Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы
1.1 Современные вопросы эпидемиологии пролиферативных процессов матки 12
1.2 Применение современных электронных приборов по детектированию газов в медицине для диагностики заболеваний 17
1.3 Методы диагностики пролиферативных процессов матки, применяемые в современной гинекологическоой практике 22
1.4 Морфологические критерии пролиферации эндометрия и миометрия матки и изменение при этом состояния рецепторного аппарата эндометрия 26
ГЛАВА 2. Материалы и методы
2.1 Характеристика клинического материала 34
2.2 Теоретические основы метода пьезокварцевого микровзвешивания 38
2.3 Методы клинического исследования 44
ГЛАВА 3. Собственные исследования
3.1 Состояние пьезосенсорной системы типа "электронный нос" при эксперимен тальном исследовании 46
3.2 Особенности сорбции паров легколетучих аминов и кислот на выбранном массиве сенсоров 51
ГЛАВА 4. Полученные результаты и их обсуждение
4.1 Разделение проб крови по традиционным параметрам пьезокварцевого микровзвешивания 60
4.2 Исследование проб крови по первичным и вторичным аналитическим сигналам «электронного носа» 66
4.3 Построение МГК модели для классификации проб крови 69
4.4 Построение регрессионной модели скрининг-диагностики состояния проб крови 73
4.5 Обоснованность и достоверность полученных результатов 76
Выводы
Практические рекомендации
Приложение а
Приложение б
Список литературы
- Применение современных электронных приборов по детектированию газов в медицине для диагностики заболеваний
- Морфологические критерии пролиферации эндометрия и миометрия матки и изменение при этом состояния рецепторного аппарата эндометрия
- Особенности сорбции паров легколетучих аминов и кислот на выбранном массиве сенсоров
- Построение МГК модели для классификации проб крови
Применение современных электронных приборов по детектированию газов в медицине для диагностики заболеваний
Поскольку в патогенезе пролиферативных процессов матки ведущими факторами являются очаговые нарушения в системе обеспечения и контроля процессов физиологической гиперплазии и гипертрофии гормонозависимых структур эндометрия и миометрия (Г. А. Савицкий, 2007), то становится очевидным, что необходим поиск диагностических критериев, позволяющих дифференциально диагностировать опухолевые процессы матки на доклиническом этапе. Среди опухолей женской репродуктивной системы лейомиома матки - самое распространенное заболевание, которое встречается у женщин раннего репродуктивного возраста, частота колеблется от 10,3 до 30,7 %, а в позднем реподуктивном возрасте частота достигает до 50,2 % [9, 11, 77].
Именно лейомиома занимает второе место в структуре гинекологической заболеваемости после воспалительных процессов органов малого таза, и является следствием (30-52%) гистерэктомии [76], что, по мнению многих авторов, приводит к снижению качества жизни, развитию симптомокомплекса вегетососудистых, нейроэндокринных, психоэмоциональных нарушений у 70-80% прооперированных больных. А для пациентов с тяжелой экстрагенитальной патологией, гистерэктомия представляет высокий риск для жизни [16, 45]. Часто лейомиома сочетается с эндометриозом, что приводит к расширению показаний к оперативному лечению. Существуют исследования, доказывающие причасность аденомиоза к патогенезу лейомиомы матки [73].
Эндометриоз относится к числу достаточно распространенных заболеваний, частота его составляет среди женщин репродуктивного возраста 7-15%[1-3]. В структуре гинекологической заболеваемости эндометриоз прочно удерживает 3-е место после воспалительных заболеваний и миомы матки, приводя к значительным нарушениям репродуктивной функции, стойкому болевому синдрому и бесплодию.[4] Лейомиома матки является моноклональным гормоно-чувствительным пролифератом, который состоит из множества фенотипически измененных гладко-мышечных клеток миометрия. [59,65,67,77]. Миома матки нередко сочетается со злокачественными новообразованиями половой сферы, особенно в пре- и постменопаузальном периоде, которые протекают бессимптомно. Очень часто происходит развитие миомы матки и гиперпластических процессов в миометрии одновременно, клиническими симптомами которых, являются менометроррагии или дисфункциональные маточные кровотечения. Такие сочетания встречаются в 30,1-58% случаев. При бессимптомном течении миомы матки гиперпластические процессы в эндометрии диагностируются у 16,1-47,6% пациентов, тогда как при наличии симптомной лейомиомы матки патология эндометрия выявляется в 50-62,5% наблюдений [5, 56 , 88].
