Biological fluid

Ruchira Phanwittayakool, M.D.

• แม ้ ร่างกายจะประกอบขึนด ้ วย cell หลายชนิด แต่การทํางานพืนฐานเหมือนกันคือ• แลกเปลียนสารกับสิงแวดล ้ อม• ใช ้ พลังงานจาก organic nutrients• สังเคราะห์ complex molecules• เพิมจํานวน

• Living cells ต ้ องการทังปริมาณและส่วนประกอบของสารนํา เพือใช ้ ในการทํางานต่างๆ ให ้ อยู่ในช่วงทีเหมาะสม (narrow physiologic range)

การทํางานของ cell

Biological fluid

สารนําของร่างกาย• Blood• Lymph• Pericardial fluid• Pleural fluid• Peritoneal fluid• Synovial fluid• Aqueous humor

• Amniotic fluid *• Seminal fluid *• Cerebrospinal fluid*

• นําหล่อสมองและไขสันหลัง• พบใน subarachnoid space, ventricular system(space between arachnoid & pia mater)

• สร ้ างจาก: 70% จาก choroid plexus(active transport & ultrafiltration)

30% จาก ependymal cells (epithelial cell ทีบุ ventricle ของสมอง

และ central canal ของ spinal cord)

• total volume : 125-150 ml.• daily production : 400-500 ml (~0.36 ml/min)

Cerebrospinal fluid (CSF)

choroid plexus

choroid plexus

third ventricle

fourth ventricle

lateral ventricles lt.& rt. (choroid plexus)foramen of Monro

third ventricle cerebral aqueduct

fourth ventricle foramen of Luschka & Magendi

basal cisterns & subarachnoid space

reabsorption เข ้ าสูv่enous sinusทาง arachnoid granulations

CSF circulation

choroid plexus

choroid plexus

third ventricle

fourth ventricle

• ลดแรงกระแทกจากภายนอกทีจะมาสู ่สมอง

• ทําให ้ functional brain weight เหลือเพียง 50 g จากนําหนักจริง 1,500 g

• ลด pressure ทีบริเวณฐานของสมอง

• แลกเปลียนสารระหว่างเลือดกับในสมอง

• ช่วยในการขนส่ง hormone ต่างๆภายในสมอง

CSF functions

• physiologic barrier ระหว่าง circulating blood กับ CSF ประกอบด ้ วย

- endothelial cell of brain capillaries เชือมกันด ้ วย tight junction ไม่มี intercellular pores

- ล ้ อมรอบด ้ วย end-feet of astrocytes (astroglia)

• ช่วยป้องกันสมองจากสารอันตรายต่างๆทีอยู่ในกระแสเลือด พร ้ อมกับให ้ สารอาหารทีจําเป็นแก่การทํางานของสมอง

Blood brain barrier (BBB)

• ยาทีละลายได ้ ในไขมัน (เช่น anesthetic & alcohol) แพร่จาก plasma เข ้ าสู ่ CSF ได ้ เป็นสัดส่วนกับทีละลายใน

ไขมัน

• glucose, urea & creatinine แพร่ผ่านได ้ อย่างอิสระ

• penicillin & streptomycin ปกติไม่ผ่านเข ้ า CSF แต่จะผ่านได ้ เมือมี membrane inflammation

• proteins อัตราการแพร่ลดลงเมือโมเลกุลมีขนาดใหญ่ขึน

Blood brain barrier (BBB)

ยอมให ้ สารผ่านได ้ ต่างๆกันเช่น

Examination of CSF

Lumbar puncture (LP)

Indications

1. วินิจฉัย - CNS infection eg. meningitis, encephalitis- subarachnoid hemorrhage)- CNS malignancy- demyelinating disease- administration of contrast media

2. รักษา - spinal anesthesia- antibiotics- chemotherapy

3. ตรวจติดตาม - ดูผลของการรักษาในผู ้ ป่วยmeningitis

Lumbar puncture (LP)

meningitis

• ภาวะเยือหุ ้ มสมองอักเสบ• สาเหตุ

- Bacteria- Virus- Tuberculous (วัณโรค)- Parasite- Fungal

e.g.cryptococcus- others

อาการ-อาการแสดง

Brudzinski’s sign

Kernig’s sign

Contraindications

1. local infection at lumbar puncture site

2. intracranial mass lesion (เสียงต่อภาวะ brain herniation)- large brain abscess- brain tumour- subdural hematoma- intracranial hemorrhage

