CC BY
73
Раздел III МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И РАЗРАБОТКА ЛЕЧЕБНО-ДИАГНОСТИЧЕСКОЙ АППАРАТУРЫ
УДК 616-092
КОМПЬЮТЕРНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МИНЕРАЛОГРАММЫ ОРГАНИЗМА ПО АНАЛИЗУ ВОЛОС ИЛИ НОГТЕЙ (ИМОПАВИН)
С.А. РУСТЕМБЕКОВА*
Обосновывается актуальная классификация химических элементов в организме человека на эссенциальные, условно-эссенциальные, условно-токсичные (по влиянию на здоровье) и на макро- микро- и ультрамикроэлементы (по концентрации в волосах человека). Приводятся краткие сведения о балансе элементов в организме человека в составе макро-микроэлементного портрета организме и его исследовании по анализу волос (или ногтей) в соответствии с запатентованной автором методикой.
Ключевые слова: программы для медицины, ER-диаграмма, исследование минералограммы организма по анализу волос.
В настоящее время люди осознают, что традиционные формы медицины часто не дают ответ на все вопросы, касающиеся оценки здоровья. Одним из путей решения возникающих при этом проблем является поиск и использование наиболее информативных методов тестирования и диагностирования состояния здоровья организма. Этот поиск привел к возможности получения новой информации при использовании приборов, ранее созданных для решения научно-технических проблем.
Проведенные исследования показали, что изучение макро-микроэлементного портрета позволяет установить предрасположенность к той или иной патологии, возможные причины низкой эффективности ее лечения [1]. Подобные исследования и анализы по традиционным биосубстратам (кровь и моча) не позволяют строить достоверный и долговременный макро-микроэлементный портрет организма.
Все это привело к разработке способа определения макро-микроэлементного баланса организма путем исследования и интерпретации содержания элементов в волосах или ногтях человека, которое характеризуется информативностью, достоверностью и относительной стабильностью [2]. Отметим, что данные биосубстраты «хранят» информацию о содержании элементов порядка полугода.
Цель исследования □ описание принципов построение достаточно сложной компьютерной программы, облегчающей работу врача при исследовании минералограммы организмов пациентов по анализу волос или ногтей (ИМОПАВИН).
Материалы и методы исследования. Тело человека состоит из 81 элемента - 4 основных (C, H, O, N), 8 макроэлементов, содержащихся в относительно больших количествах (Ca, Cl, F, K, Mg, Na, P, S) (основные и макроэлементы составляют 99% массы тела) и 69 микроэлементов (напомним, что к настоящему времени на Земле физики обнаружили 92 элемента).
Микроэлементы - это группа химических элементов, которые содержатся в организме человека в очень малых количествах, в пределах 10-3-10-12% (при этом микроэлементы с содержанием ниже 10-5% иногда называют ультрамикроэлементами). Именно это определяет их названия: «следовые элементы» (trace elements) в немецком и английском языках, «олигоэлементы» - у французских авторов, «рассеянные элементы» - в трудах
В.И. Вернадского.
По степени полезности для организма макромикроэлементы можно разбить на следующие группы:
Эссенциальные (жизненно-важные) элементы - это все структурные элементы (H, O, N, C; Ca, Cl, F, K, Mg, Na, P, S) + 8 микроэлементов (Cr, Cu, Fe, I, Mn, Mo, Se, Zn) - всего 20 шт.
Условно-эссенциальные (жизненно-важные, но вредные в определенных дозах) микроэлементы (Ag, Al, Au, B, Br, Co, Ge, Li, Ni, Si, V) - 11 шт.
* Филиал ГОУ ВПО РГМУ Росздрава «Научно-клинический центр геронтологии», 129226, Москва, ул.1-ая Леонова 16.
