Больница РАН в г. Троицке Московской области

Российская академия наук
ТРОИЦКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР
Тезисы докладов
Второй Троицкой конференции
«Медицинская физика и
инновации в медицине»
16-19 мая 2006 г.
г. Троицк Московской обл.
КОСМИЧЕСКАЯ ПОГОДА: СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ, ЕЕ ОЦЕНКИ
И ВЛИЯНИЕ НА ХОД МЕДИЦИНСКИХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Ишков В.Н.
Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН
E-mail: ishkov@izmiran.rssi.ru
Под термином "КОСМИЧЕСКАЯ ПОГОДА" в настоящее время понимается
состояние
всех слоев околоземного космического пространства (магнитосферы,
ионосферы, тропосферы, термосферы) в любой заданный отрезок времени, которое
определяется активными явлениями на Солнце. В настоящее время геоэффективными
явлениями на Солнце принято считать большие вспышечные события (солнечные
вспышки, выбросы солнечных волокон) и корональные дыры (области в короне Солнца с
открытой в межпланетное пространство магнитной конфигурацией). Электромагнитные,
корпускулярные и плазменные возмущения от солнечных геоэффективных явлений через
солнечный ветер распространяются в гелиосфере, воздействуют на магнитосферы планет,
их спутников и комет и вызывают значительные отклонения от фонового, спокойного
состояния практически всех слоев рассматриваемых объектов и, в частном случае,
околоземного космического пространства. Полную цепочку возмущений от отдельного
большого вспышечного события можно представить в виде трех отдельных этапов
воздействия в пятибалльной шкале:
1. Электромагнитный удар – внезапный рост потока электромагнитного в
диапазонах УФ и мягкого рентгена, вызывает внезапные ионосферные возмущения на
освещенной стороне Земли длительностью до нескольких часов, нарушая радио связь на
коротких волнах. Развивается в реальном времени развития больших солнечных вспышек.
(R1; R2; R3; R4; R5).
2. Солнечные протонные события – вторжение потоков высокоэнергичных
солнечных заряженных частиц, которые повышают уровень радиационной опасности в
околоземном космическом пространстве вплоть до высот полетов современных
авиалайнеров и на более низких высот в приполярных областях. Развиваются через
минуты – часы после осуществления больших солнечных вспышек. (S1; S2; S3; S4; S5).
3. Геомагнитные бури – возмущения в магнитном поле Земли, которые
вызываются приходом в околоземное космическое пространство магнитных плазменных
структур солнечного ветра повышенной плотности и скорости (выбросы коронального
вещества являющиеся следствием активных процессов во вспышках и выбросах волокон;
высокоскоростные потоки солнечной плазмы, следующие за ударной волной от мощных
вспышечных событий или истекающих из областей с открытой конфигурацией
магнитного поля. Достигают околоземного космического пространства через 1 – 5 суток
после солнечного активного события. ( G1; G2; G3; G4; G5).
Необходимо иметь в виду, что в позиции 2 и 3 речь идет об интенсивности
событий, а не их мощности.
При проведении и обработке результатов медицинских экспериментов в основном
обращается внимание на геомагнитные возмущения, иногда на солнечные протонные
события, оставляя в стороне электромагнитный удар, который на несколько часов резко
изменяет свойства ионосферы, заряженной оболочки Земли, в которой в это время
возникают значимые атмосферные электрические токи. Эти явления также необходимо
иметь в виду для верифицированных исследований влияния солнечной активности на
биосферу.
2
МОДЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ПОДБОРА ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ
НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧЕСКИХ НИТРОЭФИРОВ
Малкова Е.С., Сырцова Л.А., Шкондина Н.И., Котельников А.И.
Институт проблем химической физики РАН (г. Черноголовка).
E-mail: malkova@bk.ru
Two model systems for selection of medicinal preparations on the base of organic nitro ester have
been proposed. 1-st test system is for evaluation of rate of nitrite formation in the presence of cysteine
(Cys), process correlating with vasodilator activity of nitro ester. Nitroglycerol, 3,3′bis(nitroxymethyl)oxetan and nicorandil have been compared. 2-nd test system for analysis of NO
formation consists of Cys, nitro ester and hemoglobin as trap of NO and nitrite reductase.
Данные о многоликой биологической активности NO и его нитрозильных аддуктов
in vivo используются при разработке фундаментальных основ создания нового поколения
лекарственных препаратов, применяемых в терапии сердечно-сосудистых и
онкологических заболеваний. Цель данного исследования – создание тестовых систем для
изучения механизма биотрансформации органических нитроэфиров и выявления
потенциальных лекарственных препаратов – экзогенных доноров NO – для выяснения
возможности их практического применения в медицине. При выборе тестовых систем мы
исходили из биохимии и физиологии нитрита. Известно, что в процессе метаболизма
тринитроглицерин (TNG) и другие органические нитроэфиры дают в качестве первого
продукта нитрит-ион. В случае TNG эта реакция катализируется альдегиддегидрогеназой
(AD), гемоглобином (Hb)– нитритредуктазой и рядом других ферментов. Нитрит
превращается в NO путём реакции с Hb и другими белками. Нитрит-ион, присутствующий
в крови в концентрации 300 нМ, представляет собой самую большую форму хранения NO
внутри сосудов и тканей. Скорость образования нитрит-иона из нитратов коррелирует с
их вазодилататорной активностью. Нами показано, что тестовая система нитроэфирцистеин (аналог тиолового кофактора AD) может использоваться для анализа
эффективности образования нитрит-иона из органических нитроэфиров. Мы исследовали
процесс
образования
нитрита
в
реакции
цистеина
с
TNG,
3,3′бис(нитроксиметил)оксетаном (NMO) и никорандилом (NKR). Относительная скорость
образования нитрита в данной тестовой системе даёт ряд от 1,5 до 0,02 мкМ нитрит-иона в
минуту.
Предложена другая тестовая система, включающая Hb, цистеин, нитроэфир для
анализа их эффективности в реакции образования NO. Hb является «ловушкой» NO.
HbNO имеет характерный спектр поглощения, отличающийся от спектра поглощения Hb.
Регистрируя накопление HbNO и раскладывая спектры на составляющие с помощью
программы MathCad, можно регистрировать кинетику образования NO. Этот метод имеет
ряд преимуществ перед всеми другими методами анализа образования NO. Кроме того,
Hb представляет собой самый большой пул природного восстановителя нитрита, так как
его концентрация в крови составляет 12 мМ.
Установлено, что тройная тестовая система должна быть реализована при
постоянных концентрациях реагентов. Это можно осуществить для предлагаемой
тестовой системы in vitro. Но если использовать в качестве теста не индивидуальные
ферментные системы, а физиологические, то в этом случае невозможно зафиксировать
реакционную систему постоянного состава. В этом преимущество предлагаемого подхода.
Авторы выражают благодарность Королеву А.М. за предоставление препаратов NMO и
NKR.
*
3
ДИАГНОСТИКА И КОРРЕКЦИЯ ЗАБОЛЕВАНИЙ ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВ
НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА РИТМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ
БИОПОТЕНЦИАЛОВ ГОЛОВНОГО МОЗГА
Шабанов Г.А., Рыбченко А.А., Лебедев Ю.А.
Международный научно-исследовательский центр Арктика ДВО РАН, Владивосток
E-mail: neurokib@mail.ru
Неспецифическая активирующая система мозга (АС) формирует фоновый
адаптационный потенциал для адекватного реагирования с внешней средой коры,
различных отделов ЦНС и периферических эффекторов. Фоновая активность
распространяется в нисходящем направлении в виде симпатических и парасимпатических
влияний. Нарушение соотношения тонических влияний последних может привести к
формированию дисфункций и, при стационарном воздействии, патологических состояний.
Нами разработана осцилляторная модель активирующей системы мозга [1]. С помощью
узкополосной фильтрации и суммации за время 160 сек в фоновой активности АС мозга
были выделены длительнотекущие ритмические процессы (глобальный ритм). Разработан
программно-аппаратный комплекс моделирующий ритмические свойства АС, отработаны
основные параметры фильтров – полоса захвата, частотное расстояние между
центральными частотами и т.п. Экспериментально показано, что в физиологических
условиях покоя основная доля глобальной ритмической активности АС связана с
восходящим потоком афферентации с фоновоактивных интерорецепторов вегетативной
нервной системы. Для каждой группы ритмически активных рецепторов характерна своя
центральная частота. Известно явление висцеро-соматической интеграции, которое
заключается в феномене подавления афферентации ритмически активных
интерорецепторов при раздражении ограниченных и специфических кожных зон. На этой
основе для поля центральных частот интерорецепторов была построена спектральная
система координат - частотная матрица. Матрица топографически соответствует Схеме
тела (полю кожной чувствительности) с сохранением признаков сегментарной
организации. Частотные границы Сегментарной матрицы от 27 до 0,12 гц. Весь диапазон
разбит на 1120 спектральных ячеек. Размеры матрицы 32х35 элементов (32 дерматома,
каждый из которых разделен на 35 участков) [2]. Были проведены исследования по
фармакологической селективной блокаде и возбуждению различных групп
интерорецепторов, исследованы пациенты с самой разнообразной патологией внутренних
органов. Показана возможность диагностики заболеваний внутренних органов человека
по суммарной длительнотекущей ритмической активности биопотенциалов головного
мозга человека и последующей коррекции дисфункций.
1. Шабанов Г.А. и др. Модель активирующей системы пространственной организации
биопотенциалов головного мозга: теоретическое и экпериментальное обоснование. 2005.
Вестник СВНЦ ДВО РАН. №1. С49-56;
2. Шабанов Г.А., Рыбченко А.А. Патент № 2217046. Гос. реестр изобретений РФ от
27.11.2003 г.
DIAGNOSTICS AND CORRECTION OF DISEASES OF INTERNAL
ORGANS ON THE BASIS OF RHYTHMICAL ACTIVITY
OF BIO-POTENTIALS OF THE CEREBRUM
Shabanov G.A., Rybchenko A.A., Lebedev U.A.
International Reseach Center “Arctica”, Far Eastern Branch of Russin Academy of Science, Vladivostok
E-mail: neurokib@mail.ru
The report discusses main principles of diagnostics and correction of diseases of internal organs by
using narrow-band filtration of cerebrum bio-potentials and analysis of long-running rhythmical
components with the summation time of 160 seconds.
4
СТРАТЕГИЯ СИНТЕЗА НОВЫХ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ С
ПОНИЖЕННОЙ ТОКСИЧНОСТЬЮ НА ОСНОВЕ МЕТАБОЛИЧЕСКИ
АКТИВНЫХ ДОНОРОВ МОНООКСИДА АЗОТА
Б.С.Федоров, М.А.Фадеев, Г.И.Козуб
Институт проблем химической физики РАН, Московская обл., г.Черноголовка, пр. академика Семенова ,д.1.
E-mail: boris@icp.ac.ru
Многообразие форм физиологической активности монооксида азота послужило
основой для создания в лаборатории биологически активных веществ ИПХФ РАН
научного направления по синтезу новых лекарственных средств на базе метаболически
активных соединений с группировками, способными в условиях биотрансформации
генерировать монооксид азота. Специально для этих целей нами разработана концепция
синтеза таких соединений, в основе которой положена идея использования биогенных
соединений в качестве носителей физиологически активных группировок- доноров NO.
В части кардиологии на сегодняшний день синтезированы и прошли первичные
испытания на кардиологическую активность ряд биогенных соединений на основе N-(2нитроксиэтил)амидов янтарной, яблочной, аспарагиновой и глутаровой кислот. Во
Всероссийском научном центре по безопасности биологически активных веществ (ВНЦ
БАВ) показана высокая кардиологическая активность (отношение зоны некроза к зоне
ишемии составляет 33–44 %) синтезированных нами нитратов. Для сравнения, у N-(2нитроксиэтил)никотинамида (коммерческое название никорандил) это соотношение при
испытаниях в той же организации составляет 42±5.7 %. Другими словами, активность
наших препаратов находится на уровне никорандила, который в настоящее время
рассматривается как наиболее эффективное лекарственное средство для лечения
стенокардии и сердечной недостаточности, однако, учитывая тот факт, что никорандил в
нашей стране не производится, наши нитраты могут создать конкуренцию этому
препарату.
В последнее время нами модифицирован отечественный препарат мексидол
(сукцинат 2-этил-6-метил-3-оксипиридина) и получен нитроксисукцинат 2-этил-6-метил3-оксипиридина, который мы рассматриваем как уникальное лекарственное средство ХХI
века многопланового действия, и в первую очередь, как кардиологическое средство, в
котором сочетаются два антирадикальных фрагмента. Функцию ингибитора радикальной
реакции окисления выполняет 2-этил-6-метил-3-оксипиридин, который ингибирует
радикальную цепную реакцию окисления и нейтрализует образование пероксидных
радикалов. Нитратный фрагмент молекулы за счет генерации монооксида азота, связывает
супероксидные радикалы с образованием пероксинитрита, тем самым также обуславливая
её биологическое действие. В настоящее время данное соединение проходит испытания
на кардиологическую активность.
В части травматологии синтезирован новый улучшенный биоантиоксидант нитроксисукцинат 2,4,6-триметил-3-оксипиридина. Это солеобразное соединение (по
данным лаборатории физико-химии биосистем ИПХФ РАН) может быть с успехом
использовано как перспективное средство защиты живых организмов при
баротравматических повреждениях и огнестрельных ранениях за счет торможения
процессов возникновения и развития вторичного некроза. Предварительное введение
препарата в качестве лекарственного средства перед механо-акустическим действием на
кроликов и крыс (данные лаборатории физико-химии биосистем ИПХФ РАН) позволяет
полностью защитить легкие экспериментальных животных от кровоизлияния.
Следующее направление, которое успешно развивается в лаборатории
биологически активных веществ, – разработка противоопухолевых и антиметастатических
лекарственных средств на базе металлов платиновой группы и лигандов, способных в
условиях биотрансформации генерировать монооксид азота, который, согласно последним
данным, обладает определенными антипрофилирующими свойствами, связанными с его
способностью вызывать апоптоз. Можно отметить также, что NO модулирует иммунные
5
реакции, сниженные в результате опухолевого роста и химотерапевтического воздействия.
Другими словами NО оказывает влияние на процесс опухолевого роста и на
взаимоотношение опухоль-организм путем коррекции иммунитета. На сегодняшний день
синтезирован и прошёл предклинические испытания в лаборатории экспериментальной
химиотерапии опухолей ИПХФ РАН широкий спектр полученных нами
металлокомплексов на основе четырехвалентной платины и замещенных амидов
никотиновой, изоникотиновой кислот и производных 2,2,6,6-тетраметилпиперидина.
Показано, что синтезированные нами металлокомплексы при низкой общей токсичности
(300-1000 мг/кг) и отсутствии миелосупрессии ингибируют процесс метастазирования при
экспериментальной меланоме В-16 и карциноме легких Льюис на 96-98%.
К сожалению, несмотря на высокую антиметастатическую активность, испытанные
металлокомплексы обладают малой растворимостью в воде, что затрудняет работу с ними
на биообъектах. Кроме того, как установлено, высокие терапевтические характеристики
достигаются при высоких терапевтических дозах (150-300 мг/кг) этих соединений. Все это
вместе взятое заставило нас по иному взглянуть на стратегию синтеза новых
противоопухолевых препаратов. В этой связи мы сконцентрировали свое внимание на
синтезе
метаболически
активных
соединений
(не
содержащих
металловкомплексообразователей и обладающих высокой растворимостью в физиологических
средах), которые способны, с одной стороны, генерировать в условиях биотрансформации
монооксид азота, а с другой - усиливать противоопухолевый и антиметастатический
эффекты уже известных цитостатиков (цисплатина и циклофосфана). В настоящее время
нами синтезирован широкий спектр соединений, способных решать такую задачу. Эти
соединения, как выяснено в группе экспериментальной онкологии ИПХФ РАН,
проявляют высокий терапевтический эффект при лейкозах (выживание животных 100%
при лейкемии Р-388). Кроме того, использование некоторых из этих соединений в малых
дозах в комбинированной цитостатической терапии позволяет в сочетании с малыми
дозами цитостатиков (цисплатина и циклофосфана) – когда по отдельности не проявляют
терапевтического эффекта ни тот, ни другой препарат – полностью ингибировать процесс
метастазирования при экспериментальной меланоме В-16.Эти данные позволили нам
четко определится в каком направлении нужно проводить дальнейшие исследованияи, и
по нашему мнению сегодня мы уже находимся на финишной прямой и в скором времени
будем иметь противоопухолевые препараты с высокой эффективностью действия.
В последние годы за рубежом и в нашей стране выросла заболеваемость
туберкулезом. Так по данным ВОЗ заболеваемость туберкулезом выросла за последние 10
лет на 33% в Швейцарии, на 31% в Дании, на 28 % в Италии и. Аналогичная ситуация
наблюдается и в России, которая входит уже в число стран с очень высокой
заболеваемостью туберкулезом – свыше 86 человек на 100000 населения. Связано это в
первую очередь с тем обстоятельством, что известные противотуберкулезные средства
оказались неэффективными в отношении вакцинных и госпитальных штаммов МТБ.
Учитывая тот факт, что патология опухолевых клеток и туберкулезных бугорков
напрямую связана с ослаблением иммунитета нами в содружестве с сотрудниками МГУ
им. М.В.Ломоносова ведутся проработки вопроса модификации противотуберкулезных
средств на базе уже известных медикаментов с помощью соединений-генераторов NO.
1. Б.С.Федоров, М.А.Фадеев, В.В.Аракчеева, А.Б.Еремеев. Амидоалканолнитраты и способ их получения Пат РФ № 2147301.
2. Б.С.Федоров, М.А.Фадеев, А.М.Сипягин, Г.Н.Богданов, Д.В.Мищенко, В.Н.Варфоломеев. Нитроксисукцинат 2,4,6-триметил-3оксипиридина и способ его получения. Пат.РФ № 2250210.
3. Б.С.Федоров, М.А.Фадеев, Г.И.Козуб, Н.П.Коновалова, Л.М.Волкова. Производные тетрахлорида платины и способ их получения.
Пат РФ № 2245328.
4. Б.С.Федоров, М.А.Фадеев, Г.И.Козуб, Н.П.Коновалова, Л.М.Волкова. Производные тетрахлорида платины и способ их получения.
Пат РФ № 2241713.
5. Б.С.Федоров, И.В.Выстороп, Н.П.Коновалова, Л.М.Волкова. DL-!-гидрокси-3,7,7.(.(-пентаметил-1,4,8- триазаспиран-4,5-декан-2-он и
способ его получения Пат. РФ № 2243227.
6. Б.С.Федоров, А.М.Сипягин, Г.И.Козуб, Н.П.Коновалова, Л.М.Волкова, цис-диамино (2,2,6,6-тетраметилпиперид-4ил)тетрахлороплатина (IV) дигидрат и способ его получения. Пат РФ № 2240996.
6
ЛАЗЕРЫ В МЕТОДАХ ИНТЕРВЕНЦИОННОЙ НЕВРОЛОГИИ
Чудновский В.М., Юсупов В.И.
МНИЦ «АРКТИКА» ДВО РАН, ИМФ им. У.Х. Копвиллема ТО РАТН
E-mail: kimp@inbox.ru
Перекутанное или пункционное лечение заболеваний межпозвонковых дисков с
помощью лазерного излучения, передаваемого по волокну и осуществленного впервые в
1985 году, применялось в рамках идеологии царившей в XX веке в отношении
хирургического устранения диско-радикулярного конфликта. Эта идеология требовала
создания полости в теле диска, буквально выскабливания пульпозного ядра, т. е.
проведения нуклеотомии. Мощное излучение (30-40 Вт), передаваемое по световолокну,
подавалось с целью разрушения ткани для формирования полости в теле
межпозвонкового диска. Однако, как показал исторический опыт, такой подход к лечению
заболеваний межпозвонковых дисков оказался порочным. Иной метод лазерного
устранения диско-радикулярного конфликта, в котором остаётся сохранным более 98%
ткани диска, основан на применении полупроводниковых лазеров средней мощности (3
Вт) с длиной волны, попадающей на локальный максимум поглощения воды -0,97 мкм и
1,56 мкм [1, 2]. Согласно данной методике в диске формируется несколько каналов вместо
объёмной полости, по которым, как и по собственным трещинам дегенеративноизменённого диска, распространяется разогретый водный раствор и перегретый пар. Мы
показываем, что поскольку, с одной стороны, манипуляции проводятся в объёме
грыжевого выпячивания и, с другой, собственные трещины «ведут в грыжу», разогретая
вода и перегретый пар осуществляют декомпремирующее воздействие в области дискорадикулярного конфликта. В результате измерений температуры в окрестности
пункционно введённого в тело диска лазерного волокна, акустических шумов, вызванных
действием лазерного излучения и морфологических исследований установлено, что
радикальное снижение плотности грыжевого выпячивания, приводящего к устранению
диско-радикулярного конфликта, обеспечивается за счёт паро-газовой кавитации в объёме
грыжевого выпячивания, эффекта, связанного с дегидратацией ткани грыжи и её
расслоения в условиях повышенного давления, создаваемого перегретым паром и
совокупности
термокаппилярных
эффектов.
