CC BY
35
Статья
4. Леонтьев А.П. Измеритель мощности излучения ультразвука / В кн. Новости мед. техники.- М., 1970.- Т. 3.- С. 80-87.
5. ДомаркасВ.И. // Акустич. ж.- 1979.- Т. 25, № 3.- С. 470.
6. Lunt M.J., Ashley B. //. J. Med. Eng. and Technol. .- 1979.-№4.- С. 194-197.
7. Shotton K.S. // Ultrasound in Med. & Biol.- 1980.- Vol. 6, №2.- Р. 131-133.
8. Применение ультразвука в медицине / Под ред. К. Хилла.- М.: Мир, 1989.- С. 13-15, 93-121.
9. Almkvist M. et al. // Ultrasonics.- 2000.- Vol. 37, №8.-P. 565-575.
10. А.с. № 1206693.- 23.01.86 // Бюл.изобр.- .№3 / Пашов-кин Т.Н. и др. Способ визуализации ультразвукового поля.
11. Pashovkin T.N. et al.// Vortrage, Jahrestagung, Berlin.-1985.- Р. 89-91.
12. Pashovkin T.N. et al. //. In Ultrasonics International 85, Conf. proceedings, London, UK.- 2-4 July 1985.- Р. 324-328.
13. Пашовкин Т.Н. и др. // Тез. Всес. совещ. «Новые ультразвуковые методы и приборы для применения в биологии и медицине».- Великий Устюг.- 1986.- С. 60.
14. Watmough D.J et al. // Ultrasonics.- 1993.- Vol.30, №5.-Р. 325-331.
Работа выполнена при поддержке гранта 04-04-97276-р2004наукоград_а
INTENSITIES DISTRIBUTION IN ULTRASONIC BEAMS OF THERAPEUTIC TRANSDUCERS USING DYE: THREE-DIMENSIONAL REPRESENTATION OF INTENSITIES DISTRIBUTIONS IN CROSS-SECTIONS
OF ULTRASONIC BEAMS AND 3D-RECONSTRUCTION OF ULTRASONIC FIELDS IN WATER MEDIUM
D.G. SADIKOVA, M.S. PASHOVKINA, G.V. SHILNIKOV,
T.N. PASHOVKIN
Summary
The visualization of local intensities distributions in the ultrasonic beams generated by plane ultrasonic transducers of devices for ultrasonic therapy is considered. The examples of visualization of ultrasonic fields and their three-dimensional graphic representation are resulted. It is shown, that from pictures of distributions intensities in ultrasonic beams it is possible to determine quantitative sizes of average and local intensities in zones of images.
Key words: ultrasonic transducers, devices
УДК 547.96.004.13
ИССЛЕДОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ ЧЕЛОВЕКА В НОРМЕ И ПАТОЛОГИИ ПО ЭЛЕКТРОННЫМ СПЕКТРАМ ПОГЛОЩЕНИЯ
М.М. АСАБИНА*, С.В. ДЕЗОРЦЕВ *, М.Ю. ДОЛОМАТОВ**, Н.В. КА-ЛАШЧЕНКО ***, Г. У. КУЧУКОВА#, С.Н. ОЖГИХИН #
Введение. Способы оценки состояния здоровья человека основаны на лабораторных исследованиях крови, в которых электронная абсорбционная спектроскопия используется для определения отдельных химических соединений [1, 2]. В работах [3, 4] представлены методы электронной феноменологической спектроскопии (ЭФС) для определения электронных характеристик молекулярных веществ и сложных по составу смесей. В работах [5-7] эти методы применены для определения состояния биожидкостей по интегральным спектральным характеристикам, в частности, крови человека, в норме и патологии.
