1
Signalförändring i automatisk urinmätare – en ingående
studie om dess orsaker
S v e n D i z d a r e v i c M a l i n T h u n h o l m
Examensarbete inom medicinsk teknik
Stockholm 2015
Signalförändring i automatisk urinmätare – en ingående studie om dess orsaker Signal interference in digital urine
measurement system – a detailed study of the causes
S v e n D i z d a r e v i c M a l i n T h u n h o l m
Examensarbete inom medicinsk teknik Grundnivå, 15 hp Handledare på KTH: Anna Bjällmark Examinator: Lars-Gösta Hellström Skolan för teknik och hälsa TRITA-STH. EX 2015:047
Kungliga Tekniska Högskolan
KTH STH
SE-141 86 Flemingsberg, Sweden
http://www.kth.se/sth
Sammanfattning
Denna rapport diskuterar vilka ämnen i urinen som påverkar förutsättningarna för utvecklingen av biofilm i Observe Medicals automatiska urinmätare Sippi och på så sätt stör mätsignalen.
Idéer och förslag på åtgärder mot detta problem diskuteras. Rapporten tar upp fem olika lösningar som har testats med produkten: albumin utspätt med vatten, fritt hemoglobin utspätt med vatten, albumin blandat med urin, fritt hemoglobin blandat med urin samt endast urin.
Volymmätningarna gick till på ett sådant sätt att varje lösning pumpades från en behållare till mätkammaren i Sippins engångsset. Alla mätningar utfördes med två varianter av engångsset. I den ena varianten fanns det en silikonolje-kapsel placerad i mätkammaren och i den andra saknades kapseln. Laborationsresultaten visade att albumin ger upphov till fullständig
biofilmsutveckling redan efter ett fåtal timmar. Fritt hemoglobin har medfört varierande grad av
biofilmsutveckling, beroende på koncentrationen blod i lösningen. Silikonolje-kapseln motverkar
effekten av albumin i större grad än fritt hemoglobin. Urin med lågt pH (6,0) visade sig inte ge
upphov till biofilm i lika stor utsträckning som urin med högre pH (7,0). Rapporten diskuterar
kring det faktum att lågt pH i urinen har en negativ påverkan på förutsättningarna för biofilm,
och därmed eventuellt kan användas för att utveckla produkten i framtiden. Rapportens slutsats
blev att både albumin och fritt hemoglobin bidrar till utvecklingen av biofilm i Sippi och därmed
påverkar mätsignalen.
Abstract
The following report discusses what substances affect the conditions for the formation of biofim in Observe Medicals digital urine measurement system Sippi, and therefore interfere with the measuring signal. Suggestions on how to possibly avoid volume measurement errors are given.
The report accounts for five different solutions used during laboratory experiments: albumin mixed with water, free hemoglobin mixed with water, albumin mixed with urine, free
hemoglobin mixed with urine, and lastly only urine. During the volume measurements, fluid was
pumped from a container to the measurement chamber in the Sippi set. Each measurement was
performed twice, with and without a silicon capsule in the chamber. The laboration results
showed that albumin develop a complete biofilm after a few hours. Free hemoglobin entailed a
varying degree of biofilm development in Sippi, depending on the amount of blood in the
solution. The silicon capsule counteracts the effect of albumin to a higher degree than free
hemoglobin. Furthermore, urine with low pH (6,0) did not give rise to biofilm to the same extent
as urine with high pH (7,0). The report discusses about the fact that low value of pH in urine
negatively affects the conditions for formation of biofilm, and may be used to further develop the
product in the future. The report concludes that both albumin and free hemoglobin contribute to
construction of biofilm in Sippi, and therefore interfere with the signal.
Förord
Denna rapport är ett kandidatexamensarbete i medicinsk teknik genomfört av Sven Dizdarevic och Malin Thunholm under vårterminen 2015 på Kungliga Tekniska Högskolan, Stockholm.
Arbetet motsvarar 15 högskolepoäng.
Tack
Arbetet kunde inte ha genomförts utan hjälp av vår projektledare Jan van der Linden som ordnade detta projekt. Under arbetets gång har vi fått mycket stöd och haft många bra
diskussioner med vår handledare på Karolinska Universitetssjukhuset Martin Slettengren och vi vill tacka honom för all hjälp och ett bra samarbete. Vi vill även tacka för mycket bra samarbete med våra produktleverantörer Mikael Charléz och Emil Karheiding från Observe Medical där god och snabb kommunikation skett över både mail och telefon. Vi vill även rikta vår tacksamhet till Roger Peiper som låtit oss låna hans kontor samt hjälpt till då vi behövt verktyg och
handledning, Anna Bjällmark och Gösta Hellström för deras hjälp under projektets gång med
snabba svar på frågor och tips på vägen samt våra opponenter, Terese Karlsson och Louise
Anderberg, för deras noggranna granskning av rapporten och bra förslag på förbättringar.