Проводится
оценка
вклада
термопластических эффектов и эффекта «склеивания» микротрещин за счёт образования
желатина по ходу движения кипящего водного раствора в процесс восстановления
связности или топологии диска, чем во многом обеспечивается регенерация хряща.
Оценивается вклад низкоинтенсивной составляющей лазерного излучения, как активатора
хондроцитов в отношении генерации коллагена. Простота и доступность методики
лечения различных заболеваний межпозвонковых дисков, посредством которой за 6 лет
пролечено более 1000 человек, позволяет рекомендовать её неврологам, как метод
интервенционной неврологии. В связи с чем обсуждаются условия развития
интервенционной неврологии как нового научного направления.
1. Сандлер Б.И., Суляндзига Л.Н., Чудновский В.М., Юсупов В.И. и др. Перспективы
лечения дискогенных компрессионных форм пояснично-крестцовых радикулитов с
помощью пункционных неэндоскопических лазерных операций. Владивосток: Дальнаука,
2004. 181 с.
2. Баграташвили В.Н., Омельченко А.И., Свиридов А.П. Лазерная термопластика
хрящевых тканей. Использование лазеров для диагностики и лечения заболеваний.
Москва: Лазер-информ (приложение). 2001. Вып. 3. С. 114-120.
7
АППАРАТЫ НЛТ – НОВОЕ ПОКОЛЕНИЕ
ЛАЗЕРНЫХ ТЕРАПЕВТИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
В.И. Юсупов
ИМФ им. У.Х.Копвиллема ТО РАТН, ТОИ ДВО РАН
E-mail: kimp@inbox.ru
Стремительное распространение лазерных терапевтических аппаратов (ЛТА)
связано с их высокой эффективностью и относительной безопасностью. Излучение
аппаратов ОВЧ, УВЧ, СВЧ, КВЧ, УФОК и др. по средней мощности электромагнитных
полей и энергии в определенном спектральном диапазоне существенно превосходит
максимальный уровень естественного фона (МУЕФ) характерный для Земли. Излучение
же ЛТА по этому показателю существенно ниже МУЕФ.
В лазерной терапии применяются различные лазерные и светодиодные аппараты со
средней мощностью света от 0,001 до 0,15 Вт, с амплитудой мощности от 0,005 до 20 Вт и
длинной волны в видимой и ближней инфракрасной (ИК) областях спектра. При этом
излучение широко распространенных гелий-неоновых лазеров по показателю
спектральной плотности света превышает МУЕФ более чем на четыре порядка. Излучение
популярных импульсных лазерных терапевтических аппаратов в сотни и тысячи раз
превышает МУЕФ по импульсной мощности.
Исследованиями как in vitro, так и in vivo показано [1], что максимальная
эффективность терапевтического действия достигается при использовании непрерывных
лазеров и светодиодов с определенными спектральными характеристиками (с
максимумом излучения в диапазонах 630-660 нм и 760-790 нм) при небольшой мощности
излучения (единицы милливатт) и небольшом времени воздействия (единицы и десятки
секунд). Эффективность возрастает при манипуляции сигнала и применении режимов
амплитудной и частотной модуляций. При этом оказалось, что наиболее эффективные
параметры лазерного и светодиодного излучения по всем энергетическим
характеристикам воздействия не превосходят МУЕФ. Аппараты, использующие данные
параметры, называются аппаратами натуральной лазеротерапии (НЛТ). Таким образом,
аппараты НЛТ являются наиболее эффективными и при этом самыми безопасными.
Такие аппараты созданы в «красном» диапазоне (аппарат НЛТ-К со светодиодом и
максимумом излучения в области 630-660 нм) и ближнем ИК диапазоне (аппарат НЛТ-ИК
с лазерным диодом и максимумом излучения в области 760-790 нм) [2].
Излучение аппаратов НЛТ по показателю спектральной плотности и импульсной
мощности наиболее приближено к естественному для обитателей Земли уровню
солнечного света (0,1 мВт/см2нм). Аппараты НЛТ являются наиболее безопасными и с
точки зрения оценки лазерной безопасности по международным стандартам в
соответствии с МЭК 821-1 (ГОСТ Р 50723-94 «Лазерная безопасность»). При этом аппарат
НЛТ-ИК является «абсолютно безопасным».
Высокая эффективность лечения и профилактики различных заболеваний
аппаратами НЛТ достигается за счет использования оптимальных значений мощности
излучения, времени воздействия и применения манипулированных и модулированных
сигналов и тем, что длины волн лежат в областях максимумов спектра действия света.
Среди всех других полупроводниковых аппаратов аппараты НЛТ являются
рекордсменами по запуску механизма индукции эндогенного интерферона.
1. Чудновский В.М., Леонова Г.Н., Скопинов С.А., Дроздов А.Л., Юсупов В.И.
Биологические модели и физические механизмы лазерной терапии. 2002. Дальнаука,
Владивосток. 157 с.
2. Чудновский В.М., Юсупов В.И. Аппарат для натуральной лазеротерапии (варианты).
Патент на полезную модель №47748, приоритет 04.04.2005.
8
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДА ИНДИВИДУАЛЬНОГО ПРОТЕЗИРОВАНИЯ
СРЕДНЕЙ ЗОНЫ ЛИЦА И СТЕНОК ГЛАЗНИЦЫ
В.А.Новиков1, Ю.Ф.Ясенчук2, А.В.Евсеев3, В.Э.Гюнтер2
ГУ НИИ онкологии1, НИИ медицинских материалов2, ИПЛИТ РАН3
Лечение местно-распространенных новообразований верхней челюсти, полости носа и
околоносовых пазух требует выполнения комбинированных оперативных вмешательств, ведущих
к образованию выраженных косметических дефектов и стойкому нарушению таких важных
функций, как жевание, глотание, речь и дыхание. Поэтому очень важной становится задача
медицинской и социальной реабилитации больных.
Сотрудниками НИИ онкологии ТНЦ СО РАМН, НИИ ММ разработан комплексный подход
к лечению и реабилитации больных местно-распространенными злокачественными
новообразованиями верхней челюсти. В настоящее время этот метод предусматривает
использование объемных моделей, создаваемых сотрудниками ИПЛИТ РАН методами
компьютерной реконструкции и лазерной стереолитографии.
До настоящего времени для протезирования средней зоны лица и орбиты мы изготавливали
типовые эндопротезы, требующие подгонки к костному ложу по следующей методике.
Используя типовой шаблон и ориентируясь на размеры костного дефекта пациента,
изготавливливали развертку протеза из любого мягкого листового материала (бумага,
металлическая фольга). Затем из эластичной пластины пористого никелида титана толщиной 0,30,5 мм вырезали копию развертки, которую затем при температуре 700°С÷900°С гнули
конгруэнтно поверхности шаблона. Центральная часть каждого протеза представляет собой
трехмерное криволинейное ребро, имитирующее верхнюю или нижнюю дугу орбиты глаза. Эта
часть протеза благодаря своей геометрии имеет жесткую форму и определяет его характерный
размер. Краевые области протеза делаются заведомо большими, что позволяет иметь запас для
подгонки протеза к размерам костного ложа во время операции. Эти части, контактирующие с
костным ложем, остаются плоскими и упругими, благодаря чему сохраняет возможность упруго
деформироваться в момент установки и компенсировать несоответствия формы протеза и
костного ложа.
Наш 10-летний опыт применения описанных имплантатов более чем у 150 больных с
одномоментным замещением послеоперационных дефектов показал, что это эффективный путь к
обеспечению высокого уровня медицинской и социальной реабилитации больных.
В настоящее время нами разработана и внедрена методика изготовления индивидуальных
эндопротезов, отличающаяся от существующей в части получения модели средней зоны лица
пациента и использования ее в качестве индивидуального шаблона. Для этого используются
данные спиральной компьютерной томографии области опухолевого поражения, оборудование
для лазерной стереолитографии, специальное программное обеспечение и трехмерная
компьютерная реконструкция протезируемой одласти.
Компьютерная томография лицевого скелета выполняется на мультиспиральном томографе
“Somatom sensation - 4” фирмы “Siemens” в аксиальной, коронарной и фронтальной проекциях по
программе спирального сканирования (срезы 1/1 мм, pitch равный 1–1,5), с последующими
мультипланарными реформациями и построением объемного (3D) изображения. Время
сканирование составляло от 30 до 60 сек. Анализ изображений осуществлялся в режимах
мягкотканного и костного окон. Алгоритм реконструкции – костный.
Данные компьютерной томографии обрабатывают в ИПЛИТ РАН с целью реконструкции
области костного дефекта и восстановления анатомически правильной формы, применяя при
необходимости зеркальное отображение здоровой части черепа. Результаты компьютерной
реконструкции используют для создания пластмассовой модели черепа пациента. Полученную
индивидуальную пластмассовую модель, мы используем в качестве шаблона при изготовлении
эндопротеза из пластины пористого никелида титана методом горячего формования при
температуре 700–900 °С. Имплантатами, изготовленными по описанной методике, проведено 7
оперативных вмешательств. У всех больных получен хороший косметический и функциональный
результат. Данная методика более дорогостоящая, но позволяет достичь лучшего косметического
и функционального эффекта, и является методикой выбора.
9
БИОФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ДЕЙСТВИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ГЕЛИЙ-НЕОНОВОГО
ЛАЗЕРА С ДЛИНОЙ ВОЛНЫ 632.8 нм НА КРОВЬ И ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА
B.Е.Прокопьев, 2В.В.Удут
Institute of High Current Electronics SB RAS, 2/3 Academicheskii ave., Tomsk, E-mail: prokop@hcei.tsc.ru
2
Institute of Pharmacology SB RAMS, 3 Lenin ave., Tomsk, 634028, Russia
1
1
At a result of investigation on the spectroscopic characteristic of human biological tissues in normal
and pathological stets, primary acceptors in region of “transparency windows” electromagnetic
radiation of visible region, photophysical processes of their interaction end positive therapeutic effects,
the coincidence of the maximum (according to the number of photon) of Planck distributions curve of
solar radiation, falling at the wavelength of 632,7 nm, has been discovered. It is shown that at the basic
of photobiological and positive therapeutic effect of optical radiation there are photodynamic
destruction old calls, photochemical oxidation-reduction reactions, photodissociation oxyhemoglobin,
ferment photoreactivation glutathioneperoxidase, ets. The obtained facts testify to validity to
supposition about biological expediency of evolutionary process of human organism adaptation to
solar radiation.
В работе исследуются, спектры возбуждения флуоресценции, флуоресценции и
поглощения цельной крови и её компонентов Показано, что основными первичными
акцепторами фотонов являются:
протопорфирин и его агрегированные формы
локализованные в плазматических мембранах клеток крови; металлопорфирины
ферментов антиоксидантной защиты и молекул дыхательной цепи – гемоглобинов. В
результате экспериментальных и клинических исследовании системы антиоксидантной
защиты, гормональных и иммунных систем, тонуса и реактивности вегетативной нервной
системы при внутривенном облучении крови больных язвенной болезнью желудка
установлено, что основу механизма действия низкоинтенсивного внутрисосудистого
лазерного облучения на циркулирующую кровь на длине волны λ = 632,8 нм (He–Neлазер) составляет совокупность следующих биофизических процессов.
1. Фотодинамическое разрушение старых и патологически измененных клеток за счет
прямого фотовозбуждения ПП IX (наработка в присутствии молекулярного
кислорода радикалов и последующего разрушения патологически измененных
клеток, опосредовано стимулирующих гемопоэз).
2. Стимуляция красным светом диссоциации оксигемоглобина (фотодиссоциация),
приводящая к повышению содержания кислорода в крови и тканях.
3. Фотореактивация глютатионпероксидазы и миелопероксидазы – ферментов,
ответственных за антиоксидантную устойчивость клеточных мембран клеток.
В работе также показано, что эффекты чрезкожного облучения циркулирующей крови
светом на длинах волн 600-700 нм при дозах эквивалентных внутрисосудистому
лазерному воздействию по механизмам формирования идентичны, различаясь лишь
соотношением долей составляющих: фотодинамических процессов, процессов
фотодиссоциации оксигемоглобина и фотореактивации антиоксидантных ферментов.
Обнаружено, что максимум функции спектрального распределения Планка для фотонов
солнечного излучения, приходящийся на длину волны  = 632,7 нм, совпадает с
максимумом полосы поглощения протопофирина IX, накапливающегося в мембранах
патологически измененных и старых клеток, а также с терапевтическим окном
прозрачности кожи и цельной крови. Общая доза света, поглощаемая циркулирующей
периферической кровью через открытый участок кожи площадью 100–1000 см2 в
диапазоне спектра 600  700 нм в течение светового времени суток в средних широтах
составляет около нескольких джоулей, которая близка к оптимальной дозе светотерапии
на длине волны  = 632,8 нм.
10
НЕРАЗРУШАЮЩИЙ ЭКСПРЕСС–АНАЛИЗ КАЧЕСТВА ГОТОВЫХ
ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ
2
Гольдберг Е.Д., 2Дыгай А.М., 1Коровин С.Д., 2Удут В.В.,1Прокопьев В.Е.
Institute of High Current Electronics SB RAS, 2/3 Academicheskii ave., Tomsk, E-mail: prokop@hcei.tsc.ru
2
Institute of Pharmacology SB RAMS, 3 Lenin ave., Tomsk
1
Фармацевтический анализ решает три задачи: определения примесей в
субстанциях, определение состава готовых лекарственных форм, определение их
подлинности и сохранности. Первые две, по требованиям Фармакопей ведущих стран,
должны обеспечивать высокую точность и решаться высококвалифицированным
персоналом с помощью сложных физико-химических приборов и методов (жидкостная,
газовая и твердофазная хроматография, масс-спектрометрия, оптическая, рентгеновская,
ЯМР и ЭПР-спектроскопия и т.д.). Проведение подобного анализа требует сложной
пробоподготовки образца и времязатратно. Что касается третьего, самого массового
анализа – определения подлинности и качества препарата, то он должен, как правило,
проводится быстро, на местах (аптека, больница) наличным персоналом. Возрастающее
число производителей лекарственных средств, нарушение сроков их хранения и обилие
контрфактной продукции на лекарственном рынке определяют насущную необходимость
в экспресс-контроле её подлинности и качества на уровне потребителя (аптечнобольничная сеть), где используются органолептические методы и, в лучшем случае,
оценивается форма, твердость, растворимость и т.д..
В настоящем сообщении изложены результаты работ посвященных
экспериментальным
исследованиям
возможности
экспресс-анализа
готовых
лекарственных форм оптико-спектроскопическими методами. В основу проблемы
положены результаты исследований спектральных характеристик органических молекул в
биологических тканях в норме и при патологических процессах, проводимых
совместными усилиями Института сильноточной электроники СО РАН, ГУ НИИ
Фармакологи СО РАМН и ГУ НИИ Онкологии СО РАМН, г. Томска на протяжении
более чем 15 лет. Нами, при использовании, электронного и рентгеновского пучков и их
комбинаций
с
оптическим
излучением
выявлен
специфический
оптикоспектроскопический ответ значительного числа молекул лекарственных средств (в общем
числе лекарственных средств особенность строения молекул, позволяющая проводить их
спектральную идентификацию предлагаемыми нами способами, присутствует более чем в
90% случаев). Принцип работы анализатора основан на регистрации спектральных
характеристик электромагнитного излучения исследуемых объектов при их облучении
импульсными и непрерывными источниками лазерного и нелазерного излучения и
электронных пучков. Для анализа молекулярного и элементного состава вещества
используются спектры поглощения (отражения), флюоресценции и комбинационного
рассеяния, регистрируемые с помощью спектроанализатора. Для оценки подлинности
лекарственных средств используются программы распознавания спектральных образов,
основанные на сравнении измеренных спектральных характеристик готовых
лекарственных средств
со спектрами их эталонных образцов. Прибор можно
использовать также для неразрушающего анализа химического состава, физического
строения и состояния вещества в научных исследованиях и прикладных задачах.
11
ЛАЗЕРНЫЙ АНАЛИЗ ИЗОТОПИЧЕСКОГО СОСТАВА ВЫДЫХАЕМОГО
ВОЗДУХА В КЛИНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКЕ ЗАБОЛЕВАНИЙ ЖЕЛУДКА
Степанов Е.В., Ивашкин В.Т., Лапшин А.В., Баранская Е.К.
Институт общей физики им. А.М.Прохорова РАН,
Московская Медицинская Академия им. М.И. Сеченова
E-mail: EugeneStepanov@yandex.ru
Разработаны методы и средства неинвазивной медицинской диагностики,
основанные на лазерном анализе изотопического состава выдыхаемого воздуха и
предназначенные для исследований заболеваний органов пищеварения с помощью
препаратов, обогащенных стабильным изотопом углерода 13С. Для изотопического
анализа применялся лазерный спектрофотометр, разработанный в ИОФАН и
позволяющий регистрировать изменения отношения концентраций 12СО2 и 13СО2 в
выдыхаемом воздухе с чувствительностью ~0.5 ‰.
Проведено исследование характеристик лазерного 13С-уреазного дыхательного
13
теста ( С-УДТ) применительно к диагностике различных нозологических форм H.pyloriассоциированных заболеваний (язвы желудка и двенадцатиперстной кишки, гастритов и
дуоденитов) и проведено сопоставление с данными морфологического анализа. Метод
был применен для оценки эффективности различных схем медикаментозной терапии.
Исследования показали, что лазерная диагностика позволяет уверенно определять
инфицированность H. pylori, обеспечивая количественные данные о степени колонизации
слизистой, и контролировать ход терапии и эффективность применяемых схем лечения.
Она дает надежные данные об эрадикации H. pylori после проведения терапии без риска
возможного инструментального заражения. Методика проведения 13С-УДТ достаточно
проста для проведения и комфортна для пациентов, позволяет достаточно быстро и
оперативно получать результаты анализа.
Установление факта инфицированности желудка на основании данных лазерного
13
C-УДТ по всем диагностическим характеристикам (чувствительность, точность,
специфичность) близко к результатам гистологического исследования множественных
биопсий как до терапии, так и после нее. Все определяемые параметры выше 90 %.
LASER BASED ISOTOPE ANALYSIS OF EXHALED AIR IN CLINICAL DIAGNISTICS
OF STOMACH DISEASES
Stepanov E.V., Ivashkin V.T., Lapshin A.V., Baranskaya E.K.
A.M. Prokhorov Institute of General Physics of RAS, M.Sechenov Moscow Medical Academy
EugeneStepanov@yandex.ru
Data on laser based 13C-urea breath test (13C-UBT) application for the diagnostics of H. pyloriassociated diseases (gastritis, duodenitis, gastric and duodenum ulcer) are presented. 13C-UBT data
distribution before and after eradication therapy as well as age distribution were obtained. Correlation
of infection rate with nosology was found. The laser based 13C-UBT data were compared with the
results of histology findings, fast urease test data and microbiology test data. An integral grade of the
morphology parameters (H. pylori colonization, inflammation expression and activity, atrophy, and
metaplasia) over gastric corps, antrum and duodenum was proposed to be used for the comparison of
the 13C-UBT data with the histology findings. On the basis of this approach, a specific of H.pylori
colonization at different nosology forms was demonstrated. A degree of correlation of H.pylori
colonization, inflammation expression and activity, atrophy, and metaplasia with the 13C-UBT data
was determined as well. Advantages of the laser based 13C-UBT diagnostics were demonstrated in
clinical application aimed to estimation of the efficiency of different schemes of H.pylori eradication
therapy.
12
МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕТОДОМ МОНТЕ-КАРЛО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
АДРОНОВ И ИОНОВ С ТКАНЕЭКВИВАЛЕНТНЫМИ СРЕДАМИ
Н.М.Соболевский
Институт ядерных исследований РАН, Москва
E-mail: sobolevs@inr.ru
Применение адронов и легких ионов в терапии онкологических заболеваний имеет
значительные преимущества по сравнению с традиционными методами радиотерапии
благодаря малой расходимости пучка тяжелых частиц и резкому максимуму
энерговыделения в пике Брэгга. Терапевтические ионные пучки уже имеются в Японии
(HIMAC) и Германии (GSI, DKFZ). Аналогичные проекты реализуются в Швеции, Италии
и Франции.
Однако продукты фрагментации первичных ионов в мишени создают
дополнительную радиационную нагрузку на окружающие здоровые ткани, а также
определенный нейтронный фон в помещении. Поэтому необходимы детальные
исследования процесса взаимодействия терапевтического пучка с биологической тканью
при энергии снаряда в несколько сотен МэВ на единицу массы.
В ИЯИ РАН разработан и используется универсальный адронный транспортный
код SHIELD, позволяющий решать указанные задачи. Специальная медицинская версия
этого кода SHIELD-HIT (Heavy Ion Therapy) [1,2] используется также в Королевском
Институте (Стокгольм) и в DKFZ (Гейдельберг).
