CC BY
7
© Марценяк I. В., *Ушенко О. Г., Олмник I. Ю. УДК 616-073.55:576.72
Марценяк I. В., *Ушенко О. Г., Олiйник I. Ю.
ПОЛЯРИЗАЦ1ЙНА ХАРАКТЕРИСТИКА М1КРОСКОП1ЧНО1 БУДОВИ ЖИРОВОГО Т1ЛА ЩОКИ ПЛОД1В ЛЮДИНИ
ВДНЗ «Буковинський державний медичний ушверситет» (м. Чернiвцi) *ЧНУ iменi Юрiя Федьковича (м. Чернiвцi)
[email protected] [email protected]
Досл1дження проведено в рамках виконання фрагменту планово! комплексно! м1жкафедраль-но! НДР кафедри анатом1! людини 1мен1 М. Г. Тур-кевича, кафедри анатоми, топограф1чно! анатом1! та оперативно! х1рургп ВДНЗ Укра!ни «Буковинський державний медичний уыверситет» «Особ-ливост1 морфогенезу та топограф!! систем I орга-н1в у пренатальному та постнатальному перюдах онтогенезу людини», номер державно! реестраци 0115и002769.
Вступ. Морфолопчы науки - ембр1олог1я, ана-том1я, г1столог1я - вивчають будову та форму тта людини на р1зних р1внях структурно! оргаыза-ц1!, у р1зн1 в1ков1 пер1оди, та потребують нов1тн1х об'ективних методик, як1 у комплекс! з класичними дозволяли б ефективыше виявляти вар1анти будо-ви, патолопчн1 в1дхилення в1д норми вже на ранн1х етапах онтогенезу. Вчасне виявлення та х1рурпчна корекц1я патолопчних зм1н орган1зму сприяють по-кращенню р1вня здоров'я, зменшенню показник1в захворюваност1 та смертност1 серед населення [3]. Досл1дження законом1рностей в1кових зм1н оргаыв та тканин людини з використанням нов1тн1х мето-д1в морфолог1чного досл1дження дозволяе виявити морфолог1чн1 передумови виникнення набуто! та вроджено! патолог1! [7]. Перспективним методом у морфологи е поляризацмна м1кроскоп1я (ПМ) [1, 6]. Перебуваючи на етап1 становлення та апро-бац1! в ембр1олог1!, ця методика д1агностики опти-ко-морфолопчних властивостей зображення мап б1олог1чних тканин потребуе комплексних досл1-джень, уточнення поляризацмних критер1!в норми та патологи. Методи ПМ тонких зр1з1в бюлопчних тканин фунтуються на !х властивост1 поглинати та розс1ювати як звичайне св1тло, так I лазерне ви-пром1нювання, що дозволяе отримати результати завдяки формуванню математично! модел1 бюлопчних структур. Це дае можливють об'ективно оц1нити параметричн1 ознаки норми та патологи, змши середовища в часовм динам1ц1, виключити чи звести до м1н1муму суб'ектив1зм у штерпретаци даних. Одн1ею з анатом1чних структур щ1чно! дтян-ки, яка досить швидко впродовж онтогенезу зм1нюе свою форму та будову, мае важливе функцюнальне значення та синтоп1чний вплив на сум1жн1 структу-ри, е жирове тто щоки (ЖТЩ) [5]. У даному досл1-дженн1 ми розглядали його як модель для вивчення
основних етап1в розвитку та становлення анатом1ч-но! будови з використанням ПМ у комплекс! мето-д1в морфолог1чного досл1дження.
Мета дослщження - встановити законом1р-ност1 динам1ки анатом1чних та м1крополяризац1й-них перетворень жирового т!па щоки у плодовому перюд1 онтогенезу людини.
Об'ект I методи дослщження. Досл1дже-но 25 препарат1в плод1в в1ком в1д 5 до 10 мюяц1в внутр1шньоутробного розвитку (220,0-480,0 мм т1м'яно-п'ятково! довжини) методами препаруван-ня, морфометр1!, м1кроскоп1чного та м1крополяри-зац1йного досл1дження. Досл1джувалися препарати ЖТЩ у вковм динам1ц1 жирово! тканини та пор1в-няльна характеристика ПМ параметр1в ЖТЩ у певн1 пер1оди внутр1шньоутробного розвитку.