3. เกล็ดเลือดตํามาก

4. มีภาวะหายใจลําบาก

Lumbar puncture (LP)

brain herniation

Complications

1. ปวดศีรษะ : CSF leakage

2. cerebellar or tentorial herniation :increase intracranial pressure

3. paralysis

4. meningitis

5. accidental puncture of the spinal cord

Lumbar puncture (LP)

1. Pressureค่าปกติ70 – 180 mmH2O

causes of increase intracranial pressure

1. สมองบวม เช่น cerebral ischemia, meningitis, encephalitis

2. CSF คัง, ventricle โตขึน เช่น hydrocephalus3. เลือดคัง มีก ้ อนเลือดในสมอง เช่น intracerebral

hemorrhage, subarachnoid hemorrhage4. mass lesion เช่น brain tumor, brain abscess

ล ักษณะปกติของ CSF และความผิดปกติ

normal hydrocephalus

ภาวะนําคังในโพรงสมอง สาเหตุอาจเกิดจาก1. การสร ้ างCSF มากกว่าปกติ เช่น เนืองอกบางชนิดใน

ventricle2. มีการอุดตันของทางเดิน CSF เช่น มีเนืองอก หรือก ้ อนเลือด

มากดทับ3. การดูดซึมCSF เสียไป จากการทีมีเลือดออก หรือติดเชือ

Intracerebral hemorrhageเลือดออกในเนือสมองจากเส ้ นเลือดในสมองแตก

2. Gross appearanceปกติ : clear as water

Abnormal findings

cloudy, turbid WBC > 200-300 /mm3

bacteriabloody traumatic tap

subarachnoid hemorrhageintracranial hemorrhage

xanthochromia subarachnoid hemorrhageetc.

ล ักษณะปกติของ CSF และความผิดปกติ

subarachnoid hemorrhage เลือดออกใน subarachnoid space

Bloody CSF

RBC in CSF

“three-tube test”

ปริมาณเม็ดเลือดแดงเท่าก ันทุกหลอด

ปริมาณเม็ดเลือดแดงลดลงในหลอดถ ัดไป

Bloody CSF : SAH VS Traumatic tap

SAH Traumatic tap

xanthochromia

xanthochromia

onset : 2-4 ชม. หลังจากมีเลือดออกใน CSF

red cells lysis and release of intracellular contents into CSF

formation of the pigments oxyhemoglobin (pink)

bilirubin (yellow)

SAH traumatic tap

Supernatant (หลังปัน)

Xanthochromia(≥2 hr)

ใส

WBC < 1:1000 ~ 1:1000(peripheral

blood)three-tube test สีแดงคงเดิม สีจางลงตามลําดับ

Bloody CSF

- jaundice :- free and conjugated bilirubin in CSF- total plasma bilirubin > 4-6 mg/dl

- dietary hypercarotenemia

- CSF protein > 150 mg/dl

- rifampicin therapy

Xanthochromia จากสาเหตุอืน

3. microscopic examinationปกติ : 0-5 cells/mm3, ส่วนใหญ่เป็น mononuclear cell

Abnormal findings

- leukocytes :- neutrophils in bacterial meningitis- lymphocytes in viral meningitis

- tumour cells- bacteria, fungi, yeast

ล ักษณะปกติของ CSF และความผิดปกติ

Protein

- ค่าปกติ : 12 - 60 mg/dl

- high protein ( > 65 mg/dl) : - permeability of BBB eg. Meningitis- traumatic tap, SAH- obstruction of CSF - CNS IgG synthesis

- low protein : ไม่มีความสําคัญทางคลินิก

Chemical analysis of CSF

Glucose

- glucose CSF โดย active transport & diffusion- ค่าปกติ : 50-80 mg/dl

(60-70% or 2/3 of serum glucose)

- high glucose : hyperglycemia- low glucose (<40 mg/dl or 40% serum glucose)

* meningitis – bacterial, TB, fungal* hypoglycemia, SAH, neurosyphilis* CNS leukemia & lymphoma

