Развитие информационной базы при ионометрировании больных с распространенными формами рака Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК 615.471

РАЗВИТИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ БАЗЫ ПРИ ИОНОМЕТРИРОВАНИИ БОЛЬНЫХ С РАСПРОСТРАНЕННЫМИ ФОРМАМИ РАКА

Г. А. Машевский,

бакалавр

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет В. А. Тарасов,

доктор мед. наук, профессор

Санкт-Петербургская медицинская академия последипломного образования

Рассматривается вопрос развития информационной базы при ионометрировании мочи больных с распространенными формами рака. Показано, что раковому заболеванию сопутствуют снижение энергетического фактора, выраженного через параметр рЫэ, и гипераммониурез. Предложена оценка патологии аммониогенеза по величине отклонения измеренных значений NH+ от расчетной зависимости рNH4-рK, характерной для здорового организма человека.

The article concerns the development of Information base collected on ionometry of urine patients with widespread forms of cancer. It is shown that cancer is accompanied by decrease of energy factor expressed through pNa parameter and hiperammoniauresis, We also propose an evaluation of ammoniagenesis pathology according to the value of deflection of measured values NH+ from calculated dependences pNH4-pK that is typical for the healthy human organism.

В опубликованных нами ранее результатах исследований [1-3] показана высокая эффективность различных электродных систем при ионо-метрировании мочи больных с распространенными формами рака. В частности, развиты энергетическая концепция параметра р№, ответственного за работу ^+/К+-АТФазного насоса, и «синдром больной клетки» [1]. Контроль потенциалов Ag2S-и Р^электродов обеспечивает выявление патологий, связанных с катаболизмом белков и повышенной концентрацией в моче железопротеиновых комплексов [2].

В настоящей работе делается акцент на исследовании патологии аммониогенеза и оценке ее влияния на степень и уровень ракового заболевания.

Основные теоретические положения аммониогенеза

Аммиак оказывает на клетки сильное токсическое действие. Основным путем обезвреживания аммиака в печени является образование мочевины (цикл мочевины). Главным источником аммиака в почках служит глутамин ^1п). Глутамин -один из конечных продуктов азотистого обмена, поступающий в кровь из мышц, головного мозга,

печени и являющийся важнейшей транспортной формой аммиака в крови. В почках аммиак высвобождается из глутамина за счет гидролиза амидной группы [4]

н20 ИНз

СО(МН2)-СН2-СН2- ^—^НООС-СНа-СНа-СЩШЗД-

(1)

глутаминовая кислота

глутамин глутаминаза

(глутамат)

Вторая молекула аммиака образуется при окислительном дезаминировании глутамата с образованием 2-оксоглутаровой кислоты:

НАД НАД*Н2

глутамат ----альфа-кетоглутарат

(2)

глутамат-

дегидрогеназа

Эта реакция катализируется глутаматдегидро-геназой в присутствии НАД+ и НАДФ+ в качестве коферментов. В качестве источника аммиака могут использоваться и другие аминокислоты, прежде всего аланин, а также серин, глицин и аспара-

гиновая кислота. Аммиак диффундирует через клеточные мембраны в просвет канальца (в мочу), где, соединяясь с протонами, образует NH4+

NH3 + h+^~^nh4 (3)

т. е. формируется аммонийная буферная система. ^ долю аммониогенеза приходится 2/3 экскре-тируемых ионов H+.

В этой форме аммиак уже не может реабсорби-роваться мембранами клеток почечных трубочек и поэтому экскретируется в составе мочи. Протон секретируется из цитоплазмы в просвет канальца в результате реакции

^СО3

Hœ3 + H+

Таким образом, справедливо соотношение 1 глутамин ^ 2NH4+ + 2HCO—

Активность ферментов аммониогенеза в почках особенно высока в условиях ацидоза. При определенных изменениях обмена веществ выведение аммиака может быть полностью подавлено или существенно увеличено. Если рН сдвигается в кислую область, выведение ионов NH+ усиливается. Это же вытекает из реакции (3). При увеличении концентрации [Н+] равновесие смещается вправо. Таким образом, физиологическая оценка состояния аммониогенеза в организме должна оцениваться не по абсолютному значению концентрации [NH+ в моче, а по отклонению от зависимости [NH4+] - [H+ или К+] здорового человека.

