CC BY
46
35. Zipori D. The renewal and differentiation of hematopoietic stem cells / D. Zipori // FASEB Journal. — 1992. — № 6. — P. 2691—2697.
СТАН СТОВБУРОВОГО ГЕМОПОЕТИЧНОГО КОМПАРТМЕНТУ НА Р1ЗНИХ ЕТАПАХ РОЗВИТКУ АД'ЮВАНТНОГО АРТРИТУ Гольцев А.М., Останкова Л.В., Дубрава Т.Г., Гаевська Ю.О., Cipoyc М.А.
Розходження структурно-функцюнально''' оргаызацп штин КМ здорових тварин i з А1З очевиднi, тому комплексна оцшка стану кровотвор-но'Т системи при патологи, е своечасною й актуальною. У робот дослiдженi кiлькiснi i якiснi характеристики кровотворних штин КМ рiзного рiвня диференцiювання (КУОс i КУО-ГМ) на етапах роз-витку експериментального А1З у виглядi ад'ювант-ного артриту (АА) - аналога кпУчно'Т форми ревматоидного артриту. Установлено, що при розвитку АА змшюеться стан не тiльки гемопоезу в цтому, але й вхiдних у нього компартментв кровотворних елементiв рiзного рiвня комiтованостi, що допоможе при розробц ефективних терапевтичних пiдходiв до лкування дано'Т патологГТ.
Ключовi слова: ад'ювантний артрит, гемопоез, кровотворнi клггини.
STEM HEMOPOIETIC COMPARTMENT STATE AT DIFFERENT DEVELOPMENTAL STAGES OF ADJUVANT ARTHRITIS Goltsev A.N., Ostankova L.V., Dubrava T.G., Gayevskaya Y.A., Sirous M.A.
The differences of structural and functional organization of BM cells of healthy animals and those with AIDs are evident, therefore a complex estimation of the state of hemopoietic system at a pathology is timely and actual one. In the research there were studied quantitative and qualitative characteristics of BM cells of different differentiation level (CFUs and CFU-GM) at the development stages of experimental AIDs as adjuvant arthritis (AA), analogue of clinical form of RA. It has been established that at AA development not only hemopoiesis state in a whole changes, but also do the compartments of hemopoietic elements of different commitation levels being its components, that may be helpful during the development of efficient therapeutic approaches to this pathology treatment.
Key words: adjuvant arthritis, hemopoiesis, hemopoietic cells.
УДК 612.11:57.012:57.086.142
МЕТОД КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ С ЦЕНТРАЛЬНОЙ СИММЕТРИЕЙ НА ПРИМЕРЕ ФАЦИЙ БИОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ
В последнее время большой научный интерес вызывает явление дегидратационной самоорганизации биологических жидкостей (БЖ), которое было обнаружено около двух десятилетий назад офтальмологом Е.Г. Рапис [4]. Наиболее информативным методом для изучения этого явления на сегодняшний день признан метод клиновидной дегидратации [6], суть которого состоит в том, что каплю биологической жидкости подвергают высушиванию в определенных лабораторных условиях, в результате чего получают фацию (сухую пленку). При высыхании компоненты жидкости (клетки, молекулы), «борясь за жизнь», т.е. за воду, выстраиваются определенным образом (рис.1), при этом самоструктурирование остатка отражает пространственное распределение нелетучих биохимических компонентов исследуемой жидкости.
Процесс самоорганизации компонентов чувствителен к малейшим изменениям состава биологической жидкости и влиянию различных факторов внешнего воздействия: инфракрасному и ультрафиолетовому излучению, ультразвуку, температуре. По фации БЖ можно не только выявить патологию на ранней, доклинической стадии, но и определить ряд ее параметров, например, при диагностировании мочекаменной болезни определяют как стадию заболевания, так и химический состав камней, что позволяет назначить правильную диету. На базе методики дегидратирования капли БЖ разработана система диагностики ряда заболеваний [1], которая с успехом применяется в медицинской практике.
На сегодняшний день имеется большая экспериментальная база образцов фаций с достаточно четко определенными закономерностями между наблюдаемыми структурами
фации и конкретной патологией. Среди определяемых патологий такие заболевания, как мочекаменная болезнь, вирусный гепатит В, туберкулез, глаукома, лепра и др. [1-3]. Несмотря на эти успехи, физическая природа процесса самоструктурирования БЖ изучена явно недостаточно: трактовки разных авторов носят разрозненный характер и нередко противоречат друг другу.
