Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Актуальные вопросы совершенствования методических подходов к диагностике вибрационной патологии 15-35
1.1. Современные представления о механизмах патогенеза вибрационной болезни 16
1.2. Роль высших жирных кислот в развитии патологического процесса 20
1.3. Перспективные направления в разработке методов диагностики вибрационной патологии 25
Глава 2. Материалы и методы исследования 36-43
2.1. Характеристика обследуемых групп 36
2.2. Основные направления исследования 37
2.3. Газохроматографическое определение состава высших жирных кислот сухой сыворотки крови 39
2.4. Инфракрасная спектроскопия сыворотки крови 40
2.5. Статистическая обработка результатов 42
Глава 3. Оценка особенностей состава высших жирных кислот в сухой сыворотке крови при вибрационной патологии 44-77
3.1. Методика газохроматографического определения высших жирных кислот в сухой сыворотке крови 44
3.2. Экспериментальное обоснование возможности использования сухой сыворотки крови 47
3.3. Выбор наиболее информативных ВЖК при вибрационной патологии 49
3.4. Содержание ВЖК в сыворотке лиц группы контроля 51
3.5. Особенности жирно-кислотного состава сыворотки крови лиц группы сравнения 54 3.6. Особенности жирно-кислотного состава сыворотки крови больных ВБ 57
3.7. Сравнительный анализ жирно-кислотного состава сыворотки крови исследуемых 60 групп
3.7.1. Содержания ВЖК в сыворотке крови мужчин 60
3.7.2. Содержания ВЖК в сыворотке крови женщин 62
3.8. Зависимость состава ВЖК сыворотки крови от синдромокомплекса ВБ 64
3.8.1. Состав ВЖК сыворотки крови мужчин при разном синдромокомплексе ВБ 66
3.8.2. Состав ВЖК сыворотки крови женщин при разном синдромокомплексе ВБ 70
3.9. Зависимость состава ВЖК сыворотки крови от стажа 72
работы в профессии 3.9.1. Характеристика спектра ВЖК у мужчин 72
3.9.2. Характеристика спектра ВЖК у женщин 75
Глава 4. Оценка особенностей инфракрасных спектров сыворотки крови при вибрационной патологии 78-88
4.1. Параметры инфракрасных спектров исследуемых групп 78
4.2. Оценка влияния показателей углеводного и липидного обменов на формирование ИК-спектров сыворотки крови 79
4.3. Анализ инфракрасных спектров сыворотки крови больных ВБ 80
4.4. ИК-параметры сыворотки крови при сочетании ВБ и артериальной гипертензии
Глава 5. Обоснование модели диагностики ВБ по содержанию ВЖК и показателям инфракрасных спектров сыворотки крови 89-101
5.1. Анализ взаимосвязи жирно-кислотного состава и инфракрасных спектров сыворотки крови 89
5.2. Обоснование диагностических критериев ВБ при использовании ИК-спектров сыворотки крови 91
5.3. Обоснование диагностических критериев ВБ на основе состава ВЖК сыворотки крови 5.3.1. Диагностические критерии ВБ у мужчин 94
5.3.2. Диагностические критерии ВБ у женщин 98
5.4. Диагностическая модель вибрационной патологии 99
Выводы
Список литературы
- Роль высших жирных кислот в развитии патологического процесса
- Газохроматографическое определение состава высших жирных кислот сухой сыворотки крови
- Содержание ВЖК в сыворотке лиц группы контроля
- ИК-параметры сыворотки крови при сочетании ВБ и артериальной гипертензии
Роль высших жирных кислот в развитии патологического процесса
Общепринятая методика диагностики ВБ основана на комплексном обследовании пациента, включающем сбор жалоб, клинические и лабораторные данные, а также функциональные методы исследования (холодовая проба, кожная термометрия, альгезиметрия, определение порога вибрационной чувствительности, динамометрия, реовазография, стимуляционная электронейромиография, электроэнцефалография), направленные на выявление периферического ангиодистанического синдрома и вегетативно-сенсорной полинейропатии, которые характеризуют ВБ[5, 79].