Проведен! науков1 досл1дження в1дпов1дають морально-етичним принципам Гельсшсько! декла-рац1!, прийнято! Генеральною асамблеею Всесв1т-ньо! медично! асоц1ац1! (1964-2000 рр.), Конвенц1! Ради бвропи про права людини та бюмедицину (1997 р.), вщповщним положенням ВООЗ, М1жна-родно! ради медичних наукових товариств, М1жна-родного кодексу медично! етики (1983 р.) та законам Укра!ни.
До перелку метод1в ПМ в1дносяться: 1. Стокс-поляриметрiя м1кроскоп1чних зображень пстоло-г1чних зр1з1в б1олог1чних тканин, яка включае ви-м1рювання координатних у межах св1тлочутливо! площадки (тхп=1280х960 п1ксел1в) цифрово! каме-ри параметр1в вектора Стокса Э (т хп) м1кроскоп1ч-ного зображення г1столог1чного зр1зу [2, 4, 6]. Так1 координаты розподти вичерпно повно характе-ризують поляризацмно-неоднор1дн1 м1кроскоп1чн1 зображення I називаються стокс-параметричними зображеннями. 2. Поляриметрiя м1кроскоп1чних зображень пстолопчних зр1з1в бюлопчних тканин -експериментальне вим1рювання координатних розпод!тв значень азимута а (т х п) та ел1птич-ност1 в (т х п) поляризаци у п1кселях цифрового м1кроскоп1чного зображення. Одержан! розподти а (т х п) та в (т х п) називають поляризацмними мапами [4]. 3. Фазометр'т м1кроскоп1чних зображень пстолопчних зр1з1в бюлопчних тканин - ви-м1рювання розподту фазових зсув1в ф(т х п) м1ж ортогональними складовими ампл1туди лазерного випром1нювання у межах сукупност1 п1ксел1в св1тло-
чутливо! площадки цифрово! камери. Координаты розподти ф(т х п) у лазернм поляриметрiI одержали назву фазових мап [8]. До^джували оптично тоню (геометрична товщина I = 15 мкм - 35 мкм , коефМент ослаблення Т < 0,1 шари гiстологiчних зрiзiв ЖТЩ. Статистичний аналiз поляризацiйних, мюллер- матричних, поляризацмно- кореляцiйних та аутофлуоресцентних мап оптично аызотропних мереж бiологiчних кристалiв дозволив установи-ти найбiльш чутливi до змiн оптично! анiзотропiI об'ективн параметри - статистичнi моменти 1-го -4-го порядюв, якi характеризують розподiли зна-чень вектор-параметричних i мюллер-матричних зображень, та кореляцiйний момент 4-го порядку автокореляцмних функцiй таких розподЫв.
Результати дослiджень та Ух обговорення. Аналiз отриманих результатiв показав, що морфогенез жирового тта вiдбуваeться безперервно з моменту закладки пюля 14 тижня внутршньоу-тробного розвитку, але носить фазний характер. Першою ознакою появи жирового тта можна вва-жати скупчення мезенхiмальних клiтин, якi посту-пово ущтьнюються та диференцiюються в зiрчастi преадипоцити. Скупчення мезенхiмальних клiтин, якi на раных етапах не мiстять жирових включень, мають чiтку прив'язку до розвитку судинних структур i вiзуалiзуються як мезенхiмальнi часточки. ^знше в цитоплазмi клiтин з'являються жировi вакуолi, якi збiльшуються як в розмiрi, так i юльюс-но. Щтьно розташованi навколо капiлярiв жировi клiтини формують жировi часточки. На заключному етапi утворюються мiжчасточковi перегородки, що сприяе формуванню строми, швидкому ущтьнен-ню та прогресивному потовщенню жирового тiла.
З фiзично! точки зору бтьшють гiстологiчних зрiзiв бюлопчних тканин людини являють собою оптично-аызотропы недеполяризуючi зображення, що змiнюють значення азимуту та елттичност по-ляризаци, i формують таким чином поляризацмно-неоднорiднi мiкроскопiчнi зображення.
Методи традицмно! лазерно! поляриметри матерiалу з щiчно! дiлянки лиця у плодiв рiзного термiну внутрiшньоутробного розвитку не вияви-ли суттевих вiдмiнностей мiж зразками, що вказуе на переважно аморфну побудову !х речовини. Бiльш чутливий метод -фазометрiя полiкристалiчно! будови речовини таких об'ек^в, який виявив збтьшення рiвня кристалiзацi! ткани-ни ЖТЩ у хронолопчнм (5-10 мюя^в) динамiцi. Встановлена закономiр-нють може бути пов'язана iз тим, що поряд iз розупорядкованими жиро-вими клiтинами формуються бiльш масштабы скупчення жирових кл™н, якi групуються в основному в упо-рядкован кластери. На пiзнiх етапах розвитку частка таких кристал^них кластерiв зростае i жирова клiтковина набувае бтьш яскравих кристалiтних властивостей.
