СПОСОБ ОПЕРАТИВНОЙ ДИАГНОСТИКИ И СКРИНИНГА ОБЩЕГО И ОРГАННОГО ГОМЕОСТАЗА ЧЕЛОВЕКА
METHOD FOR RAPID DIAGNOSIS AND SCREENING OF GENERAL AND ORGAN HUMAN HOMEOSTASIS

Изобретение относится к медицине, а именно к высокочувствительным способам оперативной диагностики и скрининга общего и органного гомеостаза человека на основе исследования наноструктур крови и лимфы с использованием лазерной корреляционной спектроскопии, и может быть использовано при лечении хронических, медленно развивающихся заболеваний и заболеваний, характеризующихся сменой периодов обострения и ремиссии, связанных с нарушением обмена веществ (липидного, углеводного, белкового), которое зависит от сохранности функции транспортных систем организма человека, а также в качестве критерия динамического показателя течения заболеваний или моделирования (модификации) жидкостных биологических сред (ЖБС) организма методами эфферентной терапии, в частности, при очищении крови и лимфы от патологических примесей.
Человеческий организм представляет собой сложный комплекс коллоидных систем в их постоянном динамическом взаимодействии. Каждая клетка организма, любая ткань, жидкостная биологическая среда являются коллоидными (дисперсными) системами. Состояние гомеостаза организма в целом (общий гомеостаз), как и состояние гомеостаза отдельных его органов и систем (органный гомеостаз), находятся в прямой зависимости от функционирования взаимосвязанных коллоидных систем.
Гомеостаз - динамическое постоянство внутренней среды и устойчивость основных физиологических функций организма. Важная роль в поддержании гомеостаза отводится транспортным средам организма. Основными из них являются кровь, лимфа, интерстициальная жидкость. В норме они осуществляют доставку к клеткам и тканям веществ пластического и энергетического назначения, гормонов, витаминов, ферментов, кислорода и удаляют из тканей продукты клеточного метаболизма, углекислый газ, попавшие в организм инородные вещества. Газы переносятся форменными элементами (эритроцитами) или в растворенном виде. Все остальные вещества в виде молекул и макромолекул растворены в плазме крови, лимфоплазме, интерстициальной жидкости, которые по своим физико-химическим свойствам относятся к дисперсным системам, тесно связаны между собой и в процессе циркуляции в организме обмениваются своими компонентами.
Существенной характеристикой функционирования биологических коллоидных систем, как и любых дисперсных систем, является их устойчивость к сохранению агрегатного состояния. Изменение pH (водородного показателя) среды, увеличение количества растворенных частиц, увеличение размеров частиц (дисперсности) могут понизить устойчивость этих систем к агрегации, а в биологических средах это отражается на ухудшении их транспортной функции.
Возникновение любого заболевания, любого патологического очага в организме немедленно сказывается на состоянии дисперсных систем всех тканей, поскольку все они объединены основными транспортными системами - ЖБС (кровь, лимфа, интерстициальная жидкость).
Если рассматривать любое заболевание, острое или хроническое (кроме нарушений психической сферы), как результат длительного взаимодействия макроорганизма с патологическим очагом любой природы, то повреждающее действие последнего, в первую очередь, отражается на транспортных средах организма. В них из патологического очага попадают токсины, цитокины и хемокины, гормоны и другие биологически активные вещества, бактерии и продукты распада клеток. Они изменяют физико-химические свойства дисперсных систем, а значит, и транспортные возможности ЖБС. Особенно остро неадекватность транспортной функции ЖБС сказывается на уровне микроциркуляторного русла, вследствие чего в интерстициальном пространстве тканей скапливается большое количество токсинов, биологически активных веществ, микробов. Из-за этого усиливается эффекторное действие токсинов на клетки-мишени и органы-мишени, что способствует еще большему нарушению микроциркуляции. Клинически это проявляется нарушениями гомеостаза организма человека. Все это приводит к тому, что изменения в дисперсных системах ЖБС нередко наступают раньше, чем манифестирует само заболевание или его обострение. Учитывая высокую чувствительность основных параметров устойчивости дисперсных систем к агрегации, целесообразно их использовать в медицинской практике в качестве критериев для выявления лиц, нуждающихся в углубленном медицинском обследовании. Среди этих параметров (дзета-потенциал, электромиграционная подвижность частиц дисперсной фазы, пиковые значения размерных факторов частиц дисперсной фазы) наиболее удобным и простым для использования является дзета-потенциал (ζ), градуированная величина которого позволяет судить о степени устойчивости дисперсных систем к агрегации. Этот критерий, по мнению авторов, найдет широкое применение в качестве динамического показателя течения заболевания или моделирования ЖБС, в частности при очищении крови и лимфы от патологических примесей.