Феноменологический подход к организму человека предполагает [5-7]: описание состояния биожидкостей без определения отдельных ингредиентов независимо от характера заболевания, при этом кровь и ее составляющие рассматриваются как носитель информации о состоянии организма как единого целого; исследование средних интегральных физических характеристик организма как единой системы в норме и патологии по электронным спектрам в заданном интервале длин волн. Разница этих показателей между средними значениями для доноров и больными есть
Уфимская государственная академия экономики и сервиса, Россия, 4*50077, Уфа, ул. Чернышевского, 145; e-mail: jazz-n-blues@rambler.ru
**Башкирский институт социальных технологий, г. Уфа, Россия
Башкирский государственный медицинский университет, г. Уфа, Россия Республиканская клиническая больница им Г.Г. Куватова, г. Уфа, Россия
мера отклонения системы от здорового равновесного состояния. Электронные характеристики биообъектов отличаются от таковых для индивидуальных веществ и идеальных систем, т.к. в реальном объекте нельзя выделить отдельные элементы без разрушения имеющихся между ними связей и отношений [4, 8]. Сложность состава и непрерывность электронных спектров поглощения заставляет рассматривать кровь, плазму и сыворотку человека [5] как единую, неделимую, многокомпонентную, взаимодействующую с излучением систему, включающую все биоактивные вещества, которые поглощают в УФ- и видимом диапазоне длин волн. Сущность экспериментов заключается в определении общих для всего биообъекта интегральных свойств, таких как вероятность светопоглощения p, фактор интенсивности поглощения Q, параметр тонкой структуры ТС, интегральная сила осцилляторов (ИСО), которые несут информацию о свойствах многокомпонентной системы [4]. По видимым спектрам определяются такие известные интегральные характеристики, как координаты цвета по методу МКО [9, 10]. Применительно к биожидкостям эти характеристики несут информацию о состоянии биохимических процессов в системе организма [5-7, 11]. ИСО рассчитывается как площадь под кривой спектра и является мерой межмолеку-лярных взаимодействий всех поглощающих электромагнитное излучение компонентов биожидкости между собой и характеристикой реакционной способности системы в целом [3-5]. Рассчитываемые на основе ИСО (табл. 2) интегральные характеристики граничных орбиталей определены нами как эффективный потенциал ионизации (ЭПИ) и эффективное сродство к электрону (ЭСЭ) биосистемы.
Рис.1. Средние спектры растворов крови, плазмы и сыворотки доноров в УФ, видимой и ближней ИК-области
Цель работы - анализ возможности применения методов ЭФС и цветовых характеристик по стандартному методу МКО для анализа биожидкостей человека в норме и патологии в зависимости от состояния организма на основе обобщения данных [5-
7, 11]. Исследованы различия между рассчитанными по электронным спектрам поглощения средними интегральными физическими параметрами гемолизированной крови, плазмы и сыворотки доноров и больных. Работы вели в республиканской клинической больнице им. Г.Г. Куватова (г.Уфа).
Длина волны, нм
Доноры О Гнойные заболевания
Реанимационное состояние Ш Цирроз печени________________
Рис. 2. Средние спектры плазмы доноров и четырех групп больных
М.М. Асабина, С.В. Дезорцев , М.Ю. Доломатов и др.
Объекты и методы. По авторской методике [5-7, 11] исследовали электронные спектры поглощения гемолизированной крови, плазмы и сыворотки 100 доноров мужского и женского пола разных групп крови и возраста и 150 больных, которых разбили на 4 условных группы: 41 больной с гнойными заболеваниями (остеомиелиты, гнойные свищи, гониты), терапевтические реанимационные больные (острый инфаркт миокарда, острое нарушение мозгового кровообращения, хроническая сердечная недостаточность) - 51 человек, 51 больной с почечной недостаточностью и больные с циррозами печени - 15 человек.
Усредненные параметры оценки состояния человека по плазме крови
Таблица 1
Группа Усредненные интегральные параметры состояния
Q103 (%об.'1)-см'1 ТС, (%об.'1)-см'1 ИСО, 10'7-(/об/ ЭПИ, эВ ЭСЭ, эВ
Доноры 64,63±5,35 37,46±2,1 409,2±21,2 8,53±0,05 -0,29±0,02
§ Л О И с гнойно-воспалит. заболеваниями 92,13±6,88 30,43±1,87 518,8±28,5 8,26±0,067 -0,40±0,03
в реанимационном состоянии 101,61±11,63 27,36±2,59 552,9±39,2 8,18±0,093 -0,43±0,04
с почечной недостаточностью 112,24±6,77 1593,09±387,82 588,8±104,8 8,12±0,08 -0,67±0,03
с циррозом печени 128,8±14,5 16,12±2,98 746,6±61,0 7,72±0,15 -0,62±0,06
Определяемая интегральная характеристика поглощения в случае биообъектов отличается от коэффициента поглощения молекулярных растворов, т.к. наряду с поглощением излучения имеют место эффекты рассеяния и флуоресценции. Поэтому определяемый интегральный показатель можно считать эффективным коэффициентом поглощения биосистемы [12].
