WO2019020932A1 - Method for processing a sputum sample and method for the rheometric measurement of a preprocessed sample of this kind - Google Patents
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Definitions
- the present invention applies to the analysis of bronchopulmonary secretions of a subject.
- the present invention more specifically relates to a method of treating a sample of bronchopulmonary secretions of a subject and a rheometric measurement method made from the sample previously treated by the treatment method.
- Bronchopulmonary secretions also called “sputum” are obtained by expectoration of a subject. Their rheometric analysis can potentially detect a large number of diseases in subjects, track their evolution over time as well as evaluate the effectiveness of treatments administered to the subject or the treatment effect applied in vitro on sputum.
- COPD chronic obstructive pulmonary disease
- cystic fibrosis progression over time to predict the occurrence of exacerbation monitoring the effectiveness of antibiotic treatment in the event of bronchial infection
- drug candidates in clinical trials in the biotechnology and pharmaceutical industry.
- COPD chronic obstructive pulmonary disease
- the in vitro treatment of sputum followed by its analysis is a source of information, from the physiopathology to the screening of molecules (pharmacodynamics and efficacy studies).
- a first obstacle to making rheometric measurements on a sample of sputum is the repeatability of these measurements.
- the sample taken from the subject contains a variable amount and sometimes not negligible and uncontrollable saliva in addition to the sputum.
- the sample 1 then comprises a saliva phase 2 and an underlying sputum phase 3 and in contact with the saliva phase.
- the boundary between these two phases is represented by curve 4 on Figure 1.
- saliva has different rheological properties than sputum, a rheometric measure of the sample would be distorted by the presence of saliva. In particular, saliva induces undesirable dilution of the sputum, in addition to including bubbles.
- a second obstacle to making rheometric measurements on a sputum sample is the presence of "mucous plugs" in the sputum.
- These mucosal plugs are dense and thick secretions of the bronchial mucosa that are in the form of large clumps relative to the biological content of the sample.
- These plugs are composed in particular of partially dehydrated mucus (by the repeated action of the passage of air on static mucus during respiration), bacteria, biofilms, pus, and blood cells, and their composition varies in subject function. They are particularly numerous in sputum samples taken from subjects suffering from chronic respiratory diseases such as the BCPO and cystic fibrosis, for example.
- the mucous plugs are heterogeneously distributed in the sputum, the latter being a medium with viscoelastic properties about ten to one hundred times lower than those of the mucous plugs.
- the size of the mucous plugs is very variable. This results in a strong heterogeneity of the sputum.
- the high heterogeneity of the sputum results in uneven distribution of the mucous plugs on the measurement geometry of the apparatus.
- the rotor comprises a "low” or “high” rotor geometry and the stator comprises a “low” or “high” geometry of the stator (depending on the different technologies), along a vertical axis corresponding to a current use of the apparatus these two geometries being coaxial and in contact with the sample when the latter is introduced into the measuring cell.
- the rotor and stator geometries may have different geometric shapes from one device to another, such as a cone or a cylinder for example.
- Sample 1 of sputum is placed on the low geometry 7 shown in Figure 2, the surface of which is generally disk-shaped.
- the rotor applies shear to the sample via the controlled rotation of one of the geometries, and the apparatus measures the resultant stress applied by the sample via the torque exerted on one of the geometries.
- the ratio of the measured torque (from which the stress is deduced) and the rotational speed of the rotor (of which one deduce the shear) allows to deduce the rheological characteristics or viscoelastic properties of the sample.
- the most sensitive area of the measurement is the peripheral zone 18 of the measurement cell (the torque being directly proportional to the lever arm), which extends between the schematic circle 8 and the border 9 of the cell.
- the distribution of the mucous plugs 6 in the cell is almost random and the proportion of mucous plugs in the peripheral zone 18 is not controllable, the latter may be more or less high than the average proportion of mucous plugs in the sample . This results either in overestimating the viscoelastic properties of the sample or in underestimating them. This results in a large disparity of rheometry measurements on the same sample and therefore very poor repeatability of the measurements.
- a third obstacle to making rheometric measurements on a sputum sample is the large size of the mucous plugs compared to that of the measuring cell.
- the characteristic size of the particles or inclusions present in a material must be negligible compared to the dimensions of the measuring cell of the rheometry apparatus. .
- a factor of 100 is commonly accepted, but in practice it is necessary that a factor of at least ten exists between the size of the inclusions and the size of the air gap of the measuring cell.
- WO 94/10567 proposes a method for measuring the centrifugation pellet of a sputum sample obtained on a subject suffering from a respiratory disease, in which the sample is centrifuged in order to split into a so-called phase pellet phase. And a supernatant. "Pellets" are mucous plugs which are then measured according to the described method.
- the centrifugation simply makes it possible to concentrate the solid constituents in the "phase pellet", and thus to separate several phases of the sample according to their density. This method is therefore specifically adapted to the realization of rheometric measurements on the mucous plugs, but not on the entire sputum including such mucous plugs.
- the object of the invention is therefore to overcome the drawbacks of the prior art by proposing a sputum sample processing method making it possible to obtain precise and repeatable rheometric measurements later, and this especially in the case where the sputum sample contains mucous plugs.
- Another object of the invention is to propose such a treatment method, the production of which does not degrade the viscoelastic properties of the sputum.
- the aim of the invention is also to propose a process for the rheometric measurement of a sample of sputum treated according to the preceding treatment method, the realization of which enables precise and repeatable rheometric measurements to be obtained, and this especially in the case where the Sample sputum contains mucous plugs.
- the invention provides a method of treating a sputum sample from a subject comprising a saliva phase and a sputum phase underlying the saliva phase and comprising plugs. mucosa, the process comprising the following steps:
- a torus designates in geometry the surface generated by the revolution of a circle around a non-diametral line coplanar with the circle, and by extension, the volume limited by this surface.
- the term "toric general shape" reflects the fact that in practice, according to the method of the invention, the sputum adheres to the side wall and the bottom of the container in which it is located. It then marries at least in part the contours of the side wall and the bottom of the container, which causes a slight deformation of the torus.
- the torus may be open if the amount of sputum is low or if the viscoelastic properties of the sputum are very pronounced (high viscosity) so that the sputum forms a strongly cohesive whole. Otherwise, the torus is closed.
- the proposed treatment method has the following different characteristics taken alone or according to their technically possible combinations: the container advantageously has a circular section with a diameter of between 30 millimeters and 50 millimeters, at the level of the sputum stirring zone; the stirring speed is preferably less than or equal to 6000 rpm; the sputum is homogenized by imposing a predetermined sputum shear rate, the value of which is less than a critical value below which the viscoelastic properties of the sputum are not degraded;
- the critical value of the shear rate is about 50 s -1 ;
- the sputum is subjected to a shear rate whose value is lower than the critical value described above.
- the separation step is performed in such a way as not to impose on the sputum a shear rate whose value is greater than the critical value;
- the invention also proposes a method for rheometric measurement of a sputum sample, comprising the following steps:
- the proposed rheometric measurement method has the following different characteristics taken alone or according to their technically possible combinations:
- the step of transferring the homogenized sputum into the measuring cell is carried out by imposing on the sputum a shear rate the value of which is less than a critical value below which the viscoelastic properties of the homogenized sputum are not degraded;
- the critical value of the shear rate is equal to approximately 50 s -1 ;
- Figure 2 a diagram of a low geometry of a rheometric measuring cell containing a non-homogenized sputum, according to the state of the art
- FIG. 3 a diagram illustrating the agitation of a sputum, previously separated from the saliva, by vortex, the sputum taking the form of a torus;
- Figure 4 is a diagram of a rheometric measuring cell containing a sputum treated according to the treatment method of the invention
- Figure 5 is a diagram of a low geometry of a rheometric measuring cell containing a sputum homogenized by the treatment method of the invention
- FIG. 6 a graph illustrating the evolution of the viscoelastic modulus of sputum as a function of the shear rate for five samples, according to a first measurement protocol
- FIG. 7 a graph illustrating the evolution of the viscoelastic module of the sputum as a function of the shear rate for a sample, according to a second measurement protocol.
- a first aspect of the invention relates to a method of processing a sputum sample.
- a sample 1 of sputum comprises two superimposed phases, a first overlying phase composed of saliva 2 and an underlying phase composed of sputum 3.
- the boundary between these two phases is represented by curve 4 in Figure 1.
- the saliva phase 2 mainly comprises saliva and is found systematically in the sputum sample obtained by expectoration of a subject.
- spontaneous expectoration and induced sputum are commonly used sampling methods, induced sputum consisting of inspiring a mixture of air and fine particles of hypertonic saline between 3 and 5% ten to twenty minutes using a nebulizer, with the aim of slightly irritating the bronchi and producing a greater secretion of sputum.
- the phase of sputum 3, or more simply "sputum”, mainly comprises sputum, that is to say, bronchopulmonary secretions.
- sputum that is to say, bronchopulmonary secretions.
- the sputum phase comprises a liquid phase in which mucous plugs 6 are exposed under the form of granules or clusters whose size is large enough to be visible to the naked eye.
- mucosal plugs 6 confers on sputum 3 a strong heterogeneity, which distorts any subsequent measurement of rheometry of the sample.
- the proposed method solves this problem.
- sputum 3 is first separated from saliva 2. To do this, sputum 3 is aspirated using of a sampling device, without sucking saliva supernatant. The suction port of the sampling device is positioned in the sputum, below the border between sputum and saliva. It is best to position the suction port of the device at the bottom of the sample at the base of the sputum, to ensure that the saliva is not sucked with the sputum. The sputum 3 is then transferred in its entirety into a suitable container 10, such as a sterile container for example ( Figure 3).
- a suitable container 10 such as a sterile container for example
- An important aspect of this sampling step is to aspirate the mucous plugs 6. In fact, it is advisable not to simply take the liquid phase of sputum by "sorting" the mucous plugs (effect related to pipetting, which aspires preferentially the less consistent liquid phase), but to collect the sputum 3 in its entirety.
- a sampling device adapted to this purpose, and in particular a device of this kind provided with a suction orifice whose characteristic size (generally the diameter, in the case of an orifice circular) is at least of the order of magnitude of the characteristic size of the mucous plugs in order to allow the passage of the mucous plugs through the suction port.
- characteristic size generally the diameter, in the case of an orifice circular
- mucous plugs tend to remain intact and relatively deformed during aspiration. If their characteristic size is much greater than that of the suction port, they are not preferentially aspirated and are sorted.
- the proportion of mucous plugs in the sputum subsequently transferred into the container provided for this purpose is low and not representative of that initially present in the sample taken from the subject.
- a pipette provided with a nozzle with a large suction port to collect the sputum
- a positive displacement pipette provided with a nozzle with a large suction orifice
- a positive displacement pipette (not shown) has the advantage of transferring the collected sputum with minimal loss.
