Введение к работе
Актуальность темы исследования. Потенциальные возможности ранней
диагностики новообразований интенсивно разрабатываются во всем мире, что связано с необходимстью своевременного выявления и лечения онкологических больных. Рак молочной железы (РМЖ) не является исключением, так как число лиц, страдающих данной патологией постоянно увеличивается. Ежегодный прирост заболеваемости РМЖ по некоторым источникам составляет до 8% [Селюжидкий И.В., Скворцов СВ., Льщарь Б.М., Хоменко Л.П., 1993] по России. В США ежегодно выявляется 180 000 случаев вновь заболевших РМЖ, причем эта патология является причиной смерти 48 000 женщин [Apantaku L.M., 2000]. Не секрет, что дифференциальная диагностика предопухолей и опухолей молочной железы (МЖ) является сложной в связи с частыми наблюдениями спорных и «пограничных» случаев [European Commission Working Group on Breast Screening Pathology, 1999].
Морфологическая диагностика новообразований традиционно основана на всестороннем изучении особенностей эпителия, связанных с его пролифе-ративной активностью. Поэтому большинство научных работ закономерно направлено на уточнение «интимных» структурно-функциональных механизмов межклеточных взаимодействий, в частности с применением мо-ноклональных антител [Аничков Н.М., 1990; Пальцев М.А., Иванов А.А., 1995; Козлов Д.В., 1996], совершенствование дифференциальной диагностики дисрегенераторных, предраковых процессов и злокачественных опухолей различных локализаций и форм с помощью иммуногистохимических методов исследования [Франк Е.А и др., 1995; Коган ЕА, 1995; Петровичев Н.Н. и др. 1999; Соловьев Ю.Н., 1999; Пожарисский КМ. и др., 1999; Рыбакова М.Е., Тихонова ЮА, 2003; Коган ЕА, Парамонова Н.Б., Демура СА, Попова Е.Н.,2003].
рос. национальная! бнблпогека
$?W№$
Известно, что сопряженность процессов в паренхиматозном и стро-мальном компонентах молочной железы подтверждена обоснованием парен-химатозно-стромальных взаимоотношений при предраке и РМЖ [Зарудин В.В., 1986; Дихштейн ЕА, Василенко И.В., 1987; Доросевич А.Е., 1988; Ео-лубев ОА, 1993; Бехтерева ИА, 1997], что морфогенетическая значимость стромы, обеспечивающей существование эпителия в условиях опухолевой прогрессии бесспорно велика [Николаев АА, Ягубов А.С., 1975; Еоловин Д.И., 1982; Билынский Б.Т., Володько НА, Шларык Я.В., 1991; Савинов ВА, 1995] и, что изучение стромальных процессов - многообещающее направление в разработке новых опухолевых маркеров [Silberstein G.B., 2001; Tuxhorn J.A, McAhany S.J, Dang T.D., 2002]. При чтом отсутствуют работы направленные на системный поиск таких маркеров.
Учитывая, что распределения клеточных популяций в строме молочной железы как в норме, так и при опухолевом росте гипотетически обладают наибольшими информационными свойствами в непосредственной близости от сосудов микроциркуляторного русла (МЦР) и вегетативных нервных тер-миналей (ВНТ) [Доросевич А.Е., Абросимов СЮ. 2002], появляется необходимость в детальном изучении маркерных особенностей стромального компонента с позиций «коммуникационных систем». Достоверные данные могут быть получены при проведении специально спланированных исследований с последующей статистической обработкой ряда наиболее значимых диагностических показателей [Григорьева С.Г., 2001; Автандилов Г.Г., 2002] и учетом многообразных, тонких и глубоких механизмов рекомбинадионных преобразований [Д.С. Саркисов, 1994]. Такой подход обеспечивает стандартизацию получаемой информации и возможность математического описания данных, которые как раз и необходимы для принятия наиболее адекватных диагностических решений на практике [Гублер Е.В., 1990; Сидоренко Е.В., 2000].
Следовательно, нетрадиционное осмысление морфометрических данных с позиции коммуникационных систем, направленное на идентификацию стромального компонента при гистофизиологических и патологических процессах молочной железы является актуальным аспектом как фундаментальной, так и прикладной онкоморфологии.
Целью данного исследования явилось обоснование возможности идентификации гетерогенного стромального компонента ткани молочной железы в норме, при дисплазии и раке на основе использования многомерных признаков, количественно описывающих морфологические особенности стромы вокруг сосудов микроциркуляторного русла и вегетативных нервных терминален.