Innehållsförteckning
Innehåll
1. Inledning ... 1
1.1 Problem - förändringar i signalen... 1
1.2 Syfte ... 2
1.3 Mål ... 2
1.4 Avgränsningar ... 2
2. Bakgrund ... 3
2.1 Urinsystemet... 3
2.2 Biofilm ... 3
2.3 Sippi - en automatisk urinmätare ... 3
2.4 Utvinna data och information från Sippi ... 4
2.5 Albumin och hemoglobin ... 5
3. Metod och material ... 7
3.1 Genomförande ... 7
3.2 Läsning av biofilmsuppbyggnad på Sippi ... 8
3.3 Avlägsnande av silikonolje-kapsel ... 9
3.4 Albumin- och hemoglobinlösningar... 9
3.5 Insamlande och analys av urin ... 9
3.6 Läsning av SD-kort ... 10
4. Resultat ... 11
4.1 Albumin ... 11
4.2 Fritt hemoglobin ... 12
4.3 Urin... 12
4.4 Urin med albumin... 13
4.5 Urin med fritt hemoglobin ... 13
5. Diskussion ... 15
5.1 Lågt pH försvårar biofilmsuppbyggnad ... 15
5.2 Heparin - en förklaring till blodets branta biofilmskurvor ... 15
5.3 Tidiga problem ... 15
5.4 Felkällor ... 16
5.5 Förslag på förbättringar för framtida studier ... 17
6. Slutsats ... 19
7. Källförteckning ... 21
Appendix ... i
Albumin blandat i kranvatten ... i
Fritt hemoglobin blandat i kranvatten ... iii
Urin... v
Urin blandat med albumin ... vii
Urin blandat med fritt hemoglobin ... ix
1
1. Inledning
Människokroppens urinproduktion är en nödvändig process då urin består av filtrerade
restprodukter från blodcirkulationen som cellerna inte behöver, och som kroppen därmed måste göra sig av med. De organ som står för urinproduktionen är njurarna. Njurarna består bl.a. av funktionella enheter som kallas nefron, vari den huvudsakliga produktionen av urin sker. Urinens innehåll speglar blodets sammansättning och därför kan urinanalyser ofta utnyttjas vid diagnostik av sådana sjukdomar som åtföljs av förändringar i ämnesomsättningen [1] [2].
Inom intensivvården är det även viktigt att kunna genomföra noggranna mätningar av urinproduktion eftersom nedsatt produktion av urin tenderar att vara ett tidigt tecken på renal dysfunktion eller akuta njurskador. Sådana mätningar brukar göras på patienter som nyligen har genomgått en större operation, då de löper en större risk för försämrad urinproduktion.
Operationerna kan vara transplantationer av olika slag eller hjärtoperationer [3].
Den nuvarande mättekniken bygger på att en behållare med en fastsittande
uppsamlingspåse kopplas till patienten via en urinkateter. Urinen rinner först ner till behållaren där det blir kvar tills sjukhuspersonal manuellt noterar urinproduktionen genom att läsa av volymnivån direkt på behållaren. Noteringen är något som måste upprepas enligt regelbundna tidsintervall, vanligtvis sker det en gång varje timme. Behållaren töms vid varje avläsning och urinen rinner vidare ned till uppsamlingspåsen. Hela mättekniken kan betraktas som både tidskrävande och ineffektiv. Då volymen måste avläsas av personalen och upprepas många gånger uppstår en hög risk för bristande noggrannhet i mätningarna och felmätningar i allmänhet.
Behållaren tenderar även att hänga långt ner på patientens säng och detta gör att personalen måste böja sig och utsätta kroppen för påfrestningar upprepade gånger [3].
Observe Medical i Göteborg har utifrån ovanstående problem utvecklat en automatisk urinmätare som de kallar Sippi®. Tekniken bakom denna urinmätare bygger på att
urinproduktionen mäts kontinuerligt med hjälp av en inbyggd kapacitansmätare, se figur 1. Sippi förenklar och förbättrar avläsningen. Läkarstudenten Anton Eklund m.fl. har i en studie på vuxna patienter på THIVA (Thorax intensivvårdsavdelning, Karolinska universitetssjukhuset) visat att mätningarna erhåller en ökad precision och minskad temporal deviation [4].
1.1 Problem - förändringar i signalen
I Sippi finns en patenterad teknik för att förhindra uppbyggnaden av biofilm i uppsamlingspåsen
och därmed minska risken för bakterietillväxt och infektion. Tekniken bygger på att urinen rinner
ned till mätkammaren via en kateter och löser där upp en silikonolje-kapsel, vilket leder till att
silikonolja utsöndras i urinen och så småningom täcker kammarens interna ytor. Oljeskiktet
hämmar uppbyggnaden av biofilm. Om silikonoljan uteblir uppstår det ofta en signalförändring i
Sippins kapacitansmätare som stör mätresultaten och därmed ger upphov till felvärden. Orsaken
2
bakom signalförändringen är ännu inte klarlagd, men anses eventuellt bero på två utfällda proteiner i urinen, albumin och fritt hemoglobin.
Figur 1: Kapacitansmätaren är placerad vid siffra 1.
1.2 Syfte
Syftet med projektet är att erhålla kunskaper om vilka olika ämnen i urinen som kan påverka förutsättningarna för biofilmsutveckling i Sippi och därmed störa mätsignalen, samt skapa en bra grund till en fortsatt studie av ämnet under hösten 2015. För att uppnå detta utför projektet alltid två former av mätningar med varje lösning. Den ena typen av mätning innebär användandet av engångsset innehållandes en silikonolje-kapsel i mätkammaren och den andra typen användandet av engångsset utan denna kapsel. På så sätt kan information erhållas om hur väl kapseln
motverkar biofilmsuppbyggnaden orsakad av varje typ av prövad lösning.
1.3 Mål
Projektets specifika mål är att avgöra om albumin och fritt hemoglobin orsakar utvecklingen av biofilm i Sippi och därmed stör mätsignalen.
1.4 Avgränsningar
Projektets mätningar har gjorts med urin från olika patienter på intensivvårdsavdelningen (IVA) vilket innebär att urinen alltid har innehållit olika koncentrationer av proteiner, fritt hemoglobin samt bakterier. Det har inte använts urin från friska personer. Blodet som har använts under projektet har tagits från blodprov som sjukhuspersonal först har analyserat på blodgaser. Det innebär att blodet alltid har innehållit läkemedlet Heparin som förhindrar koagulation [5].