- a pipette is specially designed for pipetting dense and viscous liquids. It comprises a piston in direct contact with the liquid that moves in a nozzle, and the positive wiping action of the piston against the inner wall of the nozzle prevents a portion of the liquid remains adhered thereto. It is indeed necessary to minimize the losses of sputum during sample processing in order to ensure the good feasibility of a subsequent rheometric measurement, especially in the relatively frequent case where the amount of sample taken from the subject is weak and just sufficient to achieve the rheometric measurement.
- Sputum freed from saliva is then homogenized by stirring by means of a stirring device.
- Homogenization consists in imposing a shear to the sputum, which corresponds to a predetermined shear rate, in order to split the mucous plugs. This results in a sputum containing the sputum fluid in which mucosal plug fractions well distributed in said liquid, and whose size is considerably smaller than that of the mucous plugs from which they are derived, are found.
- the homogenization step is carried out by means of vortexing.
- This type of stirring makes it possible to increase the occurrence of effective secondary flows which allow a better homogenization of the sputum compared to stirring at room temperature. by means of other mechanical agitators (rotary or shaking) or by means of magnetic stirrers, and without requiring the introduction of a mobile.
- the vortex agitation offers the advantage of being able to visually ascertain that the sputum is optimally homogenized.
- an optimal homogenization of the sputum by vortex results in the sputum 3 forming a torus in the container 10, as shown in FIG. 3.
- the torus 3 rotates about its axis of revolution A, which corresponds to the axis of revolution of the container (which is perpendicular to the bottom of the container 10), according to a flow called “primary flow” represented by the arrow 1 1 in a plane P1, and also rotates on itself in a transverse movement (or meridian) called “secondary flow” in a plane P2 substantially orthogonal to the plane P1 and oriented from the center of the torus outwardly of the torus and inversely according to the arrows 12 and 13.
- primary flow represented by the arrow 1 1 in a plane P1
- secondary flow transverse movement
- Shaking the sputum by vortex means shearing it, which corresponds to a value of shear rate.
- the shear rate is also called "velocity gradient", and allows to measure the shear applied within a fluid.
- the shear stress ⁇ corresponds to applying a tangential force on a fluid surface.
- the shear rate imposed on the sputum depends on the stirring speed, the structural properties of the container 10 which contains the sputum (in particular the shape and the volume of the container), and the physico-chemical properties of the sputum (especially the volume of sputum in the container and its viscoelastic properties).
- the stirring speed is adjusted, taking into account the structural properties of the container and the physico-chemical properties of the sputum, until a torus 3 is obtained.
- the stirring speed can then be further varied to provide a speed range for which the sputum forms a torus. As long as the stirring speed is chosen to be included in this range, the sputum is optimally homogenized.
- the stirring is carried out for a period generally of between 20 seconds and a minute, in particular a time of 20 seconds, to properly homogenize the sputum.
- the container 10 in which is transferred and homogenized the sputum has meanwhile a circular section and is advantageously in the form of a cylinder. It is provided with a flat bottom and preferably has a diameter of between 30 and 55 millimeters at the sputum stirring zone, and therefore the formation of the torus.
- the presence of a flat bottom (as opposed to a conical bottom) makes it possible to obtain a homogeneous fluid flow on the surface of the bottom, which makes it a characteristic necessary for the formation of a torus.
- a diameter of between 30 and 55 millimeters makes it possible to form a torus at reasonable stirring speeds, that is to say, stirring speeds which are not too high and within the speed range allowed by the apparatus. conventional homogenization so that homogenization can be performed under standard laboratory analysis conditions.
- adjusting the stirring speed of the sputum makes it possible to adjust the shear rate.
- shaking the sputum by imposing a predetermined shear rate allows to split mucosal plugs, on the one hand so that they have a sufficiently small characteristic size for the assumption of continuous media detailed above is satisfied during a measurement rheometric subsequent sputum and homogenized, and secondly so that they are evenly distributed on the measurement geometry, which ensures the feasibility, reliability and reproducibility of the measurement.
- the shear rate is preferably adjusted so that its value is less than a critical value below which the sputum, and in particular its viscoelastic properties, are not degraded. Indeed, it is desirable that the mucous plugs are fractionated to allow a subsequent rheological analysis, while ensuring that the sputum retains its initial viscoelastic properties. In doing so, in addition to ensuring the feasibility of a rheometric measurement on a sputum, the proposed treatment method achieves rheometric results consistent with the state of the subject.
- the stirring speed of the sputum is adjusted so that the sputum forms a torus and the shear rate imposed on it is less than the critical value.
- the sputum is agitated with a given stirring speed until a torus is obtained and the corresponding shear rate is determined. If this shear rate is below the critical value, the process is continued. Otherwise, continue adjusting the stirring speed in a speed range allowing the formation of a torus, until a shear rate lower than the critical value.
- a critical value of shear rate equal to about 50 s -1 will preferably be chosen. Shaking the sputum by imposing a shear rate equal to or less than this value of 50 s -1 makes it possible to obtain a good homogenization of the sputum. avoiding to damage it. The choice of this value was made following the realization of experimental tests detailed in the example at the end of the text.
- the critical value is decisive in the step of separating the sputum phase and the saliva phase described above.
- the sputum is subject to a shear rate which is imposed upon it during its sampling. Care should be taken that the sputum is removed and that the two phases are well separated while ensuring that the sputum shear rate is below the critical value defined above.
- a stirring speed of between 200 rpm and 6000 rpm will be chosen for a container whose volume is of the order of a few tens to a few hundred milliliters.
- a volume of 3 milliliters of sputum in a sterile container of 40 milliliters and 12 mm radius, stirred at a speed of 6000 revolutions per minute, is capable of undergoing a shear rate of about 15 s "1 . It should be noted that in both cases the value of the shear rate is less than the preferred critical value of 50 s -1 .
- This visual examination is relevant because the human eye is on average able to detect a minimum granulosity corresponding to a tenth of a millimeter. Therefore, if the mucosal plugs are not detectable to the naked eye, this means that they have been fractionated into particles whose characteristic size is less than one-tenth of a millimeter.
- the homogenized sputum is then transferred to a measuring cell of a rheometric meter. Any suitable sampling device may be used, such as those used for the initial sputum removal step in the sample taken from a subject that has been previously described.
- a positive-displacement pipette with a wide mouthpiece will be preferred in order firstly to limit the loss of sputum, and secondly to ensure that, in the case where mucous plugs whose reduced size makes them no detectable to the naked eye, they are well transferred into the measuring cell with the rest of the sputum.
- the suction orifice is placed in the bottom of the container 10 in order not to generate air bubbles during aspiration, and the sputum 3 is sucked in order to fill a cell 15 with measuring the rheometric measuring device, that is to say in order to fill the air gap 17 of the measuring cell.
- the volume of the gap 17 corresponds to the volume between the high geometry 16 and the low geometry 7 of the measuring cell 15.
- an air gap 17 with a characteristic size of about 1 millimeter is provided for the rheometric measurement.
- Sputum 3 is injected into the measurement cell in a given region of the cell depending on the type of cell.
- the sputum is injected at the center of the cell for a "plane-plane” or “cone-plane” type cell, and at the bottom of the cell for "duvet” type cells. It should be ensured that the sputum is evenly distributed in the cell, and not creating air bubbles during the injection, so as not to distort the measurement.
- the sputum 3 occupies the entire volume of the air gap 17 and its periphery is at the right of the high geometry 16 and the low geometry 7 of the cell.
- the homogeneous sputum is in the form of a liquid in which mucosal plug fractions of very small size swim in front of that of the mucous plugs from which they originate.
- the sputum 3 then extends homogeneously over the whole of the low geometry 7 of the measuring cell 15, and particularly in the peripheral zone 18, thus allowing a precise and repeatable rheometric measurement of the sputum.
- the five samples are each placed in a measuring cell of a "DHR3" type rheometer marketed by the company "TA INSTRUMENTS", the cell being of rough plan-plane type 25 millimeters in diameter.
- the cell is maintained at approximately 37 ° C. ⁇ 0.5 ° C. thanks to a Peltier element.
- the oscillation module of the sample is measured in oscillation
- the oscillation module of the sample is measured in oscillation
- the oscillation module of the sample is measured in oscillation
- the viscoelastic module of the sample is measured in oscillation.
- G - G ' represents the real part of G, and characterizes the elastic behavior of the sample.
- G ' is generally designated as a preservation module;
- G represents the imaginary part of G, and characterizes the viscous behavior of the sample G" is generally referred to as a loss module or dissipation module.
- the conservation modulus G decreases to about 30 Pa for a shear rate of 4.3 s -1 , and about 25 Pa for a shear rate of 4.3 s -1 , compared to the value of reference of 23 Pa at 0 s "1 .
- a single sample is placed in a measuring cell of a rheometer, the cell being of the rough planar plane type of 25 millimeters in diameter.
- the cell is maintained at approximately 37 ° C. ⁇ 0.5 ° C. thanks to a Peltier element.
- the oscillation module of the sample is measured in oscillation
- the oscillation module of the sample is measured in oscillation
- the oscillation module of the sample is measured in oscillation
- the viscoelastic module of the sample is measured in oscillation.
- the conservation modulus G ' strongly decreases between 10 s -1 and 100 s -1 , from approximately 9.5 Pa for a shear rate of 10 s -1 to approximately 5.2 Pa for a shear rate of 100 s -1 , a decrease of about 17.5% from the reference value of 6.3 to 0 s -1 which is greater than 10%.
- a shear rate of 100 s -1 degrades the viscoelastic properties of the sample.
- the critical value of shear rate beyond which the viscoelastic properties of the sample are degraded is between 43 s -1 and 100 s -1 .
- a rate value Shear rate of about 50 s -1 corresponds to a critical value not to be exceeded in order not to degrade the viscoelastic properties of the sputum sample during homogenization.
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Abstract
Description
PROCÉDÉ DE TRAITEMENT D'UN ECHANTILLON DE SPUTUM ET PROCÉDÉ DE MESURE RHEOMETRIQUE D'UN TEL ECHANTILLON PRÉALABLEMENT TRAITÉ METHOD FOR TREATING A SPUTUM SAMPLE AND METHOD FOR RHEOMETRIC MEASUREMENT OF SUCH A PRE-TREATED SAMPLE
DOMAINE DE L'INVENTION FIELD OF THE INVENTION
La présente invention s'applique à l'analyse des sécrétions broncho-pulmonaires d'un sujet. La présente invention concerne plus précisément un procédé de traitement d'un échantillon de sécrétions broncho-pulmonaires d'un sujet ainsi qu'un procédé de mesure rhéométrique réalisé à partir de l'échantillon préalablement traité par le procédé de traitement. The present invention applies to the analysis of bronchopulmonary secretions of a subject. The present invention more specifically relates to a method of treating a sample of bronchopulmonary secretions of a subject and a rheometric measurement method made from the sample previously treated by the treatment method.