Известны диапазоны значений дзета-потенциала, характеризующие устойчивость к агрегации любых дисперсных систем, в том числе биологической природы, а также научные публикации, посвященные исследованиям электрокинетических свойств различных биологических объектов [1-3].
Однако способов и методов, обеспечивающих получение результатов сравнительных исследований электрокинетических и размерных факторов основных дисперсных систем организма человека - крови и лимфы в норме и при различных патологиях в существующем информационном пространстве нет.
Известен, например, способ контроля физиологического состояния человека, включающий измерение скорости оседания эритроцитов (СОЭ) во времени, при этом измеряется время прохождения границей эритроциты-плазма заранее выбранных отрезков, а контроль физиологического состояния обследуемого осуществляют по времени до начала колебаний СОЭ, по частоте колебаний СОЭ, по максимальному значению СОЭ за время измерений и продолжительности периода колебаний [4].
Данный способ контроля физиологического состояния человека проводится на основе только одного показателя, а именно на измерении скорости оседания эритроцитов, выбираемого для контроля течения патологического процесса и характеристики общего состояния больного. Квалифицированный анализ такой информации кропотлив, требует достаточно длительного времени и недешев. Субъективная составляющая в оценках границ нормы и выборе определяющего (основного) показателя велика, и зачастую может приводить к ошибкам и выбору неправильной стратегии лечения. Квалификация и опыт медицинских работников являются, при этом, определяющими.
Авторами предлагается новый способ оперативной диагностики общего или органного гомеостаза организма человека, основанный на исследованиях электрокинетических и агрегативных параметров плазмы крови и лимфоплазмы посредством техники лазерной корреляционной спектроскопии. Эти параметры позволяют на первой стадии диагностики интегрально оценить состояние здоровья человека, при этом речь не идет о диагностики конкретной патологии и места ее локализации, а способ согласно настоящему изобретению нацелен на обнаружение отклонений электрокинетических и агрегативных параметров жидкостных сред организма (плазмы крови, лимфы, интерстициальной жидкости и пр.) от их нормальных значений, свойственных здоровому человеку. При наличии таких отклонений потребуется вторая стадия диагностики - традиционная, с привлечением различных медицинских методов, идентифицирующих патологию, место и степень ее развития.