Гемолизированная кровь имеет форму спектра, резко отличную от спектров плазмы и сыворотки (рис. 1) [5], что объясняется наличием в ней большого количества высокоорганизованных и окрашенных молекул гемоглобина и продуктов гемолиза.
Различия в спектре плазмы и сыворотки обусловлены отсутствием в последней факторов свертывания крови (рис. 1).
Из параметров табл. 1, фактор интенсивности поглощения 2, ИСО и ЭПИ для средних значений доноров и групп больных изменяются в соответствии с расположением соответствующего спектра на графике (рис. 2). Для фактора тонкой структуры ТС и ЭСЭ аналогичный порядок нарушается в случае больных с почечной недостаточностью. Для сыворотки наблюдается больший разброс значений определяемых параметров и большие, чем для плазмы, коэффициенты вариации по каждому параметру [5-7]. В результате проведенного авторами модельного эксперимента с аминокислотами было показано, что с ростом числа компонентов раствора форма его спектра приближается к среднему спектру плазмы доноров. На рис. 3 приведены спектры растворов триптофана, метионина, двухкомпонентной смеси метио-нин+триптофан и шестикомпонентного раствора аминокислот в сравнении со средним спектром плазмы доноров. Пик в области 200 нм относится к растворителю.
Рассчитаны эмпирические коэффициенты для ЭПИ и ЭСЭ с применением параметра ИСО (табл. 2). Проверочный расчет для аминокислот вели методом РМ3.
Таблица 2
Коэффициенты корреляционных зависимостей для определения параметров электронной структуры аминокислот
Форма существования в растворе Характ-ка граничных молекулярных орбиталей Коэф-ты уравнения E=a+ß6 [9] Коэф- ты корре-
а, эВ ß, эВ-моль-л-1-10-10 ляции
Молекулярная ЭПИ ЭСЭ 14,107 0,211 -6,5 0,6 0,68 0,12
Цвиттер-ионы ЭПИ ЭСЭ 15,728 7,0329 -9,2 -9,8 9 8 00 о o'
3
□ Цирроз печени □ Почечная недостаточность О Реанимационное состояние □ Гнойные заболевания
□ Доноры
Рис. 3. Усредненные эффективные потенциалы ионизации (1 - сыворотка, 2 - плазма, 3 - гемолизированная кровь)
Координата цвета определяется как интеграл под кривой поглощения или пропускания в видимой области спектра. Зависимости средних координат цвета плазмы и сыворотки доноров и обследованных по методу МКО [10] для всех стандартных источников излучения имеют одинаковый характер (табл. 3) и свидетельствуют о связях между цветовыми характеристиками крови и состоянием человека в норме и патологии [11].
Таблица 3
Усредненные координаты цвета для источника С
Группа Координаты цвета
Плазма Сыворотка
X Y Z X Y Z
Доноры 30,9 31,6 26,0 47,7 47,8 36,3
§ Л л о И с гнойно-воспалительными заболеваниями 21,3 21,8 18,3 31,1 31,1 23,6
в реанимационном состоянии 13,6 13,9 11,7 20,5 21,0 16, 6
с почечной недостаточностью 12,1 12,3 10,5 24,7 25,3 20,9
с циррозом печени 5,76 5,89 5,04 8,60 8,93 6,23
Длина волны, нм
-♦-Шесть аминокислот -1-Плазма доноров —А—Триптофан -И-Метионин —Ж—Метионин+триптофан |
Рис. 4. Сравнение спектров растворов аминокислот с суммарной концентрацией 0,2 г/л со средним спектром раствора плазмы доноров
На основе исследований [5-7, 11] создана специализированная база данных по электронным спектрам гемолизированной крови, плазмы и сыворотки человека в СУБД Microsoft Access,
которая позволяет определять состояние организма в норме и патологии в сравнении со средними значениями для доноров, принятыми за стандарт [5, 7]. Возможна оценка состояния отдельных больных на протяжении ряда лет наблюдения.
