Способ оценки состояния гуморального гомеостаза у онкологических больных

Изобретение относится к средствам исследования физических свойств биологических тканей. Способ исследования гуморального гомеостаза у онкологических больных включает выделение зондирующими и измерительными электродами локальных зон исследования организма человека, после чего на измерительных электродах в зоне исследования задают выбранную частоту в диапазоне от 800 Гц до 1,2 МГц и значение величины зондирующего тока от 0,8 до 1,5 мA, при этом исследование проводят при различных значениях частоты ƒ, но при постоянном значении выбранного зондирующего тока i. Затем определяют потенциал напряжения U между измерительными электродами в виде соотношения U=i(R+jωL-j/ωC), где R - активная составляющая сопротивления, L - индуктивность биологической ткани, С - емкость биологической ткани, ω=2πƒ сек^-1 - круговая частота, , после чего по произведению величины выбранного зондирующего тока и соответственно активному, индуктивному и емкостному составляющим сопротивления определяют распределение электрических мощностей, проявляющихся в компонентах P_R=i²R, P_L=i²ωL, P_C=i²/ωC, и анализируют состояние гуморального гомеостаза в выделенной зоне живого организма. Использование изобретения позволяет проводить исследование гуморального гомеостаза. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к физическим методам измерения физических свойств биологических тканей и может быть использовано в медицине, а именно в онкологии, для оценки состояния организма пациента при лучевой терапии, комбинированном воздействии и хирургических вмешательствах на пораженных органах.

По современным представлениям организм человека рассматривается как открытая система, обменивающаяся веществом и энергией с внешней средой. В основе гуморального гомеостаза (эндоэкологии) находится мембранная теория, представляющая обмен жидкости в живой ткани. Основная часть воды в организме здорового человека находится во внутриклеточном пространстве (до 70%), остальная часть - вне клеток (до 30%). По физическим свойствам вода в организме сохраняет свое постоянство, выступает в качестве растворителя органических и неорганических веществ. Вместе с тем, состояние гуморального гомеостаза в значительной мере зависит от свойств крови, сыворотки крови, лимфы, тканевой жидкости, содержащих ионы, белки, гормоны, ферменты и других веществ, формирующих микросреду для клеток тканей.

По методу Фика (1870) известно, что неограниченная и ограниченная объемная диффузия вещества в тканях активно и пассивно регулируется скоростью кровотока, артериовенозной разностью концентраций вещества, площадью поверхности капилляра, толщиной мембран, ионными каналами. ДИФФУЗИОННЫЙ ЗАКОН ФИКА (для веществ без ограничения диффузии) имеет вид

M=Q(Ca-C_B),

где М - объем диффузии, Q - объемная скорость кровотока, Са-Св - артериовенозная разность концентраций вещества. Для веществ с ограниченной диффузией

M=DA(C_in-C_out),

_{где D - диффузионный коэффициент вещества, А - площадь поверхности капилляра, Т - толщина мембраны капилляра, Cin-Cout - разность концентраций вещества внутри и снаружи капилляра (В.Б. Брин, Физиология человека в схемах и таблицах. (2-е изд.., перераб и доп.) - Ростов-н/Д: Феникс, 1999. - 352 с.).}

Также известно относительное постоянство жидкостных сред организма, согласно теории Старлинга [Starling Е.Н. On the absorption of fluids from the connective tissue spaces. // J. Physiol., 1896, 19, 312], достигающееся путем действующего в капиллярах гидростатического и плазменного давления. Предложен ЗАКОН УЛЬТРАФИЛЬТРАЦИИ СТАРЛИНГА:

V=K[Ргк+Рои-(Рги+Рок)],

где V - объем жидкости, проходящей через стенку капилляра в минуту, K - коэффициент фильтрации, Ргк - гидростатическое давление крови, Рои - онкотическое давление интерстиция, Рги - гидростатическое давление интерстиция, Рок - онкотическое давление крови. При этом в сечении капилляра с артериальной стороны давление составляет Р=+13 mm Hg, а с венозной стороны - Р=-2 mmHg.

Известно, что различие давлений на мембране обеспечивает ультрафильтрацию воды из артериальной капиллярной сети с резорбцией ее на уровне венозных капилляров, где в артериальном конце средняя их величина составляет +13 мм Hg, а венозного конца - 2 мм Hg.

В основе определения объемных жидкостных сред лежит метод разведения [Блажа К., Кривда С., Чору С. и соавт. Теория и практика оживления в хирургии. // Мед. изд-во. - Бухарест, 1967, 521 с.]. который отслеживает однократно поведение и свойства только самого индикатора и не дает информацию о структуре самой исследуемой субстанции. В качестве основного источника энергии, используются фосфатные продукты (АТФ, креатинфосфат) в работе так называемого "натриевого насоса", обеспечивающего через активный выброс натрия регуляцию воды в клетке. Однако отмечается, что потребность энергии АТФ клеткой на порядок больше, чем она способна производить.

