Метод определения показателей структур фации сыворотки крови: обоснование использования в биомедицинских исследованиях

С.А. Максимов

Кемеровская государственная медицинская академия,

г. Кемерово

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СТРУКТУР ФАЦИИ СЫВОРОТКИ КРОВИ: ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В БИОМЕДИЦИНСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

В статье рассмотрен ряд проблем, возникающих при анализе структурной организации твердой фазы биологических жидкостей, в частности, сыворотки крови. Предложен метод определения количественных значений параметров основных структур, предварительно опробованный на образцах фации сыворотки крови здоровых людей и лиц с гепатитом и сахарным диабетом.

Ключевые слова: фация сыворотки крови, методы диагностики, гепатит, сахарный диабет.

In article a number of the problems arising at the analysis of the structural organization of a solid phase of biological liquids and, in particular, of whey of blood is considered. The method of definition of quantitative values of parameters of the basic structures, preliminary tested on samples of facies of whey of blood of healthy people and persons with a hepatites and a diabetes is offered.

Key words: facia of whey of blood, methods of diagnostics, hepatitis, diabetes.

При рассмотрении биологической жидкости в качестве системы, причем системы интегральной, зачастую объединяющей множественность различий удаленных друг от друга органов и тканей организма в единое целое, можно предположить наличие в такой системе определенных взаимосвязей между различными ее компонентами. Однако подавляющее большинство применяемых клинико-лабораторных методов диагностики предполагает лишь оценку параметров отдельных компонентов крови. Это не дает возможности провести интегральный анализ их взаимоотношений, что, собственно говоря, и характеризует биологическую жидкость как интегральную систему.

Главное отличие биологической жидкости, в плане диагностики, от других систем организма заключается в фазовых состояниях. Если твердое фазовое состояние большинства систем организма предполагает наличие определенной структуры и организации, что позволяет применять определенные методы интегральной диагностики, то биологическая жидкость, являясь коллоидным раствором, лишена in vivo данных свойств. Перевод биологической жидкости из не-

устойчивого (жидкого) состояния в устойчивое (твердое) путем дегидратации при определенных стандартных условиях позволяет изучать ее в качестве системы, имеющей характерную структуру и организацию, которые зависят, в первую очередь, от качественно-количественного состава и наличия/отсутствия патологических связей между компонентами [1].

Анализ растворенных веществ, переведенных в твердую фазу путем дегидратации, привлек внимание исследователей еще в 1804 г., когда Ловицем Т.Е. были предложены методы качественного определения химических веществ по их кристаллографическим признакам [2]. Принцип основывался на способности кристаллообразующего вещества изменять нормальное образование кристаллов при добавлении его в кристаллообразующий раствор. В 1950-60 гг. в МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского начали использовать тезиографические методы анализа биологических жидкостей при исследовании возможных дополнительных диагностических критериев у лиц с эндокринной и аллергической патологией, заболеваниями ЦНС, новообразованиями различной локализации и т.д. [3, 4]. В настоящее время данные ме-

ОУШщит .. э

в Кузбассе |№ 3 2007 41

тоды весьма активно применяются при исследовании слезной жидкости [5] и слюны при различной патологии [6], а также в гигиенических исследованиях [7, 8].

С конца 80-х годов Раписом Е.Г. и др. выполнен ряд исследований по механизмам формирования и особенностям структуризации высыхающей пленки белка или биологической жидкости при дегидратации без добавления кристаллообразующего вещества [9, 10]. С середины 90-х годов, под руководством Шабалина В.Н. и Шатохиной С.Н., обосновавших метод клиновидной дегидратации, данное направление исследования биологических жидкостей начало использоваться в биомедицинских исследованиях [11].

Суть методики состоит в следующем. На обезжиренное предметное стекло, расположенное строго горизонтально, наносится капля биологической жидкости объемом 0,01-0,02 мл. При данном объеме задаются необходимые параметры: угол кривизны поверхности капли составляет 25-30°, диаметр капли составляет 5-7 мм, средняя толщина — около 1 мм. В течение 18-24 часов, при температуре 20-25°С и относительной влажности воздуха 65-70 % образец высушивается и микроскопируется. В процессе дегидратации наблюдается ряд процессов [12], приводящих к формированию фации (высушенная капля биологической жидкости) с определенной структурой [13], зависящей от вида биологической жидкости. При использовании в качестве образца сыворотки крови в фации выделяют «отдельности», формирующиеся за счет растрескивания высыхающей пленки белка и образующие характерный рисунок — «ромашку». В отдельностях формируются «ядра» или «конкреции», предположительно образованные солями (рис. 1). Кроме данных основных структур, могут также наблюдаться дополнительные — бляшки, морщины, ковры Серпиньского и языки Арнольда.