Рисунок иллюстрирует некоторые возможности кода SHIELD-HIT. Показаны
профили энерговыделения в водном фантоме в геометрии широкого пучка. Энергии
снарядов выбраны так, чтобы средняя длина пробега до остановки в воде была одинакова
для всех снарядов и равнялась 26.2 см. Можно видеть определенный «хвост»
энерговыделения за пиком Брэгга (т.е. в здоровой ткани) за счет продуктов фрагментации
иона-снаряда, а также продуктов аннигиляции антипротона. Но, с другой стороны,
соотношение дозы на плато и в пике Брэгга для ионов, и особенно для антипротонов,
значительно лучше, чем для протонного пучка.
1. I.Gudowska, N.Sobolevsky, P.Andreo, D.Belkić, A.Brahme. Phys.Med.Biol. 49(2004)1933
2. O.Geithner, P.Andreo, N.Sobolevsky, G.Hartmann, O.Jaekel. Phys.Med.Biol., in print.
13
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АКУСТООПТИЧЕСКОГО
ВИДЕОСПЕКТРОМЕТРА ДЛЯ ЗАДАЧ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНТНОЙ
ДИАГНОСТИКИ
В.Э.Пожар, В.И.Пустовойт, И.Б.Кутуза, А.В.Перчик
Научно-технический центр уникального приборостроения РАН,
E-mail: aoslab@ckbup.dol.ru,
В.В.Григорьянц
Институт Радиотехники и Электроники РАН,
E-mail: gvv@ms.ire.rssi.ru
В настоящее время существует множество методов обнаружения опухолевых
образований. Фотолюминесцентная диагностика (ФЛД) в сочетании с фотодинамической
терапией являются одними из наиболее перспективных. В настоящей работе,
выполняемой по проекту МНТЦ № 3065, ставится задача создание высокочувствительного метода на основе ФЛД. Основным принципом разрабатываемого метода
является сочетание предельно высокой обнаружительной способности, обеспечиваемой
использованием специализированных веществ-фотосенсибилизаторов, с предельно
высокой чувствительностью регистрирующей аппаратуры [1]. Первая задача решается
путем синтеза таких фотосенсибилизаторов, которые обеспечивают высокий
спектральный контраст свечения опухоли (за счет высокого квантового выхода
люминесценции и использования ближней ИК области спектра,где люминесцентный фон
ткани минимален) и которые имеют высокую тропность к опухоли и низкий уровень
фото- и цитотоксичности.
Вторая задача будет решена с использованием спектрального выделения излучения
люминесценции и определения временных характеристик этого процесса. Кроме того,
поскольку метод предназначен для обследования значительных участков поверхности
тела,
необходима
регистрация
пространственного
распределения
свечения
люминесценции. Как показано в работе, все эти функции (спектральной, временной и
пространственной селекции) могут быть реализованы путем использования программно
перестраиваемого акустооптического (АО) фильтра. В частности, его спектральное
разрешение может составлять от долей нанометров до 10 нм. Время переключения с
одной длины волны на другую при этом может составлять менее 1 мс. Форма окна
пропускания фильтра может быть оптимизирована для обеспечения максимальной
светосилы и селективности фильтрации. При работе в режиме затвора акустооптический
фильтр может обеспечивать времена включения до величины порядка 2-10 мкс. В режиме
регистрации спектральных изображений объекта АО фильтром число пространственно
разрешимых элементов изображения может составлять несколько сот элементов по
каждой координате. Для повышения спектрального контраста могут быть использованы
двойные АО фильтры [2], обеспечивающие подавление излучения вне полосы
пропускания до 50 дБ на расстоянии порядка 10 нм от линии люминесценции. Тем
самым, АО фильтр позволяет производить сканирование исследуемой поверхности с
высоким пространственным разрешением со спектральным и временным выделением
полезного сигнала. Большая апертура АО фильтров позволяет стыковать их с
оптоволоконными световодами и эндоскопами. Все это позволяет надеяться на то, что в
проекте будет разработан диагностический прибор предельно высокой обнаружительной
способности для ранней диагностики опухолей.
1. В.В.Григорянц и др. Тр. XXIX межд. конф. «Информационные технологии в науке,
образовании, телекоммуникации, бизнесе» (Гурзуф, 20-30 мая 2002), с.183-184.
2. В.Э.Пожар и др. АО видеомонохроматор … Патент РФ №2258206, 2004.
14
О НЕКОТОРЫХ ЗАДАЧАХ МЕХАНИКИ, ВОЗНИКАЮЩИХ
В СОВРЕМЕННОЙ СТОМАТОЛОГИИ
Дашевский И.Н.
Инcтитут проблем механики РАН
E-mail: dash@ipmnet.ru
Сформулированы основные особенности, характерные для стоматологии как
области приложения механики.
В области гигиены и профилактики полости рта выделен круг актуальных задач,
связанных с использованием одного из новейших средств гигиены полости рта –
ирригаторов, и посвященных изучению движения жидкости в полости рта и механизмов
взаимодействия течений с зубами, остатками пищи, зубным налетом и т.п.
Обсуждаются различные подходы к решению центральной проблемы механики в
терапевтической стоматологии – проблемы усадочных напряжений при пломбировании.
На материале ряда экспериментальных работ показаны возможности механики для
анализа и интерпретации экспериментальных результатов, а также уточнения
направлений дальнейших исследований.
Рассматриваются некоторые главные проблемы эндодонтии, в частности,
герметизация каналов при их пломбировании, а также проблема перепломбировки
«резорцин-формалиновых» каналов. Высказаны соображения о возможностях
ультразвукового мониторинга положения инструмента в канале, применении гибкого
привода, «умного» файла и т.д. Формулируется ряд задач механики и математической
физики, возникающих в связи с предложенным в последние годы и вызывающим острые
дискуссии методом депофореза.
На описанном в литературе примере расчета деформации мягких тканей лица при
изменении подлежащих костных структур проиллюстрировано применение типовых
моделей механики деформируемого тела совместно с современными вычислительными и
компьютерными системами в хирургической стоматологии.
Стандартная процедура в пародонтологии – полировка обнаженных шероховатых
корней («скалинг») – рассматривается как вариант интенсивно изучающегося в последнее
время
в
механике процесса
химико-механического
полирования
(широко
применяющегося при тонкой обработке кремниевых пластин в микроэлектронике).
На примере нескольких разноплановых работ по ортопедической стоматологии
(зубопротезированию) описываются встречающиеся здесь типичные механические задачи
и используемые, а также перспективные подходы к их решению.
В одной из новейших областей стоматологии – имплантологии – отмечены задачи,
возникающие в связи с использованием в имплантатах резьбы переменного шага,
«двойной резьбы», а также с проблемой оптимального количества имплантатов, что
особенно важно для полностью беззубых челюстей.
В классической области приложения механики в стоматологии – ортодонтии –
наряду с механикой брекетов – конструкций, осуществляющих приложение к зубам
тянущих усилий для постепенного их перемещения в нужное положение – излагаются и
задачи, связанные с новейшими («вантовыми») шинирующими конструкциями и др.
ON SOME PROBLEMS IN MECHANICS, ARISING IN MODERN STOMATOLOGY
I.N.Dashevskii, The Institute for problems in Mechanics, RAN, dash@ipmnet.ru
A series of typical problems of continuum mechanics (primarily solid mechanics), both studied and
new, arising in different areas of stomatology, is reviewed and stated.
Using some published experimental issues the opportunities of using biomechanical models (including
simple enough) for the analysis and interpretation of experimental data, as well as for clarifying of the
directions of further investigations, are revealed.
The report is ordered according to the main branches of stomatology.
15
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОЩНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ТОКОВ
В ХИРУРГИЧЕСКОЙ ОТОРИНОЛАРИНГОЛОГИИ И ГИНЕКОЛОГИИ
Данилейко Ю.К., Нефедов С.М., академик РАН Осико В.В., Салюк В.А.
(Институт общей физики им. А.М.Прохорова РАН, г. Москва)
Член-корр. РАМН Грачев С.В., Наседкин А.Н., Фетисов И.С.
(Московский областной научно-исследовательский клинический институт
им. М.Ф.Владимирского, г. Москва)
Ю.Э.Доброхотова, Н.В.Кореева (РГМУ, г. Москва)
The new operating mode of the electrosurgical device - a mode of "huge" current pulses offered. In
the given mode the mechanism of the tissues section is high-frequency electric breakdown and plasma
formation which pressure makes break of tissues. Results of clinical tests are resulted.
Ни в отечественной, ни в зарубежной практике не известны исследования по
быстрому (взрывному) вложению энергии в приповерхностный объем биоткани, когда
источником энергии является ВЧ ток радиодиапазона. По аналогии с лазерной хирургией,
данный режим аналогичен режиму использования лазерного излучения, полученного при
модуляции добротности. Целью настоящей работы явилось исследование процессов
взаимодействия биотканей с импульсно-периодическим радиоизлучением высокой
импульсной мощности, подводимым к игольчатому концентратору. При этом в качестве
рабочего механизма рассечения тканей используется взрывное повышение давления,
обусловленное быстрым испарением водной составляющей тканей и последующим
высокочастотным электрическим пробоем в парах, окружающих иглу. Проведены
исследования физических аспектов проблемы, таких как динамика тока, излучения
плазмы, давления в области взрыва, характер механических и термических повреждений,
а также связь перечисленных явлений с параметрами радио импульсов в диапазоне
длительности (1 – 100) мкс и частоте следования (1 -10) кГц.
Реализация подобного режима в радиохирургии может значительно расширить как
область ее применения, так и во многих случаях уменьшить травматичность проводимых
вмешательств.
Как показали клинические испытания использование гигантских
высокочастотных (2,64 МГц) импульсных токов позволяет получать:
-щадящие разрезы, при которых повреждается лишь слой клеток, непосредственно
соприкасающийся с электродом;
-отсутствие ожога и некроза краев раны;
-при необходимости выраженный коагулирующий эффект, позволяющий
оперировать практически на «сухом» операционном поле;
-хорошее заживление раны и гладкий послеоперационный период.
В качестве примера приведем результаты лечения лигатурного свища у
пациентки 27 лет с давностью заболевания - четыре года после наложения швов при
разрыве промежности. Дважды проводилось хирургическое лечение, в том числе с
применением лазеров. Однако добиться исчезновения клинической симптоматики
заболевания не удалось. Лечение импульсными ВЧ-токами производилось с помощью
игольчатого электрода, вводимого в область инфильтрата по его периметру на глубину 3
см. Было сделано пять проколов для усиления противовоспалительного эффекта, для
усиления местного иммунитета, для улучшения кровоснабжения. Период до полного
исчезновения клинической симптоматики заболевания составил две недели.
16
О КУЛЬТУРЕ БЕЗОПАСНОСТИ В РАДИОЛОГИЧЕСКИХ ЦЕНТРАХ СТРАНЫ
Цыб А.Ф., Гулидов И.А., Ниязова Ж.М., Глазырин А.М.
МРНЦ РАМН, г. Обнинск
E-mail: niyazova@mrrc.obninsk.ru
In the article it is given prove to the importance of development of the security culture concept for
Medical Radiology. Reasons for necessity of research into security culture of work with sources of
ionizing radiation. Close cooperation between Russian and International institutions (ICRP) is shown
to be expedient for development of safety standards and regulations for radiation protection.
Целью настоящей работы является разработка концепции о культуре безопасности
в радиологических комплексах (отделах) России. Актуальность данной работы
обусловлена необходимостью пересмотра устаревших на сегодняшний день подходов к
обеспечению безопасности при выполнении диагностических исследований и лучевой
терапии, а также проведением работ по созданию технических регламентов, связанных с
ядерной и радиационной безопасностью, отвечающих международным нормам и
регламентам.
К изучению проблемы «культуры безопасности» приступили сравнительно
недавно, только в 80-х годах. Это было вызвано крупными техногенными авариями в мире
такими, как гибель парома «Геральдоф Фри Энтерпрайз» в Ла-Манше в 1987 г.,
катастрофа на химическом заводе в Бхопале в 1984 г., гибель экипажа «Челенджер»в
США в 1986 г., авария на Чернобыльской АЭС в СССР в 1986 г., переоблучение на
медицинских ускорителях ТЕРАК-25 в США в 1987 г., авария на заводе по переработке
урана в центре Токай-Мура в Японии в 1999 г. и авария на нефтяном заводе в провинции
Жилин в Китае в ноябре 2005 года. Впервые термин «культура безопасности» был
применен МАГАТЭ в 1986 г. после аварии на Чернобыльской АЭС и стал широко
использоваться по отношению к различным сферам человеческой деятельности,
определив их, как объекты с высокой степенью риска. Существуют политические,
экономические и техногенные объекты риска. В 1985 г. МАГАТЭ образовало
Международную консультативную группу по ядерной безопасности (INSAQ), которая
разрабатывает концепцию по обеспечению ядерной безопасности на АЭС. В 1991 г. эта
группа опубликовала доклад 75-INSAQ-4 под названием «Культура безопасности» [1].
В настоящее время в России понятие «культура безопасности» закреплено в
документе Федерального уровня «Общие положения обеспечения безопасности атомных
станций» (ОПБ). На наш взгляд, следует дать более конкретное толкование КБ при
использовании ИИИ в медицине. Международная комиссия по радиационной защите
(МКРЗ) предполагает ввести в новую редакцию своих Рекомендаций понятие культура
безопасности. В предыдущих Рекомендациях (МКРЗ) от 1990 г. и последующих 9
публикациях вопрос о культуре безопасности не рассматривался [2].
Оснащение
радиологических
центров
и
онкологических
диспансеров
радиотерапевтической аппаратурой и различными радифармпрепаратами требуют
серьезного подхода в изучении проблемы культуры безопасности в них.
Для разработки основных положений о культуре безопасности необходимо изучить
целый комплекс экономических, технологических, медицинских, биологических,
психологических и юридических аспектов проблемы по эффективному и безопасному
использованию ИИИ в медицине и вопросы их нормирования.
В современных условиях, как высказался Президент России В.В. Путин на
торжественном собрании МЧС в декабре 2005 г., разработка концепции культуры
безопасности в различных сферах человеческой деятельности должна стать приоритетным
направлением в деятельности государства и общества в целом [3].
1. Ваганов П.А. Человек, риск, безопасность. СПб, Университет, 2002, с. 114.
2. А.Суже, Ж-К Нено. «Мед.радиол.и радиац. безопасность. М. 2005, с. 37.
3. Путин В.В. Выступление на собрании МЧС 26.12.2005, www.rian.ru.
17
ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТАЛЛА С ПАМЯТЬЮ ФОРМЫ
В КОМПРЕССИОННО-ДИСТРАКЦИОННОМ АППАРАТЕ
Д. В. Алатов, Э. В.Бурлаков
Федеральное государственное учреждение науки «Российский научный центр «Восстановительная
травматология и ортопедия» имени академика Г.А.Илизарова Федерального агентства по здравоохранению
и социальному развитию»
E-mail: Alatov1978@mail.ru
Titanic alloy constructions find an extensive use in medicine. Overwhelming majority of such devices
are implanted in the human.
However features of TiNi alloy system also provides embodiment of controlled microdisplacement
having great importance during limb lengthening with devices of external fixation.
Травматология и ортопедия наряду с другими областями медицины способствует
внедрению и успешной практике новых методов медицинской физики.
В частности широкое распространение в медицине нашло использование
конструкции из титановых сплавов, характеризующихся рядом полезных свойств:
высокой удельной прочностью, коррозионной стойкостью и т. д., среди которых особое
положение занимают уникальные, обратимые макроскопические изменения формы при
нагревании.
Причём подавляющее большинство конструкций и устройств выполненных на основе
никелида титана являются погружными и имплантируются в организм человека выполняя
различные функции: фиксации, компрессии, коррекции, замещения и др.
Однако уникальные свойства никелида титана способны найти и другое применение
в области медицины, например, для решения задачи осуществления контролируемых
микроперемещений, имеющих высокое значение при удлинении конечностей аппаратом
внешней фиксации.
Российским научным центром «Восстановительная травматология и ортопедия»
проведены экспериментальные исследования с использованием компрессионнодистракционного аппарата [1] с приводом, рабочий элемент которого выполнен в виде
проволоки из сплава никеля с титаном - НИТИНОЛА, обладающего, среди имеющихся
материалов с памятью формы, наиболее высокими физико-механическими и
технологическими характеристиками. В результате этих экспериментов впервые было
доказано благоприятное влияние автоматической высокодробной дистракции на генез
тканей удлиняемой конечности [2].
Принцип работы привода аппарата заключается в подаче блоком управления
импульса длительностью достаточной для прогрева рабочего элемента, растянутого
пружиной, до температуры обратного мартенситного превращения и его последующего
укорочения, за счёт эффекта памяти формы. Рабочий элемент при этом тянет храповик,
поворачивающий храповое колесо относительно лишённого вращения резьбового стержня
тем самым, перемещая его вдоль оси. Количество и частота описанных циклов
регулируется блоком управления.
1. А. с. 1423114 СССР, МКИ4 А 61 В 17/58 Компрессионно-дистракционный аппарат/ Г.
А. Илизаров, А. П. Предеин, В. М.Быков, СССР. - № 3601258/28-14; Заявл. 06. 04. 83;
Опубл. 15. 09. 88; Бюл. 34.
2. Г. А. Илизаров, С. А. Ерофеев, А. А. Шрейнер, А. М. Чиркова, Г. И. Шевченко
Зависимость репаративной регенерациикости и функционального состояния
удлиняемой конечности от дробности дистракции // Гений ортопедии. – 1995. - №1 –
С. 8 – 12.
18
ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СЕНСОРА ДЛЯ ДЕТЕКЦИИ ЭТАНОЛА НА
ОСНОВЕ МЕТИЛОТРОФНЫХ ДРОЖЖЕЙ PICHIA ANGUSTA ВКМ Y-2518
Воронова Е.А., Ильясов П.В., Решетилов А.Н.
Институт биохимии и физиологии микроорганизмов РАН
Annotation
In the present work a microbial sensor based on cells of methylotrophic yeast Pichia angusta has been
created and it's characteristics have been investigated. It was demonstrated that the sensor is
characterized by the lower limit of ethanol detection equal to 0.012 mM in the batch mode and 0.13
mM in the flow mode. The optimal conditions for the sensor operation were found to be as follows: pH
of the base solution 7.2-7.6, the salt concentration 30 mM and the temperature of the receptor storage
4 ºC. Under this temperature, the loss of the activity of immobilized cells makes up not more than 5 %
during 7 days. The model created was tested on the alcohol beverages samples; the tests demonstrated
a high correlation of the results with the actual alcohol concentration.
Перспективным подходом для детекции спиртов является развитие биосенсорной
техники, позволяющей выполнять их быстрый и дешевый анализ. Преимущественно
используемыми ферментами при создании биосенсоров для анализа этанола являются
NAD+-зависимая алкогольдегидрогеназа и алкогольоксидаза (АО). Однако коммерческие
препараты ферментов имеют высокую стоимость, что увеличивает цену анализа. Кроме
того, отмечена относительная нестабильность работы ферментных сенсоров для
определения спиртов.
Поскольку источником получения АО являются клетки метилотрофных дрожжей,
логично рассматривать данные микроорганизмы в качестве потенциальных
биокатализаторов.
Целью данной работы является исследование каталитических свойств
биорецептора микробного сенсора на основе клеток штамма метилотрофных дрожжей
Pichia angusta ВКМ Y-2518.
Нами выполнено исследование чувствительности биорецептора. Для данной
модели нижний предел детекции этанола составляет 0.012 мМ при измерении в кювете
открытого типа и 0.13 мМ - при измерении в проточном режиме.
Для оптимизации работы сенсора на основе дрожжевых клеток P. angusta ВКМ Y2518 была произведена оценка зависимости сигнала сенсора от ионной силы и рН
буферного раствора. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что оптимальным
рН является рН 7.2-7.6, а оптимальной концентрацией солей - 30 мМ.
Исследование стабильности биорецептора на основе адсорбированных на
мембране GF/A дрожжевых клеток P. angusta ВКМ Y-2518 продемонстрировало
стабильность мембраны в течение 5 дней.
Была исследована стабильность клеток при хранении в буфере (суспензия) при 4 ºС
и в иммобилизованном виде при 20 °С, 4 °С и -10 °С. При хранении клеток в
иммобилизованном виде при 20 °С на 7 сутки активность клеток падает на 50%. В то же
время при хранении иммобилизованных клеток при 4 °С и при -10 °С падение активности
рецептора за тот же срок составляет не более 5 %. При хранении клеток в виде суспензии
при 4 ºС падения активности не наблюдалось в течение 7 суток. Таким образом, хранение
клеток в виде суспензии при 4 °С является оптимальным.
Выполнено тестирование сенсора на основе штамма P. angusta ВКМ Y-2518 на
образцах спиртных напитков. Показана высокая степень совпадения данных с
фактическим содержанием этанола (доверительная вероятность совпадения результатов,
определенная по Стьюденту, составила 0.99). Созданная модель биосенсора может
рассматриваться в качестве прототипа промышленно выпускаемого анализатора для
оценки этанола в образцах различной природы, в том числе ферментационных средах,
спиртных напитках, крови и выдыхаемом воздухе.