Для реализации вышеуказанной цели были поставлены следующие задачи исследования:
сформировать репрезентативные выборочные совокупности (ВС) из верифицированных случаев нормы, дисплазии и РМЖ (периферических и центральных отделов) по данным морфометрии клеточных популяций: фиб-робластов, фиброцитов, лимфоцитов, макрофагов, плазмоцитов стромального компонента молочной железы с учетом их локализации вокруг сосудов микроциркуляторного русла и вегетативных нервных терминалей.
проверить гипотезу об однородности распределений сопоставимых статистических рядов (СР) в ВС нормы, дисплазии, периферических и центральных отделов РМЖ (при фиксированной локализации) и выделить неоднородные СР;
сформировать для каждой пары ВС отличительные множества СР;
произвести категоризацию СР для каждой пары ВС и определить ка-тегоризированные отличительные множества сопоставимых рядов (КОМСР);
вычислить относительные частоты градаций КОМСР для каждой пары ВС;
выделить значимо различающиеся по частотам градации для каждой пары ВС, подсчитать диагностические коэффициенты, информативность каждой градации и КОМСР в целом.
теоретически обосновать и предложить возможный алгоритм идентификации стромального компонента молочной железы при изученных процессах.
проверить и оценить качество работы алгоритма по идентификации стромального компонента на практическом материале.
- автоматизировать процесс принятия идентификационных решений.
Научная новизна исследования состоит в том, что впервые предложен новый подход к идентификации стромального компонента молочной железы на основе оценки статистически значимых различий клеточной составляющей коммуникационных систем в норме, при дисплазии и раке. Впервые выделены конечные множества возможных рекомбинаций клеточных элементов стромы в виде градаций их категорий и проведен их анализ. Впервые показаны формализованные различия между относительными частотами одноименных градаций категоризированных множеств сопоставимых статистических рядов фибробластов, фиброцитов, лимфоцитов, макрофагов и плаз-моцитов относительно сосудистого и нервного компонентов коммуникационных систем при предраке и раке молочной железы. Впервые произведена оценка возможности применения категоризированных отличительных множеств клеточных популяций в роли стромальных маркеров нормы, дисплазии и РМЖ, позволяющая использовать последовательный анализ ограниченного количества полей зрения с целью идентификации одного из пары указанных процессов по стромальной составляющей.
Научно-практическая значимость исследования определяется тем, что предложен оригинальный подход к изучению и применению многомерных морфометрических показателей клеточного состава стромы, содержащих маркерную информацию о принадлежности ее к норме, дисплазии или РМЖ. На основе комплексной морфометрической и статистической оценки элементов коммуникационных систем молочной железы создана математическая модель и разработано решающее правило, позволяющее практически оценить особенности проявлений структурных гомеостатических процессов в виде различий частотных распределений категоризированных отличительных множеств клеточных рекомбинаций в норме, при дисплазии и опухолевом росте. На основе полученных диагностических козффициеіггов и использования последовательного диагностического алгоритма показана возможность идентификации стромального компонента молочной железы в норме, при
дисплазии и раке. Определена эффективность предложенного алгоритма в плане идентификации стромы на практике. Предложенная модель идентификации стромы имеет возможности к совершенствованию. Она позволяет вводить новые количественные, порядковые и качественные признаки, описывающие морфологические особенности стромального компонента в норме и при патологических процессах. Возможны изменения порогов в решающем правиле с учетом априорной вероятности встречаемости изучаемых нозологических форм, что немаловажно при дифференциальной морфологической диагностике различных процессов в практическом преломлении. Разработано и применено новое устройство для автоматизированного изготовления серийных параллельных гистологических срезов с одинаковой плоскостной ориентацией.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту: 1. Количественные распределения одноименных клеточных популяций стромы молочной железы вокруг компонентов коммуникационных систем: сосудов микроциркуляторного русла, адренергических и холинергических вегетативных нервных терминалей имеют значимые различия в тканях молочной железы при норме, дисплазии и раке.
-
Отличительные множества сопоставимых статистических рядов клеточных популяций стромы молочной железы имеют различную мерность, которая зависит от пары сравниваемых процессов.
-
Анализ конечного множества рекомбинаций клеточных элементов стромы возможен при условии применения категоризации их отличительных множеств и объединения категорий в градации.
-
Мерность отличительных множеств сопоставимых статистических рядов определяет количество градаций и входящих в них категорий, от которых зависит маркерная ценность идентификационного признака.