Однако проведение указанного комплекса процедур выявляет уже сформировавшийся симптомокомплекс и не позволяет диагностировать заболевание на ранних стадиях его развития.
Известен способ диагностики ВБ, основанный на сборе жалоб (выявлении феномена быстрой утомляемости при физическом напряжении), исследовании неврологического статуса, биохимическом анализе крови (в том числе с определением содержания кальция), выявлении ангиоспастических нарушений, расстройств болевой и вибрационной чувствительности [59]. Однако, главным образом, диагностика опирается на результаты электромиографии (ЭМГ) при игольчатом снятии биопотенциалов. Для обоснования диагноза ВБ автор рекомендует при анализе ЭМГ оценивать длительность потенциалов двигательных единиц (ПДЕ), максимальные и средние амплитуды ПДЕ, степень отклонений характеристик гистограммы биопотенциалов от возрастной нормы, выраженность фибрилляций и фасцикуляций.
Ряд методов диагностики ВБ направлен на выявление особенностей гемодинамики работающих [62, 102, 151]. При этом определяют диастолическую скорость кровотока лучевой артерии в области лучезапястного сустава, проводят капилляроскопию ногтевого ложа пальцев рук до и после фармакологических проб [62, 102]. Данные диагностические подходы сталкиваются с невозможностью четкой визуализации сосудистой стенки, что снижает точность измерения показателей гемодинамики и информативность полученных результатов.
Указанные способы диагностики ВБ широко применяются на практике, однако, не обладают надежной количественной оценкой существенных диагностических признаков специфического симптомокомплекса вибрационной патологии, что диктует необходимость расширения арсенала лабораторных методов в клинике ВБ.
В связи с этим ранее предложен усовершенствованный способ диагностики ВБ, в основе которого лежит количественный анализ специфического симптомокомплекса патологических изменений в организме, обусловленного вибрационным воздействием [44]. В качестве диагностических процедур применяют те же методы, что были предложены авторами [5, 79], кроме того, дополнительно регистрируют электромиографические показатели нервно-мышечной возбудимости до и после проведения функциональной нагрузочной пробы Труссо-Бонсдорфа, проводят электрокардиографию с оценкой степени отклонений на электрокардиограмме от оптимальной напряженности при тестировании обследуемых, реовазографию бассейна базиллярных сосудов мозга, верхних и нижних конечностей, рентгенографию или денситометрию опорного скелета с применением количественного отклонения содержания кальция в сыворотке крови. С учетом информационной значимости каждого из показателей рассчитывают соответствующие индексы нарушений и интегральной комплексный количественный показатель вибрационной патологии. Данный способ диагностики ВБ информативен и надежен, однако очень продолжителен по времени, т.к. связан с применением большого количества различных методов исследования и проведением сложных математических расчетов.
Считается, что лабораторные исследования (показатели периферической крови, протеинограмма, уровень липидов, сахара в сыворотке крови) самостоятельной диагностической ценности при постановке диагноза ВБ не имеют, т.к. существенно не отклоняются от нормы и необходимы лишь для оценки общего состояния пациента [78]. Поэтому в настоящее время многими авторами ведется работа по поиску и обоснованию наиболее информативных показателей крови, в том числе биомаркеров, для выявления действия вибрации на организм человека [48, 72, 73]. Подобный интерес к диагностике ВБ обусловлен стремлением минимизировать процедуру клинического исследования, повысить чувствительность диагностических методов и сделать диагностику наиболее объективной.
Следует отметить, что в патогенезе ВБ происходят различные цитохимические сдвиги, которые могут наблюдаться, в частности, в связи с нарушением обмена липидов, являющихся основой биологических мембран и нервной ткани, которые, в свою очередь, претерпевают процесс дегенерации при длительном воздействии локальной вибрации [23, 31, 45, 120, 145]. В связи с этим применение разнообразных лабораторных методов в диагностике ВБ представляется оправданным, а поиск наиболее информативных параметров крови, специфичных для вибрационной патологии, является актуальным вопросом в настоящее время.