Mätningarna har gjorts inne på ett kontor med begränsad plats och utrustning, vilket har
påverkat noggrannheten i mätningarna. Projektet har skett under vårterminen parallellt med
andra kurser och därför endast innefattat fyra veckors laborationstid, vilket har begränsat antalet
utförda mätningar.
3
2. Bakgrund 2.1 Urinsystemet
Urinsystemets primära syfte är att reglera kroppsvätskan så att dess sammansättning innehåller det som krävs för cellernas funktion och överlevnad. I människans urinsystem ingår två njurar som är belägna långt bak i bukhålan, på var sin sida om ryggraden. Njurarna består av ett stort antal nefron, som var och en i sin tur består av en blodbana och en urinväg. Vid urinproduktion samverkar dessa två rörsystem genom tre processer i olika steg: glomerulär filtration, tubulär reabsorption och tubulär sekretion.
Den glomerulära filtrationen innebär att vätska filtreras från blodbanan till urinvägen.
Detta sker vid gränsytan mellan Glomerulus och Bowmans kapsel, som är benämningarna för den aktiva delen hos blodbanan respektive urinvägen. Drivkraften bakom filtrationen är
tryckskillnaden mellan blodtrycket i glomerulus och blodets kolloidosmotiska tryck kombinerat med det hydrostatiska trycket i Bowmans kapsel.
Den tubulära reabsorptionen innebär att vatten och olika lösta ämnen som har filtrerats till urinvägen - men som egentligen behövs i kroppsvätskan - återförs till blodbanan. Det är framförallt blodbanans kolloidosmotiska tryck som är drivkraften bakom reabsorptionen. Trycket skapar ett massflöde av vatten och lösta ämnen från urinvägen till blodbanans kapillärer.
Den tubulära sekretionen innebär att ämnen istället överförs från blodbanan till urinvägen. Detta sker genom diffusion och aktiv transport [6].
2.2 Biofilm
Biofilmsbildning innebär att bakterier koloniserar en yta och kollektivt samarbetar för att konstruera en lämplig miljö för tillväxt. Genom att kommunicera med varandra och fördela arbetsuppgifter kan bakterierna bosätta sig i komplexa strukturer i form av
intercellulärsubstanser. Där får de bland annat en annan ämnesomsättning och blir svårare att angripa för människans immunförsvar [9].
2.3 Sippi - en automatisk urinmätare
Sippi är ett automatiskt och digitalt mätsystem kapabelt till att registrera timdiures, dvs. en individs producerade urinvolym varje timme, och lagra informationen. Mätaren består av en hårdvaruenhet och ett avtagbart engångsset. Engångssetet inkluderar en mätkammare och en uppsamlingspåse. Genom att fästa hårdvaruenheten på sjukhussängen och koppla engångssetet till patienten via en urinkateter kan apparaten samla in och registrera urinvolymer.
Registreringen går till på ett sådant sätt en inbyggd kapacitansmätare i hårdvaruenheten
detekterar kapacitansförändringar när urinen rinner ned till mätkammaren. Tillsammans med en
inbyggd volymalgoritm kan Sippi-apparaten sedan räkna ut volymen.
4
Ett vanligt problem med manuella urinmätare är uppbyggnad av biofilm i behållaren som medför en risk för infektion i urinvägarna hos patienten. Sippi löser detta problem med två innovationer som kallas för Sippsense och Sippcoat.
Sippsense är en funktion som upptäckter uppbyggnad av biofilm innan det når
betydelsefulla nivåer. Så snart en kritisk nivå nås visar hårdvaruenheten en varningssignal som innebär att det är dags att byta ut engångssetet mot ett nytt, se figur 2. Sippcoat i sin tur hämmar uppbyggnaden av biofilm. Tekniken bygger på att urinen rinner ned till mätkammaren och löser upp en silikonolje-kapsel, vilket leder till att silikonolja utsöndras i urinen och så småningom täcker kammarens interna ytor. Biofilmens uppbyggnad hämmas inte fullständigt men
livslängden hos varje engångsset ökar signifikant [7].
Figur 2: Sippi visar att engångsset behöver bytas ut
2.4 Utvinna data och information från Sippi
Informationen i Sippi lagras i micro SD kort på 2 GB som kan plockas ut ur Sippins
hårdvaruenhet med hjälp av en tång, pincett eller liknande redskap. I kortet komprimeras
mängden data som sparas för att göra den enklare att läsa. Kortet kan läsas med ett program
skapat av Observe Medical i kombination med Microsoft Excell. I Microsoft Excell visas alla
mätdata för varje passerad minut. Som hjälp till att studera biofilmens uppbyggnad finns
kolumner som visar kapacitansmätarens minsta respektive högsta värde under den aktuella
minuten. Biofilm visar sig genom att sensorsignalen gradvis blir “blind” nedifrån och upp. På
figur 3 syns det hur underkanten av “CapMin”, kapacitansmätarens minimumvärde, stiger uppåt
för varje minut, vilket är typiskt för biofilmspåväxt [8].
5
Figur 3: Uppbyggnad av biofilm.
Kurvorna i Appendix, visar biofilmsutvecklingen vid olika lösningar. På kurvornas x- axel visas tiden i minuter och y-axeln visar kapacitansmätarens minimumnivå. Minimumnivån ändras i och med biofilmsutveckling då biofilm binder vätska. Då sensorn inte kan se skillnad på ren vätska och biofilm tolkar sensorn detta som att vätska finns kvar i kammaren. Utan biofilm mäter kapacitansmätaren volymen i kammaren från botten, startvärde är då 0 ml. När biofilm byggs upp tror kapacitansmätaren att det finns vätska kvar i kammaren, exempelvis 3 ml, och då startar alltid kapacitansmätaren med startvärde 3 ml för att sedan fyllas på. Därför ökar värdet på
”CapMin” [8].