Техническим результатом заявленного изобретения является возможность диагностики состояния общего и/или органного гомеостаза организма человека как следствие системных нарушений микроциркуляции в организме. Указанный выше положительный технический результат был достигнут за счет совокупности существенных признаков предлагаемого способа оперативной диагностики и скрининга гомеостаза человека, представленной в нижеследующей формуле изобретения способа исследования нарушений системной микроциркуляции в организме человека на основе исследования наноструктур крови и/или лимфы с использованием техники лазерной корреляционной спектроскопии, заключающийся в том, что сначала отбирают объем крови из вены или артерии и/или лимфы из лимфатических сосудов или лимфоузлов, затем отделяют форменные элементы крови и/или лимфы путем центрифугирования или фильтрации, получая образцы плазмы крови и/или лимфоплазмы, предназначенные для последующего их исследования, измеряют дзета-потенциал и размерные факторы наночастиц дисперсной фазы плазмы крови и/или лимфоплазмы посредством анализаторов лазерной корреляционной спектроскопии или измеряют только дзета-потенциал плазмы крови и/или лимфоплазмы без параллельного измерения параметров, характеризующих размеры наночастиц дисперсных фаз жидкостных биологических сред, изучают значения дзета-потенциала в милливольтах и значения размерных факторов наночастиц дисперсной фазы плазмы крови и/или лимфоплазмы, сопоставляя полученные значения дзета-потенциала и значения размерных факторов наночастиц дисперсных фаз плазмы крови и/или лимфоплазмы человека с их нормальными значениями в пределах допустимых отклонений, причем при обнаружении отклонений дзета-потенциала от нормативных показателей проводят диагностику организма в амбулаторных или стационарных условиях с целью выявления патологии, степени ее выраженности и локализации, при этом у человека среднего возраста в нормальных физиологических условиях, натощак дзета-потенциал со значениями ζ≤-35 мВ свидетельствует о высоких потенциальных возможностях транспортных сред организма и отсутствии системных нарушений микроциркуляции, дзета-потенциал со значениями -35 мВ <ζ≤-27 мВ свидетельствует о нормальном (здоровом) состоянии транспортных сред организма, дзета-потенциал со значениями -27 мВ <ζ≤-10 мВ свидетельствует о пограничном состоянии транспортных сред организма, требующим уточнения причины, вызвавшей такие значения дзета-потенциала, а дзета-потенциал в интервале -10 мВ <ζ≤+5 мВ свидетельствует о системных нарушениях микроциркуляции.
Основанием к патентованию заявляемого способа оперативной диагностики и скрининга общего и органного гомеостаза человека является многолетний опыт исследований физико-химических свойств крови и лимфы в норме и патологии с помощью анализаторов размеров частиц, спектрометров динамического и статического рассеяния света, биохимических анализаторов и другого передового научного оборудования. Исследования выполнялись авторами изобретения на клинической базе 3-го Центрального военного клинического госпиталя имени А.А. Вишневского (3 ЦВКГ им. Вишневского) с использованием научно-технического потенциала МГУ им. М.В. Ломоносова и НИИ Физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского.
Заявляемый способ диагностики (исследования) интенсивности микроциркуляторных процессов в организме или отдельных его системах, отражающей состояние общего и/или органного гомеостаза, состоит из последовательности четырех этапов: 1) получение (сбор) определенного объема (не более 1-2 мл) крови и(или) лимфы из лимфатических сосудов или лимфоузлов в результате проколов или специальных медицинских операций; 2) отделение форменных элементов крови и(или) лимфы традиционными методами (центрифугирование, фильтрация) с целью получения плазмы крови и(или) лимфоплазмы для последующего исследования; 3) измерение дзета-потенциала и размерных наночастиц дисперсной фазы плазмы крови и(или) лимфоплазмы с применением анализаторов лазерной корреляционной спектроскопии (Wallis, ZetaPALS, Zetatrac, Zetasizer, Photocor и др.), при этом можно проводить измерение только дзета-потенциала плазмы крови и/или лимфоплазмы без параллельного измерения параметров, характеризующих размеры наночастиц дисперсных фаз ЖБ. Эти параметры являются второстепенными факторами, зависящими от величины дзета-потенциала и косвенно подтверждающими тенденции в изменении коллоидных свойств дисперсных систем человека; 4) сопоставление полученных значений дзета-потенциала и размерных факторов наночастиц дисперсных фаз плазмы крови и(или) лимфоплазмы человека с нормальными значениями в пределах допустимых отклонений.
При обнаружении отклонений дзета-потенциала от нормативных показателей необходимо провести тщательную диагностику организма в амбулаторных или стационарных условиях с целью обнаружения патологии, степени ее выраженности и локализации.