Условно-токсичные микроэлементы и ультрамикроэлементы (А Ва Ве Bi еа Се Сб Эу Ег Ей Оа О<1 Н ^ Но 1п 1г Ьа Ьи N Ш Ов РЬ Ра Рг Pt ЯЬ Яе ЯЬ Яи ЯЬ Яс Яш Яп Яг Та ТЬ Те ТЬ Т Т1 Тт и W У УЬ Ъг) - всего 45 шт., из которых 20 относятся к категории микроэлементов, а 25 - к категории микроэлементов. Заметим, что в их число входят 16 редкоземельных микроэлементов, включая лантаноиды, 6 платиноидов и 2 радиоактивных элемента.
Опыт показывает, что исследование содержания наиболее распространенных структурных элементов (Н, О, К, С; С1, Б) дает мало полезной информации и поэтому их содержание можно не исследовать. Также можно не исследовать 5 ультрамикроэлементов (таких как Об), поскольку их обнаружение в волосах крайне маловероятно. Важно следующее: для эссенциальных и условно-эссенциальных элементов имеются верхние и нижние границы нормы, для условно-токсичных - лишь верхняя граница нормы.
Для проведения исследований в соответствии с [2,3] с затылочной части головы пациента срезается локон волос, прилегающий к корням, массой 100 мг (такой локон имеет примерно размер спички), после чего волосы поступают в лабораторию.
В лаборатории осуществляется длительная и тщательная подготовка пробы к анализу по методике, соответствующей рекомендациям 1АЕА [4,5], после чего волосы подвергаются спектральному анализу.
Существует много методов и приборов спектрального анализа. Однако исследования, проводившиеся в течение нескольких десятков лет, показали, что для обеспечения высокой чувствительности (например, при обнаружении ультрамикроэлементов) и точности (например, при определении содержания макроэлементов) необходимо использовать одновременно 3 следующих метода:
1. Атомно-эмиссионная спектроскопия с индуктивносвязанной плазмой (АЭС-ИСП)
2. Масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (МС-ИСП)
3. Лазерно-искровая экспресс-спектроскопия (ЛИЭС).
Все эти приборы периодически калибруются с использованием проб сертифицированного эталонного материала СЯМ-397 (микроэлементы в волосах человека). Эталонные материалы подвергаются точно такой же предварительной обработке, что и исследуемые основные пробы волос.
Результаты исследования этими тремя методами объединяются по тщательно выверенной методике, после чего получается макро-микроэлементный портрет организма. Один из реальных таких портретов представлен в табл. 1.
После построения минералограммы организма начинается работа с использованием программы ИМОПАВИН.
В программу вводятся следующие данные:
- информация о пациенте (ФИО, дата рождения, пол, реквизиты);
- информация о биосубстрате (вид биосубстрата - волосы или ногти, естественный цвет волос, место среза, дата забора и т.д.);
- информация о заказанном исследовании (число элементов в минералограмме, состав отчета, например, необходимость в назначении лечения, диеты и т.д.);
- сама минералограмма.
Программа ИМОПАВИН в автоматическом режиме проводит расчеты и выполняет следующие функции:
Дешифровка - сопоставление данных из минералограммы с нормами их содержания и определение отклонений. Одновременно с такой дешифровкой программа строит диаграммы содержания раздельно для эссенциальных, условно-эссенциальных и условно-токсичных элементов, а также для отношений некоторых элементов.
Интерпретация - сведение всех проблемных элементов в единую таблицу, определение статистики отклонений и формирование симптоматики.