Недостатками мембранной теории является ее неприемлемость, поскольку капилляры постоянно подвержены механическим, химическим и другим факторам воздействия // Д.А. Жданов. Общая анатомия и физиология лимфатической системы. - Л.: Медгиз, 1952. - 336 с.

Известен «Способ определения злокачественных новообразований» авт. свид. СССР №609091 (1978). В нем проводят анализ сыворотки крови на содержание гормонов и при соотношении тиреотропного гормона к тироксину и трийодтиронину не ниже 0,2 и 2,0 соответственно судят о наличии злокачественных новообразований.

Недостатками данного способа являются невысокая точность оценки гормонов, достигающая 85%.

Известен «СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫХ НОВООБРАЗОВАНИЙ» по авт. свид. СССР №1248431 (1979). В нем диагностику проводят путем определения содержания трийодтиронина в периферической лимфе, рассчитывают отношение полученного значения в лимфе к таковому в сыворотке крови и при значении этого показателя менее 0,1 диагностируют злокачественное новообразование.

Недостатком способа является одновременное определение содержания трийодтиронина в двух биологических средах - сыворотке крови и периферической лимфе, что является затруднительным, особенно в получении лимфы для исследования, требующего специального навыка специалистов и наличия отдельного инструментария.

Известен «СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫХ НОВООБРАЗОВАНИЙ» по авт. свид. СССР №1223444 (1984), SU 1284017. В нем определяют время спин-решеточной релаксации (Т₁) биологической жидкости больного до и после обработки ультразвуком, с последующим расчетом разницы полученных значений. При этом определение ведут в плазме периферической лимфы и при значении разницы более 0,12с. диагностируют злокачественное новообразование.

Недостатком способа является требование к приобретению комплекта специального дорогостоящего зарубежного оборудования.

Известен «СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫХ ОПУХОЛЕЙ» по патенту SU 1096775 от 15.03.82. В нем определяют содержание химических элементов в биологической жидкости больного. При этом в сухом остатке лимфы определяют содержание цинка, алюминия, и сурьмы и при содержании двух исследуемых элементов соответственно от 50 мкг/г до 350 мкг/г, от 70 мкг/г до 430 мкг/г и от 80 нг/г до 4 мкг/г диагностируют злокачественную опухоль. Эффективность диагностики злокачественного новообразования наиболее высокая (до 95%) при одновременном определении содержания Zn, Al, Sb в сухой массе лимфы.

Недостатки способа заключаются в том, что элементы Zn, Al, Sb определяют различными ядерно-физическими и рентгенфлуоресцентным методами в пробах крови и лимфе, что делает их дорогостоящими, а процесс лиофилизации искусственно отдаляет биопробы от натуральных по их природе свойств.

Известен «СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМА ЖИДКОСТНЫХ СЕКТОРОВ ОРГАНИЗМА» по патенту RU 2093069. В способе путем наложения электродов на кожу верхних и нижних конечностей пациента и пропускания зондирующих токов низкой и высокой частоты с последующим измерением импеданса. Импеданс низкой частоты измеряют при пропускании через тело зондирующего тока частотой 20-40 кГц. Импеданс высокой частоты измеряют при пропускании зондирующего тока частотой 400-800 кГц. Затем учитывают удельное сопротивление плазмы крови, а также рост пациента и с помощью первого импеданса рассчитывают объем внеклеточной жидкости, а с помощью второго импеданса рассчитывают объем внутриклеточной жидкости. По сумме двух объемов определяют объем общей жидкости в организме.

Недостаток способа заключается в том, что в нем отсутствует взаимосвязь между измеренными импедансами и гомеостазом организма.

Известен «Биоимпедансный анализ состава тела человека» / Д.В. Николаев, А.В. Смирнов, И.Г. Бобринская, С.Г. Руднев. - М.: Наука, 2009. - 392 с. Способ основан на измерении импеданса всего тела или отдельных сегментов тела человека с использованием специальных приборов-анализаторов. При этом электрический биоимпеданс тканей - Z представлен в виде двух компонент: активного - R и реактивного - Хс сопротивления в электрической цепи, по которой проходит переменный ток. Обозначенные параметры связаны соотношением Z²=R²+X². Активная составляющая обуславливает преобразование электрической энергии в тепло при протекании тока. Материальным субстратом активного сопротивления в биологическом объекте являются мышечная ткань, клеточная и внеклеточная жидкости, содержащие электролиты и обладающие ионным механизмом проводимости. Реактивную составляющую биоимпеданса представляют в виде емкостной характеристики Х_с=1/ωС, где ω - круговая частота. Субстратом реактивного сопротивления Хс являются диэлектрические компоненты импеданса, находящиеся внутри клеток, ограниченных мембранами, и клеточные органеллы. По величине активного сопротивления - R определяют объем воды в организме. По величине реактивного сопротивления определяют свойства биологических тканей и объем жировой составляющей.

