CC BY
57
УДК 547.96.004.13
С. В. Дезорцев, М. Ю. Доломатов, Н. В. Калашченко, В. И. Никуличева
Системный анализ интегральных параметров электронных спектров биологических жидкостей человека
Уфимская государственная академия экономики и сервиса 450077, г. Уфа, ул. Чернышевского, 145 Башкирский государственный медицинский университет 450000, г. Уфа, ул. Ленина, 3
Использован системный подход к определению информационных характеристик интегральных параметров электронных спектров поглощения компонентов крови человека. В отличие от обычного метода, биологические жидкости исследуются как единое целое, без разделения на характеристические частоты и длины волн индивидуальных функциональных групп компонентов в составе биохимической системы. В ультрафиолетовой и видимой областях спектра плазмы крови здоровых и больных людей были обнаружены значимые различия средних интегральных параметров поглощения излучения и их информационных характеристик. Изучаемые параметры могут быть использованы в виде информационной системы для идентификации состояния гомеостаза или отклонений от него.
Ключевые слова: спектр поглощения; плазма; электронная феноменологическая спектроскопия; интегральные параметры;
Для определения отклонений функциональных параметров организма человека (по П. К. Анохину) от состояния гомеостаза
(здорового состояния) целесообразно исполь-
1 2
зовать интегральные характеристики 1 2.
Идея интегрального подхода обработки информации по спектрам заключается в сканировании многокомпонентной системы в широком диапазоне длин волн и получении максимума информации о ее свойствах в целом, исследуя сумму электронных состояний неделимой системы (М. Ю. Доломатов), в отличие от обычной спектроскопии, которая исследует характеристические частоты и полосы поглощения отдельных атомно — молекулярных 3, 4
группировок .
Целью настоящей работы является системный анализ интегральных параметров поглощения излучения биологическими жидкостями в ультрафиолетовом и видимом диапазонах электромагнитного спектра в условиях гомеостаза (здоровое состояние организма)
Дата поступления 27.02.08
и в условиях отклонений от него (патология). Основными задачами исследования являются: определение по известным зависимостям 3-5 средних интегральных параметров поглощения излучения в ультрафиолетовом и видимом диапазонах электромагнитного спектра для системы плазмы крови в условиях гомеостаза и при отклонениях от него; статистический и информационный анализ вышеназванных параметров.
Объектами исследования явились 100 доноров и 180 больных из четырех групп (с гнойно-воспалительными заболеваниями, терапевтические реанимационные, с почечной недостаточностью и циррозами печени).
Спектры водных растворов крови и ее компонентов исследовали по авторской методике 6. Концентрация рабочего раствора 2.5% объемных (1 : 40). Спектр регистрировали в интервале длин волн от 180 до 1080 нм (рис. 1) 6' 7. Различия между средними спектрами компонентов крови больных разных групп и средними спектрами компонентов крови доноров особенно проявляются для плазмы (рис. 1).
В табл. 1 приведены результаты исследования интегральных спектральных параметров системы плазмы крови человека в условиях го-меостаза (доноры) и отклонения от гомеостаза (патология).
Наиболее значимые отличия от гомеостаза спектральной функции наблюдаются для усредненных параметров светопоглощения Q, тонкой структуры ТС и интегральной силы осцилляторов (ИСО) (табл. 1). Наиболее достоверные результаты при определении интегральных параметров можно получить для спектров плазмы крови в областях ближнего ультрафиолетового и видимого излучений (от 240 нм до 800 нм).
Проведена оценка информации и информационной энтропии систем биологических жидкостей человека с использованием элементов
2,5
.......Доноры
-Богьнье с гтейню-воспашгегьньми заболеваниями
—«— Богьнье в реанимационном состоянии
---Больные с циррозом печени
— х— Богьнье с почечной недостаточностью
Рис. 1. Средние спектры подсистем плазмы крови четырех групп больных в сравнении с состоянием гомеос-таза (со средним спектром доноров)
Таблица 1
Феноменологические параметры спектров поглощения подсистемы плазмы в состоянии гомеостаза и при отклонениях от него
Показатели Плазма
Состояние гомеостаза Больные
Гнойно-воспалительные заболевания Реанимационное состояние Почечная недостаточность Циррозы печени
Вероятность светопоглощения, —p-103, нм 1
Среднее значение 4.7 4.651 4.362 4.46 3.356
Доверительный интервал, а = 0.95 0.16 0.26 0.14 0.14 0.384
^вариации 16.17 22.07 10.45 10.64 32.34
Д р, нм-1 — 0.045 0.334 0.24 1.34
Параметр интенсивности светопоглощения, Q-101, (% об.) 1-см 1
Среднее значение 64.63 92.13 101.61 112.24 128.8
Доверительный интервал, а = 0.95 5.35 6.88 11.63 8.95 14.5
^вариации 39.66 29.52 37.38 26.67 22.96
Д 0, (% об.)-1-см-1 — -27.5 -36.98 -47.61 -64.17
Параметр тонкой структуры, ТС, (% об.) 1 см 1
Среднее значение 37.46 30.43 27.36 1593.09 16.12
Доверительный интервал, а = 0.95 2.1 1.87 2.59 115.92 2.98
^вариации 26.87 24.25 30.88 24.34 37.63
Д ТС, (% об.)-1-см-1 — -7.03 -10.1 1555.63 -21.34
Интегральная сила осцилляторов, ИСО, 10 7- (% об.) 1
Среднее значение 409.2 518.8 552.9 578.49 746.6
Доверительный интервал, а = 0.95 21.2 28.5 39.2 29.41 61.0
^вариации 24.89 21.68 23.16 17.01 16.67
Д ИСО, 10-/-(% об.)-1 — 109.6 143.7 167.2 337.4
теории информации на основе вероятностного подхода 8. Вероятность отклонения системы от гомеостаза
Pi z ' если Zg>2i или Pi - , если zg<2i
(l)
где Zi и Zg — значения соответствующих интегральных параметров при отклонениях и в состоянии гоме-остаза.