19
СОЗДАНИЕ МОДЕЛИ МИКРОБНОГО БИОСЕНСОРА НА ОСНОВЕ КЛЕТОК
МЕТИЛОТРОФНЫХ ДРОЖЖЕЙ И ОЦЕНКА ЕЕ СЕЛЕКТИВНОСТИ
Воронова Е.А., Ильясов П.В., Решетилов А.Н.
Институт биохимии и физиологии микроорганизмов РАН
E-mail: anatol@ibpm.pushchino.ru
Annotation
An evaluation of the possibility of the use of four methylotrophic yeast strains as the base of the
biosensor receptor has been carried out. The optimal growth time characterizing the most active state
of the cells has been determined. The selectivity of the sensor based on the strain Pichia angusta VKM
Y-2518 was found to be comparable to the selectivity of the alcohol oxidase based sensor indicating
that the sensor could be used for the selective ethanol assay.
Обеспечение материальных и социальных потребностей людей, охраны и
получения природных богатств невозможно без использования микроорганизмов – живых
«химических фабрик», которые способны превращать простые вещества в самые
разнообразные продукты. Такая способность микроорганизмов, как и всех живых клеток
обусловлена наличием в них различных ферментов. Так, в пероксисомах клеток
метилотрофных дрожжей присутствует фермент алкогольоксидаза (АО), способный
окислять первичные алифатические спирты до перекиси водорода и соответствующего
альдегида. Клетки метилотрофных дрожжей могут служить биорецептором для
биосенсора для анализа спиртов, при этом не уступать по специфичности ферментному
сенсору на основе АО.
Целью данной работы является создание, исследование и сравнение
каталитических свойств биорецепторов микробных сенсоров на основе клеток четырех
штаммов метилотрофных дрожжей и ферментного сенсора на основе фермента АО.
В настоящей работе с целью оценки алкогольокисляющей активности клеток на
различных стадиях культивирования штаммов-продуцентов АО были построены кривые
роста для метилотрофных дрожжей Pichia angusta ВКМ Y-1397, P. angusta ВКМ Y-2518,
P. angusta ВКМ Y-2559 и получены зависимости ответа от времени роста клеток для двух
преимущественных субстратов АО – метанола и этанола.
Результаты проведенного исследования показали, что оптимальное время роста
клеток, составило 27 часов для P. angusta ВКМ Y-1397 (что соответствует стадии
замедления роста), 14 часов - для P. angusta ВКМ Y-2518 (соответствует
экспоненциальной стадии роста) и 25 часов - для P. angusta ВКМ Y-2559 (соответствует
стадии замедления роста).
Была произведена оценка субстратной специфичности сенсоров на основе 4-х
штамов микроорганизмов и на основе фермента АО. Сенсоры на основе штаммов P.
angusta ВКМ Y-2559, Y-1397, Hansenula polymorpha NCYC 495 ln давали ответ, помимо
целевых субстратов (метанола и этанола), на бутанол, пропанол, изопропанол, глюкозу,
глицерин. Штамм P. angusta ВКМ Y-1397 также характеризовался чувствительностью к
сорбиту и сорбозе. Наиболее узкой субстратной специфичностью в сочетании с высокими
абсолютными значениями ответа на этанол обладал штамм P. angusta ВКМ Y-2518. Кроме
того, для него было отмечено минимальное время роста клеток. Указанные параметры
делают данный штамм наиболее перспективным и обуславливают его выбор для
дальнейших исследований.
Сенсор на основе препарата АО имеет довольно узкую субстратную
специфичность. Основными определяемыми субстратами для него являются метанол и
этанол; сенсор также дает незначительный ответ на пропанол, бутанол и глицерин и
нечувствителен к присутствию глюкозы. Таким образом, селективность сенсора на основе
АО сопоставима с селективностью сенсора на основе P. angusta Y-2518. Таким образом,
сенсор на основе клеток метилотрофных дрожжей может быть использован для
клинических (определение спирта в крови и сыворотке, а также в парах выдахаемого
воздуха), наркологических и природоохранных целей.
20
ВЛИЯНИЕ ДЫХАНИЯ ПОДОГРЕТОЙ КИСЛОРОДНО-ГЕЛИЕВОЙ СМЕСЬЮ
НА ДЫХАТЕЛЬНЫЙ ТРАКТ
Дьяченко А.И.1,2, Шулагин Ю.А.2, Сытник Е.Б.2,3, Гусева Е.В. 2,3, Колесников В.И. 2,
Ничипорук И.А. 2, Тихонов М.А. 2, Баранов В.М. 2
1. ИОФ РАН , Москва,
2. ГНЦ РФ ИМБП РАН, Москва,
3. МФТИ, Москва
Inhalation of hot oxygen-helium mixture was used for relaxation after physical exersise with additional
respiratory resistive load. There is effect of inhalation of hot oxygen-helium mixture on the respiratory
tract. Exercise with a ressistive load changes lung volumes.
Цель данной работы состояла в сравнении состояния дыхательных мышц и
дыхательного тракта, а также работоспособности, после релаксации с дыханием
подогретой кислородно-гелиевой смесью (КГС) или комнатным воздухом.
В исследовании участвовали восемь молодых мужчин (спортсменов) среднего уровня подготовки.
Исследование состояло из трех частей.
Первую часть исследования выполняли одинаково для серий «воздух» и «КГС». Она включала
определение максимального инспираторного и экспираторного давлений и вентиляторной функции легких
(потоки, объемы, МВЛ). Человек выполнял велоэргометрическую работу на уровне 50 % PWC170 в течение
15 мин. При этом он дышал через трубку с сопротивлением 19,1 ± 1,9 см вод.ст./л/с. Все параметры
дыхания во время выполнения велеэргометрической нагрузки с дыханием через дополнительное
сопротивление были одинаковы в сериях «воздух» и «КГС».
Во второй части основного исследования эксперимент проходил по одной из двух
схем, различающихся для серий «воздух» и «КГС». Целью этой части исследования
являлась релаксация (отдых) после выполнения велоэргометрической нагрузки с
дыханием через дополнительное сопротивление.
Серия «КГС»: Дыхание подогретой (45 ˚С) КГС через маску по схеме: 5 мин
дыхание смесью, 3 мин дыхание комнатным воздухом, 5 мин дыхание смесью, 3 мин
дыхание комнатным воздухом, 5 мин дыхание смесью), т.е. в сумме «опытное
воздействие» продолжается 21 мин.
Серия «воздух»: Дыхание комнатным воздухом через маску в течение 21 мин.
Третью часть основного исследования выполняли одинаково для серий «воздух» и
«КГС». Эта часть, как и 1-я часть исследования, включала определение максимального
инспираторного и экспираторного давлений, вентиляторной функции легких, PWC170.
В результате исследований определили: 1) Велоэргометрическая нагрузка с
дополнительным дыхательным сопротивлением и последующим дыханием воздухом или
подогретой КГС изменяли структуру легочных объемов, т.е. сопротивление было
значительным. Уровень физической работоспособности не изменялся. 2) После второй
части исследования появляются различия между сериями. После восстановления на
воздухе максимальные давления возрастают, а после восстановления на КГС –
снижаются. Для инспираторного давления это различие высоко достоверно (Р=0.02). 3)
Изменения ряда показателей вентиляторной функции легких достоверно различаются в
сериях «воздух» и «КГС».
Выводы: 1. Физическая нагрузка в комбинации с дыханием через дополнительное
сопротивление изменяет структуру легочных объемов: уменьшает резервный объем вдоха
и увеличивает резервный объем выдоха. 2. Респираторные реакции на дыхание
комнатным воздухом и подогретой КГС различаются.
Работа выполнена при частичной поддержке гранта НШ-1996.2003.1
21
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ БИОЛОГИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ
АРГОНА
Д.А.Селивановский1, А.И.Дьяченко2, В.Л.Воейков3, Г.Я.Левин4, В.В.Чернов1, А.Н.Турко1
1. Институт прикладной физики РАН, Н.Новгород, E-mail: dimus@appl.sci-nnov.ru
2. Институт общей физики РАН и ГНЦ РФ – ИМБП РАН, Москва
3. Московский Государственный университет им. М.И.Ломоносова, Москва
4. Нижегородский НИИ травматологии и ортопедии, Н.Новгород
We suppose that active forms of oxygen produced by dissosiation of water due to viscosity is enhanced
in the presence of argon. This is the basis of mechanism of biological effects of argon.
Известно, что в условиях гипоксии добавление аргона в дыхательные газовые
смеси повышает выживаемость лабораторных животных и потребление кислорода
человеком [1]. Предполагалось, что здесь играет роль каталитическое действие аргона,
когда аргон увеличивает скорость окислительных реакций. В частности было показано,
что при барботации аргоном (но не азотом или воздухом) интенсифицируются некоторые
окислительные процессы в водных растворах [2]. Механизм такого катализа остается пока
неясным, хотя можно предположить, что он связан с воздействием аргона на водную
основу биологических систем, в частности с тем, что в присутствии аргона в
биожидкостях происходит интенсификация диссоциации воды и появление кислорода в
его активированной форме. Жидкая вода нестабильна, в ней при действии вязкого трения
происходит диссоциация части молекул: (Н2О)aq(H) aq+(ОН)aq, разрыв которых следствие механохимических реакций (МХР) при взаимодействии водных структур. В
этом проявляется свойство полимероподобности воды. Именно полимерам, как сильно
структурированным средам, свойственны МХР. Появление гидратированных атомов
водорода и гидроксил радикалов в организме за счет МХР ранее не рассматривалось, и
комплекс физиологических проблем, связанных с диссоциацией воды, еще во многом
предстоит изучать, т.к. это, несомненно, имеет важное физиологическое значение. В
частности, в реакциях рекомбинации радикалов из воды и при их реакциях с акцепторами
появляется кислород. Как показывают оценки [3] обычно для организма человека, доля
этого кислорода, появляющегося за счет диссоциации воды, циркулирующей в организме,
может достигать долей процента от общего потребления кислорода. Для таких оценок
использованы характеристики диссоциации воды в потоках через поры и капилляры [4]. В
то же время известно, что растворение в воде аргона, например, при давлении 1 АТА,
увеличивает диссоциацию воды более чем на порядок. Соответственно, в присутствии в
биожидкостях растворенного аргона увеличивается доля «нового» кислорода. Возможно,
что для физиологических процессов важен и тот аспект, что такой дополнительный
кислород находится в активном состоянии. По мнению авторов, необходимо провести
экспериментальное исследование рассмотренного диссоционного механизма влияния
аргона на биологические объекты.
1. Шулагин Ю.А., Дьяченко А.И., Павлов Б.Н. Влияние аргона на потребление
кислорода человеком при физической нагрузке в условиях гипоксии.// Физиология
человека, 2001, 27(1). С. 95-101
2. Воейков В.Л., Химич М.В. Усиление аргоном люминол-зависимой
хемилюминесценции в растворе NaCl/H2O2. // Биофизика, 2002, 47(1), С.5-11.
3. Д.А.Селивановский,
И.Н.Диденкулов,
О.В.Костина,
П.А.Стунжас.
Механохимическая диссоциация воды в организмах и кислород.// Тез. Докладов V
Всеросс. Конф. по биомеханике, Н.Новгород, 20.05-2.06.2000, С. 22.
4. Г.А.Домрачев, И.Н.Диденкулов, Ю.Л.Родыгин, Д.А.Селивановский, П.А.Стунжас.
Диссоциация воды в пристеночных течениях.// Хим. физика, 20(4), 2001, С.82-89.
А.И. Дьяченко был поддержан грантом НШ-1996.2003.1
22
ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КАПИЛЛЯРНОГО КРОВОТОКА ПРИ
ОПТИЧЕСКОМ ПРОСВЕТЛЕНИИ КОЖИ IN VIVO
А.Н. Королевичa,b, A.Ельшинc, А.Н.Башкатовd M.Белслиb, M. Mотаc
Институт физики НAH Белоруссии,Минск, Белоруссия.
Physics Department, Minho University, Campus Gualtar, 4709 Braga, Portugal,
c
Bioengineering Department, Minho University, Campus Gualtar, 4709 Braga, Portugal
d
Саратовский университет государственный им. Н.Г.Чернышевского
a
b
Важным направлением биомедицинской оптики является развитие методов
зондирования структуры и параметров биотканей. Этот интерес обусловлен
возможностью разработки и развития биологически безопасных методов диагностики их
параметров. В настоящее время большинство существующих методов используют для
оптического зондирования биотканей, так называемое, окно прозрачности в диапазоне
длин волн от 650 до 1200 нм.
Однако можно существенно повысить эффективность существующих методов
оптической диагностики,
используя иммерсионное просветление биотканей т. е.
существенного уменьшения светорассеяния путем согласование показателей преломления
рассеивающих центров и базового вещества за счет введения в ткань иммерсионных
препаратов [1].
Влияние иммерсионных жидкостей на оптические, и в частности рассеивающие,
характеристики крови изучаются в настоящее время очень активно. Однако влияние
иммерсионных препаратов на динамические характеристики крови малоизученно.
В данной работе исследовались динамические характеристики крови при
воздействии 40% глюкозы в условиях in vivo. Метод доплеровской спектроскопии был
использован для изучения микроциркуляции крови в коже человека под действием 40%
глюкозы.
Экспериментально показано, что присутствие глюкозы существенно увеличивает
перфузию крови в тканях, однако средняя скорость кровотока практически не изменяется.
Эффективный коэффициент диффузии иммерсионной жидкости в биоткани

De  D0 ,
(1)

зависит от коэффициента диффузии D0 , межклеточного объема  и фактора
извилистости  , характеризующего извилистость пути иммерсионной жидкости при ее
диффузии в ткани. В [2] было найдено, что
  1 /( 0.23  0.3   2 )
(2)
В работе экспериментально и теоретически показано, что инъекция глюкозы
приводит к существенному увеличению перфузии крови в тканях, но не за счет
увеличения скорости кровотока, а посредством открытия резервных капилляров. Причем,
коэффициент диффузии глюкозы вдоль поверхности кожи существенно больше, чем в
перпендикулярном направлении.
Результаты могут быть использованы при оптическом просветлении тканей,
фотодинамической и лазерной терапии и оптической диагностике биотканей.
1. V.V. Tuchin. Optical Clearing of Tissues and Blood. SPIE PRESS, 2005; 256 pages.
2. M. Mota, J. A. Teixeira, J. B. Keating and A. Yelshin. Changes in diffusion through the brain
extracellular space. Biotechnol. Appl. Biochem. 39, 223–232, 2004.
23
КВАРЦЕВЫЙ РЕЗОНАТОР БЕЗ СПЕЦИАЛЬНОГО ПОКРЫТИЯ
КАК УНИВЕРСАЛЬНЫЙ БИОСЕНСОР
Т.А.Яхно, А.Г.Санин, А.С.Пелюшенко, В.В.Казаков, О.Б.Шапошникова, А.С.Чернов, В.Г.Яхно
Институт прикладной физики РАН,
E-mail: tanya@awp.nnov.ru
Разработан новый методологический подход для осуществления медицинской
диагностики на основе динамических параметров структуризации капель биологических
жидкостей, высыхающих на поверхности кварцевого резонатора. Резонатор совершает
сдвиговые колебания с постоянной частотой 60 Кгц. Регистрируемой величиной является
комплексная электрическая проводимость резонатора; при этом, емкость ненагруженного
резонатора компенсируется мостовой схемой устройства. Регистрируемый сигнал
автоматически пересчитывается в единицы акустомеханического импеданса (АМИ), и
отражается на дисплее в режиме реального времени. Результаты проведенного пилотного
исследования показали перспективность использования данной технологии в
медицинской экспресс-диагностике [1]. Целью настоящей работы было исследование
причинно-следственных связей между составом модельных белково-солевых смесей и
формой кривой АМИ. В разных сериях экспериментов были использованы белки BSA,
HSA, IgG, IgM, фибронектин и желатин, а также соли NaCl и KCL. На основании
динамики АМИ и морфологических исследований высохших капель под оптическим
микроскопом были построены фазовые диаграммы, отражающие последовательность
событий в высыхающих каплях при разных объемных соотношениях белка и соли в
исходном растворе. Дегидратация капли приводит к постепенному повышению
концентрации соли, стимулирующему процесс фазового расслоения белка, кластеризации
и седиментации мицелл, гелеобразованию. При замене физиологического раствора
дистиллированной водой мицеллообразование не наблюдалось, и высохшая капля была
оптически пустой (стеклообразной). Выявлена зависимость этих процессов от
концентрации и вида белка и соли, присутствия неионного сурфактанта, влияния
магнитного поля. Показано, что наибольшую устойчивость к фазовому расслоению при
высыхании капель белково-солевых смесей демонстрируют 7% (в) белковые золи в
физиологическом солевом растворе NaCl. Это соответствует соотношению общего белка и
соли в сыворотке крови здорового человека. Добавление сурфактанта вызывало дозозависимое уменьшение размеров кластеров и угнетение гелеобразования. Полученные
данные позволили объяснить описанные ранее факты существования регулярных
структур, наблюдаемых в сыворотке крови людей при некоторых заболеваниях [2]: состав
компонентов сдвигал ее в сторону метастабильного состояния белка. Обсуждаются
разные динамические режимы высыхания белково-солевых растворов, связанные с
физическими свойствами адсорбционного слоя на границе «капля–воздух»,
лимитирующего скорость испарения.
Проведенное исследование демонстрирует причинно-следственные связи, лежащие
в основе целесообразности использования динамических параметров АМИ высыхающих
капель биологических жидкостей в медицинской диагностике.
1. T. Yakhno, et al. // IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine, 2005, V. 24, N 2, P. 96-104.
2. Т.А. Яхно и др. // ЖТФ, 73, 4, 23-27, 2003.
UNCOATED QUARTZ RESONATOR AS A UNIVERSAL BIOSENSOR
T. Yakhno, A. Sanin, A. Pelyushenko, V. Kazakov, O. Shaposhnikova, A. Chernov, .Yakhno
Institute of Applied Physics RAS, tanya@awp.nnov.ru
We have developed a novel instrument for rapid liquid analysis. These data show that studying drying
biological liquids in this manner will be useful for both research and practical rapid medical
diagnostics.
24
ПРОГРАММНЫЕ МОДЕЛИ ОБРАБОТКИ ЗРИТЕЛЬНЫХ СИГНАЛОВ
В.Г. Яхно, А.А. Тельных, И.В. Нуйдель, С.А. Полевая, С. Б. Парин, Н.С. Беллюстин, Е.В. Еремин, В.А.
Разумов, А.Е. Иванов, А.В. Чайкин, О.В. Шемагина, И.Г. Спицын, Т.А. Краева
Институт прикладной физики РАН
E-mail: yakhno@appl.sci-nnov.ru
Разработка версий программных систем актуальна как при модельном описании
механизмов, режимов функционирования биологических систем, так и при анализе
медицинских данных для принятия обоснованного диагноза.
В лаборатории автоволновых процессов ИПФ РАН были разработаны варианты
базовых моделей нейроноподобных систем [1-3]. Рассмотрены основные режимы
преобразования зрительной информации в системе «зрительная кора – таламус –
ретикулярные ядра таламуса», связанные с предварительной обработкой входных
изображений и режимами их стробирования во времени. На этих же моделях показано как
изменения параметров приводят к режимам, аналогичным «малой эпилепсии» [1,2]. С
помощью моделей, описывающих иерархическое управление обработкой сенсорных
сигналов, проведено описание режимов, качественно соответствующих сенсорным
реакциям человека в различных психофизиологических контекстах. Показана
возможность описания динамики сложных систем, имитирующих функции сознания [3].
Возможности программных систем для анализа медицинских данных
продемонстрированы на следующих технологиях. Разработаны програмно-аппаратные
комплексы
для
измерения
психофизических
функций
цветового
зрения,
пространственного слуха, ориентационной чувствительности зрительной системы,
температурной чувствительности. Проведено экспериментальное и теоретическое
исследование возможностей виртуальной среды для индикации объективных параметров
обработки информации в сенсорных системах человека. Определены структуры
параметров
психофизической
функции
для
дифференциальной
диагностики
функционального состояния человека: здоровое бодрствование, стресс; утомление;
депрессия; аффективные состояния [4]. Расчеты на модельных нейроноподобных
системах воспроизводят данные психофизических измерений цветового восприятия.
Разработана программная технология интегральной системы идентификации
личности по биометрическим признакам, вычисленных с изображений от нескольких
различных биометрических сенсоров. В каждой отдельной подсистеме распознавания по
изображениям руки, лица, и дактоотпечатка использованы алгоритмы, соответствующие
стандарту BioAPI спецификации. Уровень возможной ошибки при распознавании
пользователей в такой системе резко уменьшается (более чем на порядок) по сравнению с
каждой индивидуальной технологией. Система рассчитана на работу с большим числом
пользователей (до 1.000.000) [5].
Обсуждается необходимость формирования базы моделей для описания
динамических процессов в биологических системах, аналогичных проекту «Виртуальный
человек» в США.
1. В.Г.Яхно, И.В.Нуйдель, А.Е.Иванов, и др. "Исследование динамических режимов нейроноподобных систем. Примеры
приложений"// ж. "Информационные технологии и вычислительные системы", РАН, №1, 2004, с.126-148.