Статья
Выводы. Показана возможность применения ЭФС для анализа состояния биожидкостей человека в норме и патологии по интегральной силе осцилляторов, параметрам идентификации и цветовым характеристикам по стандартному методу МКО с использованием специализированной базы данных.
Литература
1. Атанасов Н. и др. // Лаб. дело.- 1988.- № 11.- С. 70-73.
2. Камышников В.С. Клинико-биохимическая лабораторная диагностика: Справ-к.- 2003.- Т.1-2.- Минск: Интерпрессервис.
3. Доломатов М.Ю. Применение электронной спектроскопии в физико-химии многокомпонентных стохастических и сложных молекулярных систем.- Уфа: ЦНТИ, 1989.
4. Доломатов М.Ю. Фрагменты теории реального вещества.- М.: Химия, 2005.
5. Калашченко Н.В. и др. // Башкирский хим. ж.- 2004.-Т.11, №2.- С. 47-50.
6. Доломатов М.Ю. и др. // Башкирский хим. ж.- 2004.-Т. 11, №4.- С. 35-37.
7. Дезорцев С.В.и др. // Вестник АН РБ.- 2005.- Т. 10, №4.-С. 20-24.
8. Николаев Л.А. Основы физической химии биологических процессов.- М.: Высшая школа, 1976.
9. Доломатов М.Ю. Химическая физика многокомпонентных органических систем. Часть 1..- Уфа, 2000.
10. Методы исследования в текстильной химии: Уч. пособие - спр-ник / Под ред. Г.Е. Кричевского.- М.: Легпромбытиз-дат, 1993.
11. Калашченко Н.В. и др. // Ж. прикладной спектроскопии.- 2006.- №2, в печати.
12. Сидоренко В.М. Молекулярная спектроскопия биологических сред.- М.: Высшая Школа, 2004.
13. Доломатов М.Ю., Мукаева Г.Р. // Ж. прикладной спектроскопии.- 1992.- Т. 56, №4.- С. 570-574.
УДК 616-007; 725.512
ВОЗМОЖНОСТИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ДИАГНОСТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ГРУПП РИСКА И МЕДИЦИНСКОГО НАБЛЮДЕНИЯ ЗА НАСЕЛЕНИЕМ, ПОДВЕРГШИМСЯ ХРОНИЧЕСКОМУ РАДИАЦИОННОМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ
А.В.АКЛЕЕВ, Г.П. ДИМОВ, Ю.Ю. РОМАНСКАЯ *
Введение. Проблема ранней диагностики отдаленных сома-тико-стохастических последствий (в т.ч. канцерогенных) радиационного воздействия на население в промышленно развитых регионах Российской Федерации является наиболее актуальной для Южного Урала, где на его жителей влияет комплекс неблагоприятных факторов окружающей среды физической (радиация) и химической природы (пестициды, гербициды, соли тяжелых металлов и др.). Многолетнее медицинское наблюдение за облученным населением, проживающим в населенных пунктах вдоль р. Теча, свидетельствует о необходимости комплексной оценки состояния здоровья лиц, подвергшихся хроническому воздействию ионизирующей радиации, и, прежде всего, критических и регуляторных систем организма: кроветворной, иммунной, сердечно-сосудистой, нервной и дыхательной систем [1]. Предшествующие аварийные обстоятельства и современные условия жизни южноуральцев (экологическое неблагополучие, социальные трансформации, экономическая нестабильность) могут являться своеобразным триггерным механизмом, запускающим срыв адаптационных процессов и ведущим к развитию общесоматической и онкологической патологии. Малые дозы радиации (особенно в условиях воздействия на облученных людей хронического ситуационно обусловленного стресса) способны модифицировать функционирование основных саногенетических процессов [2].В ранние сроки наблюдения у части жителей прибрежных сел р. Теча отмечались изменения сердечно-сосудистой (ССС), центральной (ЦНС) и вегетативной нервной (ВНС) систем. Обнаруженная тенденция к дизадаптации характеризуется устойчивостью и прослеживается в течение ряда десятилетий [1, 3].