Результаты многих исследований свидетельствуют о возможности использования анализа спектра ВЖК в крови при выявлении риска развития различных заболеваний [4]. В первую очередь это относится к установлению сосудистых нарушений [113, 114, 140]. Показана тесная взаимосвязь жирно-кислотного состава крови с возникновением и других патологических состояний: внезапной нейросенсорной тугоухости, периодонтита, преэклампсии, новообразований предстательной железы, депрессии, шизофрении, болезни Альцгеймера, холецистита, заболеваний поджелудочной железы и печени, ревматоидного артрита и др. [34, 63, 83, 87, 90,99, 111,114,147,149, 158].
Следует отметить, что прогностически важным при исследовании жирно-кислотного состава сыворотки крови многими авторами считается определение соотношения жирных кислот семейств ю-б/ю-З, которое взаимосвязано с широким спектром маркеров воспаления и с нарушением целостности биомембран [4, 34, 64, 125]. Кроме того, данный показатель отражает фиксируемое в процессе развития патологии возрастание «конкуренции» в метаболизме данных кислот [1,21].
Газохроматографическое определение состава высших жирных кислот сухой сыворотки крови
Таким образом, отпадает необходимость качественной идентификации биоматериала, достаточно оценивать степень изменения его спектральных показателей [75]. Последнее следует особенно отметить, поскольку именно способность ИКС фиксировать малейшие спектральные изменения, связанные с развитием патологического процесса, позволяет дать общую картину всей совокупности произошедших в организме или отдельном органе изменений, вызванных физическими, химическими, биологическими видами воздействия. Эта особенность ИКС легла в основу применения данного физико-химического метода в медицинских исследованиях, особенно в области диагностики различных нозологических форм.
Благодаря возможности получения с помощью ИКС объективной картины произошедших в процессе формирования патологического состояния изменений исследуемого биологического материала, отпадает необходимость проведения многочисленных и, в основном, дорогостоящих анализов индивидуальных соединений. Более объективная оценка раннего негативного действия вредного фактора может быть получена при использовании сведений о содержании комплекса соединений, характеризующего всю синдроматику и биохимические процессы при заболевании [73]. В связи с этим многие традиционные методики, используемые в медицине при ранней и дифференциальной диагностике различных нозологических форм, часто обладают невысокой информативностью [76]. Метод ИКС не дает представления об индивидуальных веществах, однако фиксирует малейшие спектральные изменения, связанные с нарушением содержания целого комплекса соединений [19, 108]. Благодаря этому ИКС позволяет повысить степень точности установления диагноза в ранние сроки: не более 5% ошибочных диагнозов, чувствительность и точность метода превышают 90% [76, 152].
Столь значительные диагностические возможности данного физико-химического метода нашли широкое применение в определении рака различной этиологии: легкого, крови, молочной железы, предстательной железы, кишечника, шейки матки, головного мозга, лимфатической системы [24, 28, 37, 57, 58, 128, 133, 134, 108, 150, 159, 160]. Исследователями установлены достоверные различия количественных показателей спектральных характеристик инфракрасного диапазона при таких заболеваниях, как глаукома, неспецифический язвенный колит у детей, желчекаменная болезнь и ее осложнения, гепатит, артериальная гипертензия, стоматологические заболевания, сахарный диабет и др. [2, 25, 26, 40, 65, 69, 75, 96]. Кроме того, ИКС широко используется для изучения патогенетических механизмов ряда заболеваний, для оценки эффективности профилактических и лечебных мероприятий, для скрининга и выявления групп риска при диагностике различного рода патологий [53, 54, 104, 133, 134].
Диагностические алгоритмы применения метода ИКС основаны на разнообразных подходах к математической обработке спектральных показателей исследуемого материала. С развитием технических возможностей отпала необходимость использования сложных математических расчетов, например, таких как формирование и последующее решение системы из 52 уравнений [38].