В разных литературных источниках имеются данные о сочетании миомы матки с экстрагенитальными заболеваниями: в 64% - ожирение, в 60% наблюдений - заболевания сердечно-сосудистой системы, в 40% - нарушения со стороны желудочно-кишечного тракта,в 19% случаев - гипертоническая болезньу 11% больных - неврозы и неврозоподобные состояния, эндокринные нарушения в 4,5% наблюдений [9, 11, 24].
Несмотря на значительное число проводимых исследований, вопрос о диагностике миомы матки, особенно на раннем доклиническом этапе в разные возрастные периоды, остается дискуссионным. Существует мнение о том, что в постменопаузе происходит регресс миомы матки. Однако клинические наблюдения свидетельствуют, что у небольшого процента женщин имеется тенденция к увеличению миомы в период постменопаузы (5-8%). Кроме того, истинный рост миоматозных узлов увеличивается в период пременопаузы до 43,6% [56, 88]. Актуальной задачей гинекологии является проведение органосохраняющего лечения при миоме матки [18,36,49], так как тотальные гистерэктомии и осложнения во время операции являются серьёзными, такие как кровотечения, перевязка мочеточника, повреждение стенки мочевого пузыря, стенки кишечника, осложнения в послеоперационном периоде. Экстирпация матки приводит в дальнейшем к развитию спаечной болезни в малом тазу, снижение функции яичников, кторые требуют заместительной медикаментозной терапии и возможно повторных оперативных вмешательств [ 64].
Консервативная терапия лейомиомы матки на данный момент имеет ряд существенных недостатков. После прекращения гормонального лечения у многих пациенток происходит рецидив роста лейомиоматозных узлов, возобновление геморрагического синдрома. Учитывая большое количество побочных реакций и наличие противопоказаний к гормональной терапии, вопрос о выборе метода лечения остается дискутабельным.
Увеличение частоты встречаемости миомы матки после менархе, увеличение роста миоматозных узлов при беременности, а также её регрессия после менопаузы свидетельствует о зависимости роста миомы от уровня половых гормонов [73]. В ходе различных исследований гормонального статуса, рецепторного аппарата при миоме матки получены неоднозначные результаты, которые свидетельствуют о гетерогенности миомы. Научные исследования об особенностях распределения рецепторов к стероидным гормонам при распространенном наружном эндометриозе ограничено [1, 22, 53, 58], отсюда вывод, что применение гормонотерапии недостаточно патогенетически обосновано.
В патогенезе миомы матки в настоящее время доказана роль других, раннее неизвестных факторов, таких как нарушение процессов неоангиогенеза, апоптоза, пролиферации, стромообразования.
Апоптоз - это особая гибель клеток, которая регулируется на генно-молекулярном уровне и, позволяет при этом сохранить генетически запрограммированное количество клеток для каждого органа на протяжении всей жизни человека. Путём апоптоза удаляются только атипичные, постаревшие, заболевшие, заражённые вирусом клетки. При этом процесс уничтожения (самоликвидации) клеток происходит быстро и незаметно, без видимой реакции воспаления, некроза или отторжения. Ядро клетки, получив соответствующий сигнал, запускает «суицидальную» программу и распадается на глыбки (апоптозные тельца) с сохранением цитоплазматической мембраны (поэтому содержимое не выходит из клетки). Далее апоптозные тельца поглощаются либо соседними здоровыми клетками, либо макрофагами. Снижение процессов апоптоза способствует выживанию атипичных клеток, которые начинают размножаться и образовывать опухоли. Важным компонентом любой опухоли является стромообразование и неоангиогенез. Строма в опухоли выполняет опорную, модулирующую и трофическую функцию. Строма опухоли состоит из клеток и экстрацеллюлярного матрикса (ЭЦМ). Опухолевые клетки активно участвуют в образовании стромы:
Неоангиогенез в опухоли обеспечивается группой ангиогенных факторов роста: факторы роста фибробластов, эндотелия, сосудов глиомы, кератиноцитов, эпидермоидный фактор роста, ангиогенин и др. Наряду с факторами роста в формировании новых сосудов большое значение имеет состав ЭЦМ. Формирование сосудов происходит на фоне извращённой опухолевой стимуляции и изменённого ЭЦМ.