На аммониогенез оказывают также влияние процессы, рассматриваемые в работе [5]:

цистеин ^ пируват + NH3 - постепенное окисление до цистеинсульфиновой кислоты, которая окислительно дезаминируется и разрушается до сульфата и пирувата;

глицин ^ глиоксалевая кислота + NH3 - окисление глициноксидазой;

глюкозамин-6-Р ^ глюкоза-6-Р + NH3. Особый интерес представляет реакция разложения мочевины (карбамид) в присутствии уреазы, поскольку этот процесс напрямую связан с хели-кобактериозом

(H2N)CO + IT .O + IT: о

2NHJ + НСОз

(4)

уреаза

Бактерии Helicobacter pylori (содержат 10 % уреазы), разлагая мочевину до NH+ могут существовать в желудке при рН=2, вызывая язву желудка, двенадцатиперстной кишки, гастриты, лимфоматозы, аденокарциномы. Присутствие Helicobacter pylori обнаруживается почти в 100 % случаев при раковых заболеваниях. Токсичность NH4+ обусловлена тем, что он способствует восстановительному аминированию а-кетоглутаровой кислоты в митохондриях, которое катализируется глутаматдегидрогеназой [6]

NH4 + а-кетоглутаровая--------

кислота + НАД*Н

глутаминовая кислота + НАД+

(б)

т. е. а-кетоглутаровая кислота удаляется из цикла Кребса, подавляя дыхание и вызывая образование избыточного количества кетоновых тел из ацетил-КоА в печени. Истощение запасов оксало-ацетата тормозит работу цикла лимонной кислоты, уменьшая продукцию АТФ в клетке [7]. Таким образом, снижение энергетического параметра р^ и повышение ^Н^ ] являются признаками усиления степени ракового заболевания.

Экспериментальная часть

Исследованию подвергался статистический массив, сформированный из 1842 наблюдений. Количество наблюдений, связанных с различными формами ракового заболевания, составило 927. Количество наблюдений, связанных с людьми, считающими себя здоровыми, составило 180. Остальные наблюдения относятся к различным заболеваниям почек, печени и других органов: механическая желтуха, холецистит, печеночная недостаточность, пиелонефрит, цистит, почечная недостаточность, кишечная непроходимость, тромбофлебит, аблетерирующий атеросклероз, панкреатит, сахарный диабет, бронхит, пневмония, плеврит, ангина, грипп, ринит, гидроденит, ОРВИ и др. Статистическая оценка исследованных параметров приведена в табл. 1.

Исходя из условия электронейтральности из канальца в кровь за счет реабсорбции переносятся ионы ^+ в обмен на секрецию ионов Н+ и К+. Поэтому при наших измерениях должна наблюдаться положительная корреляция между секретируе-мыми катионами. Корреляционная матрица приведена в табл. 2.

Теоретические предпосылки, изложенные выше, подтверждаются значимыми положительными корреляциями между секретируемыми катионами (Н+, К+, NH4+). Отмечается отрицательная взаимосвязь между р^ и рNH4, свидетельствующая о патологическом взаимодействии механизмов гипераммониуреза и ретенции ^ в организме.

Таблица 1

Параметр Среднее Мини- мум Макси- мум Стандартное отклонение

Возраст, лет 54,3 б 87 17,2

Na, мВ бТ 1 99 21,8

Ag2S, мВ -2б2 -5ТТ -бб бб,0

Pt, мВ -12 -495 149 бб,8

рH б,10 4,32 9,52 0,79

K, мВ 390 304 434 14,9

NH4, мВ 1ТТ 110 228 18,2

■ Таблица 2

Пара- метр Na Ag2S Pt pH K NH4 anh4

Na 1 0,12 0,15 -0,07 0,21 -0,11 -0,21

Ag2S 1 0,51 -0,29 0,09 -0,19 -0,24

Pt 1 -0,34 0,02 -0,0б 0,08

pH 1 -0,26 -0,22 -0,12

K 1 0,40 0

NH4 1 0,91

ANH4 1

■ Таблица 3

Параметр Fl F2 F3

Na 0,02 0,бб 0,46

Ag2S 0,85 -0,001 0,24

Pt 0,80 0,022 0,02

рН -0,57 -0,40 0,46

K 0,0б 0,83 -0,13

ANH4 -0,15 -0,04 -0,85

-3,0

-2,0

-1,0

0,0

1,0

2,0 F2

Рис. 1. Проекция факторного пространства на плоскость F2-F3

Наличие сильной корреляции между [K+] и [NH+ в какой-то степени может быть объяснено исследованиями Латторе и Миллера [8], подтверждающими способность NH+ проникать через К+-ка-налы и замещать K+ в ^+/К+-АТФазе (Скоу, [8]). Показано также, что хронический дефицит K+ приводит к снижению продукции и секреции NH4+. Механизм этого процесса пока неясен. Среднестатистическая зависимость между NH+ и K+ по всему массиву описывается уравнением

pNH4 = -32,8 + 0,5рК (6)

Эта же зависимость справедлива и для базового здорового организма. Поэтому с целью оценки патологии аммониогенеза нами использована ве-

личина отклонения фактически измеренных значений NH¿+ от расчетной линии (б):

A NH4 = рNH4, факт - (-32,8 + 0,5р^ Обратная корреляция этого параметра с р^ (г = -0,21, табл. 2) еще больше подчеркивает взаимосвязь энергетического потенциала организма и аммониогенеза.

