Введение к работе
Актуальность проблемы. В современной медицине до сих пор остается насущной и во многом нерешенной задачей прижизненная тонкая диагностика начальных изменений функционального состояния тканей. Руководствуясь принципом минимального вмешательства, диагностику функционального состояния биологических тканей и жидких сред целесообразно осуществлять на основе спектроскопических методов, поскольку особенности взаимодействия электромагнитных излучений с биообъектами содержат важную информацию о структуре вещества не разрушая его, уровень же изучаемой структуры (надмолекулярный, молекулярный, атомный) определяется диапазоном излучения.
Важное значение коллоидного состояния цитоплазмы, жидких биологических сред для их функциональной активности обусловливает интерес к микроволновому диапазону электромагнитных излучений, позволяющему исследовать гидратную структуру нативных коллоидов и биомакромолекул.
Один из основных методов микроволновой спектроскопии (V = 3 - 300 гигагерц) - КВЧ-диэлектрометрия - активно используется в физике и физической химии при изучении межмолекулярных взаимодействий и надмолекулярной структуры вещества, механизмов поглощения электромагнитного излучения веществом (Браун В., 1961; Ахадов Я.10., 1972; Аксенов СИ., 1990). В последние 10-15 лет микроволновая диэлектрометрия нашла применение при изучении взаимодействия белков и белково-липидных комплексов с их гид-ратным окружением (Щеголева Т.Ю., 1988). СВЧ-диэлектрическая спектроскопия успешно применяется в изучении механизмов взаимодействия мембранных рецепторов нативных эритроцитов с нестероидными гормонами и рядом лекарственных препаратов (Малая Л.Г., Щеголева Т.Ю., Бахова Л.К., 1988).
Ведущая роль физико-химических нарушений коллоидного равновесия цитоплазмы, интерстициальной жидкости, крови при нарушениях жизнеспособности (Лопухин Ю.М., Коган Э.М., 1975); технические трудности применения (особенно in vivo) существующих методов определения физико-химического состояния биоколлоидов, например, люминесцентного анализа (Гулиева Ш.К., 1978) и уникальные возможности диэлектрической спектроскопии в диапазоне миллиметровых длин волн в оценке параметров гидратации биообъектов (Кузнецов А.Н., 1994) побудили нас применить КВЧ-дизлект-
рометрию для определения жизнеспособности мягких тканей и исследования электрических характеристик биологических жидкостей (крови и желчи) при различных функциональных состояниях, сопровождающихся изменениями их коллоидного равновесия и соответственно параметров гидратации.
Целью исследования является изучение связей диэлектрических параметров биообъектов, измеряемых в области микроволн, с морфо-функшональными характеристиками различных биологических жидкостей и тканей, исследуемых in vitro и in vivo, для выяснения реальных возможностей КВЧ-диэлектрометрии в определении функционального состояния различных биологических жидкостей и тканей.
Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:
-
Разработать методику определения комплексной диэлектрической проницаемости биообъектов in vivo в КВЧ диапазоне на основе измерения комплексного коэффициента отражения волноводных волн.
-
Подобрать биологические модели, соответствующие различному уровню морфо-функционального состояния биологических жидкостей и тканей и изучить их.
-
Изучить связь микроволновой диэлектрической проницаемости кожных аутотрансплантатов, измеренной in vivo, с активностью репаративных и некробиотических процессов. Выяснить диагностическую значимость КВЧ-диэлектрометрии кожно-мышечных лоскутов для прогноза их жизнеспособности и контроля эффективности биорегулирующей терапии.
-
Изучить динамику компонент микроволновой комплексной диэлектрической проницаемости фракций крови при развитии эндо-токсикоза. Исследовать возможность применения КВЧ-диэлектрометрии крови и ее фракций при контроле эффективности гемокорриги-руювдх операций.
-
Исследовать диэлектрические параметры пузырной желчи человека в области миллиметровых радиоволн и изучить их связь со стабильностью коллоидного равновесия желчи. Проанализировать диагностические возможности КВЧ-диэлектрометрии желчи при развитии холелитиаза.
Научная новизна работы. Впервые методика микроволновой диз-
лектрометрии применена к исследованию биологических тканей in vivo при частотах выше 30 ГГц. При этом в результате проведенного анализа впервые показаны реальные возможности микроволновой диэлектрометрии в ранней диагностике типических патологических состояний разнообразных биологических жидкостей и тканей.
Практическая значимость работы. 1. В работе предложены радиоспектроскопические критерии жизнеспособности мягких тканей аутотравсллантатов, использование которых позволяет, по крайней мере за сутки до появления биохимических и гистологических признаков некробиоза, прогнозировать его развитие.
2. В работе предложены радиоспектроскопические критерии
неустойчивости коллоидного состояния пузырной желчи. Исследова
на возможность диагностики развития холелитиаза на физико-хими
ческой стадии, определения литогенности желчи и разработки по
казаний к ранней профилактике желчнокаменной болезни.
Внедрение в практику. Методика КВЧ-диэлектрометрии кожи in vivo применена в клинике челюстно-лицевой хирургии Военно-медицинской академии для контроля эффективности консервативного лечения послеоперационных рубцов. КВЧ-диэлектрометрии пузырной желчи применяется в контроле эффективности холелитической терапии больных желчнокаменной болезнью в клинике общей терапии N2 ВМедА.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Предложенная в работе конструкция волноводного излучате
ля КБЧ-диэлектрометра позволяет добиться выделения одномодового
и одночастотного отраженного волноводного излучения, необходи
мого для проведения корректного анализа экспериментальных дан
ных по микроволновой диэлектрометрии.
2. Рассчитанная на основе экспериментально определенного
коэффициента отражения волноводной волны комплексная диэлектри
ческая проницаемость характеризует морфо-функциональное состоя
ние биологических тканей.
3. Величины компонент комплексной диэлектрической проница
емости различных биообъектов в КВЧ-диапазоне могут служить зна
чимым диагностическим критерием в прогнозе ряда патологических
состояний различных биологических жидкостей и тканей: ишемии и
- A -
некроза кожи, эндотоксикоза, желчнокаменной болезни. Апробация работы и публикации.
Основные результаты работы были доложены на V Международном сшпозиуме по пластической и реконструктивной микрохирургии (ноябрь 1994 года); на Международном Фальк-симпозиуме-92 (июнь 1996 года).
По теме диссертации опубликовано 7 научных работ. На "Способ определения жизнеспособности тканей биологических объектов и устройство для его осуществления" получено авторское свидетельство на изобретение N 1836915 М. кл. А61 В5/00 от 30.03.95.
На "Способ диагностики стадии желчнокаменной болезни" получено авторское свидетельство на изобретение N 1714505 М. кл. G01 /33/52 ОТ 15.04.96.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания оригинальной методики КВЧ-диэлект-рометрии целостных биообъектов, изложения результатов исследования диэлектрических характеристик различных биологических тканей в системах in vivo и биологических жидкостей в системах in vitro и их обсуждения, заключения, выводов и списка цитированной литературы. Работа изложена на 103 страницах машинописного текста, включая 12 таблиц и 7 рисунков.