ETAT DE LA TECHNIQUE STATE OF THE ART
Les sécrétions broncho-pulmonaires, également appelées « sputum », sont obtenues par expectoration d'un sujet. Leur analyse rhéométrique permet potentiellement de dépister un grand nombre de maladies chez les sujets, de suivre leur évolution dans le temps ainsi que d'évaluer l'efficacité des traitements administrés au sujet ou l'effet de traitement appliqué in vitro sur le sputum. Bronchopulmonary secretions, also called "sputum", are obtained by expectoration of a subject. Their rheometric analysis can potentially detect a large number of diseases in subjects, track their evolution over time as well as evaluate the effectiveness of treatments administered to the subject or the treatment effect applied in vitro on sputum.
En particulier, il peut être utile de réaliser des mesures rhéomériques sur le sputum dans plusieurs cas, notamment dans le cadre du dépistage de pathologies avec atteinte pulmonaire. Il peut s'agir par exemple du dépistage précoce de la broncho-pneumopathie chronique obstructive (BPCO), du suivi de l'évolution de la BPCO ou de la mucoviscidose dans le temps afin de prévoir l'occurrence de crises d'exacerbation, du suivi de l'efficacité d'un traitement antibiotique en cas d'infection des bronches, ou encore de la qualification de candidats médicaments dans le cadre d'essais cliniques dans l'industrie biotechnologique et pharmaceutique. En recherche fondamentale ou thérapeutique, le traitement in vitro de sputum suivi de son analyse est source d'information, de la physiopathologie au criblage de molécules (études de pharmacodynamique et d'efficacité). In particular, it may be useful to perform rheomeric measurements on sputum in several cases, particularly in the context of screening for pathologies with pulmonary involvement. This may include, for example, early detection of chronic obstructive pulmonary disease (COPD), monitoring of COPD or cystic fibrosis progression over time to predict the occurrence of exacerbation monitoring the effectiveness of antibiotic treatment in the event of bronchial infection, or the qualification of drug candidates in clinical trials in the biotechnology and pharmaceutical industry. In basic or therapeutic research, the in vitro treatment of sputum followed by its analysis is a source of information, from the physiopathology to the screening of molecules (pharmacodynamics and efficacy studies).
Un premier obstacle à la réalisation de mesures rhéométriques sur un échantillon de sputum concerne la répétabilité de ces mesures. A l'heure actuelle, il n'est pas possible de réaliser des mesures de rhéométrie répétables sur un échantillon de sputum directement obtenu par expectoration d'un sujet sans traitement préalable de cet échantillon. En effet, l'échantillon prélevé chez le sujet contient une quantité variable et parfois non négligeable et non contrôlable de salive en plus du sputum. En référence à la Figure 1 , l'échantillon 1 comprend alors une phase de salive 2 et une phase de sputum 3 sous-jacente et au contact de la phase de salive. La frontière entre ces deux phases est représentée par la courbe 4 sur la Figure 1. Du fait que la salive possède des propriétés rhéologiques différentes de celles du sputum, une mesure rhéométrique de l'échantillon serait faussée par la présence de salive. En particulier, la salive engendre une dilution non souhaitable du sputum, en plus de comprendre des bulles. A first obstacle to making rheometric measurements on a sample of sputum is the repeatability of these measurements. At present, it is not possible to perform repeatable rheometric measurements on a sample of sputum directly obtained by expectoration of a subject without prior treatment of this sample. Indeed, the sample taken from the subject contains a variable amount and sometimes not negligible and uncontrollable saliva in addition to the sputum. With reference to FIG. 1, the sample 1 then comprises a saliva phase 2 and an underlying sputum phase 3 and in contact with the saliva phase. The boundary between these two phases is represented by curve 4 on Figure 1. Because saliva has different rheological properties than sputum, a rheometric measure of the sample would be distorted by the presence of saliva. In particular, saliva induces undesirable dilution of the sputum, in addition to including bubbles.
Un deuxième obstacle à la réalisation de mesures rhéométriques sur un échantillon de sputum est la présence de « bouchons muqueux » dans le sputum. Ces bouchons muqueux sont des sécrétions denses et épaisses de la muqueuse bronchique qui se présentent sous la forme d'amas de grande taille par rapport au contenu biologique de l'échantillon. Ces bouchons sont composés notamment de mucus partiellement déshydraté (par l'action répétée du passage de l'air sur du mucus statique lors de la respiration), de bactéries, de biofilms, de pus, et de cellules sanguines, et leur composition varie en fonction des sujets. Ils sont particulièrement nombreux dans des échantillons de sputum prélevés sur des sujets atteints de pathologies respiratoires chroniques telles que la BCPO et la mucoviscidose par exemple. A second obstacle to making rheometric measurements on a sputum sample is the presence of "mucous plugs" in the sputum. These mucosal plugs are dense and thick secretions of the bronchial mucosa that are in the form of large clumps relative to the biological content of the sample. These plugs are composed in particular of partially dehydrated mucus (by the repeated action of the passage of air on static mucus during respiration), bacteria, biofilms, pus, and blood cells, and their composition varies in subject function. They are particularly numerous in sputum samples taken from subjects suffering from chronic respiratory diseases such as the BCPO and cystic fibrosis, for example.
Les bouchons muqueux sont répartis de façon hétérogène dans le sputum, ce dernier étant un milieu aux propriétés viscoélastiques d'environ dix à cent fois inférieures à celles des bouchons muqueux. De plus, la taille des bouchons muqueux est très variable. Il en résulte une forte hétérogénéité du sputum. The mucous plugs are heterogeneously distributed in the sputum, the latter being a medium with viscoelastic properties about ten to one hundred times lower than those of the mucous plugs. In addition, the size of the mucous plugs is very variable. This results in a strong heterogeneity of the sputum.
Lors d'une mesure rhéométrique d'un échantillon de sputum par un appareil de mesure rhéométrique adéquat, la forte hétérogénéité du sputum a pour effet une répartition inégale des bouchons muqueux sur la géométrie de mesure de l'appareil. In a rheometric measurement of a sputum sample by a suitable rheometric measuring device, the high heterogeneity of the sputum results in uneven distribution of the mucous plugs on the measurement geometry of the apparatus.
Or de manière bien connue, un appareil de rhéométrie classique couramment utilisé pour la réalisation d'une telle mesure comprend une cellule de mesure comportant un rotor et un stator. Le rotor comprend une géométrie « basse » ou « haute » de rotor et le stator comprend une géométrie « basse » ou « haute » de stator (en fonction des différentes technologies), selon un axe vertical correspondant à une utilisation courante de l'appareil, ces deux géométries étant coaxiales et au contact de l'échantillon lorsque ce dernier est introduit dans la cellule de mesure. Les géométries de rotor et de stator peuvent avoir des formes géométriques différentes d'un appareil à l'autre, tels qu'un cône ou un cylindre par exemple. However, in a well-known manner, a conventional rheometry apparatus commonly used for carrying out such a measurement comprises a measuring cell comprising a rotor and a stator. The rotor comprises a "low" or "high" rotor geometry and the stator comprises a "low" or "high" geometry of the stator (depending on the different technologies), along a vertical axis corresponding to a current use of the apparatus these two geometries being coaxial and in contact with the sample when the latter is introduced into the measuring cell. The rotor and stator geometries may have different geometric shapes from one device to another, such as a cone or a cylinder for example.
L'échantillon 1 de sputum est placé sur la géométrie basse 7 représentée sur la Figure 2 dont la surface a généralement une forme de disque. Le rotor applique un cisaillement à l'échantillon via la rotation contrôlée d'une des géométries, et l'appareil mesure la contrainte résultante appliquée par l'échantillon via le couple exercé sur une des géométries. Le rapport du couple mesuré (dont on déduit la contrainte) et de la vitesse de rotation du rotor (dont on déduit le cisaillement) permet de déduire les caractéristiques rhéologiques ou propriétés viscoélastiques de l'échantillon. Sample 1 of sputum is placed on the low geometry 7 shown in Figure 2, the surface of which is generally disk-shaped. The rotor applies shear to the sample via the controlled rotation of one of the geometries, and the apparatus measures the resultant stress applied by the sample via the torque exerted on one of the geometries. The ratio of the measured torque (from which the stress is deduced) and the rotational speed of the rotor (of which one deduce the shear) allows to deduce the rheological characteristics or viscoelastic properties of the sample.
Ainsi, la zone la plus sensible de la mesure est la zone périphérique 18 de la cellule de mesure (le couple étant directement proportionnel au bras de levier), qui s'étend entre le cercle schématique 8 et la bordure 9 de la cellule. Or, la répartition des bouchons muqueux 6 dans la cellule est quasiment aléatoire et la proportion de bouchons muqueux dans la zone périphérique 18 n'est pas contrôlable, cette dernière pouvant être plus ou moins élevée que la proportion moyenne de bouchons muqueux dans l'échantillon. Ceci se traduit soit par une surestimation des propriétés viscoélastiques de l'échantillon, soit par une sous-estimation de celles-ci. Il en résulte une importante disparité des mesures de rhéométrie sur un même échantillon et donc une très mauvaise répétabilité des mesures. Thus, the most sensitive area of the measurement is the peripheral zone 18 of the measurement cell (the torque being directly proportional to the lever arm), which extends between the schematic circle 8 and the border 9 of the cell. However, the distribution of the mucous plugs 6 in the cell is almost random and the proportion of mucous plugs in the peripheral zone 18 is not controllable, the latter may be more or less high than the average proportion of mucous plugs in the sample . This results either in overestimating the viscoelastic properties of the sample or in underestimating them. This results in a large disparity of rheometry measurements on the same sample and therefore very poor repeatability of the measurements.
Un troisième obstacle à la réalisation de mesures rhéométriques sur un échantillon de sputum est la taille importante des bouchons muqueux par rapport à celle de la cellule de mesure. En effet, par application de l'hypothèse des milieux continus qui est une base aux calculs en rhéologie, la taille caractéristique des particules ou inclusions présentes dans un matériau doit être négligeable par rapport aux dimensions de la cellule de mesure de l'appareil de rhéométrie. En théorie, un facteur de 100 est communément admis, mais en pratique, il est nécessaire qu'un facteur de dix au minimum existe entre la taille des inclusions et la taille de l'entrefer de la cellule de mesure. A third obstacle to making rheometric measurements on a sputum sample is the large size of the mucous plugs compared to that of the measuring cell. In fact, by applying the continuous medium hypothesis, which is a basis for rheological calculations, the characteristic size of the particles or inclusions present in a material must be negligible compared to the dimensions of the measuring cell of the rheometry apparatus. . In theory, a factor of 100 is commonly accepted, but in practice it is necessary that a factor of at least ten exists between the size of the inclusions and the size of the air gap of the measuring cell.
