脈與靜脈的 pH、pCO2 和乳酸相關性良好 [27]。大部分低於參考範圍的 pO2 和 sO2 數據（分別為 <83 mmHg 和 ≤95%）來自靜脈樣本，而高於參考範圍的數據（分別為 >108 mmHg 和 >95%）大多來自動脈樣本。第三，可能存在溶血、黃疸和脂血症（HIL）的干擾，我們未對其進行評估，儘管我們知道它們可能存在 [28]。最後，與血氣分析中其他不準確來源相關的樣本處理效應應考慮在內 [29, 30]。然而，所有樣本均以相同方式均質化並由研究小組處理，儘管未遵循特定的操作規範。

總結來說，對血液 pH、pCO2、pO2、sO2 或乳酸的檢測應使用相同樣本，並在同一時間進行，初始濃度值未知。因此，應採用最嚴格的儲存溫度標準，即 0–3.9°C，儲存 45 分鐘。實驗室工作人員通過了解血氣穩定性，能夠改善實驗室與醫院之間的運作流程。未來將實施即時檢測分析，因此需要進一步研究以證明在提高週期時間、患者安全性和醫療質量的同時，結果質量依然良好。

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