2. В.Г.Яхно, И.В.Нуйдель, А.Е.Иванов, "Модельные нейроноподобные системы. Примеры динамических процессов",
Сб.: "Нелинейные волны-2004", Отв.ред. А.В.Гапонов-Грехов, В.И.Некоркин, Н.Новгород: ИПФ РАН, 2004, с.362-375.
3. В.Г.Яхно, Динамика нейроноподобных моделей и процессы «сознания», VIII Всероссийская научно-техническая
конференция «Нейроинформатика-2006»: Лекции по нейроинформатике. МИФИ, 2006 С. 88-111.
4. Парин С.Б., Полевая С.А. Преобразование информации в синапсе // VII Всероссийская научно-техническая
конференция «Нейроинформатика-2005»: Сборник научных трудов / МИФИ. – 2005. – Ч.2. – С. 112-115.
5. А.Н. Коган, А.Е. Иванов, А.А. Тельных, и др., Интегральная биометрическая система распознавания человека. Сб.
докладов «Управление и информационные технологии», Том 1. 2005, с.267-275.
SOFTWARE MODELS FOR VISION SIGNAL PROCESSING
V.Yakhno, A.Telnykh, I.Nuidel, S.Polevaya, S.Parin, N.Bellustin, E.Eremin, V.Razumov, A.Ivanov, A.Chaykin,
O.Shemagina, I.Spitsin, T.Krayeva, Institute of Applied Physics RAS, yakhno@appl.sci-nnov.ru
We have developed a set of software models and tools for biological and medical data analysis.
25
СОВРЕМЕННЫЕ ИСКУССТВЕННЫЕ КЛАПАНЫ СЕРДЦА
Юречко В.Н., Корчагин С.И., Омельянчук А.М., Юречко Р.В., Кузнецова Е.И.
Институт проблем механик РАН
E-mail: Yurechko@yandex.ru
Лишь немногие приобретенные пороки сердца могут быть устранены с помощью
клапаносохраняющих операций. К ним относятся несложные формы митрального стеноза,
некоторые варианты недостаточности клапанов. Во всех остальных случаях эффективная
коррекция заболевания клапана требует имплантации различных модификаций
искусственных клапанов сердца.
Разработано несколько модификаций искусственных клапанов сердца, которые
позволяют восстановить работу поврежденного клапана. Производство искусственных
клапанов сердца выделилось в целую производственную отрасль, с применением
современных технологий.
Имплантация современного искусственного клапана сердца продолжает оставаться
одним из наиболее актуальных вопросов современной кардиохирургии. Замена
естественных, но пораженных клапанов сердца у пациента многоцелевая задача. Для
имплантации клапанов используют механические и биологические протезы (свиные
клапаны или клапаны из перикарда).
Механические искусственные клапаны сердца составляют 60% от общего числа
имплантированных клапанов. Конструкции современных искусственных клапанов
постоянно изменяются с целью улучшения функциональных характеристик [1-2].
Среди механических искусственных клапанов сердца лидирующую позицию
занимают двухстворчатые клапаны: CARBOMEDICS (USA), ST. JUDE (USA), МЕДИНЖ
(РОССИЯ), РОСКАРДИКС (РОССИЯ). У всех этих искусственных клапанов запирающий
элемент выполнен в виде двух полудиска из пиролитического углерода.
В работе приводятся результаты исследования функциональных характеристик
современных искусственных клапанов сердца, которые используются в клинической
практике или находятся на стадии разработки [1-3].
1. Корчагин С.И., Кузнецова Е.И., Омельянчук А.М., Юречко В.Н. Гидродинамика
современных искусственных клапанов сердца // Изв. РАН, МЖГ. 2002. №1 , С.113-122
2. Корчагин С.И., Омельянчук А.М. , Юречко В.Н., Кузнецова Е.И. Экспериментальное
исследование гидродинамики современных искусственных клапанов. Журнал
‘’МЕДИЦИНСКАЯ ТЕХНИКА’’, М: Медицина, 2002, № 2 , с.3-9.
13. Юречко В.Н., Омельянчук А.М., Юречко Р.В., и др. Исследование функциональных
характеристик искусственных клапанов сердца. Журнал ‘’МЕДИЦИНСКАЯ ТЕХНИКА’’,
М: Медицина, 2003, № 2 , с.. 30-46
MODERN ARTIFICIAL VALVES OF HEART
The report presents the results of examining the functional characteristics of modern artificial valves
(AHVs) manufactured in Russia and foreign countries. All the AHVs under study have been used in
clinical practice for 10 years and they are different.
26
К ВОПРОСУ ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ДАВЛЕНИЯ И СОСТАВА
ДЫХАТЕЛЬНОЙ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ ДЛЯ ЛЕЧЕНИЯ
ОНКОЛОГИЧЕСКИХ ЗАБОЛЕВАНИЙ
М.В.Фок, В.В.Веретяхин, А.Р.Зарицкий, Г.А.Зарицкая, В.А.Кудашов, Н.А.Распопов (ФИАН),
А.Н.Козлов (РОНЦ им. Н.Н.Блохина)
Annotation: The report is devoted to the development of a new method of malignant tumour therapy.
1. Как показано в работах [1-4], в цитоплазматической мембране имеются
система долгоживущих сквозных пор, по которым внутрь клетки могут проходить
молекулы О2, СО2, глюкозы и другие мелкие молекулы. Клетки в зависимости от
режима метаболизма способны автоматически изменять количество пор в мембране
сообразно с ее потребностями, регулируя обмен молекулами между цитоплазмой и
внешней средой.
2. Жидкая вода не может войти в поры из-за гидрофобности их стенок,
образованных углеводородными цепочками липидов. При этом размеры пор таковы,
что объем каждой из них в десятки раз меньше среднего объема, приходящегося на
одну молекулу воды насыщенного пара в воздухе при атмосферном давлении. Поэтому
большинство пор пустые. Из-за этого избыточное внешнее давление уменьшает их
поперечные размеры, а значит и неспецифическую проницаемость мембраны, причем
в первую очередь проницаемость для крупных молекул.
3. Уменьшение неспецифической проницаемости цитомембран при избыточном
внешнем давлении было проверено на опыте. Мышей с привитыми злокачественными
опухолями содержали при нормальном рО2 и избыточном давлении в 6 атм, созданном
аргоном. Оказалось, что в этих условиях «молодые» опухоли не росли, а сильно
развитые опухоли в значительной мере некротизировались. У мышей, генетически
склонных к диабету, содержание глюкозы в крови заметно возрастало даже при
повышении общего давления на 1 атм.
4. Такое действие избыточного давления указывает на уменьшение
проницаемости мембраны для глюкозы, в результате чего она остается в кровяном
русле и межклеточной жидкости, а при значительном повышении давления
уменьшившееся поступление глюкозы в цитоплазму клеток оказывается
недостаточным для поддержания их жизнедеятельности. В первую очередь это
касается малигнизированных клеток, обеспечивая лечебный эффект.
1. М.В.Фок, А.Р.Зарицкий. Авторегуляция как основа гомеостаза клеток. М.:
«Космоинформ», 1997 г., 104 с.
2. М.В.Фок, А.Р.Зарицкий, Г.А.Зарицкая, Е.В.Переведенцева. Авторегуляция
неспецифической проницаемости мембраны эритроцита. М.: «Наука», 1999 г., 77 с.
3. М.В.Фок. Некоторые вопросы биохимической физики, важные для врачей. М.:
«Наука», 2003 г., 76 с.
4. В.В.Веретяхин, А.Р.Зарицкий, М.В.Фок, А.М.Козлов, В.С.Пронин. Влияние
всестороннего сжатия на проницаемость клеточной мембраны. Краткие сообщения по
физике ФИАН, 1995 г., № 11-12, с. 61-66.
27
ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И МОЛЕКУЛЯРНЫЕ
ФОТОФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ КРАСНОГО ФЛУОРЕСЦЕНТНОГО
БЕЛКА MRFP1
Банишев А.А.1, Вржещ Е.П.2, Вржещ П.В.2, Дмитриенко Д.В.2, Маслов Д.В1, Фадеев В.В.1, Ширшин Е.А.1
1
Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, E-mail: fadeev@lid.phys.msu.su
2
Международный учебно-научный биотехнологический центр МГУ, E-mail: biocentr@list.ru
For investigating of the mrfp1-protein, the complex of methods of fluorescence and absorption
spectroscopy has been used. The comparative analysis of measured characteristics has been carried
out. A hypothesis on the mechanism of fluorescence response formation at different regimes of
excitation has been proposed.
Белки из семейства флуоресцентных привлекают внимание благодаря наличию
окраски и флуоресценции, что позволяет использовать их для решения проблемы
визуализации процессов, происходящих в живых биологических системах.
Отличительным свойством белков этого семейства является наличие флуорофора –
фрагмента белковой цепи, отвечающего за окраску и флуоресценцию в видимом
диапазоне. Флуоресцентные белки как объект изучения в настоящее время очень
популярны, поскольку на их основе создают сенсоры, датчики и таймеры для
биологических систем. Многие исследователи методами сайт-направленного и случайного
мутагенеза генов ведут работы по получению новых флуоресцентных белков с целью
улучшения их свойств: изменение окраски, увеличение квантового выхода, коэффициента
экстинкции, фото- и pH-стабильности и т.д.
Одной из задач, которую решают исследователи, являются поиски новых
модификаций белков, которые, при сохранении биохимических свойств, обладали бы
более высокой удельной яркостью флуоресценции (т.е. более высоким значением сечения
флуоресценции fl=abs*fl, где abs – сечение поглощения, fl – квантовый выход
флуоресценции), но отсутствуют литературные данные о механизме возникновения
флуоресценции и нет четкой схемы процессов, проходящих в таких белках.
В данной работе впервые к исследованию белков вообще и белка mRFP1 в
частности, применен комплекс методов классической и лазерной спектроскопии:
- измерение спектров поглощения на спектрофотометре Cary 100 и определение из них
сечений поглощения флуорофора;
- измерение спектров флуоресценции (на спектрофлуориметре Cary Eclipse и на лазерном
флуориметре) и определение из них квантового выхода флуоресценции fl;
- измерение спектров возбуждения флуоресценции на спектрофлуориметре Cary Eclipse;
- измерение на наносекундном лазерном флуорометре кривых насыщения и кинетики
флуоресценции; определение из них фотофизических параметров abs,  и Kst, отнесенных
к истинному флуорофору (при этом не требуется знание концентрации флуорофора);  –
время жизни возбужденного состояния, Кst – скорость интеркомбинационной конверсии;
- измерение  на традиционном пикосекундном лазерном флуорометре.
Выполнен сравнительный анализ полученных характеристик; сформулированы
гипотезы о механизмах формирования флуоресцентного отклика красного белка mRFP1
при его возбуждении излучением с разными временными и энергетическими
характеристиками.
Развитая в работе техника комплексного флуоресцентного анализа будет
применена в исследованиях мутантов данного и других белков.
28
СПЕКТРОСКОПИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ
ДЕМИНЕРАЛИЗАЦИИ И РЕМИНЕРАЛИЗАЦИИ ЗУБНОЙ ЭМАЛИ
Е.Л. Сурменко1, В.В. Тучин2, Т.Н. Соколова1, A. Kishen3
Саратовский государственный технический университет
2
Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского
3
National University of Singapore
E-mail: surmenko@yandex.ru
1
The spectroscopic study of dental enamel by LIBS (laser induced breakdown spectroscopy), FTIR
(Fourier transform infrared) and XRD (X-ray diffraction) are represented. The changes of enamel
structure and composition in process of natural (caries) and artificial demineralization and
remineralization were studied.
В задачу стоматологии, помимо лечения заболеваний тканей зуба, таких, как
кариес, входит также и профилактика заболеваний. Причиной, вызывающей разрушение
тканей зуба, является деминерализация эмали, влекущая за собой изменение её общего
элементного состава [1]. Одной из важнейших проблем является предотвращение
деминерализации зубной эмали путём искусственной реминерализации.
Нами проведены спектроскопические исследования состава и структуры эмали
зубов при их естественной (в результате кариеса) и искусственной деминерализации и
искусственной реминерализации. Естественная деминерализация эмали исследовалась
методами лазерного эмиссионного спектрального анализа, инфракрасной Фурьеспектроскопии и рентгеновской диффрактометрии. Методом LIBS были исследованы
различные участки эмали зубов без их разделения. При проведении исследований FTIR и
XRD эмаль здоровых зубов была отделена от дентина, помолота до порошкообразного
состояния и помещена вначале в деминерализующий раствор, а затем в
реминерализующий, после чего регистрировались спектры поглощения и рентгеновские
спектры.
Лазерный спектральный анализ здоровой и кариесной (т.е. деминерализованной)
эмали
зубов
показал
снижение
содержания кальция в среднем на 3-3,5%
и фосфора – на 1-1,5% в кариесной эмали
по сравнению с нормальной. Также
обнаружено
изменение
содержания
других макро- и микроэлементов, таких
как магний, углерод, натрий, железо и др.
Анализ спектров поглощения и
рентгеновских спектров экспериментальной порции порошковых образцов,
подвергнутых искусственной деминерализации и реминерализации, показал,
что при одинаковой длительности
воздействия реминерализация происходит
медленнее
и сложнее, чем
деминерализация (см. рис.). Восстановлению
кристаллов
минеральной
составляющей зубной эмали препятствует, помимо прочего, удаление аморфной
неорганической фазы в процессе деминерализации, в связи с чем наблюдается излишний
рост хрупкой кристаллической фазы.
1. Сурменко Е.Л. Применение лазерного микроспектрального анализа в технологии
электронных приборов и медицинской диагностике: - Дис… канд. физ.-мат. наук. Саратов,
2004. 173 с.
29
ФОТОСЕНСИБИЛИЗАТОРЫ ХЛОРИНОВОЙ ГРУППЫ – ШАГ ВПЕРЕД В
РАЗВИТИИ ФОТОДИНАМИЧЕСКОЙ ТЕРАПИИ
Е.Ф.Странадко, М.В.Рябов
Государственный научный центр лазерной медицины МЗСР РФ
Все фотосенсибилизаторы первого поколения из группы производных
гематопорфирина имеют ряд недостатков: медленное накопление в опухолевой ткани,
сравнительно невысокая терапевтическая эффективность, длительный период кожной
фототоксичности. Для дальнейшего развития ФДТ злокачественных опухолей активно
разрабатываются фотосенсибилизаторы второго поколения, обладающие широкой
полосой поглощения в дальней красной и ближней инфракрасной областях спектра (650–
800 нм). Среди новых фотосенсибилизаторов второго поколения наиболее
перспективными являются производные хлорина е6, с пиком поглощения в диапазоне 654662 нм. Они нетоксичны, обладают высокой фотодинамической активностью, большим
коэффициентом контрастности (до 10:1), быстрым клиренсом.
В Государственном Научном Центре лазерной медицины МЗ РФ лечение больных
злокачественными новообразованиями методом ФДТ с производными хлорина е6
применяется в рамках клинических испытаний с 1998 года. За 8 лет лечение проведено
264 больным первичными и рецидивными злокачественными новообразованиями кожи,
орофарингеальной зоны, гортани, бронхов, пищевода, желудка и других локализаций. В
подавляющем большинстве случаев ФДТ выполнялась в амбулаторных условиях.
Лечение методом ФДТ с фотосенсибилизаторами хлоринового ряда не
сопровождалось развитием системных и местных осложнений и легко переносилось всеми
пациентами, включая пожилых больных с выраженной сопутствующей патологией. При
использовании большинства фотосенсибилизаторов, благодаря их быстрому накоплению
в опухоли, лазерное воздействие проводилось через 1–4 часа после внутривенного
введения препарата. Период повышенной светочувствительности не превышал 7 дней.
Терапевтический эффект отмечен у всех больных, включая полную резорбцию
опухолей у 199 (75,4 %) больных и частичную – у 65 (24,6 %). У 34 больных
обтурирующим раком пищевода, гортани и бронхов ФДТ не была направлена на
излечение и носила паллиативный характер – лечение проводилось с целью
реканализации полых органов. Во всех случаях получен выраженный эффект
реканализации с продолжительностью светлого промежутка от 3 до 7 месяцев.
Проведение ФДТ позволило значительно улучшить качество жизни этих больных.
Заключение. Фотосенсибилизаторы хлоринового ряда обладают высокой
фотодинамической активностью и терапевтической эффективностью, быстро выводятся
из организма больных и, благодаря быстрому клиренсу, не вызывают длительной
фотосенсибилизации. Это полностью решает проблему длительной кожной
фототоксичности, являющейся основным недостатком почти всех применяющихся в
клинике фотосенсибилизаторов. Благодаря быстрому накоплению в опухоли с высоким
градиентом контрастности между опухолевой и нормальной тканью, использование
фотосенсибилизаторов хлоринового ряда позволяет сократить всю лечебную процедуру с
нескольких суток до нескольких часов.
PHOTOSENSITIZERS OF CHLORIN GROUP – A NEW STAGE IN THE DEVELOPMENT
OF PHOTODYNAMIC THERAPY
Stranadko E.P., Riabov M.V.
Photosensitizers of chlorin group possess high photodynamic activity and therapeutic efficacy. They
rapidly remove from the patients’ organism and do not cause long-term skin photosensitivity. PDT
with chlorine sensitizers completely solves the problem of long-term systemic phototoxicity, which is
being the major drawback of first-generation sensitizers.
30
ФОТОДИНАМИЧЕСКАЯ ТЕРАПИЯ КАК КОМПОНЕНТ
КОМБИНИРОВАННОГО И КОМПЛЕКСНОГО ЛЕЧЕНИЯ ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫХ
ОПУХОЛЕЙ ГОЛОВЫ И ШЕИ
Странадко Е.Ф.1, Титова В.А.2, Рябов М.В.1, Петровский В.Ю.2
1 – Государственный научный центр лазерной медицины МЗСР РФ, 2 – Российский научный центр
рентгенорадиологии МЗСР РФ
Фотодинамическая терапия (ФДТ) является одной из самых перспективных
медицинских технологий, применяемых в современной онкологии. ФДТ позволяет
добиться полного разрушения опухоли с минимальным повреждением окружающих
здоровых тканей. Благодаря этому свойству, ФДТ широко применяется для лечения
опухолей головы и шеи, где традиционное хирургическое лечение сопровождается
нежелательными функциональными и косметическими последствиями. Однако методика
ФДТ позволяет добиться лишь разрушения первичной опухоли, в то время как
регионарные лимфоузлы и отдаленные метастазы недоступны для эффективного
воздействия. Любое подозрение на вовлечение в патологический процесс регионарных
лимфоузлов исключает применение ФДТ.
С целью расширения сферы применения ФДТ как щадящего ограносохраняющего
метода лечения нами разработаны и применены в клинике методики комбинированной и
комплексной терапии плоскоклеточного рака (ПКР) головы и шеи. Методика
комбинированной терапии заключается в проведении на первом этапе ФДТ первичной
опухоли, а на втором этапе дистанционной гамматерапии (ДГТ) зон регионарного
метастазирования. Комплексная терапия проводится в три этапа: на первом этапе
проводится полихимиотерапия по схеме PF, на втором этапе ФДТ первичной опухоли, на
третьем – ДГТ зон регионарного метастазирования. Комбинированная терапия
применяется у больных с первичным и рецидивным ПКР, по степени распространенности
соответствующим символам T1-2N0M0. При значительных размерах опухоли (T2-3N0M0)
или поражении регионарных лимфоузлов (T1-2N1M0) проводится комплексная терапия.
Лечение по разработанным схемам хорошо переносилось больными, что позволило
применить его у пациентов с выраженной сопутствующей патологией. Комбинированное
и комплексное лечение, основанное на применении ФДТ, переносилось больными легче,
чем традиционная комбинированная терапия, основанная на хирургической операции.
Терапевтический эффект (полная и частичная резорбция первичной опухоли) отмечен в
100% случаев.
Заключение. Использование методов комплексной и комбинированной терапии,
основанных на ФДТ, значительно расширяет спектр показаний к применению данного
метода.
Становится
возможным
проведение
минимально
инвазивного
органосохраняющего лечения как первичного, так и рецидивного ПКР различных
локализаций, осложненного регионарной лимфогенной диссеминацией.
PHOTODYNAMIC THERAPY AS A COMPONENT OF COMBINED AND COMPLEX
TREATMENT OF HEAD AND NECK CANCER
Stranadko E.P., Titova V.A., Riabov M.V., Petrovsky V.Y.
A new technique for the treatment of primary and recurrent squamous-cell cancer of the head and neck
with the use of PDT as a principal treatment stage for destruction of primary tumor and gammatherapy
and polychemotherapy as prophylaxis of regional and distant metastases had been designed and
clinically investigated.
Application of combined and complex therapy based on the use of PDT for destruction of primary
lesion expands the possibilities of radical treatment in patients with squamous-cell cancer of the head
and neck and improves long-term results.