Chemical analysis of CSF

กลไกของภาวะนํ าตาลตําใน CSF

1. การขนส่งกลูโคสผิดปกติ2. เพิม glycolytic activity3. leukocytes และ microorganisms นํากลูโคสไปใช ้

Chemical analysis of CSF

Chemical analysis of CSF

Lactate- ได ้ จาก anaerobic metabolism of CNS- ค่าปกติ 10-22 mg/dl

CNS hypoxia CSF lactate- meningitis - cerebral infarction- hypotension- brain injury

bacterial meningitis > viral meningitis

LDH (lactate dehydrogenase)ค่าสูงขึนใน meningitis, leukemia, cerebral

ischemia เป็นต ้ น

ammonia & glutamine- ค่าสูงใน hepatic encephalopathy- ammonia : toxic ต่อ CNS, detoxified by

combining with glutamate- ammonia + glutamate glutamine

Chemical analysis of CSF

Chemical analysis of CSF

CSF IgG- ในบางโรคมีการผลิต IgG จาก CNS มากขึน

eg. multiple sclerosis, neurosyphylis- การวัดหาค่า CSF IgG เทียบกับในเลือด ช่วยในการวินิจฉัย

Tumour markers1. carcinoembryonic antigen (CEA)2. 1-fetoprotein (AFP)3. human chorionic gonadotropin (HCG)

Meningitis

L50-400cleartuberculous

LN50-100clearviral

PMN100-500+/- turbidbacterial

Cryptococcal

E>10%N50-500+/- turbid eosinophilic

cellsGlucose

(mg/dl)Protein

(mg/dl)Macroscopymeningitis

L>P50-500clear

คือ สารนําทีอยู่ภายในถุงนํ าครํา โดยหุ ้มอยู่รอบ fetus

นํ าครํา นํ าครํา ((Amniotic fluid)Amniotic fluid)

นํ าครํา นํ าครํา ((Amniotic fluid)Amniotic fluid)

• ป้องกันทารกจากการกระทบกระแทก

• ช่วยให ้ ทารกเคลือนไหวได ้ คล่องแคล่ว

• ช่วยให ้ อุณหภูมิแวดล ้ อมคงที

• สามารถใช ้ ตรวจด ้ วยการทดสอบต่างๆ เพือประเมินความสมบูรณ์ของทารกในครรภ์

Source of Amniotic fluid Source of Amniotic fluid

• early preg. - amniotic membrane- fetal skin

• late preg. - fetal urine(16+ wk.) - fetal respiratory tract

• ดูดกลับโดยการกลืน (fetal swallowing) และผ่านทางamniotic membrane

• Max. volume 1000 ml. at GA 36 - 38 weeks( term pregnancy = GA 37- 42 weeks )

Source of Amniotic fluidSource of Amniotic fluid

early preg.- clear, colourless, isotonic fluid- ส่วนประกอบคล ้ ายextracellular fluid

late preg.- slightly turbid, pale straw colour- pH ~ 7.2, sp.gr. ~ 1.008- hypotonic (fetal urine)- urea, creatinine, uric acid- calcium, glucose- phospholipid, desquamated fetal cells, hair

Composition of Amniotic fluidComposition of Amniotic fluid

1. ปร ิมาตรผิดปกติ1.1 oligohydramnios

- < 400 cc.- renal agenesis, abn. of urinary tract

1.2 hydramnios (polyhydramnios)- > 2000 cc.- acute : fetal heart failure, hydrops fetalis- chronic : anencephaly, esophageal atresia

2. สีผ ิดปกติ :blood, meconium, dark red - brown

Abnormal of Amniotic fluid

สีนํ าครํา ภาวะเหลืองใส (หรือขุ่นเล็กน้อย) ปกติเหลืองมาก HDNเขียว : meconium stain (ขีเทา) fetal hypoxiaแดงคลํ า fetal death

• Amniotic fluid จะขุ่นขึนในช่วงท ้ ายของการตั งครรภ์ จากfetal cells, fetal hair, vernix caseosa

• HDN : hemolytic disease of new born(erythroblastosis fetalis)

Gross examination of Amniotic fluid

การเจาะดูดนํ าครําจากถุงนํ าครํา เพือใช้ในการวิน ิจฉ ัยก่อนคลอด (prenatal diagnosis)

