Russian English Ukrainian

WebMedFamily.org

Электронный научно-популярный журнал про семейную медицину

Можливості застосування раман-флуоресцентної спектроскопії в оториноларингології.

Можливості застосування раман-флуоресцентної спектроскопії в оториноларингології.


Свістушкін В.М., Александров М.Т.,

Пшонкин Д.М., Шевчик Е.А.

Поширеність захворювань ЛОР-органів, за даними світової та вітчизняної статистики, постійно зростає, що зумовлено як антропогенним забрудненням навколишнього середовища, що надає виражений вплив на формування популяційного здоров'я, так і появою антибіотикорезистентних штамів мікроорганізмів, а також посиленням ролі умовно-патогенної флори (ентеробактерії, синьогнійна паличка, внутрішньоклітинні збудники). За даними Міністерства охорони здоров'я Російської Федерації за 2012 р, у структурі загальної захворюваності дорослого населення Центрального федерального округу (ЦФО) хвороби органів дихання займають 2-е місце (14,8%), поступаючись тільки хворобам системи кровообігу (18,7%), а в структурі загальної захворюваності дитячого населення - 1-е місце (50,1%), складаючи половину від загальної захворюваності. У структурі первинної захворюваності дорослого та дитячого населення ЦФО хвороби органів дихання займають 1-е місце, складаючи 26,4 і 59,4% відповідно. Гнійно-запальні захворювання є переважаючими в структурі ЛОР-патологій, складаючи приблизно 40% [11].

Мікрофлора, колонізує нестерильні відділи верхніх дихальних шляхів, представлена ??в основному сапрофітними мікроорганізмами, які практично ніколи не викликають захворювань у людини, а також умовно-патогенними мікроорганізмами, здатними при несприятливих для макроорганізму умов викликати гнійний процес. Як відомо, основними збудниками гострих форм оториноларингологічних інфекцій є Streptococcus pneumoniae і Haemophilus influenzae, досить частими - Moraxella catarrhalis, різні види стафілококів, стрептококів та ін. Умови праці різних професійних груп населення також є чинником, що сприяє виникненню гострих і формуванню хронічних ЛОР-захворювань, що суттєво впливає на якість життя, її тривалість, стан працездатності [4]. Таким чином, в останні роки питання лікування та попередження ЛОР-захворювань набули особливої ??актуальності.

В даний час діагностика захворювань ЛОР-органів перейшла на принципово новий рівень. Ще недавно для діагностики захворювань оториноларингологами проводилися огляд пацієнта, рентгенографія і найпростіші лабораторні дослідження. Сьогодні в арсеналі ЛОР-лікаря є широкий спектр додаткових інструментальних та лабораторних методів дослідження: ендоскопія, різні лабораторні дослідження (в т. Ч. Методом полімеразної ланцюгової реакції, що дозволяє безпомилково визначити вид збудника запального процесу), аудіометрія, тімпанометрія і т. Д. Однак все ще залишається необхідність створення універсальних, що відрізняються простотою виконання і високошвидкісних методів діагностики, які сприяли б більш раннього та ефективному початку лікування і поліпшенню прогнозу того чи іншого захворювання. Ці методи повинні бути достовірними, швидкими та економічно виправданими.

Одним з найбільш перспективних напрямків вирішення зазначених проблем є використання лазерного випромінювання та лазерної медичної техніки. Саме лазерні та комп'ютеризовані автоматизовані системи вважаються основним, пріоритетним напрямком розвитку медичної техніки останніх років [6].

Результатом розвитку технологій лазерної флуоресцентної діагностики є лазерна раманівська діагностика (ЛРД), гідності якої знаходять практичне застосування в різних областях: біофізики, фармакології, мікробіології, хімічної промисловості, медицині. Вивчення та розвиток фотодинамічної діагностики неможливо без знань фізико-хімічних принципів, що лежать в основі флуоресценції.
Явище флуоресценції було вперше досліджено Гершелем в 1845 р на розчині сірчанокислого хініну. Детально вивчено дане явище було Стоксом (1852-1864 рр.), Який і дав йому назву флуоресценції, т. К. Спостерігав його в фіолетових і зелених різновидах дербішірского плавиковогошпату (флюориту).