Sensorn mäter vätskehöjden i kammaren, där volymen fås genom att tvärsnittet är känt.
Mjukvaran i Sippi inser vad som händer när biofilmspåväxt sker och kompenserar för detta.
Själva mätfunktionen i Sippi bör skiljas från sensorn, för mätfunktionen mäter rätt resultat så länge biofilmsutvecklingen inte blir för stor. Mätaren måste hålla koll på när kammaren tömmer sig, då den behöver minnas volymen som tömts då kammaren börjar fyllas på nytt. Det viktiga är att mätaren ska hålla koll på topp-volymen precis innan tömning, men även att den detekterar mönstret i signalen för tömning. Då biofilm bildas blir det allt svårare för mätaren att se signalen för tömning och den blir även känsligare för störningar. Denna störning blir då enklare att
förväxla med en tömning och detta leder till eventuell volymökningen vid grov biofilmspåväxt [8].
Det går även att studera totalvolymen i Microsoft Excel under “Tot vol [ml/10]”, om mättiden överstiger 24h, eftersom mätaren endast visar det senaste dygnets totala volym och inte en hel körnings totala volym [8].
2.5 Albumin och hemoglobin
Albumin är ett protein i blodets plasma tillhörande en större familj proteiner som kallas för globiner. Likt många andra globiner produceras albumin i levern och dess främsta funktion är att
0 200 400 600 800 1000
1 96 191 286 381 476 571 666 761 856 951 1046 1141 1236 1331 1426 1521 1616
CapMin[]
Tid i minuter
6
upprätthålla ett kolloidosmotiskt tryck i blodbanan [2]. En liten koncentration albumin
förekommer vanligtvis i urin. Normala resultat vid urinanalys ger koncentrationer mellan 0 och 20 mg/l [1]. Farligt stora albuminmängder i urinen kan bero på hjärtfel, njursjukdomar,
dehydrering, problem vid graviditet eller infektioner och andra problem i urinvägarna [10].
Hemoglobin är ett rött protein med förmåga att binda syre och koldioxid. Proteinet
återfinns vanligtvis i de röda blodkropparna och ger dem möjligheten att transportera de bundna
gasmolekylerna. Ibland förekommer dock hemoglobin i blodplasman, så kallat fritt hemoglobin
då det inte längre är bundet till blodceller. Detta beror på att ett sjukligt tillstånd har medfört att
membranen på vissa röda blodkroppar inte har förmått att innesluta hemoglobinet, utan det har
passerat ut i blodplasman. Detta kallas för hemolys [2]. För hög hemoglobinnivå i blodet medför
att hemoglobin förekommer i urinen. Detta tillstånd kallas hemoglobinuri [11].
7
3. Metod och material 3.1 Genomförande
Projektet ägde rum i thoraxhuset på Karolinska universitetssjukhuset i Solna i form av
mätlaborationer. Två träskivor (75x150 cm) med vardera 4 hål anordnades och ställdes upp mot ett bord inuti lokalen. De två övre hålen har diametern 7,4 cm och de två nedre hålen har
diametern 1,5 cm. Två Sippi-apparater monterades fast på varje träskiva med hjälp av krokar som sattes fast på de övre kanterna. I träskivornas större hål installerades pumpar (WPX1 Peristaltic pump, WELCO, Japan) vars syfte var att förflytta vätska från behållare till Sippi, och igenom de mindre hålen fördes slangar som kopplade ihop Sippi-apparaterna med respektive behållare. Behållarna hade en volymkapacitet på 2800 ml. En förtydligande bild på den ena uppställda träskivan, med monterade pumpar och slangar, finns att se i figur 4. Slutligen kopplades pumparna till en spänningskälla (Industrial Ltd SPS8041 power supply, Manson Engineering, Hong Kong) kapabel till att leverera 3-12 V. Högre spänning medför högre flödeshastighet. 4,5 V ansågs ge den mest lämpliga hastigheten för de mätningar som utfördes i detta projekt, då denna hastighet bäst simulerade normal urinproduktion [1].
Systemet provkördes först tre gånger med vatten i syfte att hitta fel i apparatur och
läckage i slangar innan de mer betydande mätningarna ägde rum. Som nämnt tidigare i rapporten utfördes varje mätning med en viss typ av lösning två gånger, med och utan silikonolje-kapsel.
Mätning utan kapsel genomfördes först och sedan återanvändes vätskan för mätning med kapsel.
Varje mätomgång pågick mellan 20 och 70 h varefter data gällande total uppmätt volym enligt Sippi-apparaten och enligt uppsamlingspåsen antecknades. Även uppbyggnad av biofilm, förfluten tid och flödeshastighet enligt Sippi-apparaten noterades.
Efter varje mätomgång gjordes följande två åtgärder. Slangen mellan Sippi och vätskebehållare rengjordes med vatten med hjälp av en vattenfylld spruta och sedan tömdes slangen på vatten genom att luft sprutades igenom. Sippi-apparatens engångsset monterades bort från apparaten och vätskan i uppsamlingspåsen hälldes ut i avloppet innan engångssetet kastades.
Nya engångsset och lösningar anslöts därpå till systemet och en ny mätomgång påbörjades.
Totalt utfördes 57 mätningar inklusive de tre mätomgångar då vi endast kontrollerade systemets
funktionsduglighet.
8
Figur 4: Den ena träskivan i laborationsuppställningen. Observera behållarna som står på bordet bakom skivan samt kablarna kopplade till en spänningskälla (placerad bakom skivan).