На основании сопоставления характеристик основных и дополнительных структур фаций сыворотки крови у здоровых лиц и при различной патологии возможна разработка достаточно адекватных клинико-диагностических и прогностических критериев, что подтверждается многочисленными исследованиями [14, 15, 16]. Тем не менее, имеются определенные недостатки существующих подходов к анализу структурообразования фации, в частности, используется лишь феноменологическое описание анализируемых структур типа «вид патологии — наблюдаемые структуры», что значительно снижает ценность оценки. Подобный подход обладает двумя весомыми минусами: высокая степень субъективизма при оценке типа фации, а также сложность определения степени и активности предполагаемых нарушений вследствие отсутствия точной количественной оценки.

С другой стороны, разрабатываются подходы к математическому анализу фаций, позволяющие применять статистические методы исследования по отдельным показателям: длина, толщина, угол отклонения трещин и такие обобщенные показатели, как индексы деструкции, релаксации и нарушений [17]. Данный подход лишен вышеупомянутых недостатков,

Рисунок 1

Фация сыворотки крови человека. Ув. в 6 раз

однако, на наш взгляд, более интересен, перспективен, а также проще в исполнении анализ не самих трещин, а формируемых ими структур. Кроме того, необходимо упомянуть о том, что, хотя метод клиновидной дегидратации используется в исследовательских работах уже более 10 лет, тем не менее, не предложены количественные показатели даже основных выделяемых структур фации сыворотки крови — отдельностей и конкреций.

Целью настоящего исследования явилась разработка оригинальных алгоритмов анализа основных структур фации сыворотки крови (в перспективе — и других биологических жидкостей), предполагающих для получения количественных характеристик применение компьютерных графических редакторов (Photoshop, Canvas X и др.) [18].

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Первоначально изучаемая фация разграничивается на составные части (рис. 2). Из предполагаемого центра фации определяется минимальная окружность, радиус которой соответствует наименьшему расстоянию от центра капли до края фации. Радиус данной минимальной окружности является первым, основополагающим, от которого далее ведется дальнейшее построение. Откладывая от 1-го радиуса под определенным углом последующие радиусы, получаем окружность, разделенную на несколько составных частей. Откладывая из центра фации окружности, равные по радиусу долям первоначально отложенной минимальной, т.е. 1/5, 1/3, 1/4, 2/3 и т.д., получаем строго определенную систему разделения фации на составные части, количество которых может варьировать.

Мп о ОПП7 СУпбскщиш

42 3 2007 в Кузбассе

Рисунок 2

Схема построения окружностей и радиусов в графическом редакторе

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

В ходе исследований мы остановились на использовании в качестве разграничительных элементов 2-х окружностей, соответствующих 0,9 и 0,5 минимальной окружности и на 3-х радиусах, откладываемых под углом 120° друг от друга. Полученное разделение фации позволило проводить определение размеров, площадей, количества отдельностей и конкреций на пересечении радиусов с окружностями. При этом, на каждом пересечении измерялись показатели 2-х отдельностей и 2-х конкреций, таким образом, по каждому исследуемому показателю проводилось 6 замеров, что составляет 35-80 % от общего числа. Симметричное расположение пересечений гарантирует случайное и, в то же время, равномерное распределение искомых показателей, средние значения которых будут соответствовать действительным [19]. Построение радиусов и окружностей позволяет определять значения, отражающие такие особенности структуры, как изменяемость показателя по мере удаления от центра к краю фации и др.

Из анализа публикаций следует, что наиболее интересными для исследования показателями являются площадь основных структур и симметричность их расположения по отношению друг к другу. На основании этого мы предложили использование ряда показателей, на наш взгляд, наиболее полно отражающих данные характеристики. Как видно из таблицы, основными группами показателей, определяемых по нашему методу, являются:

а) площадь ^) и, соответственно, количество (Ю

отдельностей;

б) площадь конкреций (V);

в) угол отклонения отдельности от предполагаемого радиуса (A);

г) симметричность расположения отдельностей (Sim);

д) размеры фации (R);

е) соотношение площадей отдельностей и конкреций (S/V).

Причем, по большинству групп показателей вычисляются значения на двух, различных по расстоянию от центра, участках фации, соответствующих

0,5 и 0,9 минимального радиуса. Кроме того, высчитываются средние значения показателя, их соотношение в зависимости от удаленности от центра фации, а также разброс значений показателя, то есть его дисперсия.