Благодаря современным технологиям усложнился аналитический аппарат обработки полученных результатов. Новейшие технические средства способны автоматически обсчитывать и визуализировать спектральные данные. В этом случае, диагностическая процедура заключается в сравнении эталонных (характерных для определенных заболеваний) и полученных изображений. В литературе описаны различные способы визуализации спектральных данных. Показана возможность представления результатов в виде построения «дендрограмм», полученных методом кластеризации ИК-спектров [108, 160]. Каждому кластеру присваиваются определенные цвета, которые далее наносятся на систему координат, и получаются цветные изображения, наглядно иллюстрирующие степень соответствия исследуемого материала тому или иному патологическому процессу. На рис. 1.2 представлена процедура получения «дендрограммы» для среза ткани лимфатического узла. Данная операция преобразования спектральных характеристик (рис. 1.2Ь) осуществляется примерно за минуту посредством программного обеспечения. Так на рис. 1.2с отображены регионы, которые были классифицированы как раковые (красный цвет), нераковые (синий цвет) и неидентифицированные (черный цвет). По полученному изображению можно судить о степени поражения ткани.
Наиболее простым можно считать путь обработки ИК-спектров с использованием цифровых рядов, которые могут быть получены вычислением отношений высот пиков поглощения ИК-излучения [27, 101]. При этом размеры, сочетания и многообразие таких рядов устанавливаются эмпирически для каждого рода заболеваний в отдельности, что позволяет широко варьировать возможности ИКС в биомедицинских исследованиях.
ИК-спектроскопия находит широкое применение в медицине в качестве метода, позволяющего диагностировать развитие болезни, в том числе и до начала ее клинического проявления. Однако в настоящее время остается открытым вопрос возможности применения ИК-спектроскопии в профпатологии, в частности при воздействии вибрации. В то же время можно предположить, что значительные метаболические нарушения, характерные для развития ВБ, могут способствовать изменению ИК-спектральных показателей сыворотки крови, что создает определенные перспективы для использования данного метода с целью диагностики указанной нозологической формы.
Таким образом, несмотря на то, что клиническая картина вибрационной болезни в настоящее время достаточно хорошо изучена, диагностика ее, особенно на ранних стадиях, представляет определенные трудности. Современные тенденции в этой области направлены на минимизацию процедуры клинического исследования, повышение чувствительности диагностических методов, а также стремление сделать процесс постановки диагноза более объективным.
Перспективным с этой точки зрения представляется исследование у лиц, повергающихся воздействию вибрации, особенностей качественного и количественного состава ВЖК, которые могут включаться в формирование патологических нарушений на ранних этапах изменений состояния здоровья при воздействии неблагоприятных факторов.
Для практической медицины важно выяснить, насколько рано начинается изменение уровней ВЖК у рабочих виброопасных профессий. Не менее важно установить, возможно ли использование данного показателя в качестве лабораторного теста при постановке диагноза. Аналитическое определение концентраций жирных кислот может послужить составной частью современного диагностического процесса данной нозологической формы.
Поскольку число параметров, претерпевающих изменения в процессе метаболической адаптации организма к длительному вибрационному воздействию, достаточно широко, представляется необходимым использовать метод, позволяющий дать комплексную оценку биохимического фона сыворотки крови. Для этого целесообразно апробировать применение метода инфракрасной спектроскопии, которая не только позволяет дать количественную оценку произошедшим изменениям, но и визуализировать их.
Содержание ВЖК в сыворотке лиц группы контроля
Как видно из рис. 3.2 при хранении сухой сыворотки в течение месяца не наблюдается изменения содержаний жирных кислот. Однако через два месяца хранения фиксируется увеличение концентраций лауриновой (Р=0,027) пальмитиновой, олеиновой и линолевой кислот (для всех кислот Р=0,013) на фоне снижения уровня стеариновой и линоленовой кислот (Р=0,013).
Наблюдаемое уменьшение содержания Сівз при росте Сіго и С о являются свидетельством того, что при длительном хранении сыворотки крови начинают активироваться окислительные процессы, приводящие к разрушению двойных связей и укорачиванию углеродной цепи ВЖК. Наряду с этим отмечается снижение содержания Cigo на фоне увеличении Cigi, что указывает на процессы перехода стеариновой в олеиновую кислоту при хранении. Поскольку линолевая кислота не способна синтезироваться из других ВЖК организма, происходящее при хранении сыворотки крови увеличение концентрации данной кислоты объясняется снижением общего содержания других кислот.