Морфологические критерии пролиферации эндометрия и миометрия матки и изменение при этом состояния рецепторного аппарата эндометрия
Электромеханическую резонансную колебательную систему, изготовленную из кварца в определенном конструктивном исполнении, называют пьезокварцевым резонатором.
По совокупности важнейших показателей - диапазону рабочих частот, добротности, временной и температурной стабильности, производимости параметров, габаритам, массе, а также стоимости - пьезоэлектрические резонаторы предпочтительнее других электромеханических резонансных преобразователей.
Наиболее часто в качестве трансдьюсеров в резонаторах используются пластины а: кварца.
Как колебательную систему пьезорезонатор можно представить в виде структуры, состоящей из четырех основных элементов: вибратора - пластины кварца диаметром 5 - 16 мм круглой, квадратной или прямоугольной формы, на обе грани которой в центре напылены электроды возбуждения (материал - золото, серебро, никель, алюминий), элементов крепления кварцевой пластины и окружающей среды (рис. 1).
Кристалл кварца с электродами представляет собой резонатор, задающий частоту электрических колебаний в схеме. При отсутствии внешнего напряжения колебания в кварце не происходят. Начальная деформация кристалла, вызываемая случайными флуктуациями воздуха, приводит к возникновению электрического поля между электродами, направленного так, что за счет пьезоэффекта оно препятствует этой деформации. В механической системе возникает квазиупругая сила, возвращающая систему в состояние равновесия. В таких системах возникают автоколебания на собственной частоте, которая зависит от геометрических, упругих и инертных свойств кристалла. Чтобы собственные колебания кварца не затухали, в системе работает усилитель. Усилитель увеличивает амплитуду электрического сигнала с одного электрода и подает его на другой электрод. Если на электродах изменяется масса, то изменяются инертные свойства кристалла, определяющие его резонансную частоту колебаний. – кварцевая пластина; 2 – электроды возбуждения с пленочным покрытием или без него; 3 – элементы крепления вибратора; 4 – волны, распространяющиеся в окружающей среде (в том числе пленочном покрытии)
В процессе колебаний между элементами структуры происходит взаимодействие (обмен энергией), определяющее особенности функционирования пьезоэлемента и его амплитудно-частотные характеристики. Воздействия на пьезоэлемент (давление, напряжение и т.д.) модулируют характеристические параметры элементов структуры пьезорезонатора и взаимодействие между ними.
В результате изменяются амплитудно-частотные характеристики пьезорезонатора. Абсолютное и относительное изменение характеристик является выходным и аналитическим сигналом пьезорезонатора соответственно. Пьезокварцевые резонаторы работают по принципу микровзвешивания на основе прямого и обратного пьезоэлектрических эффектов.
Пьезоэлектрический эффект – совокупность явлений в определенных классах кристаллических диэлектриков, линейно связывающих механическое напряжение (деформации) с электрическим полем. Возникновение на противоположных гранях кристалла электрических зарядов (поляризация кристалла) при его механической деформации (например, сжатии или растяжении) называют прямым пьезоэффектом. Величина зарядов изменяется пропорционально механическому воздействию (механическому напряжению). При изменении направления действия механической деформации (например, при замене сжатия растяжением) знаки электрических зарядов меняются на противоположные.
Обратным пьезоэффектом называют механическую деформацию кристалла пьезоэлектрика под воздействием приложенного к нему электрического поля. Механическая деформация кристалла пропорциональна напряженности электрического поля. Пластина пьезоэлектрика испытывает знакопеременные деформации (сжимается и растягивается), если к ней приложить переменное электрическое напряжение. Как в любых обратимых процессах, прямой и обратный пьезоэффекты взаимосвязаны, их нельзя отделить друг от друга.