По данному алгоритму проведен анализ особенностей основных структур фаций сыворотки крови здоровых лиц, а также больных гепатитом и сахарным диабетом [20, 21]. Так, обнаружены различия по площади и количеству отдельностей, а также по распределению данных показателей от центра к периферии фации в зависимости от типа сахарного диабета, его тяжести и активности, количества сопутствующих осложнений. Кроме того, показано, что эффективная терапия приводит к ряду характерных изменений структуры фации, в частности, к снижению площади отдельностей, как суммарной, так и на различном расстоянии от центра фации. При этом, снижение площади отдельности по разному выражено в зависимости от расстояния от центра фации, что обуславливает изменение соотношения данных показателей. Увеличиваются связанные с площадью показатели количества отдельностей, кроме того, наблюдается снижение площади самой фации.

Полученные предварительные результаты позволяют утверждать о потенциальной возможности ис-

О&СЭициш м з -,ПП7

в Кузбассе № 3 ZUU/

Таблица

Показатели, используемые при анализе фации

Показатели

1. Sa, Sb, So, Va, Vb, Vo

2. Ssd,Vsd

3. So/sd, Vo/sd

4. Sab и Vab, Sa/b и Va/b

5. Aa, Ab, Ao

6. SimA, SimB, SimO

7. Rmin, Rmed

8. Na, Nb, No, Na/Nb

9. S/Va, S/Vb, S/Vo, S/Vsd

Единица

измерения

Значение

мкм2 усл. ед. усл. ед.

градусы

баллы

мкм

усл. ед.

Площадь отдельностей (S) и конкреций (V), удаленных от центра фации на расстояние 0,5 Rmin (Sa и Va), 0,9 Rmin (Sb и Vb) и средние значения (So и Vo). Разброс значений площадей S и V, являются стандартным отклонением So или Vo. Отношение So к Ssd (Vo к Vsd).

Sab и Vab - кратность большего S и V на меньшее. Sa/b и Va/b - кратность Sa на Sb

(Va на Vb), учитывают направленность соотношения.

Угол отклонения радиального вектора отдельности от радиуса на расстояние 0,5 Rmin (Aa), 0,9 Rmin (Ab) и средние значения (Ao).

Симметричность расположения отдельностей на расстояние 0,5 Rmin (SimA), 0,9 Rmin (SimB) и средние значения (SimO).

Минимальный радиус (Rmin) от центра до края фации и средний (Rmed), являющийся средним всех радиусов.

Количество S на расстоянии 0,5 Rmin (Na), 0,9 Rmin (Nb) и средние значения (No). Na/Nb - соотношение Na к Nb.

Соотношение площадей S и V на расстоянии 0,5 Rmin (S/Va), 0,9 Rmin (S/Vb) и

средние значения (S/Vo). S/Vsd - кратность Ssd к Vsd.

пользования данного метода в исследовательских работах и при дифференциальной диагностике. Кроме того, рассматриваются возможности использования данных алгоритмов анализа основных структур сыворотки крови для определения общего состояния здоровья индивидуумов.

ВЫВОДЫ:

1. Используемые в настоящее время методы анализа основных и дополнительных структур фаций биологических жидкостей обладают рядом недос-

ЛИТЕРАТУРА:

татков, основным из которых является невозможность получения точной количественной оценки.

2. Предложен метод анализа основных структур фаций сыворотки крови, предполагающий разделение в графических редакторах образца на составные части и вычисление точных количественных значений.

3. Предварительные результаты применения данного метода на фациях сыворотки крови здоровых людей и лиц с различной патологией позволяют утверждать о потенциальной возможности его использования в исследовательских работах и при дифференциальной диагностике.

1. Шабалин, В.Н. Морфология биологических жидкостей в клинической лабораторной диагностике /Шабалин В.Н., Шатохина С.Н. //Клиническая лабораторная диагностика. -2002. - № 3. - С. 25-32.

2. Шабалин, В.Н. К истории кристаллографических исследований в медицине /Шабалин

В.Н., Шатохина С.Н., Шумский В.М. //Кристаллографические исследования в медицине. - М., 1997. - С. 7-11.

3. Сазонов, А.М. Кристаллографический метод исследования в медицине /Сазонов А.М., Мороз Л.А., Каликштейн Д.Б. //Советская медицина. - 1985. - № 6. - С. 27-33.

4. Применение метода кристаллических налетов в диагностике некоторых патологических процессов /Теодор И.Л., Мороз Л.А., Каликштейн Д.Б. и др. //Лабораторное дело. -1985. - № 5. - С. 295-298.

5. Ченцова, О.Б. Кристаллографический метод исследования слезной жидкости в диагностике некоторых заболеваний глаз /Ченцова О.Б., Прошина О.И., Маркушева Л.И. //Вестник офтальмологии. - 1990. - Т. 106, № 2. - С. 44-47.

6. Стурова, Т.М. Особенности кристаллизации слюны при заболеваниях органов пищеварения /Т.М. Стурова: Автореф. дис. ... канд. мед. наук. - М., 2003. - 20 с.