Анализ результатов дегидратационного структурирования биологических жидкостей в большинстве работ проводится путем визуального сравнения структур фаций: определяют вид и форму структурных элементов, область их нахождения в фации и пр. [1,2]. При этом количественные характеристики при исследовании процесса дегидратации БЖ используются в единичных работах [9]. Следует отметить, что при всей полезности качественных методов такой подход в клинической практике требует от исследователя высокой квалификации и наличия опыта. Между тем, устойчивой тенденцией современной диагностики является автоматизация процессов сбора и обработки информации, когда участие человека на всем этапе исследований сведено к минимуму. Такой подход требует разработки алгоритмов, позволяющих охарактеризовать проводимый анализ определенным набором количественных параметров.
Целью работы была обработка изображения дегидратированной капли с помощью разработанной оригинальной компьютерной программы, применение которой является попыткой осуществить автоматизированную обработку изображения фации БЖ.
Материал и методы исследований. Исследовалась сыворотка крови пациентов методом клиновидной дегидратации с последующей компьютерной обработкой фаций.
Результаты исследований и их обсуждение. Если рассмотреть фацию любой биологической жидкости, то при всех отличиях, которые характерны для каждого конкретного вида, а также для образцов с различными патологиями, общим для них является то, что фацию БЖ условно можно разделить на несколько концентрически расположенных зон (рис.2).
Внутри одной зональной области, как правило, сохраняется однотипность структурных элементов, может наблюдаться свой, отличный от других зон, рисунок и порядок расположения структур. Вместе с тем, некоторые структурные элементы могут располагаться в нескольких зонах (например, петлеподобные линии, проходящие через центр фации, показанной на рис.1, от одного края капли до противоположного). В соответствии с данными большинства работ по этой тематике, фация имеет центральную зону 1 - зону кристаллических структур, периферийную зону 3 - аморфную, и переходную зону 2. Для каждой конкретной жидкости в норме деление на зоны будет свое, переходная зона, например, ярко выражена только для сыворотки крови и может отсутствовать для ряда других БЖ.
Структурирование компонентов является следствием сложного процесса минимизации свободной энергии обезвоживающейся капли биожидкости. В этом случае воспроизводимые результаты могут быть получены только при обеспечении квазиравновесных условий дегидратации [3, 5-7]. Концентрически-зональное деление фации возникает по причине радиальной симметрии силового поля, воздействующего на элементы капли в процессе серии фазовых переходов капли при высыхании с учетом пиннинга («прилипания» края капли к подложке). Действительно, высыхающая на плоской горизонтальной подложке капля представляет собой сферический сегмент, обладающий центрально-осевой симметрией относительно вертикали, проходящей через центр капли (рис.3). Следовательно, поле сил поверхностного натяжения, действующих на каплю, в этом случае тоже подчиняется центрально-осевой симметрии. Его комбинация с однородным гравитационным полем не может нарушить этой симметрии. Именно молекулярное поле сил поверхностного натяжения, на наш взгляд, пространственно ориентирует элементы БЖ, отталкивая к периферии капли гидрофобные и втягивая в центр их гидрофильные концы. Поскольку в любом случае при испарении центр капли будет содержать больше влаги, именно к нему в силу осмоса потянутся ионы солей и образуют отложения.
Мы не исключаем, что при дегидратации в силу специфических взаимодействий, приводящих, например, благодаря концентрационному переохлаждению к зарождению и развитию кристаллов соли, в структуре фации могут возникать асимметричные элементы. В
результате меняется характер рисунка: появляются ломаные линии, новые структурные элементы, которые могут располагаться хаотично либо упорядоченно, нарушая центральную симметрию (рис. 4).
Рис.1. Фация дегидратированной капли сыворотки крови условно здорового человека, полученная методом клиновидной дегидратации (диаметр капли 1 см).
Рис.2. Схема фации биологической жидкости с делением на зоны, вид сверху: 1 -зона кристаллических структур; 2 - переходная зона; 3 - периферийная зона.
Рис.3. Комбинаторика сил поверхностного натяжения образует суммарное центрально-симметричное силовое поле, воздействующее на дегидратируемый слой капли
Р1»«,
ЬшьШ
а
Рис. 4. Фрагменты фаций сыворотки крови с патологиями (диаметр капли 1 см).
фации.
Рис. 5. Схема направлений сканирования
Таким образом, структура фации - это отпечаток двух энергетически неравноправных процессов, сопровождающих дегидратацию капли БЖ: пассивных процессов, подчиняющихся силовому полю поверхностного натяжения и гравитации, и активных процессов взаимодействия биоактивных компонентов между собой, нечувствительных к силовому полю.