Таблица 1
Минералограмма организма, построенная по методике ИМОПАВИН
№ Элемент Сим- вол Содержание, мкг/г Метод анализа Мини- мальная номенкла- тура Категория Распространен- ность
1 Литий Ь1 0,10 МБ, ЛЕБ 28 УЭ МЭ
2 Бериллий Ве 0,0037 МБ, ЛЕБ 28а УТ МЭ
3 Бор В 9,4 МБ, ЛЕБ 28 УЭ МЭ
4 Натрий Ыа 700 ЛЕБ 16 Э СЭ
5 Магний Мя 12 ЛЕБ 12 Э СЭ
6 Алюминий А1 5,7 МБ, ЛЕБ 12 УЭ МЭ
7 Кремний 81 16 ЛЕБ 28 УЭ МЭ
8 Фосфор Р 89 ЛЕБ 12 Э СЭ
9 Сера 8 46000 ЛЕБ 12 Э СЭ
10 Калий К 1500 ЛЕБ 16 Э СЭ
11 Кальций Са 140 ЛЕБ 16 Э СЭ
12 Скандий Бс <0,2 МБ 41 УТ МЭ
13 Титан Т1 <0,9 МБ, ЛЕБ 41 УТ МЭ
14 Ванадий V 0,076 МБ, ЛЕБ 28а УЭ МЭ
15 Хром Сг 0,31 МБ, ЛЕБ 16 э МЭ
16 Марганец Мп 0,13 МБ, ЛЕБ 12 э МЭ
17 Железо Ге 7,0 ЛЕБ 12 э МЭ
18 Кобальт Со <0,07 МБ, ЛЕБ 12 УЭ МЭ
19 Никель № 0,50 МБ, ЛЕБ 28 УТ МЭ
20 Медь Си 7,9 МБ, ЛЕБ 12 э МЭ
21 Цинк 2п 92 МБ, ЛЕБ 12 э МЭ
22 Галлий Оа <0,01 МБ, ЛЕБ 28Ь УТ МЭ
23 Германий Ое <0,01 ЬБ 32- УЭ МЭ
24 Мышьяк Аэ 0,49 МБ, ЛЕБ 28а УТ МЭ
25 Селен Бе 21 МБ, ЛЕБ 28 э МЭ
26 Бром Вг 1,3 ЬБ, МБ, 32 УТ МЭ
27 Рубидий ЯЬ 2,8 МБ 41 УТ МЭ
28 Стронций Бг <0,002 МБ, ЛЕБ 28 УТ МЭ
29 Иттрий У <0,2 МБ 60 УТ УМ
30 Цирконий 2г <0,005 МБ 60 УТ УМ
31 Ниобий ЫЬ <0,04 МБ 60 УТ УМ
32 Молибден Мо <0,003 МБ, ЛЕБ 12 э МЭ
33 Родий ЯИ <0,003 МБ 60 УТ УМ
34 Палладий ра 0,097 МБ 60 УТ УМ
35 Серебро Ая 0,10 МБ, ЛЕБ 28 УЭ МЭ
36 Кадмий са 0,0069 МБ, ЛЕБ 12 УТ МЭ
37 Индий 1п <0,001 МБ, ЛЕБ 28Ь УТ МЭ
38 Олово Бп 0,42 МБ, ЛЕБ 41 УТ МЭ
39 Сурьма БЬ 0,031 МБ, ЛЕБ 41 УТ МЭ
40 Теллур Те <0,004 МБ 60 УТ УМ
41 Иод I 0,0035 ЬБ 29- э МЭ
42 Цезий Сэ 0,23 МБ 41 УТ УМ
43 Барий Ва 0,0057 МБ, ЛЕБ 28 УТ МЭ
44 Лантан Ьа 0,0094 МБ 60 УТ УМ
45 Церий Се 0,00092 МБ 60 УТ УМ
46 Празеодим Рг 0,0030 МБ 60 УТ УМ
47 Неодим Ш 0,00045 МБ 60 УТ УМ
48 Самарий Бт <0,0003 ЬБ, МБ 32- УТ УМ
49 Европий Би 0,0012 МБ 70 УТ УМ
50 Гадолиний оа <0,0002 МБ 70 УТ УМ
51 Тербий ТЬ <0,0003 МБ 70 УТ УМ
52 Диспрозий Эу <0,007 МБ 70 УТ УМ
53 Гольмий Но <0,0003 МБ 70 УТ УМ
54 Эрбий Бг <0,006 МБ 70 УТ УМ
55 Тулий Тт <0,0003 МБ 70 УТ УМ
56 Иттербий УЬ <0,0006 МБ 70 УТ УМ
57 Лютеций Ьи <0,005 МБ 70 УТ УМ
58 Гафний <0,0008 МБ 70 УТ УМ
59 Тантал Та <0,01 МБ 60 УТ УМ
60 Вольфрам <0,0001 МБ, ЛЕБ 41 УТ МЭ
61 Рений Яе <0,0008 МБ 60 УТ УМ
62 Иридий 1г <0,005 МБ 60 УТ УМ