31
ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА ДЛЯ МЕДИЦИНЫ:
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОТОННОЙ И ТЯЖЕЛОИОННОЙ ТЕРАПИИ С
ПОМОЩЬЮ GEANT4
И.А. Пшеничнов 1,2,3
1
Институт ядерных исследований Российской академии наук, 117312 Москва, Россия
2
Франкфуртский институт перспективных исследований FIAS, Универститет Гёте
60438 Франкфурт на Майне, Германия
3
E-mail: pshenich@inr.ru
Пучки
протонов и
тяжелых ионов являются высокоэффективными
терапевтическими инструментами применяемыми в онкологии [1]. Их избирательное
воздействие на глубокорасположенную опухоль связано с максимумом энерговыделения в
конце пробега (пик Брэгга). Это позволяет сохранять окружающие опухоль здоровые
ткани. Такая терапия реализуется путем тщательного планирования сеансов облучения и
детального моделирования транспорта частиц в тканях. В нашей работе [2]
демонстрируются возможности пакета GEANT4 [3,4] для расчета методом Монте-Карло
доз облучения от протонов и легких ядер с учетом фрагментации ядер и транспорта всех
вторичных частиц. Распределения доз по глубине для протонов и ядер 12C и 18O при
энергиях 80-400 МэВ на нуклон успешно описываются моделью. Рассчитываются
распределения вторичных частиц, включая ядерные фрагменты и нейтроны. Учет
процессов фрагментации ядер первичного пучка позволяет описать дозы получаемые
тканями за пределами пика Брэгга главным образом за счет вторичных протонов и ядер
гелия. Проведено сравнение доз от вторичных нейтронов для пучков протонов и ядер
углерода. Показано, что несмотря на то, что количество вторичных нейтронов на частицу
пучка больше для ядер углерода, относительный вклад нейтронной дозы по сравнению с
дозой от первичных ядер сравним с относительным вкладом нейтронов для протонных
пучков (~ 1%).
Пакет GEANT4 создан международной коллаборацией в области фундаментальной
физики. GEANT4 является открытым проектом, построен с помощью современных
методов программирования и визуализации. Он способен моделировать широкий круг
физических процессов, что позволяет применять его также и в медицинской физике.
[1] D. Schulz-Ertner, A. Nikoghosyan, C. Thilmann, et al., Results of carbon ion radiotherapy in
152 patients, Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 58 (2004) 631
[2] I.A. Pshenichnov, I.N. Mishustin, W. Greiner, Neutrons from fragmentation of light nuclei in
tissue-like media: a study with the GEANT4 toolkit, Phys. Med. Biol. 50 (2005) 5493,
http://arxiv.org/pdf/physics/0507091
[3] S. Agostinelli et al., (GEANT4 Collaboration) GEANT4: A simulation toolkit, Nucl.
Instrum. Meth. A506 (2003) 250
[4] GEANT4 Webpage, http://geant4.web.cern.ch/geant4/
32
РЕФРАКЦИОННАЯ ИНТРОСКОПИЯ НА КУРЧАТОВСКОМ ИСТОЧНИКЕ
СИНХРОТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ МЕДИЦИНСКОЙ ДИАГНОСТИКИ
А.А.Манушкин1, В.Г.Недорезов1,2, Д.К.Погорелый1, К.М.Подурец1*, В.А.Соменков1
1
- Российский научный центр «Курчатовский институт», Москва
2
- Институт ядерных исследований РАН, Москва
*E-mail: podurets@isssph.kiae.ru
Описано получение изображений методом рентгеновской рефракционной
интроскопии на Курчатовском источнике синхротронного излучения. Показано, что метод
рефракционной интроскопии позволяет обнаруживать вариации плотности много
меньшие чем в стандартной, абсорбционной интроскопии.
Метод рефракционной интроскопии состоит в следующем. Рентгеновские лучи,
проходящие через объект, преломляются на границах раздела, причем для мягких
биологических тканей углы отклонения составляют доли угловых секунд. При
использовании схемы регистрации с аналогичным угловым разрешением формируется
рефракционный контраст, значительно превышающий абсорбционный. Такой схемой
является двухкристальный спектрометр на совершенных кристаллах, в котором объект
размещается между двумя кристаллами, последовательно отражающими пучок. Установка
для рефракционной интроскопии включает в себя виброзащитное основание и
гониометрические узлы для юстировки кристаллов. Изображения регистрируются
цифровыми детекторами с разрешением от 10 до 50 мкм.
Проведены эксперименты по получению изображений модельных объектов и
объектов с предельно низкой вариацией плотности. Развиты методики обработки
изображений, позволяющие разделить рефракционный и абсорбционный контрасты.
Проведены эксперименты по получению изображений маммографического фантома,
различных биологических материалов, таких как камни желчного пузыря и др. Проведен
пробный эксперимент по изучению раковых опухолей на крысах, у которых на заднюю
конечность был привит рак. Эксперименты показали высокую эффективность и
информативность рефракционной интроскопии по сравнению со стандартной,
абсорбционной интроскопией.
REFRACTION IMAGING FOR MEDICAL DIAGNOSTICS AT THE KURCHATOV
SYNCHROTRON RADIATION SOURCE
A.A.Manushkin1, V.G.Nedorezov1,2, D.K.Pogoreliy1, K.M.Podurets1, V.A.Somenkov1
1
- Russian Research Center “Kurchatov Institute”, Moscow
2
- Institute for Nuclear Research RAS, Moscow
X-ray refraction imaging at the Kurchatov Synchrotron Radiation Source is presented. It is shown that
the refraction method makes possible to reveal significantly smaller density variations than the
conventional absorption method. Possible medical applications of the refraction imaging are discussed.
33
ФОТОИНАКТИВАЦИЯ БАКТЕРИЙ МОНОХРОМАТИЧЕСКИМ
СИНИМ СВЕТОМ
Е.В.Аметистов*, А.С.Дмитриев*, В.С.Зродников**, З.В.Запорожцева***, В.А.Подсосонный*
*\
Московский энергетический институт (Технический Университет)
**
ООО «Наука-Сервис-Центр»
***
ФГУ Московский НИИ педиатрии и детской хирургии РосЗдрава.
Наиболее часто условно-патогенные бактерии Escerichia coli (E.coli),
Staphylococcus aureus (S.aureus) и Pseudomonas aeruginosa (P.aeruginosa) встречаются на
мясных и молочных продуктах; эти бактерии имеют санитарно-гигеническое значение.
Подавление бактериальной микрофлоры существенно сказывается на качестве и
сроках хранения основных продуктов питания. Одним из способов инактивации бактерий
является их облучение. Наряду с общепринятым УФ облучением, в последнее время
стали применять методы фотодинамической инактивации бактерий.
Воздействие некогерентного монохроматического излучения синего диапазона
спектра на условно-патогенные бактерии: Escherichia coli (E. сoli); Staphylococcus aureus
(S.aureus) и Psceudomonas aeruginosa (P.aeruginosa) изучалось нами в стандартных чашках
Петри. Суспензию, содержащую микробную культуру, облучали в чашке Петри; в ряде
экспериментов, перед облучением, суспензию с бактериальной культурой смешивали с
раствором фотосенсибилизатора-рибофлавина; затем, производили посев как облученной
культуры, так и необлученной культуры (контроль) на мясопептонный агар, в другие
чашки Петри. Засеянные чашки Петри, испытуемую и контрольную, помещали в
термостат, при температуре Т=370С и выдерживали в течение 20 часов. По окончании
времени выдержки производили подсчет выросших колоний в испытуемой чашке Петри и
в контрольной.
Источник излучения – матрица размерами 80х80мм из 100 светоизлучающих
диодов - обеспечивал равномерное облучение поверхности чашки Петри синим светом
(длина волны 450нм), с плотностью мощности 4 мВт/см2.
Было проведено двенадцать серий опытов с различной длительностью облучения
(от 30 мин до 24 часов); при различных температурах окружающей среды (от 50С до
370С); и при различных концентрациях фотосенсибилизатора (от 0% до 0,5%); с
различной длительностью выдержки после облучения (от режима “без выдержки” до
выдержки в течение10 суток, при Т=50С).
Установлено: 1)
эффективность фотодинамической инактивации бактерий с
использованием рибофлавина не ниже эффективности известных фотосенсибилизаторов;
2) при дозах облучения синим светом в несколько десятков Дж/см2, фотоинактивация
бактерий осуществляется не только при весьма малых концентрациях рибофлавина
(0,0005%), но и в его отсутствии, просто при облучении суспензии бактерий синим
светом; 3) время выдержки бактериальной культуры при температуре Т=5 0С, без
изменения скорости роста, после 4-х часового облучения (доза 58 Дж/см2), достигает 10
суток; 4) при облучении синим светом подавляется процесс размножения бактерий в
логарифмической фазе роста, при Т=370С; 5) при облучении бактерий внутри
холодильной камеры, при Т=50С, с дозой облучения 117 Дж/см2, бактерии полностью
погибают.
Таким образом, экспериментально продемонстрировано, что монохроматический
синий свет (450 нм), в дозах облучения 100 Дж/см2 обладает выраженными
бактерицидными свойствами.
34
ФОТОТЕРАПЕВТИЧЕСКИЕ МЕТОДИКИ ЛЕЧЕНИЯ ОСТРЫХ
РЕСПИРАТОРНЫХ ВИРУСНЫХ ИНФЕКЦИЙ
*
**
***
Е.С. Кешишян*, В.С,Зродников**, В.А. Подсосонный***
ФГУ Московский НИИ педиатрии и детской хирургии РосЗдрава,
ООО « Наука-Сервис-Центр»,
Московский энергетический институт (Технический Университет)
Предложена методика лечения легких и средне-тяжелых форм острых
респираторных вирусных инфекций (ОРВИ) облучением слизистой оболочки полости рта
и глотки монохроматическим синим светом.
Синий свет действует как бактерицидное и обезболивающее средство.
Бактерицидные свойства синего света связаны с образованием под действием света
внутри клеток малой концентрации синглетного кислорода, который запускает каскад
свободно-радикальных реакций; последние стимулируют фагоцитоз и бактерицидные
свойства фагоцитов. Кроме того, под действием квантов синего света высвобождаются,
связанные гемоглобином молекулы окиси азота (NO), которые приводят к расслаблению
эпителия микрососудов. Кровь начинает более интенсивно омывать слизистые оболочки,
что также приводит к усилению бактерицидного и вирицидного эффектов.
При проявлении симптомов заболевания, слизистую оболочку полости рта и глотку
облучают синим светом в диапазоне длин волн (410-480) нм. Источник синего света для
новорожденных и детей раннего возраста представляет собой соску-пустышку, в корпус
которой вмонтированы светодиод, микроконтроллер и элемент питания.
Лечение новорожденных и детей раннего возраста осуществляется облучением
слизистой оболочки полости рта и глотки некогерентным синим светом, в спектральном
диапазоне (410-480) нм, суммарной дозой за один сеанс 0,1 Дж четыре раза в день, при
общем курсе от 4 до 20 сеансов.
Проведены клинические испытания в шести детских лечебных учреждениях;
пролечено около 850 детей, в возрасте от 1 месяца до 3 лет. При этом установлено:
1.
Продолжительность основных клинических симптомов (насморк, кашель
температурная реакция) сокращались практически вдвое, по сравнению с контрольной
группой, у 75% детей;
2.
Эффективность лечения синим светом тем выше, чем ранее начато лечение. Если
лечение начато при первых симптомах заболевания, возможно легкое течение болезни и
значительное снижение риска осложнений.
3.
Облучение синим светом уменьшает катаральные проявления и снижает
интоксикацию; отмечается четкое укорочение периода гипертермии, быстрое улучшение
общего состояния и улучшение аппетита.
4.
Облучение синим светом дает возможность исключить антибактериальные
препараты при лечении средне-тяжелых форм ОРВИ даже у детей первого года жизни.
5.
Не отмечено ни одного случая аллергических реакций и случаев индивидуальной
непереносимости.
35
РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ И АППАРАТУРНОГО
ОСНАЩЕНИЯ ДЛЯ НОВЫХ АМБУЛАТОРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
РАДИОНУКЛИДНОЙ ТЕРАПИИ
Е.С. Матусевич*, В.А. Костылев**, Б.Я. Дроздовский***, Б.Я. Наркевич**, В.А. Левченко****, П.И.
Гарбузов**, В.В. Крылов**, А.Н. Клепов*, О.П. Доля*, О.П. Власова*
* Государственный технический университет атомной энергетики, Обнинск
** Институт медицинской физики и инженерии, Москва
*** Медицинский радиологический научный центр РАМН, Обнинск
****Экспериментальный научно-исследовательский и методический центр
"МОДЕЛИРУЮЩИЕ СИСТЕМЫ», Обнинск
Annually approximately 40 – 50 thousands of patients are requiring radionuclide therapy in Russia.
The only existing clinics in Medical radiological research center RAMS (Obninsk) may cover only 8 –
10 of this need. The development and wide application of ambulant radionuclide technologies seems to
be the optimal decision. The scientific and administrative backgrounds of it are considered.
В рамках национальной программы в области здравоохранения запланированы проекты по
организации отделений радионуклидной терапии (ОРНТ) для лечения тяжелых больных онкологического и
неонкологического профиля, для которых применение РНТ в настоящее время является наиболее
эффективным. Это, прежде всего, заболевания щитовидной железы (ЩЖ) (25 тыс. случаев/год), рак ЩЖ (4
тыс. случаев/год), другие онкологические заболевания (14 тыс. случаев/год), заболевания опорнодвигательного аппарата (7 тыс. случаев/год). Единственная клиника РНТ (МРНЦ РАМН, г. Обнинск)
имеющая необходимое обеспечение и системы удаления радиоактивных отходов, в силу ограничения
пропускной способности не покрывает и десятой части этого количества. Актуальную же ныне остроту
проблемы с лечением указанного контингента больных можно в значительной степени снизить путем
интенсивного развития и внедрения амбулаторных технологий РНТ. И для этого есть все основания:
-работами авторов показано, что введение большинства применяемых терапевтических
радиофармпрепаратов (РФП) больным по различным показаниям вполне возможно осуществить в
амбулаторном режиме, не нарушая действующих нормативных требований (в частности, НРБ-99), особенно
в отношении безопасного облучения окружающих пациента лиц после его выписки;
-имеется огромный зарубежный опыт в области амбулаторного применения РНТ, подтвержденный в
последнее время исчерпывающими исследованиями характеристик безопасности и радиотоксичности
большинства применяемых РФП; основным результатом этих исследований является рекомендация
госпитализировать в закрытый режим только больных раком щитовидной железы при введении в организм
2 – 4 ГБк 131I;
-в России в составе большинства онкологических центров и клиник наличествует значительное
количество радиодиагностических отделений (РДО), имеющих минимально необходимое оснащение для
использования и утилизации радиоактивных веществ, а также разнообразное диагностическое
оборудование. Персонал РДО имеет опыт введения диагностических наборов РФП больным именно в
амбулаторном режиме.
Было бы целесообразно после определенной реорганизации, доукомплектования и кадрового
усиления, приспособить наиболее оснащенную часть указанных РДО для целей амбулаторного проведения
терапевтических радионуклидных процедур. Не подлежит сомнению, что этот путь потребует многократно
меньших финансовых, материальных и временных затрат, чем полномасштабная инсталляция в данной
клинике стационарного ОРНТ, начиная «от нуля».
Задача создания амбулаторных технологий РНТ носит многоаспектный характер. Требуется провести
комплекс многообразных экспериментальных и расчетных исследований, обеспечить четкое
дозиметрическое обоснование этой методики; провести клинические испытания, получить разрешительные
документы и утвердить клинические рекомендации. Большое значение имеет вопрос надежного
аппаратурного и методического обеспечения при амбулаторном проведении радионуклидных процедур.
В целом, данная проблема затрагивает интересы и компетенцию самых различных ведомств и
организаций, научно-исследовательских коллективов (Минздравсоцразвития РФ, Федерального агентства по
атомной энергии, федеральных и региональных органов власти, медицинских страховых компаний,
производителей
радиоизотопной
продукции,
защитного
оборудования,
дозиметрической
и
радиометрической аппаратуры), и для своего успешного решения с самого начала нуждается в тесной
координации своих действий, в согласованных усилиях, системном и достаточном финансировании.
Необходима также четкая экономико-техническая и административно-организационная проработка
программы внедрения амбулаторных методов РНТ в медицинских учреждениях России.
36
ПЕРСПЕКТИВЫ РЕАКТОРА ВВРц В НЕЙТРОННОЙ ТЕРАПИИ
Кураченко Ю.А.*, Матусевич Е.С.*, Ульяненко С.Е.**
*Обнинский Государственный Технический Университет Атомной Энергетики (ОГТУ АЭ),
E-mail: matusevich@iate.obninsk.ru
** Медицинский Радиологический Научный Центр Российской Академии Медицинских Наук
В настоящее время проводится модернизация реактора ВВРц (филиал ФХИ им.
Карпова), единственного оставшегося реактора в г. Обнинске. В связи с этим возникло
предложение переориентировать тепловую колонну (ТК) реактора, которая практически
не использовалась в последние годы, на решение задач нейтронной терапии.
Кроме того, горизонтальный канал ГК-1 того же реактора, в результате
многолетних расчётно-экспериментальных исследований и проектных проработок, в
настоящее время практически полностью оснащён для нейтронной терапии. В докладе
представлены расчётные характеристики пучка нейтронов канала ГК-1, подтверждённые
экспериментальными данными.
В докладе показано, что модернизируемый реактор ВВРц в сочетании с тепловой
колонной представляет уникальные возможности для проведения нейтронной терапии,
беспрецедентные в мировой практике, как для существующих установок, так и для вновь
проектируемых. Это, прежде всего:
 большой диаметр тепловой колонны: вход колонны «видит» всю активную зону,
обеспечивая большую «поверхность сбора» нейтронов;
 возможность приблизить «поверхность сбора» непосредственно к активной зоне;
 относительно высокая плотность нейтронов в реакторе при достаточно малых
размерах.
В докладе показано, что необходимые условия для использования нейтронного
пучка в терапии (уровни доз быстрых нейтронов и гамма-излучения в пучке и др.)
безусловно могут быть удовлетворены. Более того, плотность потока нейтронов на выходе
пучка может в 2 – 3 раза превысить существующие значения как используемых в мировой
практике установок, так и вновь проектируемых. Указанное преимущество позволит
значительно
уменьшить
время
терапевтических
процедур
и
увеличить
производительность установки.
PROSPECTS OF THE VVRc REACTOR IN NEUTRON THERAPY
Yu.A. Kurachenko*, Eu. S. Matusevich*, S.Eu. Oulyanenko**
*Obninsk State Technological University of Atomic Energy (ОГТУ АЭ), E-mail: matusevich@iate.obninsk.ru
**Medical Radiological Science Center of Russian Medical Academy
The horizontal channel #1 and thermal column of the VVRc reactor are studied for their applicability
for neutron therapy. The channel #1 is practically ready for the treatment, being profoundly founded on
calculations and experiments. The thermal column presents comprehensive facilities for the therapy
due to its unique characteristics, namely great dimensions and closeness to the reactor core.
37
ДИАГНОСТИКА ЛУЧЕВОГО МУКОЗИТА МЕТОДОМ ОПТИЧЕСКОЙ
КОГЕРЕНТНОЙ ТОМОГРАФИИ
Н.Д.Гладкова, А.В.Масленникова, И.В.Балалаева, Ю.В.Высельцева, А.Б.Терентьева, В.А.Лазарева
Нижегородская государственная медицинская академия (Нижний Новогород)
Мукозит – наиболее частое осложнение лучевого и химиолучевого лечения рака
головы и шеи. До настоящего времени не было предложено методов его диагностики на
тканевом и клеточном уровне, так как проведение гистологического исследования для
мониторинга состояния слизистой не представляется возможным. Оптическая когерентная
томография (ОКТ) метод получения изображений структуры биотканей, который
позволяет в режиме реального времени получать изображения подповерхностных
структур на глубине до 2 мм с разрешением 10-15 мкм,
Целью настоящего исследования является разработка метода объективной оценки
состояния слизистой в процессе
лучевой и химиолучевой терапии у больных
орофарингеальным раком.
С июня 2004 по сентябрь 2005 года мониторинг слизистой был осуществлен у 14
пациентов, которым проводилась консервативное лечение по поводу рака полости рта и
глотки. ОКТ-исследования проводились на оптическом когерентном томографе,
разработанном в ИПФ РАН (Нижний Новгород).
Мониторинг слизистой проводился ежедневно, начиная с первого дня облучения. В
качестве стандартных зон сканирования были выбраны точки на середине линии,
соединяющей выводной проток слюнной железы и угол рта справа и слева.
Метод ОКТ позволил существенно дополнить информацию, полученную при
визуальной оценке состояния слизистой в процессе консервативного лечения. Типичными
ОКТ-проявлениями мукозита были нарастающее снижение контраста тканевых слоев
вплоть до полной бесструктурности в области эрозии, уменьшение толщины
эпителиального слоя и уменьшение глубины изображения. Изменения на ОКТизображениях появлялись раньше и сохранялись более длительное время, чем визуальные
изменения слизистой, а степень их выраженности коррелировала с тяжестью клинических
симптомов. Максимум клинических проявлений мукозита соответствовал наибольшим
изменениям на ОКТ-изображениях. Таким образом, ОКТ дает возможность на тканевом
уровне оценить индивидуальные особенности повреждения и восстановления структуры
слизистой, а также отдаленные последствия облучения у конкретного пациента.