Результати обчислення, як характеризують координатнi розподiли фаз
Таблиця 1.
Статистичш моменти Z.
'¡=1; 2; 3; 4 '
що характеризують координатн1 розпод1ли фазових мап 8 (тхп) серп пстолопчних зр1з1в ЖТЩ плод1в
Параметри 5 м1с. 6 м1с. 7 м1с. 8 м1с. 10 м1с.
0,06 0,09 0,13 0,16 0,23
0,14 0,17 0,21 0,24 0,33
0,11 0,16 0,24 0,29 0,39
0,46 0,37 0,28 0,23 0,14
8 (т х п) у точках поляризацiйно-вiдфiльтрованих цифрових мiкроскопiчних зображень пстолопчних зрiзiв ЖТЩ плодiв 5-10 мюя^в наведено у табл. 1.
Найбтьш чутливими до змши ступеня впоряд-кованостi речовини ЖТЩ плодiв рiзного термiну внутрiшньоутробного розвитку е вс статистичнi моменти 1-го - 4-го порядюв, яю характеризують координаты розподти фазових зсувiв поляриза-цiйно-вiдфiльтрованих цифрових мiкроскопiчних зображень препара^в ЖТЩ.
Порiвняльний аналiз результатiв доогндження мап вейвлет-коефiцiентiв координатних розподiлiв фаз поляризацiйно-вiдфiльтрованих мiкроскопiч-них зображень пстолопчних зрiзiв тканини ЖТЩ виявив виразн вiдмiнностi мiж ними на рiвнi малих масштабiв ат|П МНАТ-функци.
На даний факт вказуе бтьша глибина моду-ляци «дрiбномасштабних» залежностей Са=15,ь, яю характеризують ступiнь кристалiзацi!. Це можна пов'язати з тим, що морфолопчы змши ЖТЩ вщбуваються не на великомасштабному, а на дрiбномасштабному рiвнi. Кiлькiсно це вияв-ляеться у зростанн дисперси М=2 (Са=15,ь (А ^)1 та статистичних моментiв вищих порядкiв м==3;4 (Са=15,ь(А 0)1 - табл. 2.
Таблиця 2.
Статистичш моменти 1-го — 4-го порядюв, як1 характеризують розподти Са=15,ь I Са55,ь вейвлет-коеф1ц1ент1в фазових мап г1столог1чних зр1з1в ЖТЩ
а 5 м1с. 6 м1с. 8 м1с. 10 м1с.
а тт _ 15 0,05 ± 0,009 0,11 ± 0,010 0,19 ± 0,001 0,28 ± 0,002
0,08 ± 0,052 0,19 ± 0,065 0,26 ± 0,038 0,35 ± 0,051
0,21 ± 0,041 0,57 ± 0,054 0,81 ± 0,032 1,22 ± 0,240
0,28 ± 0,029 0,52 ± 0,034 0,97 ± 0,130 1,39 ± 0,170
а = 55 ^ тах 0,04 ± 0,007 0,05 ± 0,001 0,07 ± 0,006 0,09 ± 0,008
0,11 ± 0,036 0,15 ± 0,043 0,22 ± 0,031 0,29 ± 0,044
0,54 ± 0,072 0,43 ± 0,094 0,31 ± 0,018 0,19 ± 0,028
0,97 ± 0,120 0,78 ± 0,150 0,59 ± 0,110 0,36 ± 0,140
Метод вейвлет-анал1зу розпод1л1в фаз мкро-скоп1чних зображень г1столог1чних зр1з1в ЖТЩ у 2-3 рази б1льш чутливий, н1ж пряма фазометр1я, що суттево розширюе функцюнальы можливост1 часово! диференц1аци таких об'ект1в.
Висновок. Засоби багатовим1рно! поляриза-ц1йно! м1кроскоп1! е ¡нформативними для анал1-зу морфолог1чно! структури жирового тта щоки. Встановлено взаемозв'язок м1ж морфолог1чними особливостями жирового тта у плодовому пер1-од1 онтогенезу людини та оптико-геометрични-
ми параметрами до^джуваних у поляризацмних
ЗОбраЖеННЯХ ПСТОЛОПЧНиХ 3pi3iB.