Соответственно, вероятность нахождения системы в состоянии гомеостаза определяется как
q = 1 - Pi. (2)
Следуя известным алгоритмам Хартли и Шеннона 10 для расчета информации и энтропии в сложных системах, формулу для максимального количества информации в биологической системе можно записать так:
I = log2 Рг,
(3)
где pi — вероятность отклонения системы от гомеостаза; I — полная информация, бит.
Энтропия в биологической системе при отклонении от гомеостаза:
S = -(pi • log2 Pi + qi • log2 qi). (4)
Результаты оценки информации и энтропии для интегральных параметров электронных спектров поглощения подсистемы плазмы в ультрафиолетовой и видимой областях приведены в табл. 2.
Количество информации различается для различных групп заболеваний: для больных гнойно-воспалительными заболеваниями 1.169 бит, для больных в реанимационном состоянии 1.648 бит, для больных с почечной недостаточностью 6.782 бита, для больных циррозами печени 3.565 бита. Энтропия в системе плазмы составляет: для больных гнойно-воспалительными заболеваниями 2.403 бит, для больных в реанимационном состоянии 2.986 бит, для больных с почечной недостаточностью 2.307 бита, для больных циррозами печени 3.843 бита.
Таким образом, установлена взаимосвязь между функциональным состоянием организма человека и отклонением феноменологических спектральных параметров плазмы от состояния гомеостаза. Наиболее достоверные результаты наблюдаются для спектров поглощения плазмы в интервале от 240 нм до 800 нм.
Таблица 2
Оценка количества информации в системе плазмы по параметрам электронной феноменологической спектроскопии
z
z
Параметр Состояние гомеостаза, S2 Плазма
Отклонение от гомеостаза, S1 P Q I S
Гнойно-воспалительные заболевания
p 4.7 4.651 0.99 0.01 0.015 —0.084
Q 64.63 92.13 0.702 0.298 0.511 —0.879
ИСО 409.2 518.8 0.789 0.211 0.342 —0.744
TC 37.46 30.43 0.812 0.188 0.300 —0.697
Сумма — — — — 1.169 —2.403
Реанимационное состояние
p 4.7 4.362 0.928 0.072 0.108 —0.373
Q 64.63 101.61 0.636 0.364 0.653 —0.946
ИСО 409.2 552.9 0.74 0.26 0.434 —0.827
TC 37.46 27.36 0.73 0.27 0.453 —0.841
Сумма — — — — 1.648 —2.986
Почечная недостаточность
p 4.7 4.46 0.949 0.051 0.076 —0.291
Q 64.63 112.24 0.576 0.424 0.796 —0.983
ИСО 409.2 578.49 0.707 0.293 0.499 —0.872
TC 37.46 1593.1 0.024 0.976 5.410 —0.161
Сумма — — — — 6.782 —2.307
Циррозы печени
p 4.7 3.356 0.714 0.286 0.486 —0.863
Q 64.63 128.8 0.502 0.498 0.995 — 1.0
ИСО 409.2 746.6 0.548 0.452 0.868 —0.993
TC 37.46 16.12 0.430 0.57 1.216 —0.986
Сумма - — — — 3.565 —3.843
Для больных с различными нозоологиями обнаружены достоверные различия количества информации и информационной энтропии феноменологических параметров электронных спектров поглощения в системе плазмы крови при отклонениях от гомеостаза, что позволяет ввести неспецифические критерии оценки функционального состояния организма.
Литература
1. Бышевский А. Ш., Терсенов О. А. Биохимия для врача.— Екатеринбург: «Уральский рабочий».- 1994.- 423 с.
2. Анохин П. К. Очерки по физиологии функциональных систем.- М.: Медицина.- 1974. — 446 с.
3. Доломатов М. Ю. Фрагменты теории реального вещества.- М.: Химия.- 2005.- 207 с.
4. Дезорцев С. В., Доломатов М. Ю., Калашчен-ко Н. В., Ожгихин С. Н., Кучукова Г. У., Аса-бина М. М. // Вестник новых медицинских технологий.- 2006.- Т. XIII, № 3.- С. 159.
5. Доломатов М.Ю. Применение электронной спектроскопии в физико-химии многокомпонентных стохастических и сложных молекулярных систем.- Уфа: ЦНТИ.- 1989.- 47 с.
6. Калашченко Н. В., Доломатов М. Ю., Дезор-цев С. В., Попова Е. А., Курманкаева Р. Р. // Баш. хим. ж.- 2004.- Т. 11, № 2.- С. 47.
7. Калашченко Н. В., Доломатов М. Ю., Дезорцев С. В. Особенности интегральных характеристик электронных спектров крови человека в норме и патологии. Учебное пособие. Башкирский государственный медицинский университет.- Уфа: Гилем.- 2006.- 44 с.
8. Блюменфельд Л. А. // Соросовский Образовательный Журнал.- 1997.- № 7.- С. 88.