Електронна спектроскопія пов'язана з вивченням енергетичних переходів між різними електронними станами атомів і молекул. Електронні спектри багатоатомних молекул досліджуються зазвичай як спектри поглинання і спектри люмінесценції. Спектри поглинання виникають в результаті переходів з основного електронного стану в порушені за рахунок поглинання квантів електромагнітного випромінювання, а спектри люмінесценції - в результаті переходу молекули з збудженого стану в основний з випусканням електромагнітного випромінювання. Світіння речовини, що виникає при переході молекул зі збудженого стану в основний, називають люмінесценцією [7].

Люмінесценція підрозділяється на 2 види (флуоресценцію і фосфоресценцію) залежно від характеру електронного стану [10], з якого молекули переходять в основний стан з випусканням електромагнітного випромінювання, що проілюстровано на діаграмі Яблонського (рис. 1).


Здатність багатьох речовин флуоресцировать, фосфоресцировать як в газовій, так і в твердій і рідкій фазах, служить основою для їх кількісного та якісного аналізу.

Флуоресцентна спектроскопія є одним з найбільш високочутливих методів, що дозволяють детектувати дуже низькі концентрації речовин (мкМ, нМ і навіть пМ) і відрізняти одне речовина від іншого [8]. Перевагою флуоресцентної спектроскопії є також відсутність пошкодження зразка в ході дослідження, т. Е. Можна працювати з нативними препаратами [5].

Вищевказані відомості про власну флуоресценції органічних сполук, що зустрічаються в живій клітині будь-якого організму, послужили основою для розробки нового способу діагностики. Висока ефективність методу лазерної флуоресцентної діагностики виявлена ??при індикації аеробного і анаеробної інфекції у дітей та дорослих [1].

Діагностичний потенціал флуоресценції біологічних тканин був вперше описаний H. Stubel в 1911 р Вчений досліджував «рідну флуоресценцію» (аутофлуоресценцію) тканин тварин при освітленні їх ультрафіолетовим світлом [16]. У 1924 р французький вчений A. Policard спостерігав червону флуоресценцію порфиринов при дослідженні тканини пухлини під лампою Вуда [12]. Через кілька років німецькими дослідниками H. Auler і G. Banzer вперше були описані локалізація і флуоресценція екзогенно вводяться в злоякісні пухлини порфиринов [14]. У деяких дослідженнях повідомлялося про екзогенне застосуванні HpD, порфіринів і попередників порфірину для виявлення пухлинних і непухлинних уражень в різних органах. HpD - фотосенсибілізатор з покращеними властивостями, похідне гематопорфірину, що позначається в англомовній літературі «HpD», т. К. Сам гематопорфірін являє собою суміш порфиринов та інертних домішок. Похідне гематопорфірину в 2 рази токсичнее, ніж первинний препарат, і володіє в 2 рази вищим фотодинамічним дією. Вперше HpD було приготовлено S. Schwartz шляхом обробки гематопорфірину концентрованої сірчаної та оцтової кислотами та застосовано в клініці Мейо (США) в 1960 р для виявлення пухлин [18].

У 1960-х і 1970-х рр. для оцінки флуоресценції з використанням похідних гематопорфірину проводилися групи досліджень з виявлення новоутворень шийки матки [19, 21], стравоходу, прямої кишки, бронхів [15, 20], а також в області органів голови та шиї (порожнини рота, глотки, гортані) [ 17]. Спектри поглинання і випромінювання ендогенних флуорохромов представлені на малюнку 2.



У наші дні методи раман-флуоресцентної спектроскопії знайшли застосування в приладах «ІнСпектр» - портативному раманівське комплексі, за допомогою якого можна проводити експрес-аналіз органічних і неорганічних субстанцій (заявка на патент РФ на корисну модель № 2011107305 від 28.02.2011 р). Протягом декількох секунд проводяться запис спектра досліджуваного об'єкта, визначення спектрального положення і відносних інтенсивностей рамановских та люмінесцентних ліній - свого роду «відбитків пальців» досліджуваної субстанції, пошук і порівняння цих «відбитків» з спектральної базою даних відомих об'єктів. Для експрес-аналізу не потрібно попередньої підготовки або обробки досліджуваних об'єктів [1]. Схематично раман-флуоресцентний комплекс «ІнСпектр» зображено на малюнку 3.


