СИСТЕМА ЛАБОРАТОРНОЙ ДИАГНОСТИКИ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО СТРЕССА

2
2
Полезная модель относится к медицине, а именно к лабораторной диагностике дисбаланса в системе прооксиданты-антиоксиданты при свободно-радикальной патологии (в т.ч. острых и хронических воспалительных заболеваниях, метаболических заболеваниях, опухолевых заболеваниях, травмах и повреждениях) и может быть использована для регистрации параметров люминол-зависимой HО-индуцированной хемилюминесценции.
Хемилюминесценцией (ХЛ) называется выделение квантов света в процессе протекания химических реакций. Она характерна для реакций, сопровождающихся выделением достаточно большого количества энергии (например, реакций с участием радикалов). Регистрация ХЛ осуществляется хемилюминометрами и хемилюминотестерами. Однако, на современном уровне развития техники регистрация собственной ХЛ химических реакций затруднена в связи с ее низкой интенсивностью и недостаточной чувствительностью приборов. Для преодоления этого ограничения используют активаторы ХЛ (люминол, люцигенин), значительно усиливающие световой выход реакции.
В настоящее время достаточно широкое распространение получило изучение ХЛ, возникающей при внесении в среду, содержащую биологический субстрат и активатор, индуктора свободнорадикальных процессов (перекиси водорода). Такого рода исследования проводятся с целью определения сдвигов прооксидантно-антиоксидантных систем организма и выбора способов их коррекции.
Основным препятствием для широкого внедрения методов ХЛ в клиническую практику является высокая стоимость хемилюминометров,
позволяющих изучать все показатели ХЛ (быстрая вспышка, площадь, их отношение). Как правило, такие приборы коммутируют с электронно-вычислительными машинами (ЭВМ) через встроенный аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) и используют программные продукты, поставляемые производителем прибора. Существуют хемилюминотестеры, предназначенные для определения только быстрой вспышки ХЛ и не предназначенные для коммутации с ЭВМ. В некоторых случаях такие приборы имеют аналоговый выход для приблизительной регистрации динамики течения процесса. Хемилюминотестеры не позволяют с достаточной достоверностью изучать состояние прооксидантно-антиоксидантных систем организма. Однако их низкая стоимость определяет интерес, проявляемый к ним клинико-диагностическими и экспериментальными лабораториями.
Таким образом, создание аппаратно-программного комплекса (АПК), включающего комплектующие устройства с низкой стоимостью, способных достоверно определять все показатели ХЛ, представляется экономически целесообразным.
Известна система лабораторной диагностики дисбаланса в системе прооксиданты-антиоксиданты, основанная на методе хемилюминесценции и включающая PC-управляемый 36-канальный «Chemiluminometer 3604» [Пухов К.И. Автоматизированный хемилюминесцентный мониторинг функциональной активности клеток белой крови. // Молекулярно-клеточные механизмы иммунной регуляции гомеостаза и проблемы математического моделирования. - Красноярск: ИФ СО АН СССР, 1990. - С.97-98], который сопряжен с ЭВМ через встроенный АЦП, работающий под управлением программного обеспечения (ПО), поставляемого фирмой-производителем.
Система имеет следующие недостатки: а) выявление ограниченного количества параметров: амплитуды и площади хемилюминесценции;
б) затруднения при анализе дополнительных параметров ХЛ, не предусмотренных фирмой-производителем прибора; в) невозможность быстрой замены АЦП при его поломке.
За ближайший аналог принята система лабораторной диагностики дисбаланса в системе прооксиданты-антиоксиданты, основанная на измерении максимальной амплитуды быстрой вспышки индуцированной люминол-зависимой ХЛ на «Хемилюминотестере ЛТ-1» [Павлюченко И.И., Дынько Ю.В., Басов А.А., Федосов С.Р. Интегральные показатели эндогенной интоксикации и окислительного стресса у больных с почечной недостаточностью. // Нефрология и диализ. - 2003. - Т.5, №1 (1), с.28-32] производства СП «ХОРОС» (г.Ростов-на-Дону) по методике НИИБИ.
Система имеет следующие недостатки: а) предусмотрена возможность автоматического определения только одного параметра - максимальной амплитуды быстрой вспышки ХЛ; б) второй доступный параметр - площадь быстрой вспышки ХЛ - определяется косвенным путем (запись на бумажный носитель через электрокардиограф и последующий ручной расчет), что делает методику трудоемкой и крайне неточной.
Задачи: определение дополнительных параметров ХЛ (площадь, отношение амплитуды к площади, характеристика линии тренда), повышение точности измерения стандартных и дополнительных параметров ХЛ, облегчение интегрирования системы с ПО сторонних производителей, расширение информационных возможностей системы.
Система для диагностики окислительного стресса, содержащая «Хемилюминотестер ЛТ-1», напряжение на аналоговом выходе которого является мерой излученных биологическим образцом квантов света, отличается тем, что система после «Хемилюминотестера ЛТ-1» последовательно снабжена аналогово-цифровым преобразователем, трансформирующим напряжение тока на выходе прибора в цифровое
представление, электронно-вычислительной машиной с «Программой регистрации сигналов хемилюминотестера ЛТ-1», принимающей цифровые сигналы аналогово-цифрового преобразователя, и с программой «Microsoft Excel», позволяющей проводить определение максимальной амплитуды хемилюминесценции, площади хемилюминесценции, отношения максимальной амплитуды к площади хемилюминесценции, а также рассчитывать параметры линии тренда фигуративной линии графика хемилюминесценции.