38
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ БИОТКАНЕЙ
ПО ПРОСТРАНСТВЕННЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ УПРУГОГО
СВЕТОРАССЕЯНИЯ
Векслер Б.А., Ковалева А.В., Максимова И.Л.
Саратовский государственный университет
E-mail: maksimova@optics.sgu.ru
This work deals with the problem of definition of parameters of local inhomogeneities in surface
stratums of a biotissue by light back scattering. For the solution of a viewed problem was used neural
network approach.
В работе рассмотрены возможности определения параметров локальных
неоднородностей (структурные элементы в норме и патологии, опухолевые образования,
инородные включения), расположенных в поверхностных слоях биоткани по данным
обратного светорассеяния. Методика экспериментальных исследований состоит в
освещении исследуемого объекта по нормали к его поверхности направленным пучком
непрерывного низкоинтенсивного лазерного излучения. Обратно рассеянное излучение
регистрируется с помощью набора волоконных световодов, расположенных на различных
фиксированных расстояниях от точки входа зондирующего пучка. Зависимость
регистрируемой датчиком интенсивности от его удаления от точки входа зондирующего
пучка определяется рассеивающими свойствами биоткани. Появление локальной
неоднородности существенно изменяет регистрируемое распределение обратного
рассеяния, и эта информация используется для определения параметров неоднородности.
В работе проведено компьютерное моделирование пространственного
распределения обратно рассеянного излучения с учетом эффектов многократного
рассеяния для слоя мелкодисперсных частиц, содержащего локальные неоднородности
размером порядка и больше длины волны излучения. Моделирование осуществлялось на
основе прямого имитационного метода Монте Карло. Форма мелкодисперсных
рассеивающих частиц предполагалась сферической и их индикатрисы рассеяния
рассчитывались согласно теории Ми, а локальные неоднородности имели произвольную
конфигурацию. Показано, что рассматриваемая геометрия эксперимента позволяет для
ускорения расчетов использовать усредненные по поляризации угловые характеристики
рассеяния. Диагностическая задача заключается в определении глубины залегания, формы
размеров и коэффициента поглощения локальной неоднородности по характеристикам
пространственного распределения обратно рассеянного излучения. Аналитическое
решение такой задачи даже для неоднородностей простой формы и в условиях
однократного рассеяния представляет собой сложную проблему. Учет эффекров
многократного рассеяния, обычно имеющих место в условиях реального эксперимента,
делает аналитическое решение практически невозможным. Поэтому в данной работе для
решения рассматриваемой задачи использовался нейросетевой подход.
Для создания и обучения нейронной сети использован программный продукт
MATLAB 6.5, с помощью которого создана многослойная нейронная сеть с линейной
функцией активации. В качестве набора обучающих параметров использованы результаты
численно моделирования пространственного распределения обратного светорассеяния.
Выходными параметрами являются двумерные пространственные распределения
локальных неоднородностей слоя. В качестве тестового примера возможностей обучения
нейросети рассмотрена задача определения размера крупной сферической частицы по
пространственному распределению интенсивности рассеяния в заднюю полуплоскость.
Показана перспективность предложенной методики. Исследована зависимость точности
получаемого решения от количества входных параметров, определяемого шагом по углу
рассеяния.
39
РЕГИСТРАЦИЯ СПОНТАННОГО ИЗМЕНЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ
ВОДЫ С ПОМОЩЬЮ ОТРАЖАТЕЛЬНОГО ЛАЗЕРНОГО РЕФРАКТОМЕТРА
Авшалумов А.Ш., Лазарев Ю.Б.
Московский институт кибернетической медицины
www.mricm.com, www.cybermed.ru, E-mail: lazarev@cybermed.ru
В докладе представлены результаты экспериментального исследования поведения
показателя преломления (n) воды при изменении температуры, полученные с помощью
автоматизированного внутрирезонаторного отражательного лазерного рефрактометра в
реальном времени.
Данный рефрактометр [1] базируется на управлении спектром излучения
двухчастотного лазера с фазовой анизотропией на отражении. Информативным сигналом
служит частота биений между генерируемыми модами, по изменению которой
определяется n исследуемой среды. Образец воды размером 20х25х0,2 мм3 размещался на
светочувствительной грани кварцевой призмы полного внутреннего отражения, которая
являлась внутренним зеркалом ломанного трехзеркального резонатора He-Ne лазера 0,63
мкм. Объем воды, в котором измерялся n, определялся диаметром каустики луча (<0,5 мм)
и глубиной проникновения (<5 мкм). Температура призмы контролировалась датчиком
DS1624 с абсолютной погрешностью 0,03 0С. Частота биений регистрировалась цифровым
частотомером. Дополнительно такими же датчиками контролировалась температура
газоразрядной трубки лазера и окружающей среды. Результаты всех измерений поступали
в компьютер и обрабатывались в реальном времени. Чувствительность рефрактометра при
измерении относительного изменения n воды составляла 510-7.
Экспериментально получено, что при увеличении температуры n воды линейно
уменьшается на 110-4 град-1. При этом n воды случайным образом изменяется в пределах
±110-6. Однако, для воды с рН = 11,1 при постоянной температуре 23,5 0С наблюдается
явление дискретного спонтанного обратимого изменения n на величину 10-5 на время от
одной до нескольких секунд. Данное поведение n воды имеет место в течение
длительного времени, пока ее температура не изменялась более чем на 0,06 0С.
Такое поведение, по-видимому, может быть связано с кластерной структурой воды,
содержащей избыток ОН- ионов. Как известно, коллективные свойства молекул
определяют статическое и динамической состояние воды [2]. Это основано на слабой
зависимости энергии одной водородной связи и очень сильной зависимости статического
и динамического состояния системы, т.е. коллектива связанных молекул, от температуры.
Обращалось внимание, что аномалии систем одинаковых молекул Н2О обусловлены
особенностями ее структуры. Молекула Н2О представляет собой двойной симметричный
донор и акцептор протонов, что, как полагают, приводит как к внутримолекулярным, так
и межмолекулярным переходам протонов в большом объеме (10 мкм3). Синхронные
переходы протонов в больших объемах конденсированной фазы Н2О приводят к
синхронной осцилляции дипольных моментов молекул в таких же объемах. Ранее в [3]
предполагалось, что макроскопические метастабильные состояния (кластеры) воды и
водных растворов проявляют квантовые свойства.
1. Лазарев Ю.Б. Разработка метода внутрирезонаторной отражательной лазерной
рефрактометрии для медико-биологической диагностики. – Дисс. на соиск. учен. степ.
канд. физ.-мат. наук. М.:МИФИ, 2002, 209 с.
2. Зацепина Г.Н. Физические свойства и структура воды. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1998.
- 184 с.
3. Бинги В.Н. Магнитобиология: эксперименты и модели. М., «МИЛТА», 2002. – 592с.
40
СОЗДАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ МОДЕЛИ БИОСЕНСОРА НА ОСНОВЕ ШТАММА
PSEUDOMONAS CLORORAPHIS, СПОСОБНОГО К БИОДЕГРАДАЦИИ
НАФТАЛИНА В ПРИСУТСТВИИ ИОНОВ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ
Автух А.Н., Сиунова Т.В., Решетилов А.Н.
Пущинский государственный университет, ИБФМ РАН им. Скрябина
E-mail: Avtukh@rambler.ru
Annotation
The laboratory models of biosensors on basic strain P. сhlororaphis were created in this work. It can
applied to detect naphthalene in samples purified by ions of heavy metals. The bacterial strain has the
plasmid of naphthalene degradation and the plasmid of resistance to nickel and cobalt ions. The
analytical characteristics of biosensor were determined.
Нафталин принадлежит к числу распространённых токсичных соединений.
Разрабатываются методы его определения и утилизации. Перспективными считаются
методы, использующие потенциал микроорганизмов-деструкторов. Подробно изучены
пути метаболизма нафталина, контролируемые хромосомами или плазмидами у
грамотрицательных бактерий рода Pseudomonas. Стадии процесса биодеградации
осуществляются микробными оксигеназами и протекают с потреблением кислорода.
Благодаря им на основе таких штаммов возможно создавать рецепторные элементы
биосенсоров для детекции нафталина с использованием в качестве преобразователя
кислородного электрода.
Целью настоящей работы являлось создание лабораторной модели биосенсора для
определения нафталина в присутствии ионов тяжёлых металлов на основе штаммов
бактерий рода Pseudomonas, содержащих плазмиду деградации нафталина.
Были созданы модели амперометрических биосенсоров для детекции нафталина на
основе двух штаммов: P. chlororaphis PCL 1391 (pBS216) и P. chlororaphis PCL 1391
(pBS216, pBS501). Для сенсоров на их основе получили калибровочные зависимости и
определили аналитические характеристики. Оптимальной оказалась модель сенсора на
основе штамма P. chlororaphis PCL 1391 (pBS216, pBS501).
Для этой модели линейный диапазон детекции составил 14–38 мкМ, предел
обнаружения – 2 мкМ, длительность единичного измерения – 15–20 мин, долговременная
стабильность – трое суток. При изучении субстратной специфичности максимальные
ответы сенсора наблюдались при использовании в качестве субстратов салицилата,
катехола и этанола, величина ответа сенсора на остальные соединениям находилась ниже
уровня ответа на нафталин.
Изучено влияние ионов тяжёлых металлов (кобальта и никеля) на величину сигнала
сенсора при использовании штамма, содержащего плазмиду резистентности, и штамма,
лишённого её. Рост чувствительного штамма ингибировался в среде с 0,1 мМ Ni2+, а
устойчивого – не изменялся. В диапазоне концентраций 0,1–1 мМ Ni2+ обнаружено
снижение ответов сенсора на основе чувствительного штамма, ответы сенсора на основе
устойчивого штамма не изменялись.
Из полученных результатов следует, что указанные штаммы микроорганизмов
перспективны при разработке аналитических систем по детекции нафталина в реальных
условиях.
41
СОЗДАНИЕ РАДИОЛОГИЧЕСКОГО ЦЕНТРА ИЯИ РАН
С.В.Акулиничев, Л.В.Кравчук и В.А.Матвеев
Институт ядерных исследований РАН
E-mail: akulinic@inr.ru
В Институте ядерных исследований РАН в Троицке завершается строительство 1ой очереди радиологического центра на базе линейного ускорителя протонов ИЯИ РАН.
Основной задачей создаваемого медико-физического комплекса является протонная
лучевая терапия злокачественных новообразований. Адронная лучевая терапия позволяет
успешно лечить тех онкологических пациентов, для которых сложность локализации
опухолей препятствует хирургическому вмешательству и конвенциальной лучевой
терапии. Это связано с тем, что адроны выделяют основную часть ионизирующей энергии
в конце пробега (пик Брэгга) и мало отклоняются при движении в веществе. Протонная
терапия или ее сочетание с другими видами лечения может быть рекомендована около 20
% больных со злокачественными опухолями, а имеющиеся центры могут принять лишь
около 1 % таких пациентов. Для ряда опухолей (меланома обратной стороны глаза и др.)
протонная терапия в России практически не проводилась. Создаваемый радиологический
центр направлен в основном на разработку и внедрение в практику новых методов
лучевой терапии и, в первую очередь, протонной терапии для сложных локализаций
опухолей.
Первая очередь центра включает в себя камеру облучения на горизонтальном фиксированном пучке
протонов, камеру облучения фотонами на ускорителе СЛ-75-5-МТ, рентгеновское отделение с КТ и
рентгенотерапевтическим аппаратом и амбулаторию. Оригинальная комбинированная система фиксации и
позиционирования пациента позволяет облучать протонами опухоли любой локализации, максимальный
размер опухоли может быть 10 см. В процессе создания центра был разработан и изготовлен ряд приборов и
устройств, многие из которых превосходят по своим параметрам российские и зарубежные аналоги.
Например, были созданы рекордные по прозрачности и чувствительности многоканальные воздушные
ионизационные камеры, прецизионная компьютеризованная система фиксации и перемещения пациента в
сидячем или лежачем положениях, система измерения энергии и положения пучка протонов, цифровая
рентгеновская система центрации и др. В конце 2005 года были сданы Государственной комиссии камера
конвенциальной лучевой терапии и амбулатория в здании Экспериментального комплекса ИЯИ. В текущем
году планируется сдача 1-ой очереди центра целиком.
Предполагаемая 2-ая очередь центра может включать камеры облучения с
вращающимися пучками протонов (гантри) и систему сканирования пучка протонов,
которые расширяют возможности протонной терапии. Кроме того, совместно с другими
институтами ведутся исследования по разработке новых методов лучевой терапии и
новых приборов для внедрения в радиологических учреждениях.
STATUS OF RADIOLOGICAL CENTER OF INR
S.V.Akulinichev, L.V.Kravchuk and V.A.Matveev,
Institute for nuclear research of RAS (akulinic@inr.ru)
The first stage of the radiological center of INR in Troitsk, based on INR proton linac, is going to be
built in Moscow. One treatment room with fixed horizontal proton, as well as the conventional
radiotherapy treatment room, will be put in action by the end of this year. Many devices and systems
with remarkable parameters were created for the needs of the center. The second stage of the center
with beam rotation and scanning is now under consideration.
42
ПЕРСПЕКТИВЫ НЕЙТРОН-ЗАХВАТНОЙ ТЕРАПИИ
НА НЕЙТРОННОМ КОМПЛЕКСЕ ИЯИ РАН
С.В. Акулиничев и В.М.Скоркин
Институт ядерных исследований РАН, Москва
E-mail: skorkin@inr.ru
В работе рассмотрена перспектива использования источников нейтронов
Нейтронного комплекса ИЯИ для нейтрон-захватной терапии с использованием
гадолиния (Gd-НЗТ). В результате захвата тепловых нейтронов гадолинием возникает
бета и гамма излучение, которое разрушает близлежащие раковые клетки. Преимущество
Gd-НЗТ – это относительно невысокие потоки тепловых нейтронов и равномерное
пространственное распределение поглощённой дозы излучения [1]. При концентрации Gd
в опухоли 2.4 мг/мл, облучение потоком тепловых нейтронов 2109 см–2 в течении часа
подавляет рост опухоли [2].
Такой поток тепловых нейтронов может быть получен на источниках нейтронов
ИЯИ при токе Линейного ускорителя протонов  50 мкА. В качестве источника нейтронов
используется свинцовая или вольфрамовая мишень, окружённая системой охлаждения,
полностью поглощающая первичный пучок протонов и создающая в облучательном
канале максимальный поток испарительных нейтронов. Система замедления, состоящая
из конверторов, отражателей и замедлителей, обеспечивает максимально возможный
поток тепловых нейтронов на поверхности замедлителя. В работе проведены расчёты
плотности потока тепловых нейтронов с использованием метода Монте Карло и оценки в
диффузионном приближении для различных замедлителей и конверторов. Максимальный
поток с поверхности замедлителя ( 1013 см–2с–1) обеспечивается D2O замедлителем с
вольфрамовым конвертором и бериллиевым отражателем. При этом примесь гамма
излучения в нейтронном потоке оказывается минимальной. Поток тепловых нейтронов на
опухоль оказывается порядка 109 см–2с–1. Мощность дозы от захвата тепловых нейтронов
в ткани, содержащей 2.4 мг Gd на 1 мл, составляет около 1 Гр/мин.
1. Y. M. Yevdokimov et al. Int. J. Biol. Macromol. 370 (2005) 165.
2. Tokumitsu H., Hiratsuka J., Sakurai Y. et al// Cancer Letters. 2000 . V.150. P.177.
THE POTENTIAL OF THE INR NEUTRON COMPLEX
FOR NEUTRON-CAPTURE THERAPY
S.V.Akulinichev and V.M.Skorkin
Institute for Nuclear Research of the Russian Academy of Sciences, Moscow
The potential of the INR Neutron Complex for the gadolinium neutron-capture therapy was studied. A
vertical neutron channel of the Neutron Complex and a graphite prism was considered as a source of
thermal neutrons. The thermal neutron flux from the neutron source was calculated. Maximum thermal
neutron flux (109 cm–2s–1) can be obtained with the D2O moderator. A resulting dose rate due to
neutron-capture reaction was estimated as 1 Gy/min.
43
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ДОЗЫ БЕТА И ГАММА ИЗЛУЧЕНИЙ ОТ ЗАХВАТА
НЕЙТРОНОВ В ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ДИСПЕРСИИ GD-ДНК
С.В. Акулиничев1, Ю.М. Евдокимов2, В.И. Салянов2, В.М. Скоркин1
1
Институт ядерных исследований РАН, Москва
E-mail: skorkin@inr.ru
2
Институт молекулярной биологии имени В.А. Энгельгардта РАН, Москва.
В работе [1] рассмотрена возможность применения в нейтрон-захватной терапии
частиц жидкокристаллической дисперсии (ЖКД) комплекса Gd-ДНК. В результате
захвата тепловых нейтронов в частицах ЖКД возникает бета и гамма излучение, которое
разрушает раковые клетки в опухоли. Частица ЖКД диаметром  0.5 мкм содержит 104
молекул комплекса Gd-ДНК, с расчётной концентрацией Gd в комплексе около 33%.
Методом активационного анализа проведено определение концентрации Gd в комплексе
Gd-ДНК. Анализ проводился с использованием реакции 160Gd (n,2n)159Gd на быстрых
нейтронах. Экспериментальные значения концентрации Gd совпадают с расчётным в
пределах погрешности. Тепловой нейтрон создаёт в частице ЖКД
-кванты,
конверсионные и Оже электроны с суммарной энергией 7.94 МэВ [2]. Нами рассчитаны
потери энергии излучения в частице ЖКД, распределение линейной передачи энергии
(ЛПЭ) электронами биологической ткани, вклады электронов и гамма квантов в
поглощённую дозу. Показано, что электроны с энергией  2 КэВ практически полностью
поглощаются в частице ЖКД. Электроны с энергией от 2 до 7 КэВ создают локальную
дозу 0.12 Грей в пределах 1мкм от частицы ЖКД. Электроны больших энергий дают
заметный вклад в ЛПЭ на расстоянии до 0.5 мм. Такие электроны создают равномерное
распределение поглощённой дозы при концентрации частиц ЖКД c > 0.21010 мл–1. При
флюенсе нейтронов  =1012 см–2 число захватов нейтронов в 1 частице ЖКД составит n 
1, а поглощённая доза, например, для концентрации частиц ЖКД c = 0.71012 мл–1
составит De 6 Гр. Гамма излучение практически не поглощается в частице ЖКД.
Поглощённая доза гамма излучения в опухоли размером 1 мл при c = 0.71012 мл–1 и 
=1012 см–2 составляет до 8 Гр. Повреждение здоровой ткани в слое толщиной 1 см
составит 0.5 Гр. С помощью детектора BiGeO зарегистрировано гамма излучение от
частиц ЖКД с пиками в области энергий 1-2 МэВ.
1. Y. M. Yevdokimov et al. Int. J. Biol. Macromol. 370 (2005) 165
2. R.C.Greenwood, C.W. Reich, H.A.Baader et al// Nucl. Phys. 1978. V. A 304. P.327.
BETTA AND GAMMA RADIATION DOSE DISTRIBUTION FOR
NEUTRON CAPTURE IN LIQUID-CRYSTALLINE DISPERSION GD-DNA
1
S.V.Akulinichev1, Y.M. Yevdokimov2, V.I. Salyanov2, V.M.Skorkin1
Institute for Nuclear Research of the Russian Academy of Sciences, Moscow
2
Engelhardt Institute of Molecular Biology of the Russian Academy of Sciences, Moscow
Neutron capture reaction in the particles of liquid-crystalline dispersion (LCD) of the Gd-DNA
complexes was used for radiation production. The local Gd concentration in a complex reaches 33%.
The concentration of the gadolinium in the LCD particles was measured using the neutron activation
analysis. Radiation dose distribution in tumors was calculated.
44
НОВЫЙ КОМПЛЕКС FULLEROSIL ДЛЯ МЕДИЦИНСКОЙ ХИМИИ
Е.Ф.Шека
Российский университет дружбы народов, Москва
Сегодня компьютерное конструирование лекарств (ККЛ) уже перестало быть
экзотикой и стало в ряд рабочих методов, используемых в практической технологии
лекарств, с вполне определенной эффективностью и выходом. Наибольшую известность в
этой области получил так называемый докинг, отвечающий поиску наилучшего
связывания между органической молекулой и белковой мишенью [1]. И поэтому визитной
карточкой ККЛ являются успешно исследуемые многоатомные протеин-лигандовые. Изза огромного числа атомов ККЛ на основе подобных комплексов является
многостадийным процессом с использованием различных теоретических приближений на
различных стадиях моделирования. Именно такой трудоемкий, многостадийный
вычислительный процесс обычно ассоциируется с ККЛ.