 

Дана методика знайшла своє застосування в стоматології, гінекології та інших галузях медицини. Так, проводилося дослідження in vitro на свежеудаленних за клінічними показаннями зубах. У ході наукової роботи було доведено, що застосування раманівського розсіювання дозволяє визначати відносну величину мінералізації твердих тканин зуба, ефективність реминерализирующей терапії, проводити диференційну діагностику уражень твердих тканин зуба, якісно і кількісно діагностувати провідний етіологічний (мікробний) фактор розвитку карієсу зубів, індивідуально вибирати ефективний антисептичний дезинфектант [3].

Можливості застосування раманівського розсіювання в гінекологічній практиці показані в роботі з дослідження спектральних характеристик органів малого тазу у жінок, в ході якої шляхом аналізу раманівського випромінювання та люмінесценції було виявлено ряд особливостей, що відрізняють тканину пухлини від нормальної тканини [2].

Метод гігантського раманівського розсіювання на підкладках з металевими наношарікамі срібла став застосовуватися при експрес-індикації мікроорганізмів: дозволяв визначити їх видову приналежність, чутливість до антимікробних препаратів (прискорене визначення), побачити сигнал від одиночної бактерії при опроміненні її лазерним світлом [3].

Можливості ЛРД, що дозволяють визначити мікробний пейзаж, особливості гістологічної будови тканин, ступінь вираженості запальної реакції, можуть бути з успіхом застосовані в лікуванні та діагностиці широкого спектру ЛОР-захворювань. Однією з найбільш поширених патологій серед хвороб вуха, горла і носа є хронічний тонзиліт (ХТ).

Піднебінні мигдалини виконують важливі функції в імунній системі людського організму. ХТ займає лідируючу позицію в структурі ЛОР-патології. Слід зазначити, що ХТ, будучи постійним вогнищем інфекції в організмі, впливає на різні його функції. Соціальна значущість даної патології підкреслюється тим, що загострення ХТ є частою причиною тимчасової непрацездатності, а в разі розвитку ускладнень можуть призводити до інвалідизації і навіть смерті пацієнтів.

Інфекція в піднебінних мигдалинах часто є пусковим механізмом для патологічних змін серцево-судинної системи, нирок, сполучної тканини, ендокринних органів [9]. Таким чином, проблема ХТ зачіпає не тільки оториноларингологію, але й інші галузі медицини.

Найчастіше наявної клінічної діагностики ХТ недостатньо. Це змушує вдаватися до додаткових методів обстеження пацієнтів, а труднощі діагностики обумовлюють необхідність використання додаткових лабораторних методів.

ЛРД є перспективним методом, що дозволяє оцінити вираженість запальних процесів, а також їх точну мікробіологічну характеристику (якщо така є). Проте для проведення порівняльного аналізу необхідно виявити закономірності та особливості спектрів інтактних тканин ЛОР-органів, а саме глотки і мигдаликів, оцінити мікробіологічний пейзаж тканин мигдалини, що і стало метою нашої роботи.

У ході клінічного дослідження на базі кафедри хвороб вуха, горла і носа Першого МГМУ ім. І.М. Сеченова проводиться вивчення спектральних характеристик інтактних тканин ЛОР-органів - піднебінних миндали і задньої стінки глотки. У дослідженні взяли участь 50 осіб у віці 16-59 років.

В результаті дослідження створена база спектральних характеристик інтактних тканин задньої стінки глотки і мигдаликів, яка дозволить визначити можливості використання ЛРД для експрес-діагностики ХТ, а також динамічного моніторингу ефективності лікування.

