CC BY
61
МЕДИЦИНСКИЕ НАУКИ
УДК 616.31-008.8
Д.М. Король
д-р мед. наук, профессор, заведующий кафедрой пропедевтики ортопедической стоматологии, ВГУЗ «Украинская медицинская стоматологическая академия», г. Полтава e-mail: [email protected]
Р.В. Козак
канд. мед. наук, доцент, кафедра пропедевтики ортопедической стоматологии, ВГУЗ «Украинская медицинская стоматологическая
академия», г. Полтава Ю.Л. Коробейникова
аспирант,
кафедра пропедевтики ортопедической стоматологии, ВГУЗ «Украинская медицинская стоматологическая
академия», г. Полтава
ФРАКТАЛЬНОСТЬ КРИСТАЛЛОГРАФИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИИ НАТИВНОЙ РОТОВОЙ ЖИДКОСТИ
Аннотация. Учитывая фрактальную природу кристаллов ротовой жидкости, авторы статьи предложили числовую оценку четырех кристаллографических морфотипов при помощи инструментов программного пакета ImageJ в группе пациентов молодого возраста. Полученные данные свидетельствуют о высокой диагностической информативности числовой характеристики кристаллографического рисунка смешанной слюны. Ключевые слова: ротовая жидкость, кристаллография, фрактальность, микроскопия.
D.M. Korol, Ukrainian Medical Stomatological Academy, Poltava R.V. Kozak, Ukrainian Medical Stomatological Academy, Poltava Yu.L. Korobeinikova, Ukrainian Medical Stomatological Academy, Poltava FRACTALITY OF CRYSTALLOGRAPHIC IMAGES OF NATIVE ORAL FLUID
Abstract. The authors have suggested the numerical evaluation of four crystallographic morphotypes in younger patients using the software package ImageJ and taking into consideration the fractal nature of oral liquid crystals. The received data prove high diagnostic informative potential of numerical characteristics of crystallographic pattern of mixed saliva.
Keywords: oral fluid, crystallography, fractality, microscopy.
Использование в качестве диагностического инструмента цифровой микроскопии открыло широчайшие возможности для детального изучения процессов, происходящих в организме человека, используя инструменты компьютерной обработки изображения. Все чаще в качестве диагностического материала в биологических и медицинских исследованиях используются биологические жидкости, свойства которых в большей или меньшей мере могут служить индикаторами различных функциональных изменений в общей системе организма [1, с. 26].
Научные публикации последних десятилетий демонстрируют возможности использования в качестве диагностических маркеров мочи, сыворотки крови, спермы, спинномозговой жидкости, пота, слезной жидкости, а также слюны и ротовой жидкости. В современной биологии и медицине используют три разновидности кристаллографического метода исследования: поляризационным, тезиографическии" метод с применением гидрата хлорида меди (СиС12 х 2Н2О) и выветривание кристаллических налетов солеи" ЫаС! [7, с. 3].
Введение
Особый интерес стоматологов к диагностическим возможностям смешанной слюны и ротовой жидкости вполне объясним, поскольку трудно найти менее инвазивный и более доступный лабораторный материал в необходимых количествах. Однако, если оставить за рамками биохимические методы изучения ротовой жидкости, процесс ее кристаллообразования остается малоизученным, а характеристики изменения кристаллографических структур, встречающиеся в литературе, носят исключительно описательный характер и не могут эффективно использоваться в доказательной стоматологической диагностике.
Проблема заключается в колоссальной вариабельности и сложности кристаллических структур, образующихся в процессе дегидратации. Авторами не раз предпринимались попытки систематизировать многообразие наблюдаемых кристаллических структур, идентифицируя их по морфологическим признакам. К таким признакам можно отнести: величину кристаллов, их диаметр, наличие или отсутствие кристаллов первого и второго порядков, одинаковость ширины кристаллического ствола на всем протяжении, угол кристаллических ответвлений, форму окончаний кристаллов. Замысловатый поликристаллический рисунок в поле зрения при этом описывался как «ветки папоротника», «заросли хвоща», «множественные кресты» и т.п. Однако, при всей образности описания, такая характеристика является относительной, условной и неприменимой в рамках доказательной медицины.