Compte tenu de ce qui précède, il est donc nécessaire d'avoir un procédé de traitement d'un échantillon de sputum permettant la réalisation ultérieure de mesures rhéométriques précises et répétables, et ceci tout particulièrement dans le cas où le sputum de l'échantillon contient des bouchons muqueux. In view of the foregoing, it is therefore necessary to have a method of treating a sputum sample allowing the subsequent realization of precise and repeatable rheometric measurements, and this especially in the case where the sputum of the sample contains mucous plugs.
Le document WO 94/10567 propose un procédé de mesure du culot de centrifugation d'un échantillon de sputum obtenu sur un sujet atteint d'une maladie respiratoire, dans lequel l'échantillon est centrifugé afin de se fractionner en une phase dite « pellet phase » et un surnageant. Les « pellets » sont des bouchons muqueux qui sont ensuite mesurés conformément au procédé décrit. WO 94/10567 proposes a method for measuring the centrifugation pellet of a sputum sample obtained on a subject suffering from a respiratory disease, in which the sample is centrifuged in order to split into a so-called phase pellet phase. And a supernatant. "Pellets" are mucous plugs which are then measured according to the described method.
Dans ce document, la centrifugation permet simplement de concentrer les constituants solides dans la « pellet phase », et donc de séparer plusieurs phases de l'échantillon en fonction de leur densité. Ce procédé est donc spécifiquement adapté à la réalisation de mesures rhéométriques sur les bouchons muqueux, mais pas sur l'ensemble du sputum incluant de tels bouchons muqueux. EXPOSE DE L'INVENTION In this document, the centrifugation simply makes it possible to concentrate the solid constituents in the "phase pellet", and thus to separate several phases of the sample according to their density. This method is therefore specifically adapted to the realization of rheometric measurements on the mucous plugs, but not on the entire sputum including such mucous plugs. SUMMARY OF THE INVENTION
L'invention a donc pour but de remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un procédé de traitement d'un échantillon de sputum permettant d'obtenir ultérieurement des mesures rhéométriques précises et répétables, et ceci tout particulièrement dans le cas où le sputum de l'échantillon contient des bouchons muqueux. The object of the invention is therefore to overcome the drawbacks of the prior art by proposing a sputum sample processing method making it possible to obtain precise and repeatable rheometric measurements later, and this especially in the case where the sputum sample contains mucous plugs.
Un autre but de l'invention est de proposer un tel procédé de traitement dont la réalisation ne dégrade pas les propriétés viscoélastiques du sputum. Another object of the invention is to propose such a treatment method, the production of which does not degrade the viscoelastic properties of the sputum.
L'invention vise également à proposer un procédé de mesure rhéométrique d'un échantillon de sputum traité selon le procédé de traitement précédent, et dont la réalisation permet d'obtenir des mesures rhéométriques précises et répétables, et ceci tout particulièrement dans le cas où le sputum de l'échantillon contient des bouchons muqueux. The aim of the invention is also to propose a process for the rheometric measurement of a sample of sputum treated according to the preceding treatment method, the realization of which enables precise and repeatable rheometric measurements to be obtained, and this especially in the case where the Sample sputum contains mucous plugs.
A cette fin, selon un premier aspect, l'invention propose un procédé de traitement d'un échantillon de sputum issu d'un sujet comprenant une phase de salive et une phase de sputum sous-jacente à la phase de salive et comprenant des bouchons muqueux, le procédé comprenant les étapes suivantes : To this end, according to a first aspect, the invention provides a method of treating a sputum sample from a subject comprising a saliva phase and a sputum phase underlying the saliva phase and comprising plugs. mucosa, the process comprising the following steps:
• la séparation de la phase de sputum et de la phase de salive par prélèvement de la phase de sputum et transfert de celle-ci dans un récipient muni d'un fond plat, Separating the sputum phase and the saliva phase by taking the sputum phase and transferring it to a container equipped with a flat bottom,
• l'homogénéisation du sputum par fractionnement des bouchons muqueux au moyen d'une agitation dudit sputum par vortex, la vitesse d'agitation étant ajustée de sorte que le sputum prenne dans le récipient une forme générale torique qui s'étend dans un plan parallèle au fond dudit récipient. Homogenization of the sputum by fractionation of the mucous plugs by means of agitation of said sputum by vortex, the stirring speed being adjusted so that the sputum takes in the container a general toric shape which extends in a parallel plane at the bottom of said container.
Un tore désigne en géométrie la surface engendrée par la révolution d'un cercle autour d'une droite non diamétrale coplanaire avec le cercle, et par extension, le volume limité par cette surface. Le terme « forme générale torique » traduit le fait qu'en pratique, conformément au procédé de l'invention, le sputum adhère à la paroi latérale et au fond du récipient dans lequel il se trouve. Il épouse alors au moins en partie les contours de la paroi latérale et du fond du récipient, ce qui engendre une légère déformation du tore. Le tore peut être ouvert si la quantité de sputum est faible ou si les propriétés viscoélastiques du sputum sont très prononcées (haute viscosité) de sorte que le sputum forme un ensemble fortement cohésif. Dans le cas contraire, le tore est fermé. A torus designates in geometry the surface generated by the revolution of a circle around a non-diametral line coplanar with the circle, and by extension, the volume limited by this surface. The term "toric general shape" reflects the fact that in practice, according to the method of the invention, the sputum adheres to the side wall and the bottom of the container in which it is located. It then marries at least in part the contours of the side wall and the bottom of the container, which causes a slight deformation of the torus. The torus may be open if the amount of sputum is low or if the viscoelastic properties of the sputum are very pronounced (high viscosity) so that the sputum forms a strongly cohesive whole. Otherwise, the torus is closed.
Dans un souci de concision, la forme générale torique est désignée par le terme « tore » dans la suite de la description. For the sake of brevity, the general toric shape is designated by the term "torus" in the remainder of the description.
Selon d'autres aspects, le procédé de traitement proposé présente les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou selon leurs combinaisons techniquement possibles : le récipient possède avantageusement une section circulaire de diamètre compris entre 30 millimètres et 50 millimètres, au niveau de la zone d'agitation du sputum ; la vitesse d'agitation est de préférence inférieure ou égale à 6000 tours par minute ; l'homogénéisation du sputum est réalisée en imposant un taux de cisaillement prédéterminé au sputum dont la valeur est inférieure à une valeur critique en dessous de laquelle les propriétés viscoélastiques du sputum ne sont pas dégradées ; According to other aspects, the proposed treatment method has the following different characteristics taken alone or according to their technically possible combinations: the container advantageously has a circular section with a diameter of between 30 millimeters and 50 millimeters, at the level of the sputum stirring zone; the stirring speed is preferably less than or equal to 6000 rpm; the sputum is homogenized by imposing a predetermined sputum shear rate, the value of which is less than a critical value below which the viscoelastic properties of the sputum are not degraded;
la valeur critique du taux de cisaillement est égale à environ 50 s"1 ; the critical value of the shear rate is about 50 s -1 ;
lors de la mise en œuvre de l'étape de séparation de la phase de sputum et de la phase de salive, le sputum est soumis à un taux de cisaillement dont la valeur est inférieure à la valeur critique décrite précédemment. En d'autres termes, l'étape de séparation est réalisée de manière à ne pas imposer au sputum un taux de cisaillement dont la valeur est supérieure à la valeur critique ; during the implementation of the step of separating the sputum phase and the saliva phase, the sputum is subjected to a shear rate whose value is lower than the critical value described above. In other words, the separation step is performed in such a way as not to impose on the sputum a shear rate whose value is greater than the critical value;
la phase de sputum est intégralement prélevée et transférée dans le récipient avec une pipette à déplacement positif ; the sputum phase is completely removed and transferred to the container with a positive displacement pipette;
L'invention propose également un procédé de mesure rhéométrique d'un échantillon de sputum, comprenant les étapes suivantes : The invention also proposes a method for rheometric measurement of a sputum sample, comprising the following steps:
• le traitement de l'échantillon de sputum conformément au procédé de traitement décrit précédemment, afin d'obtenir un sputum homogène, The treatment of the sputum sample according to the treatment method described above, in order to obtain a homogeneous sputum,
• le transfert du sputum homogénéisé dans une cellule de mesure d'un appareil de mesure rhéométrique, The transfer of the homogenized sputum into a measuring cell of a rheometric measuring apparatus,
• la réalisation d'une ou plusieurs mesures rhéométriques d'au moins un paramètre rhéologique du sputum. Performing one or more rheometric measurements of at least one rheological parameter of the sputum.
Selon d'autres aspects, le procédé de mesure rhéométrique proposé présente les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou selon leurs combinaisons techniquement possibles : According to other aspects, the proposed rheometric measurement method has the following different characteristics taken alone or according to their technically possible combinations:
l'étape de transfert du sputum homogénéisé dans la cellule de mesure est réalisée en imposant au sputum un taux de cisaillement dont la valeur est inférieure à une valeur critique en dessous de laquelle les propriétés viscoélastiques du sputum homogénéisé ne sont pas dégradées ; the step of transferring the homogenized sputum into the measuring cell is carried out by imposing on the sputum a shear rate the value of which is less than a critical value below which the viscoelastic properties of the homogenized sputum are not degraded;
- la valeur critique du taux de cisaillement est égale à environ 50 s"1 ; the critical value of the shear rate is equal to approximately 50 s -1 ;
le sputum homogénéisé est transféré dans la cellule de mesure avec une pipette à déplacement positif. DESCRIPTION DES FIGURES the homogenized sputum is transferred to the measuring cell with a positive displacement pipette. DESCRIPTION OF THE FIGURES
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif, en référence aux Figures annexées qui représentent : Other advantages and characteristics of the invention will appear on reading the following description given by way of illustrative and nonlimiting example, with reference to the appended figures which represent:
- La Figure 1 , une image d'un échantillon de sputum prélevé sur un sujet atteint de mucoviscidose ; - Figure 1, an image of a sample of sputum taken from a subject with cystic fibrosis;
La Figure 2, un schéma d'une géométrie basse d'une cellule de mesure rhéométrique contenant un sputum non homogénéisé, conformément à l'état de l'art ; Figure 2, a diagram of a low geometry of a rheometric measuring cell containing a non-homogenized sputum, according to the state of the art;
- La Figure 3, un schéma illustrant l'agitation d'un sputum, préalablement séparé de la salive, par vortex, le sputum prenant la forme d'un tore ; - Figure 3, a diagram illustrating the agitation of a sputum, previously separated from the saliva, by vortex, the sputum taking the form of a torus;
La Figure 4, un schéma d'une cellule de mesure rhéométrique contenant un sputum traité conformément au procédé de traitement de l'invention ; Figure 4 is a diagram of a rheometric measuring cell containing a sputum treated according to the treatment method of the invention;
La Figure 5, un schéma d'une géométrie basse d'une cellule de mesure rhéométrique contenant un sputum homogénéisé par le procédé de traitement de l'invention ; Figure 5 is a diagram of a low geometry of a rheometric measuring cell containing a sputum homogenized by the treatment method of the invention;
La Figure 6, un graphique illustrant l'évolution du module viscoélastique du sputum en fonction du taux de cisaillement pour cinq échantillons, selon un premier protocole de mesure ; FIG. 6, a graph illustrating the evolution of the viscoelastic modulus of sputum as a function of the shear rate for five samples, according to a first measurement protocol;
- La Figure 7, un graphique illustrant l'évolution du module viscoélastique du sputum en fonction du taux de cisaillement pour un échantillon, selon un second protocole de mesure. FIG. 7, a graph illustrating the evolution of the viscoelastic module of the sputum as a function of the shear rate for a sample, according to a second measurement protocol.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Un premier aspect de l'invention concerne un procédé de traitement d'un échantillon de sputum. En référence à la Figure 1 , un échantillon 1 de sputum comprend deux phases superposées, une première phase sus-jacente composée de salive 2 et une phase sous- jacente composée de sputum 3. La frontière entre ces deux phases est représentée par la courbe 4 sur la Figure 1. A first aspect of the invention relates to a method of processing a sputum sample. Referring to Figure 1, a sample 1 of sputum comprises two superimposed phases, a first overlying phase composed of saliva 2 and an underlying phase composed of sputum 3. The boundary between these two phases is represented by curve 4 in Figure 1.