63 Платина Р1 0,027 МБ 60 УТ МЭ
64 Золото Аи 0,025 МБ 41 УЭ МЭ
65 Ртуть Не <0,001 МБ, ЛЕБ 28а УТ МЭ
66 Таллий Т1 0,28 МБ, ЛЕБ 28Ь УТ МЭ
67 Свинец РЬ 0,0049 МБ 12 УТ МЭ
68 Висмут В1 <0,001 МБ, ЛЕБ 28Ь УТ МЭ
69 Торий ТИ 0,12 МБ 41 УТ УМ
70 Уран и 0,01 МБ 60 УТ МЭ
Примечание: Символами «<» и «<» отмечен реальный порог чувствительности прибора, зафиксированный при проведении данных испытаний; н/о - не обнаружен. Элементы отсортированы в порядке возрастания их атомного веса. Минимальной номенклатурой называется минимальный размер минералограммы, в которой встречается данный элемент. Обозначения: УТ - условно-токсичный;
УЭ - условно-эссенциальный; Э - эссенциальный;
СЭ - структурный элемент; МЭ - микроэлемент (содержание ниже 10-3%); УМ - ультра-микроэлемент (содержание ниже 10-5%).
В итоговом отчете приводятся диаграммы отклонений для эссенциальных, условно-эссенциальных и условно-токсичных элементов, а также диаграммы для отклонений отношений некоторых пар элементов. В табл. 2 содержится типичная итоговая информация о проблемных элементах, в табл. 3 - статистика проблемных элементов, в табл. 4 - фрагмент таблицы с клинической симптоматикой, выявленной в процессе проведения исследований. Для динамического состояния симптома предусматри-
ваются четыре варианта: риск проявления, риск активизации, проявление и активизация.
Таблица 2
Проблемные элементы (отклонения от норм)
Категория Ниже желательного уровня Выше желательного уровня 1-0 к К Он 1
Дефицит НГН ЗС ВГН Избыток
Элемент Отклонение Ниже НГН, раз Элемент | Отклонение | £ а к и X N к X Элемент 1 Выше ВГН, раз | Элемент Отклонение Выше ВГН, раз | Элемент Отклонение Выше ВГН, раз
э Мо -1,87 7,50 Си 9,27 3,21
э Б -1,48 1,21 К 6,79 3,20
э Бе -1,49 4,75 Ыа 10,53 4,73
э 2п -1,74 2,08 Р 1,88 1,23
УЭ Со -1,18 5,00 Вг 1,00 1,00 Ли 25,41 13,00
УЭ Бі 2,30 1,56
УТ Ва 1,22
УТ са 0,36 Да
УТ ЯЪ 0,95
УТ Бг 0,22 №
УТ Ті 0,32 Да
э/э Са/К -1,54 1,95 Са/Ме 1,03 1,01 Ыа/Ме 9,42 3,81
э/э Бе/Си -1,16 2,21
э/э 2п/Си -1,90 9,63
УТ/Э Са/Б 2,13
УТ/Э Сб^п 5,18
УТ/Э Не/Бе 2,44
УТ/Э Не/2п 1,45
Примечание: БДУ - биодопустимый уровень; ВГН - верхняя граница нормы; ЗС - заметное содержание; НГН - нижняя граница нормы;
РИ - референсный интервал.
