Введение к работе
Актуальность работы. Кровь выполняет ряд жизненно важных функций, в том числе транспорт газов, питательных веществ, продуктов метаболизма (Б. Фолков, Э. Нил, 1976). Изменение гематологических и биохимических показателей может свидетельствовать о нарушении транспортной функции крови, а также быть признаком ряда патологических процессов (Г.И. Назаренко, А.А. Кишкун, 2006), поэтому разработка оценки методов показателей крови является актуальной задачей как в биологии, так и в практической медицине.
Метод биоимпедансной спектроскопии позволяет проводить анализ водных секторов (K.R. Segal et al., 1991), а также оценивать состав тела (S. Salinari, 2003.). Биоимпедансная спектроскопия (БИС) применяется в практической медицине (J.D. Sluyter et al., 2010; R.L. Chiolero et al., 1992; A.N. Roos et al., 1993). Следует отметить, что БИС используется как для изучения свойств целого организма (A. De Lorenzo et al, 1997), так и для исследования тканей (А.Н. Kyle et al., 1999) и клеточных суспензий (К. Asami et al., 1980).
Предприняты попытки использовать метод БИС и для исследования крови. В литературе имеются работы, посвященные изучению электрических свойств крови (Т.Х. Zhao, 1996; Т. Chelidze, 2002) и суспензий эритроцитов (J.Z. Bao et al., 1994). Анализировалось влияние гематокрита (Т.Х. Zhao, 1993; К. Cha et al., 1994; L.I. Kalakutskiy et al., 2009) и скорости оседания эритроцитов (Т.Х. Zhao et al., 1993) на параметры БИС, изучалась динамика показателей биоимпедансной спектроскопии в процессе хранения крови (М. Sezdi et al., 2005; Y. Hayashi et al., 2008; T.X. Zhao, A. Shanwell, 1994). Однако нет работ, посвященных комплексному исследованию клеточных и плазменных факторов крови методом биоимпедансной спектроскопии.
Цель работы - провести комплексное исследование клеточных и плазменных факторов методом биоимпедансной спектроскопии. Задачи исследования:
Оценить возможность применения биоимпедансной спектроскопии для изучения гематологических показателей, а также воспроизводимость метода БИС цельной крови.
Выявить связи параметров БИС цельной крови с её гематологическими и биохимическими показателями. Установить показатели крови, оказывающие наиболее сильное влияние на параметры БИС.
3. Изучить динамику показателей биоимпедансной спектроскопии
цельной крови в начальный период её оседания и возможность БИС для
определения скорости оседания эритроцитов.
Исследовать влияние возрастных изменений красных клеток крови на их электрические свойства.
Оценить влияние осмолярности суспендирующего раствора, а также белково-липидных комплексов, адсорбированных на мембранах обработанных и необработанных трипсином красных клеток крови на параметры БИС эритроцитарных суспензий.
Оценить возможность метода биоимпедансной спектроскопии для количественной оценки изменений, происходящих в цельной крови в процессе её хранения.
Научная новизна
Впервые проведено комплексное исследование клеточных и плазменных факторов крови методом биоимпедансной спектроскопии. Предложена и апробирована методика биоимпедансной спектроскопии для изучения суспензий эритроцитов и цельной крови. Впервые выполнена оценка воспроизводимости метода биоимпедансной спектроскопии крови, выявлены диапазоны параметров БИС, соответствующие нормальным значениям крови. Установлено, что метод биоимпедансной спектроскопии позволяет, не оказывая воздействий на эритроциты, с высокой точностью оценить гематокрит цельной крови.
Впервые изучены изменения параметров БИС в начальный период оседания крови. Выявлено, что динамика электрических свойств крови, помещённой в неподвижную измерительную камеру, в течение первых минут обусловлена процессами взаимодействия эритроцитов и их оседанием. Установлено, что с помощью метода биоимпедансной спектроскопии можно быстро определить СОЭ.