Недостаток способа заключается в чрезмерной интеграции реактивной составляющей. Проблемы гомеостаза в работе не рассматриваются.

Прототипом предлагаемого технического решения является «Способ определения состояния гомеостаза организма у онкологических больных» по патенту RU 2278383 (G01N 33/49). Он включает исследование пробы крови, регистрацию кинетики спонтанной хемилюминесценции крови, определение уровня функциональной активности полиморфноядерных лейкоцитов крови (ФА ПМЛ) по соотношению - ФА ПМЛ=I_{max. спонт}/n (кл/мл), их свободно радикальный потенциал по соотношению - СРП=(I_{max. инд}-I_{max. спонт})/I_{max. спонт}) и интегральную антиоксидантную активность плазмы (АОА_интегр) по соотношению: , где n - количество клеток, подсчитанных стандартным способом в камере Горяева, I_{max.спонт} - максимальная интенсивность спонтанной люминолзависимой хемилюминесценции разведенной цельной крови, I_max.инд - максимальная интенсивность индуцированной люминолзависимой хемилюминесценции разведенной цельной крови, J₀ - интенсивность свечения индуцированной ионами 2-валентного железа хемилюминесценции липопротеидной желтковой (ЛПЖ) модельной системы, J - интенсивность свечения индуцированной ионами 2-валентного железа хемилюминесценции ЛПЖ модельной системы в присутствии образца плазмы, V_плазмы - объем плазмы, добавленной в модельную систему, мл; r - коэффициент, характеризующий чувствительность установки. Полученные значения представляют в относительных единицах, характеризующих отношение текущего значения показателя к его предельной величине, при этом предельные величины составили для: ФА ПМЛ = 250 кл/мл, СРП ПМЛ = 1, АОА_интегр = 7,0 мл^-1. По соотношению выявленных величин выделяют состояние нормы, а также состояние адаптации и декомпенсации гомеостаза организма. При этом состояние нормы гомеостаза организма по ФА ПМЛ устанавливают в диапазоне 0,032-0,048 относительных единиц измерения, состояние адаптации в диапазоне 0,022-0,031 и 0,049-0,132, состояние декомпенсации в диапазоне 0,00-0,021 и 0,133-1,00, состояние нормы гомеостаза организма по СРП ПМЛ устанавливают в диапазоне 0,50-0,80 относительных единиц измерения, состояние адаптации в диапазоне 0,26-0,49 и 0,81-0,90, состояние декомпенсации в диапазоне 0,00-0,25 и 0,91-1,00, состояние нормы гомеостаза организма по АОА устанавливают в диапазоне 0,077-0,114 относительных единиц измерения, состояние адаптации в диапазоне 0,067-0,076 и 0,115-0,321, состояние декомпенсации в диапазоне 0,00-0,066 и 0,322-1,00.

Недостатки прототипа заключаются в том, что он не рассматривает влияние физических свойств воды, связанной с гомеостазом организма.

Технический результат предлагаемого решения заключается в расширении физических возможностей в оценке состояния гуморального гомеостаза, представленного в виде распределения энергетического потенциала в активных и реактивных составляющих, связанных с биологическими, биофизическими и физико-химическими процессами живого организма.

Ранее проведенные нами исследования в использовании биоимпедансного подхода к анализу состава тела практически здорового человека и больных подтверждают значимость его развития. Поскольку он позволяет неинвазивно с достаточной точностью определить жидкостные среды организма, клеточную и жировую массу с учетом пола, роста, массы тела [В.В. Вапняр, В.Ю. Словентатор, В.Н. Дербугов. Биоимпедансный анализ состава тела больных раком желудка и прямой кишки // Медицинская биофизика, 2002, №1, с. 68-73].

Из литературы известно, что гуморальный механизм регуляции (гомеостаз), обусловленный биологическими и физико-химическими свойствами внутренней среды, имеет принципиально важное значение при оценке функционального состояния живого организма. Он характеризует целостную взаимосвязь всех систем организма, их функциональные особенности, динамическое равновесие и относительное постоянство внутренней среды организма (постоянство температуры тела, кровяного давления, концентрации сахара в крови и т.д.). При этом кровь, тканевая жидкость и лимфа обеспечивают перенос химических элементов и продуктов метаболизма, а также обмен вещества в тканях и органах. Именно они формируют кондиционную среду внутри организма, обеспечивая тем самым энергетические ресурсы биологической ткани.