5. Относительные частоты встречающихся одноименных категоризи-
рованных отличительных множеств сопоставимых рядов клеток стромы
имеют значимые различия при парных сравнениях выборочных совокупно
стей нормы, дисплазии и рака молочной железы.
-
Использование относительных частот одноименных градаций в парах выборочных совокупностей позволяет разработать решающее правило для идентификации стромального компонента молочной железы в норме, при дисплазии и РМЖ.
-
Эффективность решающего правила в практическом приложении зависит от мерности и количества значимо различных по частотам градаций категоризированных отличительных множеств, индивидуальных для каждой конкретной пары рассматриваемых процессов.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на заседаниях Смоленского областного научного общества патологоанатомов (декабрь 1994 г., март 1995 г., ноябрь 1996 г., декабрь 1998 г., ноябрь 1999 г., апрель 2000 г., апрель 2001 г.); на 1-м съезде Международного союза ассоциаций патологоанатомов, 1995 г., Москва; на 21-м Международном конгрессе Международной академии патологии, 1996 г., Будапешт, Венгрия; на 1-м съезде Российского общества патологоанатомов, 1996 г., Москва; на Международной научно-практической конференции, посвященной медицинским последствиям Чернобыльской катастрофы (15 лет спустя), 2001 г., Гомель, Беларусь; на заседании проблемной комиссии по иммунологии и иммуноморфологии СГМА, 2001 г.; на совместном заседании кафедр: патологической анатомии, анатомии человека, гистологии, медицинской и биологической физики, оперативной хирургии и топографической анатомии, лучевой диагностики с курсом онкологии, госпитальной хирургии, госпитальной терапии, акушерства и гинекологии Смоленской государственной медицинской академии, сотрудников Смоленского областного института патологии и ЦНИЛ, областного онкологического диспансера, 2003 г.; на Всероссийской научной конференции «Гистологическая наука России в начале XXI века: итоги, задачи, перспективы», 2003 г., Москва; на научно-практической конференции «Морфометрия в диагностике болезней», 2003 г., Москва.
По основным материалам диссертации опубликована 21 печатная работа, в том числе 3 изобретения.
Личный вклад автора. Автором осуществлялись планирование, набор фактического материала, обобщение и математико-статистический анализ результатов исследования. С помощью прикладных компьютерных программ проверялась гипотеза об однородности распределений сопоставимых статистических рядов в выборочных совокупностях нормы, дисплазии, периферических и центральных отделов рака молочной железы, формировались отличительные множества и проводилась их категоризация; вычислялись относительные частоты полученных градаций и их значимые отличия в парах изучаемых процессов. Автоматизация процесса принятия решений осуществлена автором на основе возможностей табличного процессора Microsoft Excel. С помощью полученной программы им проведена оценка качества работы алгоритма принятия идентификационных решений. Наряду с ранее запатентованными автором устройствами для обработки биологического материала (указаны в списке опубликованных работ), применено на практике «Устройство для изготовления гистологических срезов»*. Контроль за обоснованностью и правильностью применения математико-статистических процедур и терминов, а также корректностью их изложения в материалах диссертации в
* заявка на изобретение № 2002131996(033775) от 27.11.2202 г., положительное решение от 18.02. 2004г.
виде консультативной помощи осуществлялся главным специалистом департамента Смоленской области по промышленности, коммуникациям, науке и новым технологиям, кандидатом технических наук, доцентом ЛЛ. Лямцем и заведующим кафедрой высшей математики ГОУ Смоленский сельскохозяйственный институт, кандидатом физико-математических наук, проф. А.П. Петуниным, за что автор выражает им глубокую признательность. На выполненные совместные исследования имеются ссылки в диссертации, и они представлены в совместных публикациях. Доля участия автора в накоплении информации, ее обработке, обобщении, анализе и проверке эффективности на практике -до 100%.
Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 269 страницах машинописного текста, состоит из введения, 7 глав, включающих обзор литературы, материалы и методы исследования, результаты собственных исследований и их обсуждение, выводов, практических рекомендаций и указателя литературы. Кроме того, в диссертацию включены приложения в виде таблиц на 90 страницах. Материалы исследования иллюстрированы 35 рисунками, 49 таблицами, 30 графиками, 70 диаграммами и 3 схемами. Указатель литературы содержит библиографические сведения о 241 литературном источнике, цитируемом в диссертации, из них 161 отечественный и 80 зарубежных. Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научных работ Смоленской государственной медицинской академии по проблеме «Морфология опухолей». Номер государственной регистрации 01200113629.