Дзета-потенциал со значениями ζ≤-35 мВ свидетельствует о высоких потенциальных возможностях транспортных сред организма и отсутствии нарушений микроциркуляции (на фиг. 1 интервал 1). Такие показатели дзета-потенциала можно наблюдать у молодых, здоровых, физически тренированных людей. После интенсивной восстановительной терапии или проведения детоксикации ЖБС (сорбция, фильтрация) их дзета-потенциал может достигать (-50)-(-70) мВ.
У здорового человека среднего возраста в физиологических условиях, натощак дзета-потенциал плазмы крови или лимфоплазмы находится в диапазоне -35 мВ <ζ≤-27 мВ (на фиг. 1 интервал 2).
Интервал -27 мВ <ζ≤-10 мВ (на фиг. 1 интервал 3) является пограничным, требующим уточнения причины, вызвавшей такие значения дзета-потенциала. Он может быть обусловлен обильной едой, сильным переутомлением, обезвоживанием или большой физической нагрузкой.
Дзета-потенциал в интервале -10 мВ<ζ≤+5 мВ (на фиг. 1 интервал 4) свидетельствует об очень низкой устойчивости дисперсных систем ЖБС к агрегации и выраженных нарушениях их транспортной функции, которые имеют место при стойких нарушениях микроциркуляции, органного или системного гомеостаза.
В Таблице 1 приводятся интервалы значений дзета-потенциала, по которым определяется статус гомеостаза человека.
Ниже в Таблице 2 представлены диапазоны значений дзета-потенциала, характеризующие степень устойчивости к агрегации любых дисперсных систем, в том числе биологической природы.
Из сравнения Таблиц 1 и 2 видно полное соответствие данных, полученных авторами настоящего изобретения в экспериментальной работе с жидкостными биологическими средами и данными для произвольных коллоидных систем.
Значения дзета-потенциала могут широко использоваться в процессе модификации жидкостных биологических сред (крови, лимфы) при проведении эфферентной терапии.
Высокая чувствительность этого показателя гарантирует необходимую степень очищения жидкостных биологических сред от любых патологических примесей. Кроме того, измерение дзета-потенциала более экономично, чем определение различных примесей биохимическими методами.
Для измерения дзета-потенциала использовался метод динамического рассеяния света в конфигурации лазерного допплеровского анемометра (ЛДА), используемого для измерения скоростей потоков жидкости и газа.
Для измерения заряда наночастиц в исследуемый образец помещается пара электродов, на которые подается постоянное напряжение. Частицы (наночастицы) в образце будут двигаться к электроду противоположного заряда с определенной скоростью. Скорость движения частиц измеряется с помощью лазерного допплеровского анемометра. В режиме измерения скорости в спектре рассеянного света появляется компонента, смещенная относительно несущей частоты на величину допплеровской частоты, которая пропорциональна скорости движущихся частиц.
Ниже приводится пример, показывающий возможности предлагаемого способа к процессу оценки статуса гомеостаза человека.
2
Больной Ч., 53 лет, поступил в 3 ЦВКГ им. А.А. Вишневского по неотложным показаниям с тяжелой гипергликемической комой и сразу помещен в реанимационное отделение (сахар в крови 32 ммоль/л, ацетон и сахар в моче). В 2012 г. у больного диагностирован метаболический синдром (масса тела 138 кг, индекс массы тела (ИМТ) -44,6 кг/м, АД 179-185/95-115 мм рт. ст., общий холестерин (ОХС) - 8,3-9,5).
В результате интенсивной комплексной медикаментозной терапии, проведения 4-х процедур высокообъемного дискретного плазмафареза достигнута некоторая положительная динамика, однако сколько-нибудь существенно корригировать течение сахарного диабета II степени не удалось.