Соотношение активных и пассивных процессов будет, прежде всего, зависеть от величины сил поверхностного натяжения. Присутствие в жидкости поверхностно-активных веществ, уменьшающих поверхностное натяжение, будет способствовать хаотизации дегидратационного структурирования капли. И все же, в условиях квазиравновесного процесса дегидратации, как показывают опыты, доминантой в процессе самоструктурирования является подчинение силовому полю, и структура фации в основных чертах имеет центрально-осевую симметрию. Это обстоятельство послужило главным аргументом в пользу сделанного нами выбора радиально-угловой развертки изображения при компьютерной обработке структуры фации.
Исходя из центрально-симметричного характера структурообразования, если в фации условно здоровой БЖ просканировать концентрическую область малой по сравнению с радиусом капли ширины dl на расстоянии г от центра, получим характеристику распределения структур в этой области. Произведя сканирование по серии колец, перекрывающих области фации от центральной зоны до периферийной, можно получить количественную оценку пространственного расположения структурных элементов фации (рис.5).
0 2 4 6 8 10 12 I, мм
12
16
2л <р, рад угловая развертка 20 24 I, мм
а)
уровень высокой
оптической
плотности
0 71 2л ср, рад
угловая развертка б)
Рис.6. Изменение оптической плотности структур фации сыворотки крови здорового человека для разных радиусов при радиально-угловом сканировании: а)в центральной зоне, Рскан /Ккапли = 0,4; б)в периферийной, Рскан /^капли = 0,8
0
0
4
8
Для фации БЖ характерна разная оптическая плотность для каждой группы структурных элементов, отличная как от основного фона фации, так и между разными структурами. При этом данный параметр структурного рисунка изменяется радиально и, таким образом, неодинаков для разных концентрических колец, но может считаться постоянным в пределах узкой концентрической области.
Пример развертки радиально-углового сканирования, выполненной белым светом для одной фации капли сыворотки крови здорового человека по разным радиусам, показан на рис.6. Графики отражают изменения оптической плотности структур фации вдоль длины окружности сканирования. Оптическая плотность (или уровень прозрачности) представлена в относительных единицах: 0 соответствует абсолютной непрозрачности, 200 - абсолютной прозрачности.Сделав выборку по большому числу окружностей разных радиусов и подсчитав число флуктуаций оптической плотности на разных ее уровнях, получим полную картину изменения пространственной плотностиструктурных элементов фации в радиальном направлении. При этом возможно построение отдельных графиков для структур каждого конкретного уровня прозрачности. На рис.7 показано распределение структурных элементов фации разной оптической прозрачности в направлении радиального удаления от центра, выраженного в относительных единицах через отношение радиуса сканирования к радиусу капли. Проведенные нами исследования позволяют сказать, что структуры фации, образованные разными компонентами БЖ (имеющие разный уровень оптической плотности) и относящиеся к разным структурным группам, распределяются по ее поверхности регулярным способом, хотя и отличающимся друг от друга. Вертикальные пунктирные линии условно отделяют разные зоны фации, при этом четко прослеживается изменение в характере графической зависимости в каждой из них. Возможно, что заметно «выпада ющие» из кривой точки отражают наличие в фации спорадически распределенных структур, образованных не подчиняющимися силовому полю процессами.
£1
К
го ? *
£ ¡у
в) О 40
ш II- О
I -0 30
I— II 20
° Е
ёё -с
- ■
р ' А
А Ж Л ж . А . А *
ж * А А Г к
А А ■ А А
>,1 0,55
Rс
Рис.7. Сравнительное распределение структур средней оптической плотности фаций здоровой сыворотки крови
и пробы с патологией (повышенное содержание липидов) с удалением от центра капли:
патология
■ норма;
60
0
Также наблюдаются отличия в пространственной плотности структур разных проб одного типа БЖ (на примере сыворотки крови) в зависимости от наличия в них патологий. Эти результаты дают основание заключить, что дегидратационное самоструктурирование имеет отличительные диагностические признаки, которые количественно могут быть обобщены с помощью предлагаемого способа радиально-углового оптического сканирования с последующей компьютерной обработкой.
Получены фации разных проб сыворотки крови человека. Проанализирован и теоретически обоснован центрально-симметричный характер расположения структур фации сыворотки крови условно здорового человека. Сделаны предположения о связи нарушения центральной симметрии структур фаций БЖ с патологиями. Предложен алгоритм
количественном оценки распределения структурных элементов, имеющих разную оптическую плотность, на поверхности фации. Разработана компьютерная программа, реализующая данный алгоритм путем оптического радиально-углового сканирования и представлены результаты обработки изображения фации с ее помощью.