Таким образом, установлено, что процесс высушивания сыворотки крови не сказывается на изменении ее жирно-кислотного состава. Статистически значимые нарушения окислительных процессов и, как следствие, уровней ВЖК отмечаются при хранении высушенной сыворотки крови более двух месяцев. На протяжении одного месяца высушенная при комнатной температуре сыворотка крови с высокой степенью достоверности может быть использована для анализа жирных кислот.
Изменения жирно-кислотного состава сыворотки крови наблюдается при разнообразных патологических процессах. Чтобы исключить из исследования ВЖК, не отражающие особенности метаболических нарушений, сформировавшихся при длительном вибрационном воздействии, представляется необходимым установление тех жирных кислот, концентрации которых в сыворотке крови лиц с ВБ являются диагностически значимыми.
Для этих целей был использован коэффициент вариации, который служит мерой изменчивости количественных параметров в сформированной выборке данных [17, 35]. Одним из направлений использования коэффициента вариации на практике - проверка репрезентативности экспериментальных данных внутри группы, т.е. установление уровня надежности проводимого эксперимента. Принято считать, что различие между исследуемыми параметрами незначимо, если коэффициент вариации не превосходит 5%.
Расчет коэффициента вариации осуществлялся для относительных концентраций (масс%) каждой отдельной ВЖК в сыворотке крови больных ВБ по формуле: В результате расчета было установлено, что для шести жирных кислот (Сі2:о, Сіз:о, Сил, Ci5:o, Ci5:i, Cm) разброс значений относительных концентраций внутри группы больных ВБ является значительным: коэффициент вариации составил 20,5; 13,1; 13,0; 9,0; 7,1 и 17,8 соответственно. Следовательно, содержание установленных ВЖК не связано с метаболическими нарушениями, характерными для вибрационной патологии. Изменения концентраций этих кислот, по-видимому, определяются другими процессами организма, а значит не являются показательными при ВБ.
Коэффициенты вариации других жирных кислот (Си-о, С о, С і, Спю, Cl8:0, Ci8:l, Ci8:2 ї 6, Ci8:3 ї 6, Ci8:3 ї 3, Сг0:3 6, Сг0:4 6, Сг0:5 3, Сг4:1, Сг2:6 3) не превышали 5%, т.е. независимо от наличия у больных ВБ сопутствующих заболеваний вариабельность уровней указанных ВЖК была незначительной. В связи с этим при вибрационной патологии репрезентативными с точки зрения специфических метаболических нарушений являются концентрации четырнадцати жирных кислот, среди которых: Поскольку содержание данных ВЖК при ВБ находятся на одном уровне, представляется оправданным их изучение при вибрационной патологии в качестве возможных биомаркеров нарушений, возникающих под действием вибрации.
Изучение жирно-кислотного состава сыворотки крови здоровых лиц (группа контроля) проводили на основе определения массовой концентрации 14 выделенных ВЖК. Для мужчин и женщин содержание ВЖК в сыворотке крови оценивали раздельно.
Наше исследование показало, что основную долю жирных кислот как в мужском, так и в женском организме, составляют ненасыщенные ВЖК: 63,46 масс% и 67,17 масс% соответственно, среди которых присутствуют мононенасыщенные и полиненасыщенные кислоты.
ИК-параметры сыворотки крови при сочетании ВБ и артериальной гипертензии
Изучение спектральных характеристик отдельных ВЖК в инфракрасном диапазоне показало, что максимумы поглощения электромагнитного излучения жирных кислот лежат вне рассматриваемой в настоящей работе области, т.е. полученные ИК-спектры напрямую не зависят от уровней ВЖК, выявленное влияние содержания жирных кислот на ИК-параметры носит опосредованный характер.
С целью изучения влияния качественного и количественного состава ВЖК на формирование инфракрасных спектров сыворотки крови для всех исследуемых групп был проведен поиск корреляционных взаимосвязей между данными показателями. В результате выявлены различные функциональные связи (прилож. 5).
Так, в подгруппе 1а, имеющей наибольшие отклонения ИК-характеристик сыворотки крови от таковых в группах сравнения и контроля, установлена отрицательная взаимосвязь умеренной силы между Хз и миристиновой (Сию) и пальмитиновой (Сібо) кислотами, Х4 и линолевой (Сі8:2) КИСЛОТОЙ (прИЛОЖ. 5.1).