По мнению авторов, гуморальный гомеостаз живого организма может быть представлен в виде трех физически обусловленных составляющих, обеспечивающих биоэнергетические процессы:

биологическая составляющая - связана с межклеточной жидкостью, тканями мышц, субклеточными компонентами макромолекул и ядер клеток, представленных в виде фибриллярных центров, способных к полной или частичной ориентации под действием электромагнитного поля с частотой до 2,0 кГц;

биофизическая составляющая - связана с фракциями внутриклеточной жидкости, представленной в виде электролитов, специфической связи молекул воды и ионов, присутствующих в крови и лимфе. Эта составляющая отображает поляризационные свойства внеклеточных, трансмембранных и внутриклеточных доменов (рецепторов), имеющих вид «гигантских макромолекул», обеспечивающих нейроинформационную и энергетическую взаимосвязь внутриклеточных и внеклеточных процессов. При увеличении частоты поляризации молекул проявляется инерционность процессов во время возбуждения и релаксации, что приводит к снижению потенциала действия и величины протекающего тока. Аналогичный эффект проявляют и соединительные ткани, выполняющие опорные, защитные, метаболические функции и депонирование различных веществ. Они также проявляют и другие свойства, обусловленные работой клеточных структур (мембран, белковых молекул, молекулярной воды и т.д.). Энергетические механизмы этой составляющей связаны с электрическими и биоэнергетическими процессами, функционирующих, в основном, в диапазоне частот от 2,0 кГц до 20 кГц;

физико-химическая составляющая - связана в основном с поляризационной функцией молекул белков различных тканей. Физические и химические представления о связях весьма противоречивы. Однако, они имеют принципиальное значение, поскольку, проявляют энергетические свойства, связанные с индукционными явлениями полярных молекул. Полярные молекулы обладают постоянным моментом диполя, взаимодействующего с неполярными молекулами, способными поляризоваться под воздействием соседних молекул.

Такие свойства можно объяснить кулоновскими силами взаимосвязи между электронами и ядрами одной молекулы с ядрами и электронами другой молекулы. При воздействии переменным электрическим полем такие связи могут деформироваться и восстанавливаться, проявляя индуктивные свойства. Однако баланс сил может изменить, например, структуру белка и вызвать его переход в новую конформацию, стабильную в новых условиях. Такие индукционные перестройки, проявляющие инерционный характер, в молекуле белка называют конформационными переходами, требующих затраты энергии до нескольких ккал/моль ["http://chem21.info/info/313744/" http://chem21.info/info/313744/, "http://www.xumuk.ru/bse/1603.html" http://www.xumuk.ru/bse/1603.html]. Перестройка таких структур проявляется преимущественно в диапазоне частот от 20 кГц до 1,0 МГц.

Представленные биологические структуры живого организма позволяют выделить локальную зону в виде целостной активной среды. В ней одновременно осуществляют свою функцию выделенные нами компоненты на биологическом, биофизическом и физико-химическом уровнях. В этой связи целесообразно расширить представление о реактивной составляющей и записать уравнение

где i - электрический зондирующий ток, протекающий в рассматриваемой зоне активной среды при воздействии приложенного потенциала U, R - активная составляющая импеданса, ωL - индукционная составляющая импеданса и 1/ωС - емкостная составляющая импеданса, круговая частота ω=2πƒ сек^-1, π=3,14, ƒ - частота зондирующего тока, j - √-1 (корень квадратный из минус единицы (-1)).

Сущность предлагаемого изобретения, включающего определение биофизических характеристик тканей организма человека, заключается в локализации зоны исследования с помощью электродов. На измерительных электродах в зоне исследования задают необходимую частоту и значение величины зондирующего тока в соответствии с целью исследования, измеряют падение напряжения в установленной зоне и по их значениям определяют величины активной и реактивной составляющих электрического биоимпеданса, связанного с активными, индуктивными и емкостными свойствами биологической ткани при различных частотах. По активным и реактивным величинам электрического биоимпеданса определяют энергетические характеристики биологической, биофизической и физико-химической составляющих, по которым оценивают состояние гуморального гомеостаза.

Перечень чертежей

Фиг. 1. Расположение электродов на руке с использованием стикеров FIAB: 1 - зондирующий электрод, 2 - измерительный электрод;

Фиг. 2. Расположение электродов на ноге с использованием стикеров FIAB: 1 - зондирующий электрод, 2 - измерительный электрод;

Фиг. 3. Составляющие компоненты гуморального гомеостаза: 3 - биологическая составляющая, 4 - биофизическая составляющая, 5 - физико-химическая составляющая;

Фиг. 4. Экспериментальные данные значений активной составляющей R в зависимости от ω сек^-1: 6 - от 1⋅10³ до 10⋅10³ сек^-1, 7 - от 10⋅10³ до 100⋅10³ сек^-1, 8 - от 100⋅10³ до 1000⋅10³ сек^-1.