3.2 Läsning av biofilmsuppbyggnad på Sippi
Observe Medical överlämnade Sippi-apparater med en extra inbyggd funktion som gjorde det möjligt att spåra beläggningsutveckling direkt på enheten. Genom att hålla in en knapp, se figur 5, på Sippi-apparaten visades biofilmsuppbyggnaden under den tid som apparaturen varit aktiv.
Om vätskan tagit slut blir biofilmkurvans lutning noll.
Figur 5: Knapp för att visa biofilmsutvecklingen.
9
3.3 Avlägsnande av silikonolje-kapsel
Silikonolje-kapseln avlägsnades från mätkammaren i engångssetet till Sippi med hjälp av en station för mjuklödning av elektronik (PU 81 Soldering station, Weller, Tyskland). Ett hål skapades i mätkammarens vägg med den varma lödpennan och kapseln plockades sedan ut med en näbbtång. För att förhindra att ingen vätska rann ut genom hålet under mätningarna tejpades hålet sedan över med tejp. För att undvika att få en klibbig tejpsida mot insidan av engångssetet fixerades en tejp med den glatta sidan inåt på ytterligare en tejpbit, som sedan placerades över hålet så att det blev tätt.
3.4 Albumin- och hemoglobinlösningar
Albuminlösningar av olika koncentrationer konstruerades genom att fyra olika volymer (25 ml, 50 ml, 75 ml och 100 ml) av albuminlösning (Albumin Behring, CSL Behring AB, Sverige) med koncentration 20 g/l späddes ut med en på förhand bestämd volym vatten, 2 liter. En
engångsplugg (RoweSpike II 5 μm SV, Rowemed, Tyskland) användes i kombination med en spruta för att extrahera albuminlösningen från dess behållare
Hemoglobinlösningar konstruerades i två steg. Det första steget var att samla in blod från patienter på thoraxhuset och blanda det med sterilt vatten (sterilt vatten, Braun Medical AB, Sverige) i ett urinodlingsrör med en volymkapacitet på 15 ml. Blodet erhölls från blodprov som sjukhuspersonalen hade analyserat för blodgaser. Varje blodprov (cirka 1,5 ml blod) hälldes ut i röret innehållandes 12,5 ml sterilt vatten. Det andra steget var att släppa ut
hemoglobinmolekylerna fria i röret. Detta gjordes genom att provröret i fråga skakades kraftigt vilket medförde att blodkropparna i blodet sprack och bindningarna till hemoglobinmolekylerna eliminerades. Innehållet späddes slutligen ut med 1,5 liter vatten i totalt två behållare, alltså 750 ml i varje behållare. Hemoglobinlösning för två mätningar hade därmed konstruerats.
Anledningen till att lösningen fördelades på två behållare var för att undvika att behöva återanvända blodet nästa dag. På detta sätt kunde mätningar med och utan kapsel utföras parallellt utan risk för bakterietillväxt i lösningen under natten.
3.5 Insamlande och analys av urin
För att bättre förstå orsaken bakom signalförändringarna i Sippi kompletterades albumin- och hemoglobinmätningarna med urinmätningar. Urinen samlades in direkt från nyopererade
patienter på avdelningen. En behållare placerades under patientens uppsamlingspåse och fylldes
med urin då påsen öppnades. Varje urinprov analyserades sedan med färgkänsliga mätstickor
(Multistix
®7, Siemens, Polen) där följande innehåll kontrollerades hos urinen: glukos, ketoner,
blod, proteiner, nitrit och leukocyter (vita blodkroppar). Resultatet antecknades och mätningarna
med Sippi ägde sedan rum.
10
För att ytterligare studera albumin och fritt hemoglobin blandades dessa lösningar ut i urin. Detta gjordes för att se hur urin med mycket albumin reagerade på silikonolje-kapseln samt även hur urin med mycket fritt hemoglobin reagerade.
3.6 Läsning av SD-kort
När mätningarna var avslutade plockades minneskortet ut från varje använd Sippi-apparat med
en näbbtång och kopplades till en dator via en micro SD adapter. Med hjälp av ett program
(SippiSDCardReader) tillfört av Observe Medical kunde informationen i minneskortet läsas och
sorteras. Microsoft Excel användes för att skapa linjediagram där biofilmens utveckling med
tiden granskades och analyserades, se Appendix.
11
4. Resultat
De lösningar som det gjorts mätningar på är: albumin utspätt med vatten, fritt hemoglobin utspätt med vatten, urin, urin blandat med albumin samt urin blandat med fritt hemoglobin.
4.1 Albumin
De tester som gjorts utan kapsel har visat att albumin påverkar Sippins kapacitansmätare väldigt fort genom att beläggning byggs upp under ett fåtal timmar. På figur 6 till 9 nedan visas fyra exempel av kurvor över biofilmuppbyggnaden där x-axeln visar tiden i minuter och y-axeln visar kapacitansmätarens minimumvärde.
Vid körningar med kapsel har majoriteten av körningarna gett resultatet att ingen förutsättning för biofilm har skapats. På lång sikt har vissa mätare visat att kurvan långsamt börjar stiga, men då inte förens efter ett dygn.
Figur 6 visar en albuminkörning utan kapsel och figur 7 visar samma lösning fast med kapsel. Figur 8 och 9 visar ytterligare en albuminkörning men med en lösning med högre koncentration. Figur 8 visar körningen utan kapsel och figur 9 med. Fler exempel på kurvor för de olika körningarna finns i Appendix.
Figur 6: 2 liter vatten blandat med 25ml albuminlösning.
Figur 7: 2 liter vatten blandat med 25ml albuminlösning.