Таблица 3
Статистика проблемных элементов
а о Й Ы Показатель Ниже желательного уровня Выше желательного уровня Итого 'я о § н Л § а Ё О ы
Дефицит X и X В сумме О со X и 03 Избыток В сумме
О Элемент с наибольшим отклонением Мо 7,50 Ыа 4,73 Мо 7,50
Число элементов 4 4 4 4 8
Обобщенный показатель отклонения 15,54 15,54 12,37 12,37 27,92
£ Элемент с наибольшим отклонением Со 5,00 Ли 13,00 Ли 13,00
Число элементов 1 1 1 2 3 4
Обобщенный показатель отклонения 5,00 5,00 1,00 14,56 15,56 20,56
£ Элемент с наибольшим отклонением Ва 1,22 Ва 1,22
Число элементов 3 1 1 5 5
Обобщенный показатель отклонения 0,90 0,95 1,22 3,07 3,07
о <3 н К Элемент с наибольшим отклонением Мо 7,50 Ли 13,00 Ли 13,00
Число элементов 5 0 5 3 2 7 12 17 17
Обобщенный показатель отклонения 20,54 0,00 20,54 0,90 1,95 28,15 31,01 51,55 51,55
Средний показатель отклонения 4,11 2,58 3,03 3,03
О программе. Полная физическая и логическая модель данных со всеми ее сущностями и их атрибутами, реализованная в программе имопавин, представленная в виде ег-диаграммы [6], слишком велика и сложна, чтобы ее можно было изобразить в виде одного рисунка. по существу эта схема, представляющая собой симбиоз логической и физической модели данных, описывает систему взаимосвязанных по определенным правилам понятий (концептуальную схему), которая включают в себя как данные, поступающие на вход программы, так и данные впоследствии формирующие итоговый отчет о проведенном исследовании.
Вся БЯ-диаграмма программы может быть структурирована в виде 5 основных фрагментов (частей), которые в совокупности описывают всю реализованную в программе модель данных:
Часть модели, отражающая структуры для хранения входных данных, которые необходимы для проведения исследования, а также соответствующую справочную информацию
Часть модели, отражающая структуры для хранения первичных лабораторных исследований и норм, на основании которых производятся расчеты (справочная информация), а также результаты расчетов как для отдельных элементов, так и для пар (отношений) элементов.
Таблица 4
Клиническая симптоматика (фрагмент)
Пункт заключения Симптом Динамическое состояние
Выраженный дефицит кобальта В 12-дефицитная анемия проявление
нарушение всасывания в 12-перстной кишке проявление
Нарушение обмена калия и натрия перенапряжение симпато-адреналовой активности Ц.Н.С. проявление
повышенное выведение калия из организма, риск эрозивных изменений слизистых проявление
дисфункция коры надпочечников проявление
нарушение водно-солевого обмена проявление
Избыток золота преходящая диарея риск проявления
нефропатия риск проявления
Избыток кремния камне образование в желче-мочевыводящих путях риск проявления
аллергозы проявление
дерматозы - выпадение волос, нарушение структуры волос проявление
Часть модели, отражающая структуры для хранения выявленных отклонений в элементах и парах элементов, а также рассчитанную статистическую информацию. Также представлен справочник элементов.
Часть модели, отражающая структуры для хранения базы знаний, а также результаты анализа, полученные путем использования этой базы знаний и первично обработанных входных данных.
Часть модели, отражающая структуры для хранения базы знаний, на основании которой рассчитываются необходимые рекомендации к диете.
Концептуально принцип объединения этих фрагментов проиллюстрирован на рис. 1. В табл. 5 представлена структура этих фрагментов и указано, какие блоки содержит каждый такой фрагмент.
Из табл. 5 видно, что вышеуказанные фрагменты частично пересекаются, то есть разные фрагменты могут содержать некоторые общие блоки. Так, например, блок (табл.) «Исследование» (Analysis) входит во все 5 фрагментов, которые оказываются связанными с ней и между собой по идентификационному номеру исследования (ID исследования); блок «Элементы» - входит в в 4 фрагмента и т.д. В качестве примера на рис. 2 приведен один из таких фрагментов. Остальные фрагменты строятся по тем же принципам.