Ранее было показано, что параметр Х3 пропорционально связан с содержанием АМФ, т.е. наблюдаемое его снижение в подгруппе 1в при одновременном росте Сі4о и Сібо указывает на то, что при угнетении углеводно-энергетического обмена активизируется жировой, который не только способствует выбросу пула триглицеридов, но и стимулирует процессы их липолиза. Кроме того, увеличение содержания миристиновой и пальмитиновой кислот является подтверждением высокого окислительного стресса у больных ВБ, который приводит к укорачиванию цепей жирных кислот и разрушению кратных связей. В подгруппе 1в, по своему биохимическому статусу приближающейся к группе контроля (рис. 4.1 в), отмечены положительные корреляционные взаимосвязи средней силы между параметром Хг и содержанием олеиновой (Ci8:i) и нервоновой (С241) кислот, а также сильные отрицательные корреляции параметра Х4 с этими же кислотами (прилож. 5.2). Выявленное в подгруппе 1в снижение Хг (табл. 4.2) соответствует снижению концентраций Ci8:i и Сг4:і - основных эндогенных акцепторов АФК - что свидетельствует об угнетении их синтеза гепатоцитами и адипоцитами и может являться следствием менее выраженного оксидативного стресса у больных ВБ данной подгруппы.
В группе контроля выявлена положительная концентрационная взаимосвязь умеренной силы двух НЖК (Сібо и Cigo) с параметром Хз (прилож. 5.4), что демонстрирует пропорциональное изменение содержания указанных кислот и нуклеозидмонофосфатов (АМФ). Более высокий уровень Хз у практически здоровых лиц относительно больных ВБ свидетельствует в пользу более высокого содержания АМФ, чем при ВБ, и нормального функционирования углеводного энергообмена. Более значительные уровени Сібо и Сі8о при этом указывают об отсутствии активной выработки из них кислот Сіб:і и Сі8і, которая мобилизуется при активации процессов ПОЛ.
В группе сравнения проявилось влияние миристиновой (Сі4о), маргариновой (Спю) и олеиновой (Cig:i) кислот на Хь Х4, Х5 (прилож. 5.3). Тенденция к снижению углеродного числа жирных кислот, оказывающих влияние на ИК-показатели сыворотки крови, может быть следствием дегенеративных процессов на клеточном и субклеточном уровнях в условиях более выраженного окислительного стресса организма и состояния гипоксии, наблюдающихся у работающих виброопасных профессий.
Проведенное исследование показало, что инфракрасные спектры в использованном диапазоне непосредственно не отражают содержание ВЖК в сыворотке крови. Однако процессы энергообмена, протекающие в организме, в том числе и за счет участия в них ВЖК, определяют опосредованную взаимосвязь уровней отдельных жирных кислот с ИК-спектрами сыворотки крови. При этом результаты происходящих изменений уровней жирных кислот и характеристик ИК-спектров согласуются между собой.
Изучение содержания ВЖК и показателей ИК-спектров сыворотки крови в комплексе дает более полную картину произошедших в организме больных ВБ нарушений биохимических процессов, что может быть использовано для разработки модели диагностики вибрационной патологии.
Исследование инфракрасных спектров сыворотки крови группы больных ВБ, групп контроля и сравнения позволило выделить пять параметров (Хь Х2, Х3, Х4, Х5, формула 1), характеризующих особенности происходящих под действием вибрации изменений биохимического статуса организма.
Было показано, что использование данных параметров для построения графических изображений - «ИК-образов» - позволяет упростить процедуру сравнения спектральных параметров сыворотки крови пациента с таковыми группы контроля и сравнения, т.е. минимизирует временные затраты на выявление специфичных для вибрационной патологии нарушений.
Было установлено, что для группы сравнения характерен «ИК-образ», отличный от «ИК-образов» вибрационной патологии и группы контроля.
Для ВБ было выявлено три специфических инфракрасных профиля, которые согласуются с клиническим статусом исследуемых больных и соответствуют различным стадиям течения заболевания - выраженной, промежуточной и стадией, близкой по биохимическим характеристикам к контрольной группе.