La phase de salive 2, ou plus simplement « salive », comprend majoritairement de la salive et se retrouve de manière systématique dans l'échantillon de sputum obtenu par expectoration d'un sujet. The saliva phase 2, or more simply "saliva", mainly comprises saliva and is found systematically in the sputum sample obtained by expectoration of a subject.
Il est cependant possible de réduire la quantité de salive dans l'échantillon prélevé, par exemple en plaçant des éléments de protection en coton dans la bouche du sujet lors du prélèvement, le coton permettant d'absorber une grande quantité de salive, ou bien en demandant au patient de cracher un maximum de salive, ou bien de boire un verre d'eau puis cracher à nouveau, avant l'expectoration (la sensation doit être d'avoir la bouche sèche lors de l'expectoration). However, it is possible to reduce the amount of saliva in the sample taken, for example by placing cotton protective elements in the subject's mouth during the sampling, cotton to absorb a large amount of saliva, or in asking the patient to spit as much saliva as possible, or to drink a glass of water and then spit again, before sputum (the sensation must be to have a dry mouth during sputum).
A titre indicatif, l'expectoration spontanée et l'expectoration induite sont des méthodes de prélèvement couramment utilisées, l'expectoration induite consistant à faire inspirer au sujet un mélange d'air et de fines particules de sérum salé hypertonique entre 3 et 5% pendant dix à vingt minutes environ à l'aide d'un nébuliseur, dans le but d'irriter légèrement les bronches et de produire une sécrétion plus importante de sputum. As an indication, spontaneous expectoration and induced sputum are commonly used sampling methods, induced sputum consisting of inspiring a mixture of air and fine particles of hypertonic saline between 3 and 5% ten to twenty minutes using a nebulizer, with the aim of slightly irritating the bronchi and producing a greater secretion of sputum.
La phase de sputum 3, ou plus simplement « sputum », comprend majoritairement du sputum, c'est-à-dire des sécrétions broncho-pulmonaires. Lorsque le sujet sur lequel est réalisé le prélèvement est atteint d'une maladie entraînant des complications bronchopulmonaires, telles que la BPCO ou la mucoviscidose par exemple, la phase de sputum comprend une phase liquide 5 dans laquelle nagent des bouchons muqueux 6 se présentant sous la forme de granules ou d'amas dont la taille est suffisamment grande pour être visibles à l'œil nu. The phase of sputum 3, or more simply "sputum", mainly comprises sputum, that is to say, bronchopulmonary secretions. When the subject on which the sample is made is suffering from a disease causing bronchopulmonary complications, such as COPD or cystic fibrosis, for example, the sputum phase comprises a liquid phase in which mucous plugs 6 are exposed under the form of granules or clusters whose size is large enough to be visible to the naked eye.
La présence de bouchons muqueux 6 confère au sputum 3 une forte hétérogénéité, ce qui fausse toute mesure de rhéométrie ultérieure de l'échantillon. Le procédé proposé permet de régler ce problème. The presence of mucosal plugs 6 confers on sputum 3 a strong heterogeneity, which distorts any subsequent measurement of rheometry of the sample. The proposed method solves this problem.
A partir d'un échantillon 1 de sputum prélevé sur un sujet sain ou atteint d'une maladie respiratoire, on commence d'abord par séparer le sputum 3 de la salive 2. Pour ce faire, on aspire le sputum 3 à l'aide d'un dispositif de prélèvement, sans aspirer la salive surnageante. L'orifice d'aspiration du dispositif de prélèvement est positionné dans le sputum, en-dessous de la frontière entre le sputum et la salive. On veillera de préférence à positionner l'orifice d'aspiration du dispositif au fond de l'échantillon à la base du sputum, afin de s'assurer que la salive ne soit pas aspirée avec le sputum. Le sputum 3 est ensuite transféré dans son intégralité dans un récipient adapté 10, tel qu'un pot stérile par exemple (Figure 3). From a sample 1 of sputum taken from a healthy subject or suffering from a respiratory disease, sputum 3 is first separated from saliva 2. To do this, sputum 3 is aspirated using of a sampling device, without sucking saliva supernatant. The suction port of the sampling device is positioned in the sputum, below the border between sputum and saliva. It is best to position the suction port of the device at the bottom of the sample at the base of the sputum, to ensure that the saliva is not sucked with the sputum. The sputum 3 is then transferred in its entirety into a suitable container 10, such as a sterile container for example (Figure 3).
Un aspect important de cette étape de prélèvement est d'aspirer les bouchons muqueux 6. En effet, il convient de ne pas simplement prélever la phase liquide 5 de sputum en « triant » les bouchons muqueux (effet lié au pipetage, qui aspire préférentiellement la phase liquide moins consistante), mais bien de prélever le sputum 3 dans son entièreté. An important aspect of this sampling step is to aspirate the mucous plugs 6. In fact, it is advisable not to simply take the liquid phase of sputum by "sorting" the mucous plugs (effect related to pipetting, which aspires preferentially the less consistent liquid phase), but to collect the sputum 3 in its entirety.
On veillera donc dans l'idéal à utiliser un dispositif de prélèvement adapté à ce but, et en particulier un dispositif de la sorte muni d'un orifice d'aspiration dont la taille caractéristique (généralement le diamètre, dans le cas d'un orifice circulaire) est au moins de l'ordre de grandeur de la taille caractéristique des bouchons muqueux afin de permettre le passage des bouchons muqueux au travers de l'orifice d'aspiration. En effet, de par leur nature fortement viscoélastique, les bouchons muqueux ont tendance à rester intègres et à relativement peu se déformer lors de l'aspiration. Si leur taille caractéristique est très supérieure à celle de l'orifice d'aspiration, ils ne sont pas préférentiellement aspirés et sont triés. Ainsi, la proportion de bouchons muqueux dans le sputum transféré par la suite dans le récipient prévu à cet effet est faible et non représentative de celle présente initialement dans l'échantillon prélevé sur le sujet. It will therefore be ideal to use a sampling device adapted to this purpose, and in particular a device of this kind provided with a suction orifice whose characteristic size (generally the diameter, in the case of an orifice circular) is at least of the order of magnitude of the characteristic size of the mucous plugs in order to allow the passage of the mucous plugs through the suction port. Indeed, by their highly viscoelastic nature, mucous plugs tend to remain intact and relatively deformed during aspiration. If their characteristic size is much greater than that of the suction port, they are not preferentially aspirated and are sorted. Thus, the proportion of mucous plugs in the sputum subsequently transferred into the container provided for this purpose is low and not representative of that initially present in the sample taken from the subject.
De manière avantageuse, on utilisera une pipette munie d'un embout à large orifice d'aspiration pour prélever le sputum, et plus particulièrement une pipette à déplacement positif munie d'un embout à large orifice d'aspiration. Advantageously, use will be made of a pipette provided with a nozzle with a large suction port to collect the sputum, and more particularly a positive displacement pipette provided with a nozzle with a large suction orifice.
Une pipette à déplacement positif (non représentée) offre l'avantage de transférer le sputum prélevé avec un minimum de pertes. Une telle pipette est en effet spécialement conçue pour le pipetage des liquides denses et visqueux. Elle comprend un piston en contact direct avec le liquide qui se déplace dans un embout, et l'action d'essuyage positif du piston contre la paroi interne de l'embout empêche qu'une partie du liquide reste collée à celle-ci. Il est en effet nécessaire de réduire au minimum les pertes de sputum lors du traitement de l'échantillon afin de s'assurer de la bonne faisabilité d'une mesure rhéométrique subséquente, notamment dans le cas relativement fréquent où la quantité d'échantillon prélevée sur le sujet est faible et tout juste suffisante pour réaliser la mesure rhéométrique. De plus, dans une pipette traditionnelle, l'aspiration se faisant par dépression créée par le déplacement d'un piston qui n'est pas en contact direct avec l'échantillon, la colonne d'air qui surplombe ledit échantillon peut connaître des variations de volume plus ou moins importantes du fait de sa forte compressibilité. Il en résulte que le volume d'un fluide très consistant aspiré dépend de ses propriétés mécaniques, ce qui peut rendre les pipetages successifs non répétables. Une pipette à déplacement positif s'affranchit de ce problème puisque le piston est directement en contact avec l'échantillon, éliminant ainsi le volume tampon d'air. A positive displacement pipette (not shown) has the advantage of transferring the collected sputum with minimal loss. Such a pipette is specially designed for pipetting dense and viscous liquids. It comprises a piston in direct contact with the liquid that moves in a nozzle, and the positive wiping action of the piston against the inner wall of the nozzle prevents a portion of the liquid remains adhered thereto. It is indeed necessary to minimize the losses of sputum during sample processing in order to ensure the good feasibility of a subsequent rheometric measurement, especially in the relatively frequent case where the amount of sample taken from the subject is weak and just sufficient to achieve the rheometric measurement. Moreover, in a traditional pipette, suction being done by depression created by the displacement of a piston which is not in direct contact with the sample, the air column which overhangs said sample may experience variations of volume more or less important because of its high compressibility. As a result, the volume of a very consistent aspirated fluid depends on its mechanical properties, which can make successive pipetting non-repeatable. A positive displacement pipette eliminates this problem since the piston is in direct contact with the sample, thus eliminating the air buffer volume.