Пьезоэлектрический эффект в кварце характерен для определенных направлений в кристалле относительно кристаллографических осей. Таких направлений (срезов) в кристалле несколько, они отличаются друг от друга углом среза и, соответственно, способностью реагировать на изменение температуры (АТ–, SC–, Y–, AK–, BT–, NL–, LC–срезы). АТ–срез кварца (срез под углом – 35,15о) характеризуется малой зависимостью колебательных свойств от температуры, он может эксплуатироваться при температуре от 25 до 60 о С, что делает его пригодным для решения широкого круга аналитических задач.
В частотных пьезорезонаторных датчиках применяются воздействия, в основном ориентированные на кварцевую пластину и пленку на его поверхности. В этом случае реализуется управление податливостью и массой колебательной системы: податливость определяется в основном упругими свойствами и размерами кварцевой пластины, изменения массы пьезорезонатора связано с изменением массы пленки, присоединенной к пьезоэлементу.
Отличительная черта селективных масс–чувствительных резонаторов с пленками (сенсоры) – наличие сорбционного покрытия, характеризующегося ярко выраженной избирательностью в отношении сорбции – десорбции различных компонентов окружающей среды (например, влагочувствительное сорбционное покрытие или покрытие избирательно реагирующее на углеводороды). Для модификации электродов резонатора используются твердые и жидкие полимерные сорбенты в виде тонких пленок постоянной толщины. Твердые сорбенты наносятся электрохимическим способом, методом вакуумного напыления, а также в виде раствора сорбента в растворителе, удаляемом термической обработкой пьезоэлемента. Жидкие сорбенты наносятся либо намазыванием сорбента на электроды, либо погружением резонатора в сорбирующую среду с последующим удалением излишек покрытия.
Физическая модель Sauerbrey описывает зависимость между аналитическим сигналом резонатора и массой тонких металлических пленок, покрывающих поверхность кристалла (к таким можно отнести и электроды). Главное допущение модели заключается в том, что толщина наносимого покрытия мала по сравнению с толщиной кварцевой пластины и длиной сдвиговых волн, генерируемых кварцем и распространяющихся в покрытии.
Основная идея модели Sauerbrey состоит в том, что приращение массы, равномерно распределенной на кристалле вследствие напыления электродов или нанесения пленочного покрытия другой природы, эквивалентно изменению массы самого кварцевого кристалла. Сорбционное пленочное покрытие целесообразно равномерно наносить не на весь кристалл кварца, ограничиваясь поверхностью электродов. Это связано с тем, что наибольшая реакция кварца на деформацию определенной силы соответствует центру кварцевого диска, минимальная – его периферийным участкам.
Для решения аналитических задач применяются пьезоэлектрические осцилляторы с собственной частотой колебаний от 2,5 до 20 МГц. Однако наиболее часто используются серийно выпускаемые резонаторы с диаметром кварцевой пластины 7 – 14 мм, толщиной 140 – 280 мкм, диаметром электродов 3 – 8 мм, собственной частотой колебаний Fk = 5 – 15 МГц.
Особенности сорбции паров легколетучих аминов и кислот на выбранном массиве сенсоров
В качестве прогнозирующего фактора для экспресс-оценки состояния проб крови выбран критерий «здоровье», который кодировали значениями «-1» для пациенток с патологиями и «+1» для группы «условно здоровые».
Для построения регрессионной модели были сформированы обучающая и проверочная выборки. Для обучающей выборки в рандомном порядке выбран представительный набор из 19 проб крови пациенток с различными патологиями половой системы (гиперплазия эндометрия - 6, миома - 5, рак тела матки - 4) и условно здоровых (4) (Приложение Б, стр. 96, выделенные ячейки). В качестве переменных для всей выборки выбраны оптимальные параметры микровзвешивания, определенные ранее для проб крови по методу главных компонент. Многомерный массив данных для обучающей выборки предварительно автошкалирован. Для оценки проверочной дисперсии применили метод полной перекрестной проверки.
По результатам анализа получили модель с хорошими прогнозирующими свойствами. Объясненная и проверочная дисперсия для первых двух главных компонент РГК-модели составили 82% и 58 % соответственно. Необходимо отметить, что значение проверочной дисперсии около 60 % невелико, но оно сильно зависит от метода проверки и может быть увеличено при изменении количества проб в обучающей выборке и применении тестового набора для проверки ранжирования проб. Из-за ограниченного объема исследованных проб крови полученные значения дисперсии считали удовлетворительными(p 0,05). Распределение образцов на графике счетов идентично МГК-модели (рис. 11), так как применяли один и тот же набор переменных.