Порядок реализации способа

Технический результат достигается благодаря использованию более точного и стабильного 4-х электродного метода съема информации, когда токовые и измерительные электроды разделены между собой. Электроды устанавливают на верхние и нижние конечности, Электроды 1 предназначены для цепи пропускания зондирующего тока, а электроды 2 служат для подключения к пациенту измерительной цепи анализатора (фиг. 1 и фиг. 2).

Во время процедуры пациент должен лежать на спине, будучи изолированным от окружающих электропроводящих предметов. Необходимо исключить соприкосновение между внутренними поверхностями бедер (до паха), а также между внутренними поверхностями рук и туловищем (до подмышечных впадин). С рук пациента следует снять часы, цепочки, кольца и браслеты из металла, а металлические предметы на шее нужно сдвинуть к подбородку. Соответствующие участки кожи перед прикреплением электродов следует протереть спиртом или специальным гелем.

В соответствии с рассматриваемым техническим решением основными элементами гуморального гомеостаза являются биологическая составляющая 3, биофизическая составляющая 4 и физико-химическая составляющая 5 (фиг. 3). Функциональная взаимная связь между ними представлена в виде хорошо известного соотношения (1). Исследование проводят при различных значениях частоты ƒ, но при постоянном значении зондирующего тока i в диапазоне от 0,8 mA до 1,2 mA. Однако в большинстве случаев удобно работать с током равном 1,0 mA. По санитарным нормам диагностический ток не должен превышать 1,5 mA.

Диапазон частот от 0,8 кГц и до 1,0 МГц зондирующего тока и его величину задают на электродах 1 с помощью генератора. По величине падения напряжения, измеряемого между электродами 2, и величине зондирующего тока определяют импеданс тела Z. Он зависит от активных и реактивных «сопротивлений» электропроводящих участков тела. В этой связи общее сопротивление Z=U/i можно представить в виде

где X_L=jωL, X_C=-j/ωC.

Активное сопротивление биоимпеданса обычно определяют на низких частотах, поскольку оно характеризует в большей мере состояние межклеточной жидкости, а также мышечной ткани в любом участке тела. В этой связи обследование пациента проводят вначале на низких частотах до 2,0 кГц путем измерения падения напряжения между электродами 2 и определяют величину активного сопротивления R биологической составляющей гуморального гомеостаза (фиг. 4) при различных частотах. Определение активной составляющей R дает возможность выделить и определить реактивную составляющую в виде

При обследовании пациента на более высоких частотах ω также проводят измерения падения напряжения U между электродами 2 и определяют реактивные составляющие импеданса X_L и Х_С при одних и тех же значениях зондирующего тока i. При каждом изменении частоты ω_n зондирующего тока измеряют падение напряжения U_n, при ω_n+1 соответственно получают значение U_n+1. На низких частотах по разности потенциалов U_n и U_n+1 определяют активную составляющую R. Затем на более высоких частотах с учетом предшествующих измерений определяют реактивные компоненты, т.е. индуктивно-емкостные свойства исследуемой зоны биофизической и физико-химической составляющих гуморального гомеостаза по соотношениям:

В результате проведенных измерений индуктивные и емкостные свойства определяют по соотношениям:

Полученные численные значения L и С по соотношениям (6) и (7) позволяют определить распределение энергии в составляющих компонентах гуморального гомеостаза P_R=i²R, P_L=i²ωL и P_C=i²/ωС.

Примеры реализации способа

Пример 1

Вначале была проверена возможность использования предложенного способа для оценки состояния гуморального гомеостаза у практически здорового пациента по известной технологии. В результате были получены данные (см. фиг. 4), связанные с определением активной составляющей R в зависимости от частоты ω в диапазоне от 1,0⋅10³ сек^-1 до 50⋅10³ сек^-1. Полученная линейная зависимость сопротивления R от частоты свидетельствует о возможности экстраполировать ее значения соответственно на более низкие и высокие частоты.

В соответствии с предложенным техническим решением в зону интереса пропускают зондирующий ток i=1,0 mA вначале с частотой 1,0⋅10³ сек^-1, а затем с частотой 10,0⋅10³ сек^-1. При указанных частотах измеряют падение напряжения U на электродах 2: U_n=700 mV и определяют R=503 Oм на частоте ω_n=1,0⋅10³ сек^-1, а также U_n+1=595 mV и R=490 Oм на частоте ω_n+1=10,0⋅10³ сек^-1.

Далее, по соотношениям (6) и (7) определяют L и С. Эта процедура может быть реализована с помощью микроконтроллера или микропроцессора. В нашем случае были получены значения L=29,25 мГн и С=2,03 мкФ, что позволило определить P_R=i²R=490 μW, P_L=i²ωL=29,25 μW и P_C=i²/ωC=2,03 μW на частоте ω_n+1=10,0⋅10³ сек^-1. Низкое значение С=2,03 мкФ свидетельствует о недостаточной активности биофизической составляющей, характеризующей механизмы функционирования внутриклеточной массы гуморального гомеостаза.