Актуальность
На сегодняшний день анализ кристаллограмм в стоматологии ограничивается описанием тезиографического рисунка, с детализацией особенностей его основных элементов. При этом сделаны попытки систематизировать основные морфотипы кристаллов, выделив 5 вариантов их строения и локализации. Учитывая вышесказанное, нами была поставлена цель: изучить показатель фрактальности (й) кристаллограмм нативной ротовой жидкости людей молодого возраста при различных вариантах кристаллографического рисунка.
Анализ научной литературы позволил сделать вывод о предпринимающихся попытках упростить морфологический анализ сложного кристаллического рисунка путем внедрения математических паттернов и создания алгоритмов автоматизированного расчета, однако суть этих методик, инструменты их практической реализации, а главное - их результаты остаются за рамками публикаций [6, с. 55; 8, с. 11].
Фрактальность, т.е. способность биологических жидкостей образовывать кристаллические структуры, известна достаточно давно [9, с. 17]. Явление фрактальности, сформулированное в свое время Бенуа Мандельбротом, в одинаковой степени характерно для живой и неживой природы. Внешне беспорядочные и хаотичные структуры на самом деле подчинены правилу масштабной инвариантности (самоподобие в широком диапазоне масштабов). Дробное числовое значение фрактальной размерности соответствует степени заполнения пространства самоподобными [5, с. 4].
Ротовая жидкость и слюна человека не только являются характерным образцом биологической фрактальной структуры, но и своеобразной моделью для изучения "поведения" фракталов при воздействии на них внешних факторов [3, с. 48; 4, с. 52].
Программное вычисление фрактальности десневой жидкости в двух группах (здоровые люди и пациенты, страдающие пародонтитом) было проведено Н.В. Булкиной и соавторами. Результатом исследования стали числовые значения для центральной, промежуточной и периферической зон кристаллограмм, которые у здоровых пациентов составили соответственно 1,57±0.015; 1,54±0.013 и 1,58±0.022 у.е. [2, с. 18].
Материалы и методы
В своей работе нами использовался программный пакет !тадеи, дающий возможность создавать последовательность шаблонных действий, объединяя их в один инструмент (плагин).
Первый этап подготовки изображения - бинаризация, т.е. распределение точек изобра-
жения на два возможных варианта (черный и белый). Следующим этапом является автоматическое построение фрактальной кривой и получение числового показателя фрактальности Р).
В качестве экспериментальной модели нами использовались микропрепараты кристал-лографий нативной ротовой жидкости на стекляной подложке, полученные путем прямой клиновидной дегидратации.
Материал брался у пациентов молодого возраста (18-20 лет), обратившихся к стоматологу с целью профосмотра. В процессе микроскопии полученных кристаллограмм на стеклянной подложке было отобрано 58 образцов с хорошо выраженным кристаллическим рисунком, без признаков завоздушивания и прочих артефактов. Первичная визуальная оценка микропрепаратов позволила распределить их на четыре экспериментальные группы, учитывая следующие параметры.
Группа 1. Выраженный кристаллографической дендритный рисунок с преобладанием площади над периметром.
Группа 2. Выраженный кристаллографической дендритный рисунок с преобладанием площади над периметром с многочисленными мелкими кристаллами округлой или неправильной формы, рассеянными по анализируемому полю.
Группа 3. Выраженный кристаллографической дендритный рисунок с преобладанием периметра над площадью.
Группа 4. Выраженный кристаллографической дендритный рисунок с преобладанием периметра над площадью, а также большим числом мелких кристаллов округлой или неправильной формы, рассеянными по анализируемому полю.
Исходя из этого, исследуемые кристаллографические образцы количественно распределились следующим образом: группа 1-12 образцов; группа 2-20 образцов; группа 3-15 образцов и группа 4-11 образцов.
Полученные результаты и их обсуждение.
Таблица 1 - Сводная таблица числовых значений фрактальности для исследуемых групп кристаллографических образцов
CI C2 C3 C4 C5 C6
R1 St...