Перспективи подальших дослiджень
Вважаемо перспективним подальше до^джен-ня фазово! структури мiкроскопiчних зображень м'яких тканин 1^чно1 дiлянки (наприклад, пщшюр-но! жирово! клiтковини) з використанням методiв лазерно! поляриметрiI для встановлення змш мор-фологiчноI та полiкристалiчно! !хньо! будови у дина-мiцi плодового перюду пренатального онтогенезу людини.
Л^ература
1. Ол1йник I. Ю. Обфунтування доц1льност1 лазерного поляриметричного досл1дження бюлопчних тканин у пренатально-му онтогенез! щтноУ д1лянки / I. Ю. Олшник, I. В. Марценяк, О. Г. Ушенко // Природнич1 читання: II-а науково-практична конференц1я БДМУ з м1жнародною участю (Черн1вц1, 14-17 травня 2015 р.): матер1али конф. - Чершвцк Медун1верситет, 2015. - С. 233-238.
2. Поляризационно-фазовая визуализация и обработка когерентных изображений фрактальных структур биотканей / О.В. Ангельский, А. Г. Ушенко, А. Д. Архелюк [и др.] // ЖПС. - 2000. - Т. 67. - № 5. - С. 664-667.
3. Природжеш вади розвитку людини. Загальш положення тератологп: навчальний пос1бник / Т. М. Бойчук, I. Ю. Олшник, О.П. Антонюк, В. С. Пикалюк. - Черн1вц1, Медушверситет, 2015. - 361 с.
4. Ушенко Ю. А. Вейвлет-анализ поляризационной структуры полей биоспеклов статистических и мультифрактальных фа-зово-неоднородных слоев / Ю. А. Ушенко, Д. Н. Бурковец // Оптика и спектроскопия. - 2002. - Т. 93. - № 6. - С. 1040-1047.
5. A review of the gross anatomy, functions, pathology, and clinical uses of the buccal fat pad / S. Yousuf, R. S. Tubbs, C. T. Wartmann [et al.] // Surg. Radiol. Anat. - 2010. - Vol. 32. - № 5. - Р. 427-436.
6. Diagnostics of Structure and Physiological State of Birefringent Biological Tissues: Statistical, Correlation and Topological Approaches / Y A. Ushenko, T. M. Boychuk, V. T. Bachynsky, O. P. Mincer // Handbook of Coherent-Domain Optical Methods: Biomedical Diagnostics, Environmental Monitoring, and Materials Science. - 2013. - P. 107-148.
7. Kahn J. L. Anatomy and imaging of the deep fat of the face / J. L. Kahn, R. Wolfram-Gabel, P. Bourjat // Clinical Anatomy. - 2000. -Vol. 13. - № 5. - P. 373-382.
8. Ushenko Yu. A. A New Method of Mueller-Matrix Diagnostics and Differentiation of Early Oncological Changes of the Skin Derma / Yu. A. Ushenko, A. P. Peresunko, B. Adel Baku // Advances in Optical Technologies. - 2010. - P. 1-9.
УДК 616-073.55:576.72
ПОЛЯРИЗАЦ1ЙНА ХАРАКТЕРИСТИКА М1КРОСКОП1ЧНО1 БУДОВИ ЖИРОВОГО Т1ЛА ЩОКИ ПЛО-Д1В ЛЮДИНИ
Марценяк I. В., Ушенко О. Г., Олшник I. Ю.
Резюме. З метою визначення законом1рностей динамки анатом1чних та м1крополяризац1йних перетво-рень жирового тта щоки у плодовому перюд1 онтогенезу людини методами препарування, морфометрп, м1кроскоп1чного та м1крополяризац1йного досл1дження вивчено 25 препарат1в плод1в вком вщ 5 до 10 м1-сяц1в внутр1шньоутробного розвитку (220,0-480,0 мм т1м'яно-п'ятково! довжини). Результати традицмно! лазерно! поляриметр!! матер!алу з щ!чно! дтянки лиця у плод!в вказують на переважно аморфну побудо-ву !! речовини. Фазометр1я полкристал!чно! будови речовини жирового тта щоки виявила зростання р!вня кристал!заци його тканини з вком плод!в. Метод вейвлет-анал!зу розподт1в фаз м!кроскоп!чних зображень пстолопчних зр1з1в жирового тта щоки у 2-3 рази чутливший, н!ж пряма фазометр!я, що суттево розширюе функцюнальы можливост! часово! диферен^ацп таких об'екпв. Засоби багатовим!рно! поляризацм-но! мкроскопп е ¡нформативними для анал!зу морфолопчно'! структури жирового тта щоки. Встановлено взаемозв'язок м!ж морфолопчними особливостями жирового тта щоки у плодовому перюд! онтогенезу людини та оптико- геометричними параметрами дослщжуваних поляризацмних зображень пстолопчних зр1з1в.