Учитывая более высокую эффективность проведения эфферентной терапии (ЭТ) с использованием лимфы в ликвидации микроциркуляторных нарушений, больному 31.08.2012 г. выполнена операция - хроническое канюлирование грудного протока (ГП), катеризация внутренней яремной вены. Общий объем полученной и обработанной за один курс лимфы составил 41800 мл. Лимфафарез проводили на рефрижераторной центрифуге Sigma 6-16 K при частоте 2400 об/мин в течение 20 мин при температуре +4°C. Инфузионная терапия осуществлялась с коррекцией водно-электролитного и белкового балансов под контролем клинических и биохимических анализов крови.
В результате проведенного лечения достигнут стабильный положительный эффект со снижением уровня сахара в крови до 4,5-5,5 ммоль/л без приема препаратов гипогликемического действия, нормализацией АД до 125-135/80-90 мм рт. ст. и содержания общего холестерина до 4,5 ммоль/л без приема гипотензивных и гиполипидемических препаратов. Масса тела уменьшилась на 13 кг.
Измерения электрокинетических и структурных параметров дисперсных фаз образцов лимфоплазмы проводились с использованием анализатора серии Zetasizer Nano компании Malvern Instruments (Великобритания).
Динамика показателей дзета-потенциала в процессе проведения эфферентной терапии с использованием лимфы представлена в виде Таблицы 3 и графиков на фиг. 2 и 3.
Первый столбец таблицы - порядковый номер образца. Второй столбец - дата взятия лимфы из ГП пациента. Третий и четвертый столбцы - среднее значение дзета-потенциала образца лимфоплазмы и ширина дискреты измерения. Параметры проводимости и электрофоретической подвижности даны, соответственно, в столбцах 5-7.
На фиг. 2 показаны распределения дзета-потенциала дисперсных фаз образцов лимфоплазмы. Каждая кривая соответствует образцу, номер которого указан рядом слева от кривой. Кривая для каждого образца представляет собой распределения дзета-потенциала в зависимости от размера (диаметра) частиц фазы лимфоплазмы.
Пиковые значения дзета-потенциала в зависимости от порядкового номера образца показаны в виде гистограммы на фиг. 2.
Распределения по размерам (диаметру) частиц дисперсных фаз образцов лимфоплазмы показаны на графиках фиг. 4. Каждая кривая соответствует образцу, номер которого указан над кривой. По оси абсцисс в логарифмическом масштабе откладывается диаметр гипотетической частицы шарообразной формы. По оси ординат откладывается в условных единицах размерный критерий «Объем» (Volume), характеризующий распределения объемов частиц различного диаметра.
Динамика изменения дзета-потенциала имеет, как видно из фиг. 2 и 3, квазициклический вид. Наибольшие амплитудные значения по абсолютной величине  наблюдались в периоды интенсивного проведения эфферентной терапии (образцы 3 и 4; 9-11). К концу курса лечения абсолютные значения дзета-потенциал стабилизировались на уровне 27,4-30,0 мВ, которые соответствуют достаточным транспортным возможностям дисперсных систем ЖБС на момент исследования. При поступлении абсолютное значение дзета-потенциала не превышало 16 мВ.
Из сравнения графиков на фиг. 1, 2 и 3 видна согласованность изменения значений дзета-потенциала и размеров частиц дисперсных фаз образцов лимфоплазмы. Видно, что в начальный период лечения с 25.04 по 01.05 наблюдается выброс в лимфу относительно крупных частиц: наиболее представительными по численности являются частицы с размерами от 60 до 100 нм. Наблюдается также увеличение частиц с более крупными размерами от 100 до 300 нм.
Дальнейший период лечения с 02.05 до 14.05 имеет квазициклический характер изменения контролируемых параметров. Окончание цикла лечения характеризуется преобладанием частиц с размерами 16-20 нм и заметным снижением числа частиц с более крупными размерами. Пиковые значения численностей наиболее представительных частиц и графиков средних размеров практически совпадают и соответствуют 16-20 нм.