Amniocentesis

1. Transabdominal (นิยมทํามากทีสุด)

2. Transcervical

3. Cul de sac

Indication Week of gestation

abnormal chromosome, 14-18neural tube defect

isoimmunisation 20-28lung maturity 34-42chorioamnionitis 34-42

Amniocentesis

Indications for chromosome study

1. มารดาอายุ > 35 ปี เมือถึงวันครบกําหนดคลอด

2. แม่และพ่อ/ แม่หรือพ่อมีโครโมโซมผิดปกติ

3. เคยมีลูกทีมีโครโมโซมผิดปกติมาก่อน

5. เคยมีลูกพิการโดยไม่ทราบสาเหตุ

6. เคยมีลูกตายในครรภ์โดยไม่ทราบสาเหตุ

8. แม่และพ่อเป็นพาหะของโรคทีถ่ายทอดโดย recessive trait เช่น ธาลัสซีเมีย

(supernatant)

• Cytologic & DNA studies- chromosomal disorders- sex

• Biochemical analysis- alpha 1-fetoprotein (AFP)- phospholipids- bilirubin

Amniotic fluid analysis

Alpha 1- fetoprotein (AFP)

• สร ้ างจาก yolk sac และ fetal liver• In neural tube defects : the skin of the fetus

is not intact ตรวจพบระดับ AFP สูงในเลือดมารดา• In Down syndrome : ระดับ AFP ในเลือดมารดา

Amniotic fluid analysis

- ช่วยในการประเมินความเจริญเต็มทีของปอด- ช่วยประเมินเมือจําเป็นต ้ องให ้ ทารกคลอดก่อนกําหนด

polar headhydrophobictail

- amphipathic molecule- form micelle & lipid bilayer ได ้ ใน aqueous solution

Phospholipids

Amniotic fluid analysis

1. เป็นโครงสร ้ างของ lipid bilayer ของ cell membrane2. เป็นส่วนประกอบของ lipoprotein ทําหน ้ าทีขนส่ง lipid

ในเลือด3. lecithin (dipalmitoylphosphatidylcholine - DPPC) :

lung surfactant ทีมีปริมาณมากทีสุด (≈50%)

Function of phospholipids

Surfactant decreases surface tension which :• เพิม pulmonary compliance • ป้องกัน alveolar collapse

Roles of Lung surfactant

• ช่วยลด surface tension ป้องกัน alveolar collapse• ถ ้ าทารกขาด surfactant :

Respiratory distress syndrome (RDS)• ส่วนใหญ่เป็น phospholipids พวก lecithine (L)• lipid อืนๆ มีปริมาณน ้ อยกว่า เช่น

phosphatidylglycerol (PG), sphingomyelin (S)• sphingomyelin ไม่มีคุณสมบัติเป็น surfactant แต่มีปริมาณคงทีในช่วง 3rd trimester ใช ้ ตรวจหา L:S ratio

สรุป : Lung surfactant

การตรวจเพือประเมิน fetal lung maturity

ทําเมือมีข ้ อบ่งชีสําหรับยุติการตั งครรภ์ก่อนครรภ์ครบกําหนด

• L:S ratio• phosphatidylglycerol• foam stability or shake test• automated assay : TDx-FLM

• การทีมี L มากขึนใน amniotic fluid แสดงว่า มีการผลิต L มากขึนในปอดทารกL:S = 1 ที < 34 weeksL:S > 1 ที ≥ 34 weeksL:S ≥ 2 low risk of neonatal respiratory distress (แสดงว่ามี fetal lung maturity )

• การตรวจระดับ phosphatidylglycerol (PG)- ระดับ PG ตํามากจนวัดไม่ได ้ ก่อน 35 weeks- การตรวจพบ PG ช่วยสนับสนุนว่ามี fetal lung maturity

การตรวจหา L:S ratio

Shake test (foam stability test)

Foam stability index > 0.47 : mature fetal lung

Amniotic fluid + 95% ethanol

shake 30 sec

ดูฟอง

ตังทิงไว้ 15 sec

• Qualitative test

• lung surfactant foam stability

• ช่วยในการวินิจฉัย hemolytic disease of the new born

มารดาทีมี Rh antigen negative & มี IgG ต่อ Rh antigen

IgG จะผ่านรกเข ้ าไปใน fetal circulation

ทําให ้ เกิด hemolysis ถ ้ าทารกเป็น Rh positive

• ถ ้ ามี hemolysis อย่างมากใน fetus จะทําให ้ ตรวจพบ bilirubin ได ้ ใน amniotic fluid