Пример 2

Больная Б.К.В., возраст 69 лет, поступила в клинику 03.03 2014 г. Во время консультации больная жаловалась на ощущение боли в области плеча и предплечья, отек вторичный (лучевой) лимфостаз левой верхней конечности второй степени. При пальпации чувствовалось уплотнение ткани (пневмофиброз). Показатели импедансометрии на верхних конечностях составили правой руки 250 Ом, левой руки 244 Ом. Через неделю разница сопротивлений между правой и левой рукой стала составлять 14,3 Ом. При дальнейших наблюдениях выявлено снижение импеданса левой руки, т.е. на стороне опухолевого процесса, и появилась возможность контролировать увеличение количества жидкости в пораженной конечности, в связи с нарушением лимфогемоциркуляции, а также образованием микротромбов в зоне опухоли и в регионарных лимфоузлах.

При проведении импедансометрии измеряли падение напряжения U_n в зоне верхних конечностей. Они составили соответственно на правой руке 250 mV и левой руке 244 mV. Активное сопротивление на правой руке составило R=225 Ом и левой - R=219 Ом. Перед операцией сопротивление на левой руке снизилось до 214 Ом. Измерения U_n проводили при токе 1,0 mA на частоте ω_n=1,0⋅10³ сек^-1 и U_n+1=245 mV на частоте ω_n+1=2,0⋅10³ сек^-1.

В результате, по соотношениям (6) и (7) определяют L и С. Для правой руки L=28,31 мГн и С=12,04 мкФ, а также для левой руки L=29,59 мГн и С=12,80 мкФ. Не составляет труда определить распределение энергии на частоте ω_n=1,0⋅10³ сек^-1 соответственно в правой руке - P_R=i²R=225 μW, P_L=i²ωL=28,31 μW и P_C=i²/ωC=12,04 μW, а также в левой руке - P_R=i²R=219 μW, P_L=i²ωL=29,59 μW и P_C=i²/ωC=12,80 μW. Следует отметить, что индуктивно-емкостные свойства правой и левой руки имеют несущественное различие, а вот активные составляющие имеют заметное различие, связанное с опухолевым процессом в левой руке.

После операции у больной не отмечено какой-либо асимметрии в показателях биоимпеданса между правой и левой рукой по сравнению с исходными данными при U_n=250 mV, что свидетельствует о стабилизации состояния гуморального гомеостаза верхних конечностей.

Пример 3

Больной П., 70 лет, поступил в абдоминальное отделение МРНЦ с диагнозом: Рак желудка Т3 N1 М0 и сопутствующие заболевания: ишемическая болезнь сердца (ИБС), атеросклеротический кардиосклероз, атеросклероз церебральных артерий. Больному после предоперационного курса лучевого лечения суммарная очаговая доза (СОД) 20 Гр выполнена субтотальная резекция желудка. С первых суток получал частичное парентеральное питание (ЧПП), инфузионную, кардиотропную и антибактериальную терапию, трансфузии эритроцитарной массы и свежезамороженной плазмы. На 3-й сутки после операции были диагностированы несостоятельность анастомоза и перитонит. Была изменена схема лечения. На протяжении всего курса лечения неоднократно выполнялся биоимпедансный анализ состава тела. Несмотря на активные терапевтические мероприятия больной скончался на 130-е сутки. Имеющиеся биоимпедансные данные позволили реконструировать ход событий и оценить состояние гуморального гомеостаза пациента. Полученные данные свидетельствуют, что у пациента активное сопротивление R=425,5 Ом и общее сопротивление Z=455,4 Ом на низких частотах при токе в 1,0 мА U=0,455 В. Индуктивно-емкостные свойства гуморального гомеостаза определены при частотах ω_n=2,0⋅10³ сек^-1 и ω_n+1=10,0⋅10³ сек^-1. По соотношениям (6) и (7) определяют L и С. Их конкретные значения составили L=13,5 мГн и С=3,7 мкФ. Соответственно распределение мощности составили - P_R=i²R=455 μW, P_L=i²ωL=13,5 μW и P_C=i²/ωC=3,7 μW.

Аналогичные результаты были получены на 125 сутки лечения: R=333,3 Ом и Z=341,6 Ом на низких частотах. В результате при токе 1,0 мА U=0,342 В. Индуктивно-емкостные свойства гуморального гомеостаза определены при тех же частотах. Конкретные значения L и С составили: L=1,553 мГн, а С=8,0 мкФ. Соответственно распределение мощности составили: P_R=i²R=342 μW, P_L=i²ωL=1,55 μW и P_C=i²/ωC=8,0 μW.