R2 TOTAL Column 1 Coljmn 2 Column 3 Column 4
R3 Mean: 1.57614 1.49832 1.6163 1.54326 1.62552
R4 Slandarci Error 0.009305 0.015317 0.008196 0.016991 0.014947
R5 Median: 1,58785 1,51945 1.617 1.54 1.6372
R6 Mode: 16711 Undefined Undefined Undefined Undefined
R7 Standard 0.070864 0 054702 0.036654 0.065808 0.049573
R8 Variance: 0.005022 0.003 002 0.001344 0.004331 0.002457
R9 Kurtosis: -0.4D1¡3f¡7 -0.961317 0.038593 -0 797253 -1.05272
RIO Skewness: -0.574964 -0.269219 -0.390472 -0.223672 -0.463592
R11 Range: 0.2745 0.1723 0.1385 0.2116 0.1518
R12 Minimum: 1,4156 1,4156 1.5326 1.4258 1,5383
R13 Maximum: 1,6901 1.5879 1.6711 1.6374 1.6901
R14 Q1 1.5326 1,4495 1.5922 1.4888 1.5817
R15 Q3 1.6294 11.5361 1.6467 1.6164 1.6665
R16 IQR 0.0968 0,0866 0.0545 0.1276 0.0848
R17 Sum: 91.4164 17.9858 32,326 23.2239 17,8807
R18 Count: 58 112 20 15 11
Статистический анализ полученных данных проводился при помощи программного пакета StatsPad for IOS, а его обобщенные результаты представлены в сводной таблице (табл. 1). Указанные выше исследуемые группы образцов обозначены в таблице соответственно: Column 1, Column 2, Column 3, Column 4.
Наименьшее числовое значение индекса фрактальности, которое составило 1.4988, имели кристаллографические образцы первой исследуемой группы; среднее значение индекса фрактальности было зафиксировано во второй исследуемой группе и составило 1.6163, в третьей и четвертой - 1.5483 и 1.6255 соответственно.
Учитывая непараметричность полученных данных, особое внимание следует уделить значениям разброса данных. Минимальное числовое значение индекса фрактальности, равное 1.4156, было зафиксировано в первой исследуемой группе, а максимальное, равное 1.6901, - в четвертой исследуемой группе.
Анализ квартильного разброса подтвердил эту тенденцию и указал на минимальные значения в первой группе (1.4495 и 1.5361) и максимальные - во второй и четвертой группах (1.5922 и 1.6665).
Таким образом, было обнаружено, что минимальное числовое значение фрактальности имели кристаллографические образцы с выраженным кристаллическим рисунком, при преобладании площади дендритов над их периметром.
На показатель фрактальности изображения решающее влияние оказывает наличие большого числа хаотично распределенных мелких кристаллических структур, что подтверждается максимальным числовым показателем (й) в четвертой группе образцов с мелкодендритным кристаллическим рисунком, а также большим числом дополнительных мелких кристаллов, распределенных в поле зрения.
Список литературы:
1. Бельская Л.В. Зубные и слюнные камни - химический состав, генетические особенности: автореф. дисс. ... канд. хим. наук / Л.В. Бельская. - М., 2009. - 24 с.
2. Булкина Н.В. Кристаллографическая картина десневой жидкости в норме и при воспалительных заболеваниях пародонта / Н.В. Булкина, Г.Е. Брилль, В.Т. Поделинская // Стоматология. - 2012. - № 4. - С. 16-19.
3. Ведмеденко Е.Ю. Письма в ЖТФ / Ведмеденко Е.Ю., Кувичка И.Н., Курик М.В. // ЖТФ.
- 1991. - Т. 17, вып. 1. - С. 48-50.
4. Ведмеденко Е.Ю. Письма в ЖТФ / Ведмеденко Е.Ю., Кувичка И.Н., Курик М.В. // ЖТФ.
- 1992. - Т. 18, вып. 5. - С. 67-69.
5. Мандельброт Б. Фрактальная геометрия природы / Б. Мандельброт. - М.: Ин-т компьютер. исслед., 2002. - 856 с.
6. Математический анализ структур твердой фазы биологических жидкостей / М.Э. Бу-зоверя [и др.] // Геронтология и гериатрия: альманах. - М., 2001. - Вып. 1. - С. 55-60.
7. Минц Р.И. Мезофазы в организме человека / Р.И. Минц, Е.В. Кононенко // Архив патологии. - 1981. - Т. 43, вып. 7. - С. 3-12.
8. Оценка изменения морфотипов тезиограмм в соматических клетках у больных ляб-лиозом / Р.Х. Бегайдарова [и др.] // Успехи современного естествознания. - 2014. - № 3. - С. 11-16.
9. Тарасевич Ю.Ю. Качественный анализ закономерностей высыхания капли многокомпонентного раствора на твердой подложке / Ю.Ю. Тарасевич, Д.М. Православнова // Журнал технической физики. - 2007. - Т. 77, вып. 2. - С. 17-21.