0 200 400 600 800 1000
1 115 229 343 457 571 685 799 913 1027 1141 1255 1369 1483 1597
CapMin[]
Tid i minuter
0 200 400 600 800 1000
1 266 531 796 1061 1326 1591 1856 2121 2386 2651 2916 3181 3446 3711
CapMin[]
Tid i minuter
12
Figur 8: 2 liter vatten blandat med 100ml albuminlösning.
Figur 9: 2 liter vatten blandat med 100ml albuminlösning.
4.2 Fritt hemoglobin
Fritt hemoglobin har i körningarna utan kapsel visat att förutsättning för biofilm snabbt bildas.
Beroende på koncentrationen blod i vatten så bildas förutsättningarna olika snabbt. Vid enstaka fall med låg koncentration så bildades ingen beläggning alls.
Med kapsel så har förutsättningarna för biofilm minskat, men fortfarande lett till full utveckling, dock har det tagit längre tid än vad körningen utan kapsel gett. Då beläggningen väl börjat komma igång stiger biofilmskurvan exponentiellt.
4.3 Urin
Urinen som körts har haft olika innehåll och därför är det svårt att jämföra alla mätningar med varandra. Det resultat som kan urskiljas från körningarna med urin är att majoriteten visat att lägre pH ger lägre förutsättning för biofilm. Majoriteten av urinen som haft 6,0 i pH-värde har haft låg förutsättning för biofilm. När pH:t ligger mellan 6,5 – 7,5 höjs förutsättningarna för biofilm och volymen mäts fel.
0 200 400 600 800 1000
1 97 193 289 385 481 577 673 769 865 961 1057 1153 1249 1345
CapMin[]
Tid i minuter
0 200 400 600 800 1000
1 95 189 283 377 471 565 659 753 847 941 1035 1129 1223 1317
CapMin[]
Tid i minuter
13
4.4 Urin med albumin
Av de fyra körningar som hunnit köras är resultatet att ju högre albumin-koncentration i urinen, desto snabbare bildas förutsättningar för biofilm. Paralleller kan dras till albumin i vatten-
körningarna då kapseln även i dessa fall bidragit till mindre förutsättning för biofilmsutveckling.
4.5 Urin med fritt hemoglobin
Endast två körningar med urin blandat med fritt hemoglobin hann genomföras. Paralleller kan
även här dras till fritt hemoglobin i vatten-körningarna där hög koncentration blod i urin bidragit
till hög förutsättning för biofilmsutveckling.
14
15
5. Diskussion
5.1 Lågt pH försvårar biofilmsuppbyggnad
Majoriteten av laborationernas resultat visade att förutsättningarna för biofilm minskar vid lågt pH. En eventuell förbättring av produkten är att tillsätta en kapsel innehållande något medel som försurar miljön, utöver silikonolje-kapseln inuti behållaren. Detta skulle försämra
förutsättningarna för biofilmsutveckling samt eventuella volymmätningsfel. Bakterien
Escherichia coli, som är en av många bakterier som orsakar urinvägsinfektion, har sitt optimala pH i intervallet 7 - 8, vilket kan förklara varför urin med pH 6,0 visar en minskad
biofilmsutveckling [1] [12]. Om förutsättningarna för biofilm minskas kan även risken för urinvägsinfektion minska, då infektionen beror på att bakterier växer uppåt i katetern [13]. En eventuell lösning är att belägga insidan av katetern med något som försurar miljön eller försämrar förutsättningarna för biofilmsutveckling eller om möjligt sänka gränsen för när användaren bör byta engångsset, vilket är bra för att undvika bakterietillväxt uppåt i systemet och in i patienten.
5.2 Heparin - en förklaring till blodets branta biofilmskurvor
Eftersom det endast samlades blod från patienter som kommit direkt från operation så innebar detta att läkemedlet Heparin fanns i blodet. Enligt en studie verkar Heparin simulerande för Staphylococcus aurerus biofilmsutveckling, vilket är en av många bakterier som orsakar urinvägsinfektion [14] [15]. Detta kan vara en förklaring till varför just blodets biofilmskurva steg relativt fort under dessa mätningar. Detta skedde även när blod blandades med urin.
5.3 Tidiga problem
Initialt var tanken att silikonolje-kapseln skulle tas ut via baksidan på Sippins engångsset genom att ett hål skapades där istället för på framsidan. Detta medförde dock att engångssetet inte gick att ansluta ordentligt till hårdvaruenheten vilket ledde till att Sippi-apparaten antog ett
varningsläge, se åter figur 1 på Sippins display, eftersom det uppstod läckage. För att undvika det problemet löddes ett mindre hål, högre upp på engångssetets framsida och kapseln togs ut via en näbbtång.
Systemet var svårt att få ordentligt tätt på grund av att olika slangar behövde kopplas ihop med nipplar, verktyg som kopplar ihop slangar av olika storlekar. Tyvärr användes nipplar som var för små till engångssetets slang och därför orsakades läckage om systemet inte tejpades upp ordentligt så att vätskan alltid rann nedåt mot engångssetet. Se figur 10.
Programmet som läser av informationen på Sippins minneskort stödjer endast Windows,
vilket påverkade användbarheten. Ingen dator i laborationsrummet kunde utnyttjas utan privata
datorer fick användas, vilket ledde till att filer fick skickas mellan projektets medlemmar. Tiden
16
det tog att läsa in informationen varierade mellan 15 minuter till 2 timmar beroende på hur stor filen var och vilken dator som användes.
Volymen har inte alltid mätts korrekt, men felmätningen varierar mellan olika körningar och Sippi-apparater. Vid enstaka fall visades en volym på Sippi-apparaten som var 200 % mer än vad som fanns i uppsamlingspåsen. Detta ansågs bero på den mängd biofilm som skapades, då
koncentrationen av albumin vid dessa fall var väldigt hög.