Література

1. Александров М.Т., Таубинский И.М., Козьма С.Ю. Способ для обнаружения и оценки концентраций анаэробных бактерий в биологическом субстрате (Патент РФ № 97100364 от 21.01.1997).
2. Александров М.Т., Зуев В.М., Кукушкин В.В. и соавт. Исследование спектральных характеристик органов малого таза у женщин и их клиническое значение // Онкогинекология. 2013. № 3. С. 61–67.
3. Александров М.Т., Зубов С.В., Березинская А.С. и соавт. Экспериментально-теоретическое обоснование принципов и особенностей применения метода лазерно-конверсионной диагностики для оценки состояния твердых тканей зуба в норме и при патологии (кариес) // Российский стоматологический журнал. 2013. № 4. С. 6–10.
4. Вахабов А.А., Хидиров Б.Х., Гариб М.Ю. Изучение состояния ЛОР-органов у работников промышленных предприятий г. Самарканда и области: Мат-лы научн. конф. проф.-препод. состава СамМИ. Ташкент, 1980. С. 150.
5. Векшин Н.Л. Флюоресцентная спектроскопия биополимеров. Пущино: Фотон-век, 2006. 168 с.
6. Евстигнеев А.Р. Лазерные фотометры для экспериментально-клинической медицины // Электронная промышленность. 1987. № 1.
7. Левшин Л.В., Салецкий А.М. Оптические методы исследования молекулярных систем. Ч. 1. Молекулярная спектроскопия. М.: Изд-во МГУ, 1994. 
8. Медицинская технология «Применение экспресс-метода лазерной флуоресценции для определения чувствительности микроорганизмов к антимикробным препаратам» от 07.08.2007 (№ ФС-2007/158).
9. Овчинников А.Ю., Славский А.Н., Фетисов И.С. Хронический тонзиллит и сопряженные с ним заболевания // РМЖ. 1999. Т. 7. № 7.
10. Пентин Ю.А., Вилков Л.В. Физические методы исследования в химии. М.: Мир, 2003.
11. Соусова Е.В. Эпидемиология гнойно-септических инфекций ЛОР-органов в условиях амбулаторно-поликлинических учреждений: Автореф. дисс... канд. мед. наук. СПб., 1997. 14 с.
12. Policard А. Etudes sur les aspects offerts par des tumeurs experimentales examines a la lumiere de Wood // CR Soc Biol. 1924. Vol. 91. Р. 1423–1424.
13. Wagnieres G.A., Star W.M., Wilson B.C. In vivo fluorescence spectroscopy and imaging for oncological applications // Photochem Photobiol. 1998. Vol. 68. P. 603–632.
14. Auler Н., Banzer G. Untersuchungen uber die Rolle der Porphyrine bei geschwulstkranken Menschen und Tieren // Z Krebsforschung. 1942. Vol. 53. Р. 65–68.
15. Gregorie H.B., Horger Jr.E.O., Ward J.L., Green J.F., T. Richards, Robertson H.C., Stevenson Jr. and T.B. Hematoporphyrin-derivative fluorescence in malignant neoplasms // Ann Surg. 1968. Vol. 167 (6). Р. 820–828. 
16. Stubel Н. Die Fluoreszenz tierischer Gewebe in ultraviolettem Licht // Pflugers Arch Physiol. 1911. Vol. 142 (1). Р. 1–14.
17. Leonard J.R., Beck W.L. Hematoporphyrin fluorescence: an aid in diagnosis of malignant neoplasms // Laryngoscope. 1971. Vol. 81 (3). Р. 365–372.
18. Lipson R.L., Baldes E.J., Olsen A.M. The use of a derivative of hematoporphyrin in tumor detection // J Natl Cancer Inst. 1961. Vol. 26. Р. 1–8.
19. Gray M.J., Lipson R. Maeck J. V., Parker L. Romeyn D. Use of hematoporphyrin derivative in detection and management of cervical cancer // Am J Obstet Gynecol. 1967. Vol. 99 (6). Р. 766–771.
20. Lipson R. L., Baldes E.J., Gray M.J. Hematoporphyrin derivative for detection and management of cancer // Cancer. 1967. Vol. 20 (12). Р. 2255–2257.
21. Lipson R. L., Pratt J.H., Baldes E.J., Dockerty M.B. Hematoporphyrine Derivative for Detection of Cervical Cancer // Obstet Gynecol. 1964. Vol. 24. Р. 78–84.

Джерело : Журнал РМЖ № 6 "Оториноларингология", 2015

Календар

Сентябрь 2017
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
1
2
3
4
5
7
10:00
м. Київ, вул. Богдана Хмельницького, 37, Національний музей медицини.
Дата :   7 Сентябрь 2017 г.
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30

Facebook