Блоки программы Категория данных Части модели
1 2 3 4 5
Блюда С 1
Диагнозы С 1
Исследование ИД + + + + +
Место забора биосубстрата С +
Минералограммы С +
Наличие элементов в плодах С +
Нормы С +
Ограничения по блюдам С +
Ограничения по плодам С +
Отклонения PД + +
Пары проблемных элементов С +
Пары элементов С + +
Пациенты ИД +
Первичные лабораторные значения ИД +
Плоды С +
Проблемные пары элементов PД + +
Проблемные элементы PД + +
Профиль исследования С +
Результаты тестирования пар элементов ВД +
Результаты тестирования элементов ИД +
Рекомендованная диета PД +
Статистика пар проблемных элементов PД + +
Статистика проблемных элементов PД + +
Тип биосубстрата С +
Цвет волос С +
Шаблон отчетов С +
Элементы С + + + +
Примечание: С - справочник; ИД - исходные данные; PД - расчетные данные
Рис. 2. Часть модели, отражающая структуры для хранения входных данных, которые необходимы для проведения исследования, а также соответствующую справочную информацию.
Данная программа успешно используется в научномедицинском центре «Микроэлемент» [3] уже несколько лет, с ее помощью были произведены расчеты для тысяч пациентов. За прошедшие годы она доказала свою эффективность и точность, поскольку, если выполнять все расчеты вручную, на исполнение
оформление одного отчета (при использовании стандартных офисных приложений) у опытного специалиста уходит не один час.
Автор выражает признательность д.т.н., проф. В.В.Горшкову за помощь в составлении задания на разработку программы ИМОПАВИН и сопровождении такой разработки.
Литература
1. Авцын, А.П. Микроэлементы человека: этиология, классификация, органопатология / А.П.Авцын, А.А.Жаворонков, М.А.Риш, Л.С.Строчкова. - М.: Медицина, 1991.- 496 с.
2. Рустембекова, С.А. Способ определения макро-микроэлементного баланса в организме / С.А. Рустембекова, Р.А. Канунова / Патент на изобретение RU № 2129426. Бюл. Изобр., 1999., № 12.- С. 21-25
3. Официальный сайт Научно-медицинского центра «Микроэлемент» - http://www.microelement.ru/medicine/analysis/ (дата обращения 31.01.2011)
4. International Atomic Energy Agency (IAEA) (1978): Activation Analysis of Hair as an Indicator of Contamination of Man by the Environmental Trace Element Pollutants. IAEA, Report IAEA/RL/50, Vienna
5. Rustembekova S., Zaichick, V. Age- and sex-related differences in Al, Cd, Co, Cu, Fe, Mg, Mn, Mo, P, Pb, S and Zn levels in heard hair of health humans.Macro and Trace Elements. Mengen -und Spurenelemente. First Volume. - 22th Workshop. - Friedrich-Schiller-Universitat, Jena, 2004. p. 230-236.
6. Кривошеин М. ER: диаграммы сущность - связь / Программист. - 2002, - март. URL: http://www.bti.secna.ru/portal/ smerdina/doc/lib/art/model/ER Modeling.pdf (дата обращения 31.01.2011).
THE COMPUTER PROGRAM FOR STUDYING HUMAN ORGANISM MINERALOGRAMME ACCORDING TO THE ANALYSIS OF HAIR OR FINGERNAILS (IMOPAVIN)
S.A. RUSTEMBEKOVA
Russian State Medical University Branch, Scientific and Clinical Centre of Gerontology, Moscow
Actual classification of chemical elements in a human body on essential is substantiated. According to it such chemical elements are: essential, conditionally essential and conditionally toxic (according to their influence on health) and macro - micro- and ultra-microelemens (according to their concentration in human hair). Brief data on the balance of elements in a human body as a part of a macromicroelement portrait of the organism and its research by means of analyzing hair (or fingernails) according to the technique patented by the author are resulted.
Key words: programmes for medicine, ER-diagram, hair tissue mineral analysis.