Le sputum débarrassé de la salive est ensuite homogénéisé par agitation au moyen d'un dispositif d'agitation. L'homogénéisation consiste à imposer un cisaillement au sputum, auquel correspond un taux de cisaillement prédéterminé, afin de fractionner les bouchons muqueux. Il en résulte un sputum contenant le liquide de sputum dans lequel se trouvent des fractions de bouchons muqueux bien distribuées dans ledit liquide, et dont la taille est considérablement réduite par rapport à celle des bouchons muqueux dont elles sont issues. Sputum freed from saliva is then homogenized by stirring by means of a stirring device. Homogenization consists in imposing a shear to the sputum, which corresponds to a predetermined shear rate, in order to split the mucous plugs. This results in a sputum containing the sputum fluid in which mucosal plug fractions well distributed in said liquid, and whose size is considerably smaller than that of the mucous plugs from which they are derived, are found.
L'étape d'homogénéisation est réalisée au moyen d'une agitation par vortex. Ce type d'agitation permet d'accroître l'occurrence d'écoulements secondaires efficaces qui permettent une meilleure homogénéisation du sputum comparativement à une agitation au moyen d'autres agitateurs mécaniques (rotatifs ou secoueurs) ou au moyen d'agitateurs magnétiques, et sans nécessiter l'introduction d'un mobile. De plus, l'agitation par vortex offre l'avantage de pouvoir constater visuellement que le sputum est homogénéisé de manière optimale. Plus en détail, une homogénéisation optimale du sputum par vortex se traduit par le fait que le sputum 3 forme un tore dans le récipient 10, ainsi que représenté sur la Figure 3. The homogenization step is carried out by means of vortexing. This type of stirring makes it possible to increase the occurrence of effective secondary flows which allow a better homogenization of the sputum compared to stirring at room temperature. by means of other mechanical agitators (rotary or shaking) or by means of magnetic stirrers, and without requiring the introduction of a mobile. In addition, the vortex agitation offers the advantage of being able to visually ascertain that the sputum is optimally homogenized. In more detail, an optimal homogenization of the sputum by vortex results in the sputum 3 forming a torus in the container 10, as shown in FIG. 3.
Le tore 3 tourne autour de son axe de révolution A, qui correspond à l'axe de révolution du récipient (lequel est perpendiculaire au fond du récipient 10), selon un écoulement dit « écoulement primaire » représenté par la flèche 1 1 dans un plan P1 , et tourne également sur lui-même selon un mouvement transversal (ou méridien) dit « écoulement secondaire » dans un plan P2 sensiblement orthogonal au plan P1 et orienté du centre du tore vers l'extérieur du tore et inversement selon les flèches 12 et 13. The torus 3 rotates about its axis of revolution A, which corresponds to the axis of revolution of the container (which is perpendicular to the bottom of the container 10), according to a flow called "primary flow" represented by the arrow 1 1 in a plane P1, and also rotates on itself in a transverse movement (or meridian) called "secondary flow" in a plane P2 substantially orthogonal to the plane P1 and oriented from the center of the torus outwardly of the torus and inversely according to the arrows 12 and 13.
La présence de l'écoulement secondaire 12, 13 améliore les transferts de masse au sein du sputum 3. Il en résulte alors une meilleure homogénéisation de ce dernier. The presence of the secondary flow 12, 13 improves the mass transfers within the sputum 3. This results in a better homogenization of the latter.
Agiter le sputum par vortex revient à lui imposer un cisaillement, auquel correspond une valeur de taux de cisaillement. Et de manière générale, le taux de cisaillement est également appelé « gradient de vitesse », et permet de mesurer le cisaillement appliqué au sein d'un fluide. Pour un fluide visqueux tel que le sputum, le taux de cisaillement γ' s'exprime en s"1 (seconde inverse) et est relié à la contrainte de cisaillement τ et à la viscosité η du fluide par la relation suivante : τ = η χ γ' . De plus, la contrainte de cisaillement τ correspond à l'application d'une force tangentielle sur une surface de fluide. Shaking the sputum by vortex means shearing it, which corresponds to a value of shear rate. And in general, the shear rate is also called "velocity gradient", and allows to measure the shear applied within a fluid. For a viscous fluid such as sputum, the shear rate γ 'is expressed in s -1 (inverse second) and is related to the shear stress τ and the viscosity η of the fluid by the following relation: τ = η χ γ. Furthermore, the shear stress τ corresponds to applying a tangential force on a fluid surface.
On comprend donc que le taux de cisaillement imposé au sputum dépend de la vitesse d'agitation, des propriétés structurelles du récipient 10 qui contient le sputum (notamment la forme et le volume du récipient), et des propriétés physico-chimiques du sputum (notamment le volume de sputum dans le récipient et ses propriétés viscoélastiques). It is therefore understood that the shear rate imposed on the sputum depends on the stirring speed, the structural properties of the container 10 which contains the sputum (in particular the shape and the volume of the container), and the physico-chemical properties of the sputum (especially the volume of sputum in the container and its viscoelastic properties).
Dès lors, on ajuste la vitesse d'agitation, en tenant compte des propriétés structurelles du récipient et des propriétés physico-chimiques du sputum, jusqu'à l'obtention d'un tore 3. Therefore, the stirring speed is adjusted, taking into account the structural properties of the container and the physico-chemical properties of the sputum, until a torus 3 is obtained.
De manière optionnelle, on peut ensuite continuer de faire varier la vitesse d'agitation de manière à obtenir une gamme de vitesse pour laquelle le sputum forme un tore. Tant que la vitesse d'agitation est choisie de manière à être incluse dans cette gamme, le sputum est homogénéisé de manière optimale. Optionally, the stirring speed can then be further varied to provide a speed range for which the sputum forms a torus. As long as the stirring speed is chosen to be included in this range, the sputum is optimally homogenized.
Lorsque que le tore est formé, l'agitation est réalisée pendant une durée généralement comprise entre 20 secondes et une minute, en particulier une durée voisine de 20 secondes, afin de bien homogénéiser le sputum. When the torus is formed, the stirring is carried out for a period generally of between 20 seconds and a minute, in particular a time of 20 seconds, to properly homogenize the sputum.
On précise que dans certains cas, notamment lorsque l'échantillon est volumineux (plus de 5 ml), il peut être utile de retirer un certain volume de sputum du récipient 10 afin de pouvoir former un tore lorsque sa formation n'a pas lieu à une vitesse d'agitation donnée, et en particulier, lorsque sa formation n'a pas lieu pour l'ensemble des valeurs de vitesse d'agitation de la gamme. It is specified that in certain cases, especially when the sample is bulky (more than 5 ml), it may be useful to remove a certain volume of sputum from the container 10 in order to be able to form a torus when its formation does not take place at a given stirring speed, and in particular when its formation does not take place for all the stirring speed values of the range.
Le récipient 10 dans lequel est transféré et homogénéisé le sputum possède quant à lui une section circulaire et se présente avantageusement sous la forme d'un cylindre. Il est muni d'un fond plat et possède préférentiellement un diamètre compris entre 30 et 55 millimètres au niveau de la zone d'agitation du sputum, et donc de la formation du tore. La présence d'un fond plat (par opposition à un fond conique) permet d'obtenir un écoulement fluide homogène sur la surface du fond, ce qui en fait une caractéristique nécessaire à la formation d'un tore. Un diamètre compris entre 30 et 55 millimètres permet de former un tore à des vitesses d'agitation raisonnables, c'est-à-dire, des vitesses d'agitation qui ne sont pas trop élevées et dans la gamme de vitesse permise par les appareils d'homogénéisation classiques, afin que l'homogénéisation puisse être réalisée dans des conditions d'analyse standards de laboratoire. The container 10 in which is transferred and homogenized the sputum has meanwhile a circular section and is advantageously in the form of a cylinder. It is provided with a flat bottom and preferably has a diameter of between 30 and 55 millimeters at the sputum stirring zone, and therefore the formation of the torus. The presence of a flat bottom (as opposed to a conical bottom) makes it possible to obtain a homogeneous fluid flow on the surface of the bottom, which makes it a characteristic necessary for the formation of a torus. A diameter of between 30 and 55 millimeters makes it possible to form a torus at reasonable stirring speeds, that is to say, stirring speeds which are not too high and within the speed range allowed by the apparatus. conventional homogenization so that homogenization can be performed under standard laboratory analysis conditions.
Ainsi que décrit précédemment, ajuster la vitesse d'agitation du sputum permet d'ajuster le taux de cisaillement. Et agiter le sputum en lui imposant un taux de cisaillement prédéterminé permet de fractionner les bouchons muqueux, d'une part afin que ces derniers aient une taille caractéristique suffisamment faible pour que l'hypothèse des milieux continus détaillée précédemment soit satisfaite lors d'une mesure rhéométrique ultérieure du sputum ainsi homogénéisé, et d'autre part afin que ces derniers soient répartis de manière homogène sur la géométrie de mesure, ce qui garantit la faisabilité, la fiabilité, ainsi que la reproductibilité de la mesure. As previously described, adjusting the stirring speed of the sputum makes it possible to adjust the shear rate. And shaking the sputum by imposing a predetermined shear rate allows to split mucosal plugs, on the one hand so that they have a sufficiently small characteristic size for the assumption of continuous media detailed above is satisfied during a measurement rheometric subsequent sputum and homogenized, and secondly so that they are evenly distributed on the measurement geometry, which ensures the feasibility, reliability and reproducibility of the measurement.
Le taux de cisaillement est préférentiellement ajusté de manière à ce que sa valeur soit inférieure à une valeur critique en dessous de laquelle le sputum, et en particulier ses propriétés viscoélastiques, ne sont pas dégradés. En effet, il est souhaitable que les bouchons muqueux soient fractionnés en vue de permettre une analyse rhéologique ultérieure, tout en s'assurant que le sputum conserve ses propriétés viscoélastiques initiales. Ce faisant, en plus de garantir la faisabilité d'une mesure rhéométrique sur un sputum, le procédé de traitement proposé permet d'obtenir des résultats rhéométriques conformes à l'état du sujet. The shear rate is preferably adjusted so that its value is less than a critical value below which the sputum, and in particular its viscoelastic properties, are not degraded. Indeed, it is desirable that the mucous plugs are fractionated to allow a subsequent rheological analysis, while ensuring that the sputum retains its initial viscoelastic properties. In doing so, in addition to ensuring the feasibility of a rheometric measurement on a sputum, the proposed treatment method achieves rheometric results consistent with the state of the subject.