Представленные данные свидетельствуют о том, что на начальном этапе лечения организм больного имел достаточный ресурс энергии на уровне биологической и биофизической составляющих гуморального гомеостаза. На физико-химическом уровне отмечается недостаточность энергии, которая на заключительном этапе резко снизилась. Таким образом, несмотря на интенсивные терапевтические действия и активизацию работы жидкостных питательных внутриклеточных компонентов, все же физико-химические процессы молекулярных механизмов регуляции состояния гомеостаза отказали в работе организма.

Пример 4. Больной Н., 64 лет, поступил в абдоминальное отделение МРНЦ 14.01.2002 г. с диагнозом: Рак восходящего отдела толстой кишки Т4 N0 M1, Мтс в печень. Сопутствующие заболевания - ИБС, атеросклеротический кардиосклероз, атеросклероз церебральных артерий. Анемия средней степени тяжести. За три недели до поступления в клинику МРНЦ больному по месту жительства была проведена плеостомия по поводу тонкокишечной обтурационной непроходимости. После интенсивной предоперационной подготовки больному выполнена правосторонняя гемиколэктомия. В послеоперационном периоде больному проводились ЧПП, инфузионная терапия, кардиотропная терапия, антибиотикотерапия, трансфузия эритроцитарной массы и свежезамороженной плазмы, а также другие виды терапии. Послеоперационный период протекал гладко, на 15-е сутки больной был выписан из клиники в удовлетворительном состоянии.

При поступлении больного в клинику и в процессе лечения проводилась биоимпедансометрия, а также после выписки с интервалом 1 месяц. По результатам исследования были определены достаточные параметры, при анализе которых у пациента были определены активное сопротивление R=719,1 Ом и общее сопротивление Z=781,6 Ом. Измерение проводили на низких частотах при токе в 1,0 мА. В результате получено падение напряжения U=0,782 В. Индуктивно-емкостные свойства гуморального гомеостаза определены при частотах ω_n=2,0⋅10³ сек^-1 и ω_n+1=10,0⋅10³ сек^-1. По соотношениям (6) и (7) определили L и С. Их конкретные значения составили L=25,52 мГн и С=1,36 мкФ. Соответственно распределение мощности составили - P_R=i²R=719 μW, P_L=i²ωL=25,52 μW и P_C=i²/ωC=1,36 μW.

Аналогичные результаты были получены на 105 сутки: R=776,4 Ом и Z=833,1 Ом на низких частотах. В результате при токе 1,0 мА U=0,833 В. Индуктивно-емкостные свойства гуморального гомеостаза определены при тех же частотах. Конкретные значения L и С составили: L=69,42 мГн, а С=1,44 мкФ. Соответственно распределение мощности составили: P_R=i²R=776 μW, P_L=i²ωL=69,42 μW и P_C=i²/ωC=1,44 μW.

Полученные данные свидетельствуют о значительном запасе энергетических ресурсов в организме больного на биологическом и физико-химическом уровнях. На биофизическом уровне гуморального гомеостаза имеет место недостаточность энергии для обеспечения обменных процессов метаболизма внутриклеточной жидкости. Такая ситуация сохранилась и после выписки больного из клиники.

Пример 5. Проблема количественной оценки молекулярно-энергетических возможностей человека интересует многих исследователей и особенно при поступлении больного в клинику, а также после его лечения [Б.А. Бердов, В.В. Вапняр, А.П. Кругликов и соавт. Метод лазерной корреляционной спетроскопии (ЛКС) плазмы крови в оценке эффективности лечения рака // Медицинская физика, 2001, №11, С. 17-18].

В качестве критерия оценки состояния пациента использовали величину интегрального показателя G, который отражает эффект динамического рассеяния света тестируемых растворов, статистические и динамические параметры микро- и макромолекул, характеризующихся эффективной массой и вращательной диффузией, анизотропной поляризуемостью и другими физическими параметрами. ЛКС плазмы крови разработан и апробирован на кафедре молекулярной физики МГУ им. М.В. Ломоносова, в лаборатории лазерных методов исследования РОНЦ им. Н.Н. Блохина (Москва) и в клинике МРНЦ РАМН (г. Обнинск).

В рассматриваемой работе общий анализ проб плазмы крови свидетельствует о том, что показатель G у здоровых людей (I группа) составляет 0,666±0,020 в относительных единицах, а у больных раком желудка и прямой кишки (II группа) показатель G плазмы крови достигает величины до 0,930±0,060 (p<0,001). У больных, после комбинированного лечения, спустя 3-4 недели отмечено снижение показателя G до 0,810±0,050 (p<0,01), а через 2-3 месяца показатель G снижается до 0,771±0,105 (p>0,05) и более.