* Уральский НПЦ радиационной медицины (УНПЦ РМ), г. Челябинск
Использование автоматизированных методов исследования функционального состояния ВНС, ССС, дыхательной систем, гомеостаза организма обусловлено необходимостью регулярного медицинского обследования десятков тысяч облученных людей и их потомков. Эта задача может быть решена только с использованием современных медицинских технологий.
Применение общепринятых методов диспансерного наблюдения за сельскими жителями, подвергшимися радиационному воздействию и проживающих на значительных по площади территориях с неплотным заселением, удаленных от областного центра и социально не обустроенных, мало выполнимо организационно и неэффективно экономически. Принятые подходы к диагностике радиационно-индуцированных патологических процессов не предусматривают учет индивидуальных особенностей организма, а сами методики малоинформативны на т.н. донозологи-ческом уровне (стадия предболезни). Это обстоятельство заметно снижает эффективность медицинских профилактики и раннюю диагностики радиогенных заболеваний у лиц, проживающих на радиоактивно-загрязненной территории.
Особый интерес в организации крупномасштабного мониторинга за состоянием здоровья облученного населения представляет разработка и адаптация автоматизированной диагностической системы инструментального скрининга населения для раннего выявления заболеваний, связанных между собой однотипными патогенетическими механизмами, что позволит выделять лиц в, так называемые, группы повышенного риска (ГПР). Формирование ГПР (с учетом исходного состояния организма, генетической предрасположенности к раку, опухолегенной радиочувствительности и др.) является важным подходом в решении актуальной задачи, как ранняя диагностика опухолей. Выделение среди облученного населения ГПР позволяет также проводить первичную профилактику канцерогенных эффектов [4-6].
Компьютеризированный автоматизированный диагностический комплекс (АДК) инструментального мониторинга состояния здоровья должен обеспечивать [7]: неинвазивность экспресс-методик тестирований в стационарных и выездных условиях; проведение многопараметрических автоматизированных исследований для получения максимальной информации о состоянии здоровья и высокой пропускной способности обследования; предельную объективность информации в наиболее удобном для архивирования виде и статистической обработки; оптимально низкую себестоимость в пересчете на одно обследование; малогаба-ритность и мобильность средств измерений.
Выбор методов исследования обусловлен характером патологии, наблюдающейся у облученных по результатам многолетнего наблюдения, и необходимостью обследования большой численности облученного населения (>50 тыс. человек) [1, 5]. При организации медобследования состояния здоровья облученного населения самым целесообразным является скрининговый метод.
Материал и методы. Краткая характеристика АДК. АДК с пакетом пользовательского программного обеспечения, разработанный и изготовленный в отделе молекулярной и радиационной биофизики Санкт-Петербургского института ядерной физики, состоит из: лазерного корреляционного спектрометра (ЛКС), артериоритмокардиографа (АРКГ), спирографа (анализатора легочного дыхания) (АЛД), компьютеров (типа ноутбук) с установленной операционной системой WINDOWS-98/ХР. Для обеспечения воспроизводимости результатов проводимых исследований унифицировали мероприятия по подготовке пациентов к медоб-следованию. Подготовка образцов крови, проведение исследований и анализ фракционного состава спектра плазмы крови велись по методике, рекомендованной разработчиком [7]. АДК позволяет проанализировать стабильные изменения в организме человека, идущие в непрерывно меняющихся условиях среды при его адаптации. Результатом работы АДК является многопараметрическая оценка функциональных возможностей организма. АДК можно использовать для организации мониторинга за состоянием здоровья облученных; для инструментального скрининга населения с целью раннего выявления заболеваний и выделения лиц в ГПР развития онкологической и соматической патологии [4-6].
Метод ЛКС плазмы крови позволяет выявлять гомеостатические изменения внутренней среды и дать прогноз в отношении развития (в частности, канцерогенных) эффектов радиационного воздействия. ЛК-спектры больных онкозаболеваниями достоверно дифференцируются от ЛК-спектров лиц с соматической патологией [12]. Основной характеристикой ЛК-спектра плазмы и сы-