Также фактор «здоровье» положительно коррелирует с переменными, FТХ-100 и FБКС (k=1,0) и отрицательно с переменной m (k=-1,5), эти параметры максимально влияют на разделение образцов на группы. Другие служат для более равномерного распределения образцов внутри групп. Для оценки влияния переменных рассчитаны их коэффициенты регрессии в модели (табл. 4) Максимальное значение коэффициентов для первой главной компоненты у переменных Sв.о. и FТХ-100, для второй ГК помимо Sв.о. значимое влияние оказывают параметры Аmax и m. Вклад этих переменных в прогнозирование фактора «здоровья» максимален для данной модели. В целом значения регрессионных коэффициентов для всех параметров выше уровня значимости, поэтому для дальнейшей процедуры предсказания использовали всю выбранную группу перемененных.
Построенную регрессионную модель применяли для процедуры предсказания фактора «здоровье» для проб крови из проверочной выборки. Проверка производилась для 31 пробы, которые также продиагностированы стандартными методами анализа. По результатам обработки матрицы данных, полученных при анализе РГФ над кровью по РГК-модели получены прогнозированные (модель) и референтные (стандартные методы диагностики) значения, позволяющие отнести состояние проб к группам «здоровые» или «больные» (табл. 5). Выделены образцы, которые достоверно не описываются разработанной моделью (прогноз ошибочен).
Полученные прогнозированные значения фактора «здоровье» по первой главной компоненте регрессионной модели являются значимыми (p 0,05)и хорошо согласуются с референтными (значение фактора «здоровье» закодировано в соответствии с результатами стандартных методов анализа биопроб).
Отклонение для прогнозированного значения фактора характеризует возможное изменение значения фактора на величину отклонения и служит по аналогии со статистическими данными доверительным интервалом прогнозированного значения фактора «здоровье». Отклонение рассчитывается в программе для каждого образца, чтобы выявить скрытые выбросы среди новой выборки. Для всех образцов рассчитанное отклонение не превышает значимость прогнозированного значения фактора, следовательно, среди проверочной выборки нет выбросов и рассчитанные значения фактора достоверны.
Однако по результатам процедуры прогнозирования в новой выборке данных для проб № 3, 10, 11 и 47 прогнозированные значения фактора «здоровье» отличны от результатов стандартных методов анализа.
Результаты стандартных методов анализа для пробы № 3 сильно выделяются из группы «условно здоровые» и, возможно, свидетельствуют о начальных признаках проявления гиперплазии эндометрия. Для проб № 10, 11 диагностирована гиперплазия эндометрия, что можно объяснить допущением на стадии калибровки модели близости результатов для проб с таким диагнозом и маркером «условно здоровые». Для пробы № 47 по стандартным методам анализа диагностированные сочетанные патологии: начальная стадия рака и эндометриоз, по-разному влияющие на состояние крови, что объясняет плохое описание этой пробы моделью.
Построение МГК модели для классификации проб крови
Отклонение для прогнозированного значения фактора характеризует возможное изменение значения фактора на величину отклонения и служит по аналогии со статистическими данными доверительным интервалом прогнозированного значения фактора «здоровье». Отклонение рассчитывается в программе для каждого образца, чтобы выявить скрытые выбросы среди новой выборки. Для всех образцов рассчитанное отклонение не превышает значимость прогнозированного значения фактора, следовательно, среди проверочной выборки нет выбросов и рассчитанные значения фактора достоверны.
Однако по результатам процедуры прогнозирования в новой выборке данных для проб № 3, 10, 11 и 47 прогнозированные значения фактора «здоровье» отличны от результатов стандартных методов анализа.