1. Шатохина С. М. Ранняя диагностика уролитиаза, определение степени его активности и состава камнеобразующих солей мочи (Система Литос) / С. М. Шатохина, В. Н. Шабалин // Урология и нефрология. - 1998. - № 1. - С. 19 - 23.
2. Белова Л .М._ Исследование конформационных изменений молекулы альбумина в различных условиях методом клиновидной дегидратации (сообщение I)/ Л. М. Белова, Ю.П. Потехина // Нижегородский медицинский журнал. - 2003. - № 3-4. - С. 8-12.
3. Рапис Е. Г. Автоволновой процесс в динамике фазового перехода в пленке белка / Е. Г. Рапис, Г.Ю. Гасанова // Журнал технической физики. - 1991. - Т. 61, 4. - С. 62-71.
4. Рапис Е.Г. Образование упорядоченной структуры при высыхании пленки белка / Е.Г. Рапис // Письма в ЖТФ. - 1988. Т. 14, 17. — С. 1560-1564.
5. Тарасевич Ю. Ю. Влияние диффузии на разделение компонентов биологической жидкости при клиновидной дегидратации / Ю. Ю. Тарасевич, А. К. Аюпова // Журнал технической физики.- 2003. - Том 73, Вып. 5. - С. 13-18.
6. Тарасевич Ю.Ю. Механизмы и модели дегидратационной самоорганизации биологических жидкостей / Ю.Ю. Тарасевич // УФН. - 2004. Том 174. - 7. - С.779 - 790.
7. Шабалин В. Н. Принципы аутоволновой самоорганизации биологических жидкостей / В. Н. Шабалин, С. Н. Шатохина // Вестник РАМН. - 2000. - № 3. - С. 45-49.
МЕТОД К1ЛЬК1СНО1 ОЦ1НКИ ЗОБРАЖЕНЬ З THE METHOD OF CENTRE-SYMMETRICAL
ЦЕНТРАЛЬНОЮ СИМЕТР1СЮ НА ПРИКЛАД1 IMAGES QUANTITATIVE ESTIMATION BY THE
ФАЦ1Й Б1ОЛОГ1ЧНИХ Р1ДИН EXAMPLE OF BIOLOGY LIQUIDS FILMS
С^заров О.1., Заблоцька Т.Ю. Yelizarov A.I., Zablotskaja T.Y.
У данш статп описано алгоритм In the given work the algorithm of a
ктькюноТ' оцшки розподтення структурових quantitative estimation of distribution of structural
елемен^в фацГТ бюрщини, як мають рiзну elements, having different optical density, on a
оптичну щтьнють. Наведет результати обробки film's surface of a dried up drop of bioliquid is sub-
зображень фацш за допомогою комп'ютерноТ mitted. Results of processing of the films images
програми, яка реалiзуe цей алгоритм шляхом with the help of the computer program realizing the
оптичного сканування. given algorithm by optical scanning are present.
Кпючовi слова: дегщратацшне самострук- Key words: dehydration self-
турування, центрально-осьова симетрiя, бюрщина. structurization, central - axial symmetry, bioliquid.
УДК 616.37-018:577.18
В1ДНОВН1 ЗМ1НИ ТКАНИНИ П1ДШЛУНКОВОТ ЗАЛОЗИ В УМОВАХ М1КРОЕЛЕМЕНТОЗ1В
Досл1'дження проведено у рамках науково-дослдно/ роботи медичного ¡нституту Сумського державного унверситету "Вивчення впливу несприятливих зовн1шн1х чинниюв Сумсько/област'1 на стан здоров'я населення" (номер державно/реестрацп 0102и002471).
Дослщження впливу глобальних техногенних забруднень навколишнього середовища на оргаызм е важливою задачею. Сьогодш у свт перше мюце за прюритетнютю забруднення займають важк метали, проблема несприятливого впливу яких на оргашзм е надзвичайно актуальною, осктьки Тх постмне надходження призводить до таких бюлопчних наслщюв, як мутагенна, канцерогенна, тератогенна, ембрю- та гонадотоксична дiя [2,3,5]. Оргаызм реагуе на надходження металiв шляхом кумуляцп значних ктькостей забруднювача, змЫами структури, метаболiчних процеав. I, якщо висою концентрацп металiв призводять до ч^ко виражених ефек^в, то низью концентрацп викликають хроычы