Pour ce faire, on ajuste la vitesse d'agitation du sputum de sorte que ce dernier forme un tore et que le taux de cisaillement qui lui est imposé soit inférieur à la valeur critique. En détail, on agite le sputum avec une vitesse d'agitation donnée jusqu'à l'obtention d'un tore et on détermine le taux de cisaillement correspondant. Si ce taux de cisaillement est inférieur à la valeur critique, on poursuit le procédé. Sinon, on continue d'ajuster la vitesse d'agitation dans une gamme de vitesse permettant la formation d'un tore, jusqu'à avoir un taux de cisaillement inférieur à la valeur critique. To do this, the stirring speed of the sputum is adjusted so that the sputum forms a torus and the shear rate imposed on it is less than the critical value. In detail, the sputum is agitated with a given stirring speed until a torus is obtained and the corresponding shear rate is determined. If this shear rate is below the critical value, the process is continued. Otherwise, continue adjusting the stirring speed in a speed range allowing the formation of a torus, until a shear rate lower than the critical value.
On choisira de préférence une valeur critique de taux de cisaillement égale à environ 50 s"1. Agiter le sputum en lui imposant un taux de cisaillement égal ou inférieur à cette valeur de 50 s"1 permet d'obtenir une bonne homogénéisation du sputum tout en évitant de le détériorer. Le choix de cette valeur a été fait suite à la réalisation d'essais expérimentaux détaillés dans l'exemple en fin de texte. A critical value of shear rate equal to about 50 s -1 will preferably be chosen. Shaking the sputum by imposing a shear rate equal to or less than this value of 50 s -1 makes it possible to obtain a good homogenization of the sputum. avoiding to damage it. The choice of this value was made following the realization of experimental tests detailed in the example at the end of the text.
On précise également que la valeur critique est déterminante dans l'étape de séparation de la phase de sputum et de la phase de salive décrite précédemment. Lors de la mise en œuvre de l'étape de séparation, le sputum est sujet à un taux de cisaillement qui lui est imposé de fait lors de son prélèvement. On veillera à ce que le sputum soit prélevé et que les deux phases soient ainsi bien séparées tout en s'assurant que le taux de cisaillement du sputum soit inférieur à la valeur critique définie ci-dessus. It is also specified that the critical value is decisive in the step of separating the sputum phase and the saliva phase described above. During the implementation of the separation step, the sputum is subject to a shear rate which is imposed upon it during its sampling. Care should be taken that the sputum is removed and that the two phases are well separated while ensuring that the sputum shear rate is below the critical value defined above.
Obtenir un tore, sans dégrader les propriétés viscoélastiques du sputum résulte donc d'un ajustement judicieux de la vitesse d'agitation, fait en fonction : des propriétés structurelles du récipient qui contient le sputum, des propriétés physico-chimiques du sputum, et du taux de cisaillement dont la valeur doit être inférieure à la valeur critique. Obtaining a torus, without degrading the viscoelastic properties of the sputum, therefore results from a judicious adjustment of the stirring speed, based on: the structural properties of the container which contains the sputum, the physico-chemical properties of the sputum, and the rate shear value whose value must be less than the critical value.
A titre indicatif, pour un récipient dont le volume est de l'ordre de quelques dizaines à quelques centaines de millilitres, on choisira une vitesse d'agitation comprise entre 200 tours par minute et 6000 tours par minute. Par exemple, un volume de 3 millilitres de sputum dans un pot stérile de 40 millilitres et de 12 millimètres de rayon, agité à une vitesse de 4000 tours par minute sur un vortex commercial, est susceptible de subir un taux de cisaillement d'environ 10 s"1. De même, un volume de 3 millilitres de sputum dans un pot stérile de 40 millilitres et de 12 millimètres de rayon, agité à une vitesse de 6000 tours par minute, est susceptible de subir un taux de cisaillement d'environ 15 s"1. On notera que dans les deux cas, la valeur du taux de cisaillement est inférieure à la valeur critique préférentielle de 50 s"1. As an indication, for a container whose volume is of the order of a few tens to a few hundred milliliters, a stirring speed of between 200 rpm and 6000 rpm will be chosen. For example, a volume of 3 milliliters of sputum in a sterile pot of 40 milliliters and 12 millimeters radius, agitated at a speed of 4000 revolutions per minute on a commercial vortex, is likely to undergo a shear rate of about 10 s "1. Similarly, a volume of 3 milliliters of sputum in a sterile container of 40 milliliters and 12 mm radius, stirred at a speed of 6000 revolutions per minute, is capable of undergoing a shear rate of about 15 s "1 . It should be noted that in both cases the value of the shear rate is less than the preferred critical value of 50 s -1 .
Après agitation, on examine visuellement si des bouchons muqueux sont encore présents dans le sputum. Si c'est le cas, on renouvelle l'agitation autant de fois que nécessaire jusqu'à ne plus apercevoir de bouchon muqueux. Sinon, le sputum est suffisamment homogène pour effectuer une mesure rhéométrique. After shaking, it is visually examined whether mucous plugs are still present in the sputum. If this is the case, we renew the agitation as many times as necessary until we no longer see mucous plug. Otherwise, the sputum is sufficiently homogeneous to make a rheometric measurement.
Cet examen visuel est pertinent car l'œil humain est en moyenne capable de détecter une granulosité minimum correspondant à un dixième de millimètre. Par conséquent, si les bouchons muqueux ne sont pas détectables à l'œil nu, cela signifie qu'ils ont été fractionnés en particules dont la taille caractéristique est inférieure à un dixième de millimètre. Le sputum homogénéisé est ensuite transféré dans une cellule de mesure d'un appareil de mesure rhéométrique. On pourra utiliser tout dispositif de prélèvement adapté, tels que ceux utilisés pour l'étape initiale de prélèvement du sputum dans l'échantillon prélevé sur un sujet qui ont été décrits précédemment. On préférera une pipette à déplacement positif muni d'un embout large afin d'une part de limiter les pertes de sputum, et d'autre part de s'assurer que, dans le cas où des bouchons muqueux dont la taille réduite les rendrait non détectables à l'œil nu, ces derniers soient bien transférés dans la cellule de mesure avec le reste du sputum. This visual examination is relevant because the human eye is on average able to detect a minimum granulosity corresponding to a tenth of a millimeter. Therefore, if the mucosal plugs are not detectable to the naked eye, this means that they have been fractionated into particles whose characteristic size is less than one-tenth of a millimeter. The homogenized sputum is then transferred to a measuring cell of a rheometric meter. Any suitable sampling device may be used, such as those used for the initial sputum removal step in the sample taken from a subject that has been previously described. A positive-displacement pipette with a wide mouthpiece will be preferred in order firstly to limit the loss of sputum, and secondly to ensure that, in the case where mucous plugs whose reduced size makes them no detectable to the naked eye, they are well transferred into the measuring cell with the rest of the sputum.
En référence à la Figure 4, on place l'orifice d'aspiration dans le fond du récipient 10 afin de ne pas générer de bulles d'air lors de l'aspiration, et on aspire le sputum 3 afin de remplir une cellule 15 de mesure de l'appareil de mesure rhéométrique, c'est-à-dire afin de remplir l'entrefer 17 de la cellule de mesure. Le volume de l'entrefer 17 correspond au volume compris entre la géométrie haute 16 et la géométrie basse 7 de la cellule 15 de mesure. With reference to FIG. 4, the suction orifice is placed in the bottom of the container 10 in order not to generate air bubbles during aspiration, and the sputum 3 is sucked in order to fill a cell 15 with measuring the rheometric measuring device, that is to say in order to fill the air gap 17 of the measuring cell. The volume of the gap 17 corresponds to the volume between the high geometry 16 and the low geometry 7 of the measuring cell 15.
On prévoira avantageusement un entrefer 17 d'une taille caractéristique de 1 millimètre environ pour la mesure rhéométrique. De ce fait, il y a un facteur égal à dix entre l'entrefer 17 et la taille limite des particules à partir de laquelle ces dernières sont détectables à l'œil nu, et on se trouve en limite empirique haute de l'hypothèse des milieux continus. Advantageously, an air gap 17 with a characteristic size of about 1 millimeter is provided for the rheometric measurement. As a result, there is a factor equal to ten between the air gap 17 and the particle size limit from which the particles are detectable to the naked eye, and we are at the upper empirical limit of the hypothesis of continuous environments.
Le sputum 3 est injecté dans la cellule 15 de mesure, dans une région donnée de cette dernière en fonction du type de cellule. Par exemple, le sputum est injecté au centre de la cellule pour une cellule de type « plan-plan » ou « cône-plan », et au fond de la cellule pour des cellules de type « couette ». On veillera à ce que le sputum soit réparti dans la cellule de manière régulière, et à ne pas créer de bulles d'air lors de l'injection, afin de ne pas fausser la mesure. Sputum 3 is injected into the measurement cell in a given region of the cell depending on the type of cell. For example, the sputum is injected at the center of the cell for a "plane-plane" or "cone-plane" type cell, and at the bottom of the cell for "duvet" type cells. It should be ensured that the sputum is evenly distributed in the cell, and not creating air bubbles during the injection, so as not to distort the measurement.
Lorsque le volume de sputum 3 injecté correspond au volume de la cellule 15, le sputum 3 occupe tout le volume de l'entrefer 17 et sa périphérie est au droit de la géométrie haute 16 et de la géométrie basse 7 de la cellule. When the volume of sputum 3 injected corresponds to the volume of the cell 15, the sputum 3 occupies the entire volume of the air gap 17 and its periphery is at the right of the high geometry 16 and the low geometry 7 of the cell.
Lorsqu'une quantité trop importante de sputum a été injectée dans la cellule de mesure, la périphérie du sputum dépasse à l'extérieur de la géométrie haute et de la géométrie basse de la cellule. On peut dans ce cas procéder à un ébavurage, qui consiste à racler la périphérie du sputum avec une spatule afin de mieux répartir le sputum au sein de la cellule. When too much sputum has been injected into the measuring cell, the periphery of the sputum protrudes outside the high geometry and low geometry of the cell. In this case it is possible to deburr, which consists of scraping the periphery of the sputum with a spatula in order to better distribute the sputum within the cell.
En référence à la Figure 5, le sputum homogène se présente sous la forme d'un liquide 5 dans lequel nagent des fractions de bouchons muqueux de très faible taille devant celle des bouchons muqueux desquels elles proviennent. Le sputum 3 s'étend alors de manière homogène sur l'ensemble de la géométrie basse 7 de la cellule 15 de mesure, et en particulier dans la zone périphérique 18, permettant ainsi une mesure rhéométrique précise et répétable du sputum. With reference to FIG. 5, the homogeneous sputum is in the form of a liquid in which mucosal plug fractions of very small size swim in front of that of the mucous plugs from which they originate. The sputum 3 then extends homogeneously over the whole of the low geometry 7 of the measuring cell 15, and particularly in the peripheral zone 18, thus allowing a precise and repeatable rheometric measurement of the sputum.