Техническим результатом полезной модели является создание АПК, который позволяет определять с повышенной точностью параметры ХЛ, определение которых «Хемилюминотестер ЛТ-1» невозможно (площадь, отношение быстрой вспышки к площади, характеристика линии тренда). Описываемый АПК может применяться как для изучения всех вышеозначенных показателей ХЛ, так и для определения максимальной амплитуды быстрой вспышки ХЛ при массовом скрининговом обследовании. Получаемые результаты работы АПК выявляют сдвиги в прооксидантно-антиоксидантной системе и позволяют выбирать/корректировать лекарственную терапию. Повышение технических результатов достигается регистрацией динамики течения процесса ХЛ, использованием АЦП высокой точности, математической и статистической обработкой данных на ЭВМ, гибкостью используемого ПО и простотой передачи данных в ПО сторонних производителей.
Полезная модель схематически изображена на фиг.1 и фиг.2, где:
1 - «Хемилюминотестер ЛТ-1» производства НПО «Люмин» г.Ростов-на-Дону, способный регистрировать вспышку люминол-активированной хемилюминесценции в диапазоне от 300 до 600 нм с точностью не ниже 1-5%, в зависимости от участка шкалы.
2 - Аналогово-цифровой преобразователь на основе интегральной микросхемы ADS 1286 производства Texas Instruments Inc. [Гель П. Как
превратить персональный компьютер в измерительный комплекс. М.: ДМК, 2001], имеющий следующие характеристики: разрешение 12 бит, частота дискретизации 20 кГц, входной напряжение 0-5 В, точность не ниже 1%, коммутация с ЭВМ через последовательный порт.
3 - IBM PC-совместимая ЭВМ, имеющая последовательный порт и работающая под управлением Microsoft Windows 95-98 или Millennium.
4 - Программа для ЭВМ «Программа регистрации сигналов хемилюминотестера ЛТ-1», принимающая массив данных с установленной частотой дискретизации, а также предоставляющая возможность копирования и сохранения всего массива зарегистрированных данных. Программой располагает кафедра фундаментальной и клинической биологической химии Кубанского государственного медицинского университета. Контактные данные: 350063, г.Краснодар, ул.Седина, д.4, КГМУ, проф. И.И.Павлюченко. Тел. (861) 261-25-50.
5 - Программа для ЭВМ «Microsoft Excel» (Microsoft Inc., 1985-2003), позволяющей проводить определение максимальной амплитуды хемилюминесценции, площади хемилюминесценции, отношения максимальной амплитуды к площади хемилюминесценции, а также рассчитывать параметры линии тренда графика хемилюминесценции.
Предлагаемая полезная модель функционирует следующим образом (см. фиг.2):
2
2
max
а) после инициации люминол-зависимой НO-индуцированной хемилюминесценции «Хемилюминотестер ЛТ-1» отражает на табло значение максимального значения вспышки (I) и выводит на аналоговый выход значение мощности вспышки в каждый момент времени (в диапазоне от 0 до 10 В);
б) подключенный к «Хемилюминотестеру ЛТ-1» АЦП переводит аналоговый сигнал в цифровую форму и передает через последовательный порт в ЭВМ;
в) «Программа регистрации сигналов хемилюминотестера ЛТ-1» производит регистрацию спектра хемилюминесценции с момента инициации и до окончания указанного временного интервала с желаемой частотой дискретизации;
г) расчет параметров вспышки хемилюминесценции производится в программе «Microsoft Excel» путем переноса полученных ранее данных через буфер обмена.
Система апробирована на 30 больных базовых клинических отделений, в том числе хирургических, терапевтических, комбустиологических, эндокринологических. Примеры (см. приложение). Больные П., 70 лет (история болезни №36578), и Б., 52 лет (история болезни №36243) поступили в отделение гнойно-септической хирургии Краевой клинической больницы №1 г.Краснодара 22.09.2005 и 21.09.2005 соответственно. При поступлении установлен диагноз: «Синдром диабетической стопы. Флегмона стопы». По клиническим признакам состояние больного П. намного тяжелее состояния больной Б. Проведенное изучение показателя максимальной амплитуды быстрой вспышки ХЛ на «Хемилюминотестере ЛТ-1» показало, что этот показатель у больной Б. (0,364) на 10% больше, чем у больного П. (0,331). Для уточнения состояния прооксидантно-антиоксидантной системы у больных проведено исследование ХЛ с использованием описываемого АПК. Установлено, что несмотря на схожие показатели быстрой вспышки ХЛ, площади ХЛ значительно различаются (фиг.3, фиг.4). Так, у больной Б. площадь под фигуративной линией графика ХЛ составила 44,44, а у больного П. - 74,01. Т.е. этот показатель ХЛ у больного П. на 66,5% больше, чем у больной Б. Полученные результаты подтверждены классическим методом определения продуктов оксидативной модификации биомолекул (реакцией с тиобарбитуровой кислотой [Leonarduzzi G., Arkan M.C., Basaga H., Chiarpotto E. // Free Radical. Biol.
Med., 2000, 28, 1370-1378]). Тиобарбитуровое число эритроцитов у больного П. (0,805) превысило аналогичный показатель у больного П. (0,474) на 69,8%. С учетом собранных данных назначена индивидуализированная антиоксидантная терапия. Таким образом, описываемый АПК позволяет определять состояние антиоксидантно-прооксидантного равновесия организма с достаточной достоверностью.
Использование предлагаемого аппаратно-программного комплекса позволяет получить следующий эффект:
- расширение функциональности «Хемилюминотестера ЛТ-1» за счет появления возможности наблюдения за динамикой процесса ХЛ (определение максимальной амплитуды хемилюминесценции, площади хемилюминесценции, отношение максимальной амплитуды к площади хемилюминесценции, параметры линии тренда кривой графика хемилюминесценции);
- точность проводимых измерений за счет использования компонентов АЦП, точность которых превышает наихудшую точность элементов АПК («Хемилюминотестер ЛТ-1»).