Больная К.А.А., возраст 55 лет, поступила 09.05.1997 г. в торакальное отделение клиники МРНЦ РАМН с диагнозом: Рак ткани молочной железы. Жалобы на плотное, болезненное, медленно растущее новообразование ткани. Результаты гистологического анализа подтвердили диагноз: Рак грудной железы Т4Т3Мх. Назначено курсовое лечение: лучевая терапии СОД 24 Гр и полихимиотерапия.

При поступлении больной в клинику был проведен динамический контроль показателя G плазмы крови. Полученный результат позволяет утверждать, что до лечения гуморальный гомеостаз у больной К. держал показатель G на уровне 1,910 единиц. После проведенного лечения через 2-3 надели показатель G плазмы крови достиг уровня нормы - 0,620, что может указывать на эффективность проведенного лечения. Однако через 4 месяца после лечения он снизился почти в два раза по сравнению с нормой до 0,370 и конечный результат оказался печальным, поскольку привело больную к кончине, связанной с молекулярно-энергетической недостаточностью организма.

Следовательно, показатель G, полученный с помощью ЛКС, отражает потенциальные возможности, связанные с вкладом светорассеяния от количества мелких и средних частиц плазмы крови размером от 10 нм до 100 нм. Однако показатель G можно использовать только в ограниченных случаях при анализе состояния плазмы крови.

Подтверждение достижения технического результата

В рассматриваемом способе предложен новый объект исследований, существенно расширяющий физические возможности получения объективных количественных показателей у онкологических больных. Рассматриваемый объект объединяет множество функциональных компонентов живого организма в единое целое - гуморальный гомеостаз, состояние которого характеризуется биологическими, биофизическими и физико-химическими составляющими энергетических процессов, проявляющихся в организме человека. Идентификацию целостности взаимосвязей гуморального гомеостаза обеспечивает широко известная индуктивно-емкостная модель, благодаря которой представляется возможным оценить функциональное состояние органов, тканей и макромолекулярных обменных процессов метаболизма по их энергетическим характеристикам в широком диапазоне частот, не нарушая целостности организма человека. Модифицированный нами биоимпедансный подход дает возможность получить объективную количественную оценку состояния гуморального гомеостаза, что позволяет существенно расширить представление о структуре и функции живых организмов с энергетической точки зрения биологических, биофизических и физико-химических составляющих организма человека (см. таблицу).

На основе параметров R, L и С выявлена закономерность распределения энергетического потенциала в активных и реактивных составляющих живого организма, получена возможность изучать его резонансные свойства, а также рассматривать более тонкие структуры биофизических и физико-химических механизмов взаимодействия фрагментов жидкости и биологической ткани в широком диапазоне частот, от 1 кГц до 1,0 МГц и более. Полученные численные результаты о состоянии гуморального гомеостаза, связанные с дозами облучения и наблюдаемыми последствиями процессов метаболизма, позволят ввести количественную оценку в практической клинической радиобиологии. Более того, посредством количественной оценки состояния гуморального гомеостаза представляется возможным контролировать адекватность проведения интенсивной терапии, хирургического, комбинированного и комплексного лечения больных со злокачественными новообразованиями в различных органах. Предложенный подход также может быть использован для исследования гомеостаза различных живых систем и организмов растительного и животного мира в любом пространстве наблюдения.

1. Способ исследования гуморального гомеостаза у онкологических больных, включающий выделение зондирующими и измерительными электродами локальных зон исследования организма человека, после чего на измерительных электродах в зоне исследования задают выбранную частоту в диапазоне от 800 Гц до 1,2 МГц и значение величины зондирующего тока от 0,8 до 1,5 мA, при этом исследование проводят при различных значениях частоты ƒ, но при постоянном значении выбранного зондирующего тока i определяют потенциал напряжения U между измерительными электродами в виде соотношения U=i(R+jωL-j/ωC), где R - активная составляющая сопротивления, L - индуктивность биологической ткани, С - емкость биологической ткани, ω=2πƒ сек^-1 - круговая частота, , после чего по произведению величины выбранного зондирующего тока и соответственно активному, индуктивному и емкостному составляющим сопротивления определяют распределение электрических мощностей, проявляющихся в компонентах P_R=i²R, P_L=i²ωL, P_C=i²/ωC, и анализируют состояние гуморального гомеостаза в выделенной зоне живого организма.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что индуктивность биологической ткани определяют по соотношению

,

где U_n - потенциал напряжения на измерительных электродах при круговой частоте зондирующего тока ω_n; U_n+1 - потенциал напряжения на измерительных электродах при частоте зондирующего тока ω_n+1, ω_n+1>ω_n.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что емкость биологической ткани определяют по соотношению ,

где U_n - потенциал напряжения на измерительных электродах при круговой частоте зондирующего тока ω_n; U_n+1 - потенциал напряжения на измерительных электродах при частоте зондирующего тока ω_n+1, ω_n+1>ω_n.