EXEMPLE EXAMPLE
Evolution du module viscoélastique du sputum en fonction du taux de cisaillement et détermination de la valeur critique du taux de cisaillement. Evolution of the viscoelastic modulus of the sputum as a function of the shear rate and determination of the critical value of the shear rate.
Les essais présentés ci-après ont été réalisés afin de déterminer une valeur critique de cisaillement au-dessus de laquelle les propriétés viscoélastiques du sputum risquent d'être détériorées. Pour ce faire, on a mesuré le module viscoélastique de cinq échantillons de sputum, qui ont été préalablement séparés de la salive et homogénéisés conformément au procédé décrit précédemment, avant et après l'application de contraintes de cisaillement. The tests presented below were conducted to determine a critical shear value above which the viscoelastic properties of the sputum are likely to be deteriorated. To do this, the viscoelastic module of five sputum samples, which were previously separated from the saliva and homogenized according to the method described above, was measured before and after the application of shear stresses.
Les cinq échantillons sont chacun placés dans une cellule de mesure d'un rhéomètre de type « DHR3 » commercialisé par la société « TA INSTRUMENTS », la cellule étant de type plan-plan rugueux de 25 millimètres de diamètre. La cellule est maintenue à environ 37°C ± 0,5°C grâce à un élément Peltier. The five samples are each placed in a measuring cell of a "DHR3" type rheometer marketed by the company "TA INSTRUMENTS", the cell being of rough plan-plane type 25 millimeters in diameter. The cell is maintained at approximately 37 ° C. ± 0.5 ° C. thanks to a Peltier element.
Par la suite, on réalise pour chacun des cinq échantillons les étapes successives suivantes : Subsequently, for each of the five samples, the following successive steps are carried out:
- on mesure en oscillation le module viscoélastique de l'échantillon, the oscillation module of the sample is measured in oscillation,
- on applique un taux de cisaillement de 0,43 s"1 à l'échantillon, a shear rate of 0.43 s -1 is applied to the sample,
- on mesure en oscillation le module viscoélastique de l'échantillon, the oscillation module of the sample is measured in oscillation,
- on applique un taux de cisaillement de 4,3 s"1 à l'échantillon, a shear rate of 4.3 s -1 is applied to the sample,
- on mesure en oscillation le module viscoélastique de l'échantillon, the oscillation module of the sample is measured in oscillation,
- on applique un taux de cisaillement de 43 s"1 à l'échantillon, a shear rate of 43 s -1 is applied to the sample,
- on mesure en oscillation le module viscoélastique de l'échantillon. the viscoelastic module of the sample is measured in oscillation.
Le module viscoélastique mesuré précédemment pour différentes valeurs de cisaillement imposées s'écrit selon l'expression suivante : G = G' + iG" dans laquelle : The viscoelastic module measured previously for different imposed shear values is written according to the following expression: G = G '+ iG "in which:
- G' représente la partie réelle de G, et caractérise le comportement élastique de l'échantillon. G' est généralement désigné en tant que module de conservation ; - G 'represents the real part of G, and characterizes the elastic behavior of the sample. G 'is generally designated as a preservation module;
G" représente la partie imaginaire de G, et caractérise le comportement visqueux de l'échantillon. G" est généralement désigné en tant que module de perte ou module de dissipation. G "represents the imaginary part of G, and characterizes the viscous behavior of the sample G" is generally referred to as a loss module or dissipation module.
Les résultats des mesures du module viscoélastique de l'échantillon en fonction du taux de cisaillement imposé sont représentés par le graphique de la Figure 6. A chaque valeur de taux de cisaillement correspond une valeur du module de conservation G' et une valeur du module de perte G". Les valeurs de G' et G" sont les valeurs moyennes obtenues pour les cinq échantillons. The results of the measurements of the viscoelastic module of the sample as a function of the imposed shear rate are represented by the graph of FIG. 6. Each value of shear rate corresponds to a value of the conservation modulus G 'and a value of Loss modulus G "The values of G 'and G" are the average values obtained for the five samples.
Nous faisons l'hypothèse qu'il y a détérioration par le cisaillement des propriétés viscoélastiques de l'échantillon lorsque le module de conservation G' diminue en-dessous de sa valeur de référence obtenue avant tout cisaillement (0 s"1), avec un écart supérieur ou égal à 10% de ladite valeur de référence, après un cisaillement. La valeur de 10% correspond à la précision estimée de la mesure en rhéométrie. We hypothesize that there is shear deterioration of the viscoelastic properties of the sample when the conservation modulus G 'decreases below its reference value obtained before any shear (0 s "1 ), with a deviation greater than or equal to 10% of said reference value after shear The value of 10% corresponds to the estimated accuracy of the measurement in rheometry.
D'après les résultats obtenus, on constate que le module de conservation G' passe d'environ 23 Pa pour un taux de cisaillement de 0 s"1 à environ 21 ,5 Pa pour un taux de cisaillement de 0,43 s"1 , soit une diminution d'environ 6,5% par rapport à la valeur de référence de 23 Pa à 0 s"1 , qui est inférieure à 10%. From the results obtained, it is found that the conservation modulus G 'goes from about 23 Pa for a shear rate of 0 s -1 to about 21.5 Pa for a shear rate of 0.43 s -1 a decrease of about 6.5% compared to the reference value of 23 Pa at 0 s -1 , which is less than 10%.
De plus, le module de conservation G' augmente à environ 30 Pa pour un taux de cisaillement de 4,3 s"1 , et environ 25 Pa pour un taux de cisaillement de 4,3 s"1 , par rapport à la valeur de référence de 23 Pa à 0 s"1. In addition, the conservation modulus G 'increases to about 30 Pa for a shear rate of 4.3 s -1 , and about 25 Pa for a shear rate of 4.3 s -1 , compared to the value of reference of 23 Pa at 0 s "1 .
Ainsi, il n'y a pas de diminution de G' ou de G" de plus de 10% de la valeur de référence de 23 Pa à 0 s" . Thus, there is no decrease of G 'or G "by more than 10% of the reference value of 23 Pa to 0 s " .
Par conséquent, un taux de cisaillement allant jusqu'à 43 s"1 ne dégrade pas les propriétés viscoélastiques de l'échantillon. Therefore, a shear rate of up to 43 s -1 does not degrade the viscoelastic properties of the sample.
Pour observer le comportement de l'échantillon à un cisaillement plus important, on place un unique échantillon dans une cellule de mesure d'un rhéomètre, la cellule étant de type plan-plan rugueux de 25 millimètres de diamètre. La cellule est maintenue à environ 37°C ± 0,5°C grâce à un élément Peltier. Ces conditions de mesures correspondent à celles des cinq échantillons du protocole précédent. To observe the behavior of the sample at greater shear, a single sample is placed in a measuring cell of a rheometer, the cell being of the rough planar plane type of 25 millimeters in diameter. The cell is maintained at approximately 37 ° C. ± 0.5 ° C. thanks to a Peltier element. These measurement conditions correspond to those of the five samples of the previous protocol.
On réalise pour cet unique échantillon les étapes successives suivantes : For this single sample, the following successive steps are carried out:
- on mesure en oscillation le module viscoélastique de l'échantillon, the oscillation module of the sample is measured in oscillation,
- on applique un taux de cisaillement de 1 s"1 à l'échantillon, a shear rate of 1 s -1 is applied to the sample,
- on mesure en oscillation le module viscoélastique de l'échantillon, the oscillation module of the sample is measured in oscillation,
- on applique un taux de cisaillement de 10 s"1 à l'échantillon, a shear rate of 10 s -1 is applied to the sample,
- on mesure en oscillation le module viscoélastique de l'échantillon, the oscillation module of the sample is measured in oscillation,
- on applique un taux de cisaillement de 100 s"1 à l'échantillon, a shear rate of 100 s -1 is applied to the sample,
- on mesure en oscillation le module viscoélastique de l'échantillon. the viscoelastic module of the sample is measured in oscillation.
Les résultats des mesures du module viscoélastique de l'échantillon en fonction du taux de cisaillement imposé sont représentés par le graphique de la Figure 7. The results of the measurements of the viscoelastic module of the sample as a function of the imposed shear rate are represented by the graph of FIG. 7.
D'après les résultats obtenus, on constate que le module de conservation G' augmente entre 0 s"1 et 10 s"1, passant d'environ 6,3 Pa pour un taux de cisaillement de 0 s"1 à environ 7,5 Pa pour un taux de cisaillement de 1 s"1 , puis à environ 9,5 Pa pour un taux de cisaillement de 10 s"1. From the results obtained, it can be seen that the conservation modulus G 'increases between 0 s -1 and 10 s -1 , from approximately 6.3 Pa for a shear rate of from 0 s -1 to approximately 7.5 Pa for a shear rate of 1 s -1 , then about 9.5 Pa for a shear rate of 10 s -1 .
En revanche, le module de conservation G' diminue fortement entre 10 s"1 et 100 s"1, passant d'environ 9,5 Pa pour un taux de cisaillement de 10 s"1 à environ 5,2 Pa pour un taux de cisaillement de 100 s"1 , soit une diminution d'environ 17,5% par rapport à la valeur de référence de 6.3 à 0 s"1 qui est supérieure à 10%. On the other hand, the conservation modulus G 'strongly decreases between 10 s -1 and 100 s -1 , from approximately 9.5 Pa for a shear rate of 10 s -1 to approximately 5.2 Pa for a shear rate of 100 s -1 , a decrease of about 17.5% from the reference value of 6.3 to 0 s -1 which is greater than 10%.
Ainsi, un taux de cisaillement de 100 s"1 dégrade les propriétés viscoélastiques de l'échantillon. Thus, a shear rate of 100 s -1 degrades the viscoelastic properties of the sample.
Par conséquent, la valeur critique de taux de cisaillement au-delà de laquelle les propriétés viscoélastiques de l'échantillon sont dégradées se situe entre 43 s"1 et 100 s"1. Compte-tenu de la valeur élevée du module de conservation G' à 10 s"1 et de l'écart important entre les valeurs de taux de cisaillement de 10 s"1 et 100 s"1, on considère qu'une valeur de taux de cisaillement d'environ 50 s"1 correspond à une valeur critique à ne pas dépasser pour ne pas dégrader les propriétés viscoélastiques de l'échantillon de sputum pendant l'homogénéisation. Therefore, the critical value of shear rate beyond which the viscoelastic properties of the sample are degraded is between 43 s -1 and 100 s -1 . Given the high value of the conservation modulus G 'at 10 s "1 and the large difference between the shear rate values of 10 s " 1 and 100 s "1 , it is considered that a rate value Shear rate of about 50 s -1 corresponds to a critical value not to be exceeded in order not to degrade the viscoelastic properties of the sputum sample during homogenization.
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· WO 94/10567 · WO 94/10567
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