При обработке статистического массива методом факторного анализа получена матрица компонентных нагрузок исходных признаков на ортогональные факторы, структура которой представлена в табл. 3.

Полученная матрица нагрузок исходных признаков на первые три главные компоненты отра-

жает специфику развития патологических процессов в организме. Первая компонента F1 ответственна за катаболизм белков и экскрецию железопротеиновых комплексов, F2 ответственна за K+, F3 отражает патологию аммониогенеза.

В полученном факторном пространстве исходные наблюдения сгруппированы в 50 кластеров, в каждом из которых рассчитан процент пациентов с различными формами ракового заболевания. Расположение кластеров в пространстве отражено на плоскости F2-F3 (см. рис. 1). На этой же плоскости нанесены изолинии рассчитанного процента больных с раковым заболеванием. На рисунке четко прослеживается увеличение процента ракового заболевания с уменьшением значений вектора Na+, ответственного за энергетический потенциал организма, и с усилением значений вектора ANH4. На рисунке отражены также некоторые сопутствующие заболевания. Поскольку NH+ образуется в почечных клетках, его секреция значительно нарушается при хронических почечных заболеваниях. Кластеры, включающие преимущественно больных с пиелонефритом, располагаются в обратном направлении вектора NH4. Паратиреокринин (паратирин, парат-гормон), основной продукт паращитовидной железы, стимулирует экскрецию NH4 [7, с. 341]. Поэтому кластеры, включающие пациентов с панкреатитом и сахарным диабетом, располагаются в области более высоких значений вектора ANH4. Повышенный распад белка при сахарном диабете вызывает гиперазотурию (ANH4T), повышение концентрации фосфатных анионов и кетоа-цидоз [7, с. 282]. Поэтому рассматриваемые кластеры одновременно располагаются в обратном направлении вектора рН.

Поскольку нас интересует проблема ионной модели при раковом заболевании, рассмотрим непосредственно зависимость ракового заболевания от параметров р^ и ANH4 (рис. 2).

Литература

1. Машевский Г. А., Тарасов В. А., Филиппов Д. И.

Об информационной базе системы функционального компьютерного мониторинга при лечении больных с распространенными формами рака // Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Сер. Биотехнические системы в медицине и экологии. 2004. Вып. 1. С. 40-46.

2. Машевский Г. А., Тарасов В. А. Потенциометрический контроль мочи больных с распространенными формами рака // Изв. СПбГЭТУ «ЛэТи». Сер. Биотехнические системы в медицине и экологии. 2005. Вып. 1. С. 72-79.

3. Машевский Г. А., Тарасов В. А. Развитие информационной базы системы функционального компью-

ANH

М 22,104 Н 28,671 I I 35,237

□ 41,804

□ 48,371

□ 54,937 ■ 61,504

Н 68,071 Н 74,637 Н 81,204 I■ above

Рис. 2. Зависимость процента ракового заболевания от параметров pNa и ANH4

Таким образом, в результате выполненного исследования показано, что раковому заболеванию сопутствует нарушение ионного гомеостаза, связанного с удержанием в организме №+ и гиперам-мониурией.

Работа выполнена под научным руководством доктора технических наук профессора З. М. Юл-дашева.

терного мониторинга при лечении больных с распространенными формами рака // Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Сер. Биотехнические системы в медицине и экологии. 2005. Вып. 2. С. 75-79.

4. Кольман Я., Рем К.-Г. Наглядная биохимия. М.: Мир, 2000. С. 318-319.

5. Мусин Я., Новакова О., Кунд К. Современная биохимия в схемах. М.: Мир, 1981. С.57.

6. Ленинджер А. Биохимия. М.: Мир, 1976. 957 с.

7. Зайчик А. Ш., Чурилов Л. П. Патофизиология: В 3 т. Т. 2. Основы патохимии. СПб.: ЭЛБИ-СПб., 2001. 687 с.

8. Физиология водно-солевого обмена и почки / Отв. ред. Ю. В. Наточин. СПб.: Наука, 1993. С. 428-437.