Нижеследующие примеры демонстрируют связь величины дзета-потенциала с уровнем накопления молекул средней массы (МСМ) в крови, отражающим патологические сдвиги гомеостаза человека.
Больной С., 54 лет, поступил в госпиталь 14.06.2012 г. через одни сутки после перфорации язвы антрального отдела желудка с клиникой общего гнойного перитонита.
При поступлении содержание МСМ в крови составило 0,780 у.е. (условных единиц), что соответствует высокому уровню токсемии (фиг. 4). Абсолютное значение ζ-потенциала оказалось равным 9 мВ (фиг. 5).
В день поступления больной оперирован (иссечена язва с ушиванием раны желудка, произведена правосторонняя стволовая ваготомия). В послеоперационном периоде проводилось комплексное лечение перитонита. Выписан на 10 день после операции. Данная демонстрация - случай раннего и полного удаления первичного источника эндогенной интоксикации до развития осложнений.
Больной М., 73 лет, поступил в госпиталь 16.02.2013 г. по поводу рака нисходящего отдела ободочной кишки.
12 лет назад перенес правостороннюю нефрэктомию по поводу рака, после чего диагностирована хроническая почечная недостаточность I-II ст. Последние 5 лет страдал ХИБС и сердечной недостаточностью II ФК. 19.02.2013 г. произведена левосторонняя гемиколэктомия с наложением аппаратного трансверзо-сигмоанастомоза. 23.02.2013 г. выявлена несостоятельность швов анастомоза с каловым перитонитом. Причина перитонита устранена выполнением операции Гартмана. Проводилось комплексное лечение перитонита. Дальнейшее течение осложнилось развитием сначала печеночно-почечной недостаточности, а затем нарастанием сердечно-сосудистой недостаточности, которая послужила причиной смерти больного.
Обращает внимание тот факт, что после ликвидации источников эндогенной интоксикации изменение ζ-потенциала в плазме крови имело депрессивный характер (они обусловлены сердечно-сосудистой недостаточностью). Это подтверждает универсальный интегрирующий характер значений ζ-потенциала как показателя, весьма чувствительного к разнообразным изменениям дисперсных систем ЖБС (фиг. 6).
Основной областью применения предлагаемого способа оперативной диагностики и скрининга общего и органного гомеостаза человека на основе исследования наноструктур крови и/или лимфы с использованием лазерной корреляционной спектроскопии будет являться практическое здравоохранение, включая такие важные и социально-значимые направления, как хирургия, терапия, кардиология, эндокринология, неврология, онкология, токсикология, наркология.
Источники информации
1. «Zeta Potential of Colloids in Water and Waste Water» ASTM Standard D 4187-82, American Society for Testing and Materials, 1985.
2. Greenwood, R; Kendall, K (1999). «Selection of suitable for aqueous suspensions of zirconia and titania powders using acoustophoresis». Journal of the European Ceramic Society 19 (4): 479-488. http://dx.-doi.org/10.1016/SO955-2219(98)0020808.
2
3. Hanaor, D.A.H.; Michelazzi, M.; Leonelli, C; Sorrell, C.C. (2012) «The effects of carboxylic acids on the aqueous dispersion and electrophoretic deposition of ZrO». Journal of the European Ceramic Society 32(1):235-244. http://dx.-doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc-2211.08.015.
4. Описание изобретения к патенту РФ №2103672 «Способ контроля физиологического состояния человека (варианты)». G01N 15/05. Заявлено 28.11.1996, опубл. 27.01.1998.
5. Описание изобретения к патенту РФ №2209414 «Анализатор скорости оседания эритроцитов». G01N 15/05, G01N 33/49. Заявлено 14.09.2001, опубл. 27.07.2003.
6. Описание изобретения к патенту РФ №2183827 «Устройство для определения скорости оседания эритроцитов». G01N 15/05. Заявлено 26.05.2000, опубл. 20.06.2002.