Ключов1 слова: лазерна поляриметр!я, жирове тто щоки, плщ, людина.
УДК 616-073.55:576.72
ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МИКРОСКОПИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ ЖИРОВОГО ТЕЛА ЩЕКИ У ПЛОДОВ ЧЕЛОВЕКА
Марценяк И. В., Ушенко О. Г., Олийнык И. Ю.
Резюме. С целью определения закономерностей динамики анатомических и микрополяризационных преобразований жирового тела щеки в плодном периоде онтогенеза человека методами препарирования, морфометрии, микроскопического и микрополяризационного исследования изучены 25 препаратов плодов в возрасте от 5 до 10 месяцев внутриутробного развития (220,0-480,0 мм теменно-пяточной длины). Результаты традиционной лазерной поляриметрии материала из щечной области лица у плодов указывают на преимущественно аморфное построение ее вещества. Фазометрия поликристаллического строения вещества жирового тела щеки обнаружила увеличение уровня кристаллизации ткани жирового тела щеки с возрастом плодов. Метод вейвлет-анализа распределений фаз микроскопических изображений
гистологических срезов жирового тела щеки в 2-3 раза чувствительнее, чем прямая фазометрия, что существенно расширяет функциональные возможности временной дифференциации таких объектов. Средства многомерной поляризационной микроскопии являются информативными для анализа морфологической структуры жирового тела щеки. Установлена взаимосвязь между морфологическими особенностями жирового тела в плодном периоде онтогенеза человека и оптико-геометрическими параметрами исследуемых в поляризационных изображениях гистологических срезов.
Ключевые слова: лазерная поляриметрия, жировое тело щеки, плод, человек.
UDC 616-073.55: 576.72
THE POLARIZATIONAL CHARACTERISTICS OF THE MICROSCOPIC STRUCTURE OF THE BUCCAL FAT PAD IN HUMAN FETUSES
Martseniak I. V., Ushenko O. G., Olijnyk I. Yu.
Abstract. A polarizational microscopy is a promising method in the morphology. Being on the stage of formation and testing in embryological studies, this technique of diagnosing optical-and-morphological properties of the map images of biological tissues requires complex studies, a polarizational criteria refinement of the norm and pathology. Methods of polarizational microscopy of thin sections of biological tissue are based on their ability to absorb and dissipate both ordinary light and laser light, that allows obtaining results due to the formation of a mathematical model of the biological structures. This makes it possible to evaluate objectively the parametric features of the norm and pathology, environmental changes through the time, eliminate or minimize subjectivity in the data interpreta-
Objective is to set dynamics patterns of anatomical and micropolarizational changes of a buccal fat pad in the fetal period of human ontogenesis.
Material and methods of research. To achieve the objectives of the research with the help of methods of thin preparation, morphometry, microscopic and micropolarizational study 25 fetuses between the ages of 5 and 10 months of fetal development (220,0-480,0 mm crown-rump length) have been examined.
Results. From a physical point of view, the majority of histological sections of biological tissues are optically anisotropic non-depolarizing images, which change the value of the azimuth and the ellipticity of polarization, and thus form the polarizational-and-inhomogeneous microscopic images.
Results of traditional laser polarimetry of the material from the buccal region in fetuses point to predominantly amorphous structure of its substance. Phasemetry of polycrystalline structure of the buccal fat pad substance found a higher level of the buccal fat pad crystallization, which increases with the age of a fetus. Method of wavelet analysis of microscopic images phase distribution of histological sections of the buccal fat pad is 2-3 times more sensitive than the direct phasemetry, which significantly expands the functionality of the time differentiation of such objects.
Conclusions. Multidimensional polarizational microscopy tools are informative for the analysis of morphological structure of the buccal fat pad. The relationship between the morphologic characteristics of the fat pad in the fetus period of human ontogenesis and optical-and-geometrical parameters, investigated in the polarization images of histological sections, has been set.
Keywords: laser polarimetry, buccal fat pad, fetus, human.
Рецензент - проф. Врошенко Г. А.
Стаття надшшла 18.01.2016 року