Figur 10: Systemets utformning för att undvika läckage.
5.4 Felkällor
En rad faktorer kan betraktas som potentiella felkällor i detta projekt. Volymen i
uppsamlingspåsen i Sippins engångsset har alltid lästs av manuellt vilket innebär att små felbedömningar i jämförelsen med Sippins skärm har förekommit. Detsamma kan sägas om urinanalyserna. De färgkänsliga mätstickorna som har använts för dessa analyser har alltid jämförts med en mall på produktburken då urinens innehåll har identifierats. Felbedömningar har förekommit. Det har vidare regelbundet gjorts ansträngningar för att hålla slangarna i systemet rena och beläggningsfria. Det är troligt att dessa ansträngningar inte har varit tillräckliga i enstaka situationer, vilket har medfört att biofilmsuppbyggnaden och volymmätningen i Sippin inte helt och hållet har berott på lösningen som undersökts. Orenligheterna i slangen har
kontaminerat vätskan i dessa fall och bidragit till biofilmsuppbyggnaden. Detta kan vara en förklaring till varför vissa kurvor avvek från majoriteten, ett exempel är figur 11, där
biofilmskurvan minskar, vilket innebär att det bildades biofilm i engångssetets kammare direkt
från början, för att sedan minska. Tidsramen med lite mindre än fyra veckors laboration har även
varit en bidragande faktor då det behövs fler körningar för bättre och mer tillförlitliga resultat.
17
Figur 11: Biofilmskurva som avviker från majoriteten.
5.5 Förslag på förbättringar för framtida studier
Vid insamlandet av urin under projektets gång blandades urin från flera patienter i samma
behållare och analyserades sedan på innehåll. Det är något som förslagsvis bör ändras på i
framtida studier då det är mer optimalt att urinen i varje behållare har sitt ursprung i endast en
patient. Genom att både analysera urinen och rådfråga sjukhuspersonalen om patientens tillstånd
fås kännedom om urinens innehåll på ett betydligt bättre och säkrare sätt. Vidare förekom alla
utförda mätningar i dubbla uppsättningar, såsom nämnts ovan. Ett mer optimalt tillvägagångssätt
än att först göra mätningar utan silikonolje-kapsel och sedan återanvända vätskan för att köra
med silikonolje-kapsel, hade varit att samla varje typ av vätska i två behållare och sedan utföra
dessa två mätningar samtidigt. Då har vätskan inte stått ute ett dygn längre vid den andra
mätningen och inga nya innehållsanalyser behöver göras.
18
19
6. Slutsats
Det är uppenbart att både albumin och fritt hemoglobin bidrar till biofilmsutveckling i Sippi. På
grund av studiens begränsade förutsättningar rent resurs- och tidsmässigt kan resultaten betraktas
som ett första utkast av information. Mer precis och längre forskning krävs för noggrannare
uppgifter.
20
21
7. Källförteckning
[1] Aurell, M, Samuelsson, O. 2014. Njurmedicin. 4. uppl. Stockholm: Liber AB.
[2]Lindén, M, Öberg, Å. 2006. Jacobsons Medicin och Teknik. 5. uppl. Danmark:
Studentlitteratur
[3] van der Linden, J, Slettengren, M. Karolinska universitetssjukhuset. Informationsmöte 2015- 02-11
[4] Eklund A, Slettengren M, van der Linden, J. Performance and user evaluation of a novel capacitance-based automatic urinometer compared with a manual standard urinometer after elective cardiac surgery. PMC. URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4416393/
(Hämtad 2015-05-14).
[5] E.M Persson, K. 2007. Introduktion till klinisk kemi. Polen: Pozkal
[6] Henriksson, O, Rasmusson, M. 2013, Fysiologi med relevant anatomi. 3 uppl. Danmark:
Studentlitteratur.
[7] Observe Medical. 2014. Sippi. Göteborg. URL:
http://www.observemedical.com/products.html (Hämtad 2015-04-14)
[8] Charléz, M, Karheiding, E, Observe Medical. Informationsmöte 2015-03-10.
[9] Römling, U. 2012, Bakterier i biofilm mer motståndskraftiga. Karolinska Institutet. URL:
http://ki.se/forskning/bakterier-i-biofilm-mer-motstandskraftiga (Hämtad 2015-04-27).
[10] Fagerudd, J. 2007. Albuminuri – ett nytt behandlingsmål? Finska Läkaresällskapets Handlingar. 167(1): 19-23.
[11] MedlinePlus. 2015. Hemoglobinuria test. U.S National Library of Medicine. URL:
http://www.nlm.nih.gov/medlineplus/ency/article/003363.htm (Hämtad 2015-04-26) [12] Don, S. 2009. Optimal Conditions for the Growth of E Coli. Scribd.
http://www.scribd.com/doc/11337868/Optimal-Conditions-for-the-Growth-of-E-Coli#scribd (Hämtad 2015-05-11)
[13] Donelli, G, Vuotto, C. 2014. Biofilm-based infections in long-term care facilities. PubMed.
URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24571072 (Hämtad 2015-05-11)
[14] Robert M. Q et al. 2005. Heparin Stimulates Staphylococcus aureus Biofilm Formation.