7. Максимов, С.А. Взаимосвязь темпов старения и показателей кристаллизации слюны рабочих на химическом производстве //Актуальные проблемы биологии /Максимов С.А. -Томск, 2004. - Т. 3, № 1. - С. 147-148.

8. Гурьянова, Н.О. Особенности кристаллизации слюны работающих при различных режимах труда /Гурьянова Н.О. //Проблемы гигиены и эпидемиологии в Сибири. - Кемерово, 2003. - С. 21.

мп э опт СууЩщта

44 №- 3 2007 в Кузбассе

9. Рапис, Е.Г. Образование упорядоченной структуры при высыхании пленки белка /Ра-пис Е.Г. //Письма в ЖТФ. - 1988. - Т. 14, № 17. - С. 1560-1564.

10. Белок и соль: пространственно-временные события в высыхающей капле /Яхно Т.А., Яхно В.Г., Санин А.Г. и др. //Журнал технической физики. - 2004. - Т. 74, Вып. 8. -С. 100-108.

11. Шабалин, В.Н. Аутогенные ритмы и самоорганизация биологических жидкостей /Шабалин В.Н., Шатохина С.Н. //Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. -1996. - № 10. - С. 364-371.

12. Тарасевич, Ю.Ю. Механизмы и модели дегидратационной самоорганизации биологических жидкостей /Тарасевич Ю.Ю. //Успехи физических наук. - 2004. - Т. 174, № 7. -С. 779-790.

13. Шабалин, В.Н. Принципы аутоволновой самоорганизации биологических жидкостей /Шабалин В.Н., Шатохина С.Н. //Вестник РАМН. - 2000. - № 3. - С. 45-49.

14. Борсуков, А.В. Эхография и метод клиновидной дегидратации в диагностике осложненного течения хронического калькулезного холецистита /Борсуков А.В., Маринич Т.В. //Ультразвуковая и функциональная диагностика. - 2005. - № 2. - С. 15-16.

15. Леканова, С.С. Структурная организация сыворотки крови при профессиональной патологии органов дыхания /Леканова С.С., Лихачева Е.И., Халевина С.Н. и др. //Медицина труда и промышленная экология. - 2004. - № 6. - С. 35-39.

16. Особенности липидного обмена и кристаллографических показателей биологических жидкостей при сахарном диабете у беременных /Трубникова Л.И., Албутова М.Л., Кузнецова Т.В. и др. //Акушерство и гинекология. - 2004. - № 6. - С. 14-18.

17. Математический анализ структур твердой фазы биологических жидкостей /Бузоверя М.Э.,

Сельченков В.Л., Сельченкова Н.И. и др. //Геронтология и гериатрия. Вып. 1. - М., 2001. -

С. 55-60.

18. Максимов, С.А. Алгоритмы анализа структур фаций биологических жидкостей /Максимов С.А. //Вестник новых медицинских технологий. - 2007. - Т. XIV, № 1. - С. 115-116.

19. Максимов, С.А. Поиск оптимального количества замеров при морфологической оценке твердой фазы капли крови /Максимов С.А., Куреляк Д.С. //Європейська наука XXI століття: стратегія і перспективи розвитку - 2006. Т. 2. Географія та геологія. Екологія. -Дніпропетровськ, 2006. - С. 27-30.

20. Благовещенская, О.П. Эффективность лечения больных сахарным диабетом и показатели структуры фации сыворотки крови /Благовещенская О.П., Максимов С.А. //Актуальные проблемы научных исследований-2007. Т. 8. Медицина. - Днепропетровск, 2007. - С. 17-19.

21. Максимов, С.А. Некоторые характеристики отдельности фации сыворотки крови /Максимов С.А., Куреляк Д.С. //Bulletin of the International Scenic Surgkal Assodation. -2006. - Vol. 1, N 3. - P. 63-64.

УЧЕНЫЕ ВЫЯСНИЛИ, КАК НЕДОСТАТОК ВИТАМИНОВ В9 И С ВРЕДИТ ЗРЕНИЮ Обнаружено негативное влияние аминокислоты гомоцистеина на зрение. Ученые из медицинского колледжа Джорджии показали отрицательное действие высокого уровня аминокислоты на сосуды и клетки сетчатки.

Уровень гомоцистеина поднимается в крови в ответ на падение концентраций фолиевой и аскорбиновой кислот, возникающего при недостатке потребления этих витаминов (В9 и С, соответственно). Раньше для него уже было показано пагубное влияние на клетки миокарда.

В эксперименте на мышах клеточный биолог Сильвия Смит продемонстрировала развитие дистрофии сетчатки и пагубное действие упомянутой аминокислоты на клетки сетчатки. Детальный механизм действия ученые планируют исследовать после получения двухмилионного гранта от Национального института здоровья.

Источник: Gazeta.ru

ОУШщит .. э

вКуэбассе |№ 3 2007 45