В работе впервые показано, что метод биоимпедансной спектроскопии является чувствительным к изменениям, происходящим в эритроцитах в процессе их старения. Впервые изучено влияние осмолярности суспендирующих растворов на параметры БИС концентрированных суспензий красных клеток крови. Установлено, что вариации параметров БИС в суспензиях с разной осмолярностью были обусловлены изменениями эритроцитов, вызванными осмотическими эффектами, а также неодинаковой электропроводностью суспендирующих растворов.
В работе впервые выявлено, что уменьшение количества абсорбированных на мембранах красных клеток крови протеинов под влиянием «отмывки» красных клеток крови или обработки трипсином
отмытых эритроцитов с последующим их ресуспендированием в растворе белка приводит к уменьшению электрической ёмкости.
Получены новые факты о динамике электрических свойств крови в процессе её хранения. Показано, что метод БИС позволяет количественно оценить изменения, происходящие в хранящейся крови.
Теоретическая и практическая значимость
Разработана и апробирована полезная модель для исследования крови и эритроцитарных суспензий методом биоимпедансной спектроскопии, которая может быть использована для определения гематокрита, мониторирования оседания эритроцитов и быстрой количественной оценки изменений, происходящих в крови в процессе её хранения. Данные диссертации содержат существенные предпосылки для разработки методов анализа других гематологических показателей и процесса агрегации эритроцитов.
Полученные результаты позволяют выявить новые возможности метода биоимпедансной спектроскопии клеточных суспензий и расширяют имеющееся знание о влиянии структурно-функциональных особенностей биологических объектов на их электрические свойства.
Новые сведения можно использовать при написании учебных пособий по физиологии крови и эритроцитов, а также в разделах по биофизике в разделе «Электрические свойства живых тканей».
Основные положения, выносимые на защиту
На параметры биоимпедансной спектроскопии крови основное влияние оказывают гематологические показатели, отражающие общее содержание эритроцитов в измеряем образце крови (гематокрит, концентрация эритроцитов).
Под влиянием изменений, происходящих в первые несколько минут в помещённой в вертикально фиксированную измерительную камеру крови (взаимодействие эритроцитов и их оседание), происходит рост сопротивления внеклеточной жидкости и электрической ёмкости и снижение Alpha.
Метод биоимпедансной спектроскопии является чувствительным к изменению внутриклеточной концентрации гемоглобина, формы и размеров эритроцитов, снижению количества белков на поверхности мембран красных клеток крови, а также к межклеточным взаимодействиям.
Изменения, происходящие в крови в процессе её хранения без добавления консервантов, оказывают влияние на все измеряемые параметры биоимпедансной спектроскопии.
5. Метод БИС может использоваться для быстрого определения гематокрита и мониторирования процесса оседания эритроцитов.
Апробация работы. Результаты диссертации доложены и обсуждены на: конференции «Чтения Ушинского» (Ярославль, 2010, 2011); VI Межд. школе-конференции по физиологии мышц и мышечной деятельности «Системные и клеточные механизмы в физиологии двигательной системы и мышечной деятельности» (Москва, МГУ, 2011); XII и XIII научно-практ. конф. «Диагностика и лечение нарушений регуляции сердечно-сосудистой системы» (Москва, ГКГ МВД РФ, 2010, 2011); Всероссийской молодёжной школы-семинара «Инновации и перспективы медицинских информационных систем». (Таганрог, 2010), XIV International Conference on Electrical Bioimpedance (ICEBI) and the 11 Conference on Biomedical Applications of EIT (Florida, 2010) и в журналах, рекомендованных ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 137 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы (6 подглав), главы, описывающей организацию и методы исследования, 11 подглав с изложением полученных результатов и их обсуждения, выводов, практических рекомендаций и списка литературы, который включает 16 отечественных и 219 иностранных источников. Диссертация содержит 21 рисунок и 13 таблиц.