Bilirubin

Amniotic fluid analysis

fetal-maternal bl. incompatibility(hemolytic dis. of the new born)

ลูกคนแรก Rh +ve

เลือดมารดา Rh -ve

ลูกคนท ี2 Rh +ve

Ag

sensitised : สร้าง Rh Ab

Ab จากแม่ผ่านรกเกิด reaction

rbc hemolised bilirubin(scan spectrophotometre ที 450 nm)การร ั กษา : intrauterine transfusion

Isoimmunisation

1. Trauma

2. Hemorrhage

3. Infection

4. Amniotic fluid leakage abortion 0.5-1% preterm labour

Complication of amniocentesis

• a suspension of spermatozoa in the seminal plasma

• เป็นแหล่งของสารอาหาร

• ทําให ้ sperm มีการเคลือนไหวได ้ ดี

Semen , Seminal fluid

prostatetestis

seminalvesicle

bulbourethralgland

epididymis

แหล่งกําเนิดของ semen

แหล่งกําเนิดของ semen

testis 5% สร ้ าง spermatozoaseminal vesicle 60% สารนําเหนียว, pH กลาง-ด่าง,

มี fructose ซึงเป็นแหล่งพลังงานของ sperm

prostate gland 20% คล ้ ายนํานม, pH เป็นกรดอ่อน(~6.5), ผลิต acid phosphatase & proteolytic enzyme (coagulation & liquefaction)

epididymis, vas deferens, bulbourethral gl.

10-15% สร ้ าง protein ทีจําเป็นสําหรับการเคลือนไหวของ sperm

- gross examination- microscopic examination

Indications

1. ประเมินภาวะมีบุตรยาก (infertility)2. ประเมินผลของการทําหมันชาย (vasectomy)3. ประเมินผลประกอบคดีทางนิติเวช (forensic medicine)

semen analysis

• volume : 2-5 ml.• semen ทีขับออกมาใหม่ๆ มีลักษณะข ้ น และแข็งเป็นลิมทันที (coagulation process)

• ต่อมาจะละลายเป็นของเหลว (liquefaction process)ภายใน 20 นาที มีลักษณะขุ่นเหนียว, pH เป็นด่างอ่อน(~7.7)

• coagulation process- fibrin like precursor (seminal vesicle) - clotting enzyme (prostate)

• liquefaction process - proteolytic enzyme (prostate)

Gross examination of semen

Gross examination of semen

ความผิดปกติ

pH < 7.0 no coagulation no liquefaction

congenital absence ofseminal vesicle & vas deferens

abnormality ofprostate gland

• sperm countnormal 60-150 million/ml.oligospermia < 20 million/ml.azoospermia : no spermatozoa

• motilitymotile spermatozoa 65-80 %

• sperm morphologynormal morphology 80-90 %

Microscopic examination of semen

sperm

การประเมินผลของการทําหม ันชาย ภายหลังการทําหมันชาย 6 เดือน ไม่ควรตรวจพบ sperm

การตรวจอสุจ ิประกอบคดีทางนิต ิเวช1. examination for sperm

สามารถตรวจพบตัวอสุจิในช่องคลอดภายใน 7 ว ัน หล ั งร่วมเพศ และตรวจพบจากคราบแห ้ งตามเสือผ ้ าได ้ นานหลายปี

2. acid phosphatase activity - สร ้ างจาก prostate gland

- มีความไวกว่าการตรวจหาตัวอสุจิมาก - ตรวจพบได ้ ภายใน 3 ว ัน หล ั งร่วมเพศ

Analysis of semen

การตรวจอสุจ ิประกอบคดีทางนิต ิเวช(ต่อ)3. blood group substance

4. Florence test : ทดสอบหา choline ใน semen

5. precipitin test : ทดสอบแยก semen ของคนกับสัตว์

6. sperm specific lactate dehydrogenase isozyme : ทดสอบแยก semen จาก body fluid อืนๆ และจาก semen ของสัตว์

7. leucine aminopeptidase test (LAP test) : ทดสอบหา LAP ใน semen

Analysis of semen