PMC. URL: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1201187/ (Hämtad 2015-05-11)
22
[15] Rahman, S.R, Md Ahmed, F, Begum, A. 2014. Occurrence of urinary tract infection in adolescent and adult women of shanty town in Dhaka City, Bangladesh. PubMed. URL:
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24795516 (Hämtad 2015-05-11)
i
Appendix
Albumin blandat i kranvatten
Nedan visas två kurvor över två körningar med 2 liter vatten och 25ml albuminlösning med koncentrationen 200g/l. Överst är kurvan där körningen skedde utan kapsel och under med kapsel.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
1 67 133 199 265 331 397 463 529 595 661 727 793 859 925 991 1057 1123 1189 1255 1321 1387 1453 1519 1585 1651
CapMin[]
Tid i minuter
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
1 148 295 442 589 736 883 1030 1177 1324 1471 1618 1765 1912 2059 2206 2353 2500 2647 2794 2941 3088 3235 3382 3529 3676 3823
CapMin[]
Tid i minuter
ii
Nedan visas två kurvor över två körningar med 2 liter vatten och 100ml albuminlösning med koncentrationen 200g/l. Överst är kurvan där körningen skedde utan kapsel och under med kapsel.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
1 57 113 169 225 281 337 393 449 505 561 617 673 729 785 841 897 953 1009 1065 1121 1177 1233 1289 1345 1401
CapMin[]
Tid i minuter
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
1 56 111 166 221 276 331 386 441 496 551 606 661 716 771 826 881 936 991 1046 1101 1156 1211 1266 1321 1376
CapMin[]
Tid i minuter
iii
Fritt hemoglobin blandat i kranvatten
Nedan visas två kurvor över två körningar med fritt hemoglobin blandat med vatten. Dessa två körningar har innefattat 1500ml kranvatten samt 3ml blod blandat i 25ml sterilt vatten. Överst är kurvan där körningen skedde utan kapsel och under med kapsel.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
1 50 99 148 197 246 295 344 393 442 491 540 589 638 687 736 785 834 883 932 981 1030 1079 1128 1177 1226
CapMin[]
Tid i minuter
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501 551 601 651 701 751 801 851 901 951 1001 1051 1101 1151 1201 1251 1301
CapMin[]
Tid i minuter
iv
Nedan visas två kurvor över två körningar med fritt hemoglobin blandat med vatten. Dessa två körningar har innefattat 1500ml kranvatten samt 1,5ml blod blandat i 12,5ml sterilt vatten.
Överst är kurvan där körningen skedde utan kapsel och under med kapsel.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
1 52 103 154 205 256 307 358 409 460 511 562 613 664 715 766 817 868 919 970 1021 1072 1123 1174 1225 1276
CapMin[]
Tid i minuter
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
1 52 103 154 205 256 307 358 409 460 511 562 613 664 715 766 817 868 919 970 1021 1072 1123 1174 1225 1276
CapMin[]
Tid i minuter
v
Urin
Nedan visas två kurvor över två körningar med urin. Dessa två körningar har båda haft urin med 6.0 i pH. Överst är kurvan där körningen skedde utan kapsel och under med kapsel.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
1 165 329 493 657 821 985 1149 1313 1477 1641 1805 1969 2133 2297 2461 2625 2789 2953 3117 3281 3445 3609 3773 3937 4101
CapMin[]
Tid i minuter
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
1 109 217 325 433 541 649 757 865 973 1081 1189 1297 1405 1513 1621 1729 1837 1945 2053 2161 2269 2377 2485 2593 2701
CapMin[]
Tid i minuter
vi
Nedan visas två kurvor över två körningar med urin. Dessa två körningar har båda haft urin med 7.0 i pH. Överst är kurvan där körningen skedde utan kapsel och under med kapsel.
0 200 400 600 800 1000 1200
1 165 329 493 657 821 985 1149 1313 1477 1641 1805 1969 2133 2297 2461 2625 2789 2953 3117 3281 3445 3609 3773 3937 4101
CapMin[]
Tid i minuter
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
1 105 209 313 417 521 625 729 833 937 1041 1145 1249 1353 1457 1561 1665 1769 1873 1977 2081 2185 2289 2393 2497 2601 2705
CapMin[]
Tid i minuter
vii
Urin blandat med albumin
Nedan visas två kurvor över två körningar med urin blandat med albumin. Dessa två körningar har båda haft 1350ml urin samt 10ml albuminlösning med koncentrationen 200g/l i. Överst är kurvan där körningen skedde utan kapsel och under med kapsel.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
1 53 105 157 209 261 313 365 417 469 521 573 625 677 729 781 833 885 937 989 1041 1093 1145 1197 1249 1301
CapMin[]
Tid i minuter
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
1 52 103 154 205 256 307 358 409 460 511 562 613 664 715 766 817 868 919 970 1021 1072 1123 1174 1225 1276 1327
CapMin[]
Tid i minuter
viii
Nedan visas två kurvor över två körningar med urin blandat med albumin. Dessa två körningar har båda haft 750ml urin samt 50ml albuminlösning med koncentrationen 200g/l i. Överst är kurvan där körningen skedde utan kapsel och under med kapsel.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
1 55 109 163 217 271 325 379 433 487 541 595 649 703 757 811 865 919 973 1027 1081 1135 1189 1243 1297 1351
CapMin[]
Tid i minuter
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
1 162 323 484 645 806 967 1128 1289 1450 1611 1772 1933 2094 2255 2416 2577 2738 2899 3060 3221 3382 3543 3704 3865 4026
CapMin[]
Tid i minuter
ix
Urin blandat med fritt hemoglobin
Nedan visas två kurvor över två körningar med urin blandat med fritt hemoglobin. Dessa två körningar har båda haft 12ml sterilt vatten blandat med 2,5ml blod. Överst är kurvan där körningen skedde utan kapsel och under med kapsel.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
1 54 107 160 213 266 319 372 425 478 531 584 637 690 743 796 849 902 955 1008 1061 1114 1167 1220 1273 1326
CapMin[]
Tid i minuter
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
1 52 103 154 205 256 307 358 409 460 511 562 613 664 715 766 817 868 919 970 1021 1072 1123 1174 1225 1276 1327
CapMin[]
Tid i minuter