Результаты стандартных методов анализа для пробы № 3 сильно выделяются из группы «условно здоровые» и, возможно, свидетельствуют о начальных признаках проявления гиперплазии эндометрия. Для проб № 10, 11 диагностирована гиперплазия эндометрия, что можно объяснить допущением на стадии калибровки модели близости результатов для проб с таким диагнозом и маркером «условно здоровые». Для пробы № 47 по стандартным методам анализа диагностированные сочетанные патологии: начальная стадия рака и эндометриоз, по-разному влияющие на состояние крови, что объясняет плохое описание этой пробы моделью.
Чувствительность (Ч) и специфичность (С) предлагаемого способа получения диагностической скрининг-информации рассчитывали по проверочным данным (табл. 5) по формулам (7), (8): Ч = nпп/(nло+nпп), (7) С = nпо/(nлп+nпо), (8) где ni – число испытаний с i-тым результатом: ПП – правильный положительный, ПО – правильный отрицательный, ЛО – ложный отрицательный, ЛП – ложный положительный.
Таким образом, с применением РГК-модели возможно быстрое получение первичной диагностической информации и точное ранжирование проб на группы «здоровые» и «больные». Процент совпадения результатов, полученных с использованием «электронного носа» на основе 8 пьезосенсоров и обработкой результатов с помощью РГК-модели, со стандартными методами составляет 94 %. Чувствительность и специфичность предлагаемого скрининг способа оценки состояния проб крови составляет 88 % и 75 % соответственно.
Использование регрессионной модели для обработки результатов анализа РГФ над пробами крови массивом пьезосенсоров в дополнение к стандартным методам исследования позволяет высоко специфично получить дифференциальную диагностическую информацию о пролиферативных процессах матки.
1. Газовые маркеры крови и анализ диагностической информации сигналов «Электронный нос» с помощью применяемого метода хемометрики позволяет диагностировать активность пролиферативных процессов при опухолевых заболеваниях тела матки. Алифатические кислоты являются маркером «миомы матки», альдегиды и спирты характерны для «гиперплазии эндометрия», амины и ароматические кислоты указывают на наличие «рака тела матки».
2. Экспрессная аналитическая информация сенсорной системы, полученная при исследовании образцов крови от пациенток с пролиферирующими процессами матки, по особенностям геометрии, площади «визуального отпечатка», параметрам эффективности сорбции позволяет выявить группы «болен/здоров». Одновременное применение РГК-модели способствует выделению групп по нозологическим формам: «гиперплазия эндометрия», «миома», «рак эндометрия».
3. Выявлены четкие положительные корреляции между результатами обследования пациенток по стандартным методам исследования и при помощи экспериментального метода анализатора газов «МАГ-8» на основе пьезосенсоров сорбционного типа. Процент совпадения результатов, полученных с использованием «Электронного носа» на основе 8 пьезосенсоров и обработкой результатов с помощью РГК модели со стандартными методами составляет 94%.
4. Основным критерием дифференциальной диагностики пролиферативных процессов матки в мультисенсорной системе является параметр эффективности сорбции Аi mj ax , чувствительность которого составляет 88%, а специфичность 75%. А А Для «миомы матки» характерны параметры 3m4ax 1m3ax , для «гиперплазии А эндометрия» 5m3ax , а для «рака тела матки» самым надежным и специфичным диагностическим критерием является А5m6ax .
5. Произведенная идентификация газовых маркеров, соответствующих различным заболеваниям тела матки, позволяет улучшить диагностику активности пролиферации эндометрия и миометрия на ранних этапах развития, что оптимизирует тактику дальнейшего ведения и лечения данной категории больных. Практические рекомендации 1. Использование портативного аппарата «Электронный нос» в медицинских учреждениях для экспрессной диагностики ранних проявлений пролиферативных процессов в теле матки. 2. Выявление газовых маркеров в крови у пациенток с пролиферативными процессами эндометрия и миометрия матки на доклиническом этапе должно служить основанием для отнесения таких пациенток к группе высокого риска по развитию лейомиомы матки, гиперплазии эндометрия, аденокарциномы эндометрия. 3. У пациенток с лейомиомой матки, гиперплазией эндометрия при проведении органосохраняющего лечения, профилактику активности пролиферативных процессов в эндометрии и миометрии необходимо проводить в мониторинге. 4. Необходима ранняя диспансеризация данной категории больных после проведенного оперативного лечения и активное внедрение в широкую медицинскую практику профилактического лечения.