В настоящей работе предлагается новый лекарственный комплекс на основе
достаточно простых компонентов, компьютерное моделирование которого можно
произвести одностадийно. Этими компонентами являются наноразмерный пирогенный
кремнезем (НПК) и молекула фуллерена С60. Оба компонента, взятые в отдельности,
обладают активным медико-биологическим действием. Медицинская химия НПК
насчитывает уже почти 20 лет, в течение которых было проведено большое число
химических, биологических и клинических исследований [2]. Результатом явился
лекарственный препарат широкого спектра действия СИЛИКС, который показал себя не
только как прекрасный биокоррегирующий энтеросорбент, превосходящий по своим
характеристикам все известные сорбенты, но и как эффективное средство для
монотерапии разнообразных заболеваний [2]. О медико-биологической активности
фуллеренов вообще и фуллерена С60, в частности, также хорошо известно [3-5]. Возникает
естественный вопрос, что можно ожидать от объединения этих компонентов. Идея
создания комплексных лекарственных препаратов на основе НПК не нова. Использование
в качестве наносимых на поверхность НПК таких лекарственных препаратов как
амфотерицин, высокодиспергированные лекарственные растения показали, что
применение подобных композитных систем обусловливает пролонгированное действие
препаратов, способно снизить дозу и увеличивает биодоступность лекарственного
компонента, отчетливо выявляет синергетическое действие ингредиентов [2]. В свою
очередь, композитные системы на основе фуллерена и высокодисперсного кремнезема
также известны [6]. В качестве носителя использовался высокопористый силикагель. Было
показано, что добавление фуллерена приводит к селективной адсорбции на композите
липопротеидов
низкой
плотности,
что
делает
возможным
использование
фуллеренизированного силикагеля в качестве эффективного иммуносорбента для лечения
атеросклероза. При этом оставалось невыясненным, как связывается фуллерен с
носителем, и насколько изменяются свойства фуллерена при этом связывании. В
настоящей работе будет представлена попытка ответа на эти вопросы.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Wang,W., O.Donini, C.Reyes, P.A.Kollman, Ann. Rev.Biophys Biomol Struct 2001, 30,
211.
Медицинская химия кремнезема под ред. А.А.Чуйко. Наукова думка:Киев, 2003.
A.W.Jensen, S.R.Wilson, D.I.Schuster. Biorg.& Med. Chem. 1996, 4. 767.
A.Bianco, T.Da Ros, M.Prato, C.Toniolo. J.Pept.Sci. 2001, 7, 208.
Л.Б.Пиотровский в книге «Фундаментальные направления молекулярной
медицины», Росток: С.Петербург, 2005. С. 197.
В.М.Седов, Н.Г.Подосенова, А.С.Кузнецов. Кинетика и катализ. 2002. 43 (1). С.61.
45
ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ МНОГОПУЧКОВОГО
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ГЕНЕРАТОРА УДАРНЫХ ВОЛН В ЛИТОТРИПСИИ
Андриянов Ю.В., Гарилевич Б.А., Багаудинов К.Г., Олефир Ю.В
ГНЦ РФ ТРИНИТИ, г.Троицк, E-mail: andryu@gcnet.ru
7 Центральный Военный Клинический Авиационный Госпиталь МО РФ, г.Москва
Существенно повысить эффективность использования генераторов ударных волн
(ГУВ) в литотрипсии позволяет разработанный авторами новый принцип фокусирования,
основанный на эффекте наложения нескольких слабофокусированных ударных волн в
фокальной зоне генератора электромагнитного типа.
В современных многоэлементных пьезоэлектрических генераторах общий фронт
волны формируется на начальном участке и далее распространяется как единая ударная
волна. В предлагаемом многопучковом электромагнитном генераторе волны
формируются каждым излучателем и распространяются в большей части звукопровода
независимо друг от друга, каждая в своей области пространства. При этом за счет слабой
фокусировки и нелинейности каждый волновой импульс независимо от других
преобразуется в ударную волну, и лишь после этого эти ударные волны накладываются
друг на друга в зоне фокуса генератора.
Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили создать
экспериментальный образец трехпучкового генератора УВ и показали, что такой способ
фокусирования позволяет, во-первых, существенно повысить амплитуду импульсного
давления в фокусе, что приводит к усилению разрушительного воздействия на камни. Вовторых, в зоне фокуса формируется резкая граница распределения давления в поперечном
направлении, что является дополнительным фактором усиления разрушающего действия.
В-третьих, поскольку ударные волны от каждого излучателя пересекаются лишь в
непосредственной близости от фокуса, обеспечивается получение более локализованной
зоны повышенного импульсного давления вдоль оси генератора, что уменьшает риск
повреждающего действия на мягкие ткани. Выбор конструктивных параметров генератора
в определенном диапазоне, позволяет практически полностью устранить полуволну
отрицательного давления, что позволит значительно уменьшить фактор травматичности
при использовании многопучкового генератора в клинике.
Кроме того, предлагаемый генератор ударных волн удобен при проведении
процедур и его отличает высокая стабильность генерируемых импульсов, повышенный
срок службы, низкие эксплуатационные расходы.
POTENTIAL OPPORTUNITIES OF THE MULTI-BEAMS ELECTROMAGNETIC SHOCK
WAVES GENERATOR IN LITHOTRIPTHY
Yu.V.Andriyanov, B.A.Garilevich, K.G.Bagaudinov, Yu.V.Olefir
Advantages in lithotripthy of the multi-beam electromagnetic shock waves generator are proved
theoretically and experimentally.
46
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ РАЗРАБОТКИ ТЕРАПЕВТИЧЕСКОГО
ПРИМЕНЕНИЯ УДАРНЫХ ВОЛН
Гарилевич Б.А., Андриянов Ю.В. Олефир Ю.В., Ротов А.Е.
7-й Центральный Военный Клинический Авиационный Госпиталь МО РФ, г.Москва
ГНЦ РФ ТРИНИТИ, г.Троицк
E-mail: andryu@gcnet.ru
Экспериментальные исследования в области изучения биологического действия
ударно-волновых импульсов (УВИ) на органы и ткани позволили установить параметры
стимулирующего воздействия их на клеточный метаболизм и репаративные процессы
(Гарилевич Б.А. и соавт., 1997), что явилось основанием к разработке
экспериментального ударно-волнового комплекса «Биостим» с параметрами
стимулирующего воздействия УВИ. Кроме того, при разработке литотриптера «Урат-П2»
введены режимы работы генератора ударных волн, которые также оказывают
положительное терапевтическое воздействие. На этих устройствах использована
электрогидравлическая система генерации ударных волн.
Установлено, что терапевтическим действием на метаболические процессы в
тканях оказывают УВИ микросекундного диапазона в пределах от 3 до 20 МПа по
амплитуде, и в диапазоне от 15 до 600 по углу наклона фронта УВИ к оси времени при
длительности импульса на полувысоте его амплитуды от 0,6 до 2,0 мкс. Эффективно эти
процессы происходят при нагрузке с амплитудой сжатия (т.е. положительной фазы
импульса) менее 20 МПа и подаче боле 500 импульсов.
Эксперименты с нанесением кожной раны показали, что УВС способствовала
заживлению ран на 5-7 дней раньше, чем в контрольной группе. При гистологическом
исследовании зажившей раны установлено, что эпидермис был правильно сформирован, с
обычным расположением клеточных слоев.
При гистологическом исследовании ткани почки после ударно-волновой
стимуляции отмечались изменения, свидетельствующие об активации метаболических
процессов. Выявлено полнокровие сосудов микроциркуляторного русла коркового и
мозгового вещества почек, преимущественно капилляров и артериол, что указывает на
повышение эффективности внепочечной нейрогуморальной регуляции гомеостаза за счет
усиления синтеза простогландинов.
При ударно-волновом воздействии на область перелома костей голени 20 больным
отмечалось формирование костной мозоли на 9,6+0,1 дня раньше, чем в группе больных при
использовании традиционных методов лечения.
В настоящее время ударно-волновая терапия широко используется для лечения
хронических дегенеративно-дистрофических заболеваний опорно-двигательной системы.
Наши исследования дают основания к расширению области клинического применения
ударно-волновой терапии, в частности при хронических воспалительных заболеваниях
внутренних органов.
PERSPECTIVE DEVELOPMENTS OF THERAPEUTIC APPLICATION OF ACOUSTICAL
SHOCK WAVES
B.A.Garilevich, Yu.V.Andriyanov, Yu.V.Olefir, A.E.Rotov
Results of experimental and clinical researches of therapeutic action of shock waves are submitted.
Perspective directions of researches in this area are discussed.
47
ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИЕ И СТРУКТУРНЫЕ СВОЙСТВА КОЛЛАГЕНА И ИХ
РОЛЬ В РАЗДРАЖЕНИИ МЕХАНОРЕЦЕПТОРОВ КОЖИ
Зевеке А.В., Ашутов А.Н., Гущина Ю.Ю., Мокров Я.П., Плохов Р.А.
Нижегородская государственная медакадемия,
Научно-образовательный центр “Физика твердотельных наноструктур”
Нижегородского государственного университета им. Лобачевского, Лицей № 8,
E-mail: zeveke@bio.unn.ru
С открытием различных форм рецепторов кожи и обнаружением точек,
отвечающих за различные модальности ощущений, возникла дискуссия о
функциональных свойствах этих рецепторов. Одни считают их специфическими,
отвечающими за различные виды ощущений, другие считают, что все рецепторы кожи –
это механорецепторы, а различные ощущения зависят от пространственно-временных
образов афферентных импульсов, формирующихся механорецепторами совместно с
окружающими тканями. Особенно много дискуссий ведется о механизме реакции
рецепторов на холодовые раздражители. Полагали, что при холодовом раздражении
сокращаются вазоконстрикторы и пилоэректоры, тем самым раздражая медленно
адаптирующиеся механорецепторы. Но зарегистрировать сокращения этих мышц не
удалось никому. На оригинальной модели мы показали: при холодовом раздражении
сокращается коллаген кожи. Пучок коллагена, длиною 1 мм, при охлаждении на 1ºС
сокращается на 0,1 мкм, при этом он скручивается. При нагревании коллаген удлиняется и
раскручивается. Вращение может составлять до 70 градусов. Методом атомно-силовой
микроскопии (AСM) нами установлено: величина периодической исчерченности
коллагена составляет 67 нм на воздухе и 54-57 нм в воде. Этот показатель не изменялся ни
при помещении препаратов в тяжелую воду, ни при изменении рН (от 5,2 до 9,6), ни при
воздействии гепарином. Уменьшение периода до 51 нм наблюдалось лишь при
воздействии аминазином, блокирующим гликозаминогликаны и меняющим конформацию
белков. Применением акустической моды АСМ подтверждено наличие тонкой
субпериодической исчерченности, показана объемно-структурная природа этой
субисчерченности. Причиной деформации коллагена является вода, молекулы которой
при охлаждении встраиваются в промежутки трехспиральной молекулы коллагена,
стягивают и сворачивают ее. Итак, вопрос о наличии в коже специфических холодовых
рецепторов решен отрицательно. Их нет. Термочувствительным является коллаген,
который при изменении температуры деформируется и раздражает механорецептор.
THERMOMECHANICAL AND STRUCTURAL PROPETIES OF COLLAGEN AND
ITS ROLE FOR SKIN MECHANORECEPTORS IRRITATION
Zeveke A.V., Ashutov A.N., Gushina Yu.Yu., Mokrov Y.P., Plohov R.A.
Nizhny Novgorod State Medical Academy, REC PSSN Nizhny Novgorod State University, College 8
E-mail: zeveke@bio.unn.ru
We used AFM methods and established that the periodicity of collagen fibrils is about 67 nm on air
and 54-57 nm in water. It is highly stable value. Neither deuterium oxide nor pH variations from 5,2 to
9,6 did not change the period value. Heparin did not influence too but the aminazyne which is inhibitor
of proteoglycans and inducer of protein conformation changes caused the decrease of period value to
51 nm. Acoustic mode of AFM confirmed the existence of subtle sub-periodicity of collagen fibrils
and showed the volume-structural nature of it. We showed in original model that temperature decrease
by 1ºС induces shrinking of 1 mm of skin collagen bundle by 0,1 mkm and twisting of the bundle. The
temperature increase by 1ºС induces length increasing of skin collagen bundle and its re-twisting.
Rotation angle could be about 70º.Such collagen deformation could be power irritant for
mechanoreceptors. So this phenomenon explains the nature of the temperature sense.
48
ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОГО МЕТОДА
НАКАТАНИ ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ В ЛЕЧЕБНОДИАГНОСТИЧЕСКОМ КОМПЛЕКСЕ
Чесноков И.А., Ляпина Е.П., Бушуев Н.А., Радченко Е.А., Анисимов Я.Е.,
Корнаухов А.В., Анисимов С.И.
ФГУП»НПП»Алмаз», E-mail: almaz@overta.ru
The biological feed-back model using modified Nacatani method is presented. Modification respects
application of pulsed current insted constant one. The advantages are regarded.
Для повышения эффективности терапии с использованием низкоинтенсивного
электромагнитного излучения (НИ ЭМИ) в состав лечебно-диагностических
комплексов (ЛДК) вводится блок биологической обратной связи (БОС). В
подавляющем большинстве известных ЛДК в качестве БОС используются методы,
основанные на измерении электропроводности (ЭП) кожи в биологически активных
точках (БАТ) – методы Фолля, Накатани, Нечушкина и др.
Однако применение данных методов не решает проблемы БОС. Это связано с
тем, что данные, которые получает врач, не несут информации, необходимой для
выбора адекватного вида и параметров излучения. В лучшем случае, энергетические
нарушения в меридианах, выявляемые с помощью метода Накатани, позволяют
определить оптимальные БАТ для рефлексотерапевтического воздействия. Кроме того,
использование в качестве тестирующего постоянного тока значительной величины (до
100 мкА) ведет к быстрому «утомлению» точки, что не позволяет проводить
многократные исследования, необходимые для функционирования БОС.
Решением, значительно улучшающим качество измерений и функциональные
возможности метода Накатани является его модификация, заключающаяся в
определении ЭП кожи в БАТ, не на постоянном токе, а на импульсном (меандр). Это
дает возможность: 1) не перегружать БАТ, являющуюся своеобразным колебательным
контуром, в связи с малой амплитудой входного сигнала (не более 1В) и
продолжительностью импульсов воздействия (десятки мсек); 2) устранить зависимость
между силой давления на БАТ и сопротивлением кожи, что приводит к повышению
достоверности получаемых данных; 3) уменьшить габариты и массу аппарата БОС за
счет снижения энергетических потребностей при технической реализации
модифицированного метода; 4) снизить требования к квалификации персонала,
работающего на ЛДК с БОС, на основе модифицированного метода Накатани.
49
КРИОХИРУРГИЯ: ТЕОРИЯ, ИЛЛЮЗИИ И ПЕРЕСПЕКТИВЫ
В.В.Шафранов, Д.И Цыганов, Е.Н Борхунова, А.В.Гераськин, А.В.Таганов, В.Н.Мазохин,
В.В.Волков, В.Г.Резницкий, Н.А.Слесаренко, Н.Н.Соловьева,
П.В. Хрисанов, А.А. Фомин, В.В.Гладько.
Кафедра детской хирургии РГМУ, больница № 15 им. Н.Ф.Филатова,
Москва, 103001, Садово-Кудринская ул. 15; НПО «Исток».
E-mail: vvshafranov@yandex.ru
We plan to present the short review on recent situation in cryo medicine, its principles and perspectives
of future development.
Несмотря на трудности с приобретением криогенной аппаратуры в настоящее
время все больше врачей становятся адептами криогенных методов лечения. Многие из
них после первых положительных результатов переоценивают возможности криогенной
деструкции, в частности деструкции объемных патологических образований, не вдаваясь в
теоретические основы криогенной методики, или довольствуясь довольно примитивными
представлениями утилитарного характера о механизмах деструкции биологических
тканей. Поэтому представляется целесообразным вернуться к рассмотрению основ этой
методики.
Казалось бы, повышение холодопроизводительности инструмента и увеличение
рабочей поверхности активного наконечника способно усилить разрушающе действие
низкой температуры при локальном замораживании тканей. Но этого не происходит. И
причин тому несколько. В большинстве существующих теоретических моделей не
учитываются структурные, метаболические и теплофизические особенности разрушаемых
тканей, которые и ограничивают объем зоны некроза при замораживании живых тканей.
Дело в том, что механизм повреждения тканей отличается от такового при
криоконсервации. Основной «мишенью» для криодеструкции в ткани является
микроциркуляторное русло, т.к. именно в нем сосредоточено больше всего свободной
воды. Кроме того прямой и опосредствованной деструкции (за счет нарушения
микроциркуляции) подвергаются и клетки. При высокой скорости охлаждения (до 200
град/мин) в зоне замораживания возникают термомеханические напряжения, усилия здесь
достигают 30 кг/см2. За счет эффектов вспучивания и смещения происходит
«вспенивание» крови, ткань разрывается, и ее структура необратимо деформируется. При
этом необходимо учитывать, что при локальном замораживании организм воспринимает
аппликатор с холодным контактным наконечником как точечный источник холода и
реагирует соответствующим образом. Исходя из этого, понятна безуспешность попыток
локального замораживания больших объемов тканей и ограниченность аппаратурных
возможностей криодеструкторов. При прогнозировании результатов различных методик
криовоздействия, в том числе комбинированного метода СВЧ-криовоздействие, и
построении моделей процесса замораживания следует учитывать не только локальное, но
и общее тепловыделение организма. Очевидно, что теоретические оценки глубины зоны
некроза носят вероятностный характер, но, тем не менее, они позволяют учитывать
влияние таких важных факторов как метаболизм и структура ткани. Экспериментальные и
теоретические исследования механизмов повреждения и заживления тканей при
целенаправленном воздействии низких температур и, например, СВЧ излучения позволят
более точно прогнозировать и контролировать характер первичного повреждения и
регенерацию тканей, что открывает перспективы для расширения области применения
криогенных методов в современной медицине.
50
ПОРТАТИВНЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ КРИОГЕННОЙ МЕДИЦИНЫ –
НОВЫЕ РАЗРАБОТКИ
Л.П. Межов-Деглин, В.Б. Ефимов, А.В. Лохов, В.Н. Хлопинский, Б.М. Ефимов,
З.В. Калмыкова*
ИФТТ РАН, Черноголовка Московской обл., * Больница № 60, Москва,
E-mail: mezhov@issp.ac.ru
The results of testing of a series of portable cryodevices – contact applicators and cryosprays designed
for local treatment of ambulatory patients are planned to be presented and discussed.
В Институте физики твердого тела РАН накоплен большой опыт разработки
криогенных приборов различного предназначения, в том числе портативных
криодеструкторов (криоаппликаторов) с охлаждаемыми жидким азотом сменными
наконечниками и криораспылителей, предназначенных для нужд отечественной
медицины. В разные годы эти работы проводились в рамках программ Президиума РАН
«Фундаментальные науки–медицине» и «Поддержка инноваций», а также при поддержке
Минпромнауки Правительства Московской области. Апробация приборов проводится в
больницах РАН в Черноголовке и С.-Петербурге, а также в ряде клиник Москвы и
Подмосковья. Основная цель работы - разработка и изготовление опытных образцов
портативных криодеструкторов и криораспылителей, пригодных для работы в условиях
обычной районной поликлиники России.
В крриодеструкторах, предназначенных для операций на гортани и пищеводе у
детей, для тепловой изоляции стенок длинной направляющей иглы (канюли), на которой
крепится сменный активный наконечник, используется вакуумная изоляцию. Деструктор
установлен на верхней крышке термоизолированного металлического сосуда дюара
емкостью 200 мл жидкого азота. Конструкции портативных криодеструкторов и
криораспылителей, предназначенных для наружных операций в условиях обычной
районной поликлиники, существенно упрощены. Вместо металлического сосуда
используется пенопластовый бачок емкостью до 300 мл, в нижней части которого имеется
переходная трубка из нержавеющей стали. Сменные активные наконечники деструктора
крепятся на свободном конце трубки. В современной криотерапии и криохирургии с
большим успехом применяются также портативные распылители жидкого азота.
Жидкость поступает в распылительную головку из азотного бачка под действием
избыточного давления. В настоящее время мы проводим испытания нового поколения
криоприборов, базирующихся на промышленных металлических сосудах дюара, а также
простых контактных криоаппликаторов погружного типа.
51
ЦИФРОВЫЕ СЦИНТИЛЛЯЦИОННЫЕ ДЕТЕКТОРЫ ДЛЯ МЕДИЦИНСКОЙ
ДИАГНОСТИКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИНХРОТРОННОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
А.Д.Беляев, В.К.Кононов, А.А.Туринге, К.М.Подурец
(РНЦ «Курчатовский Институт»),
В.Г.Недорезов, Н.В.Руднев
(Институт ядерных исследований РАН)
Разработаны цифровые сцинтилляционные детекторы для медицинской диагностики
с использованием синхротронного излучения (СИ). Показано, что благодаря высокой
интенсивности, монохроматичности и малой угловой расходимости на пучках СИ
возможна медицинская диагностика более высокого качества, чем на обычных
рентгеновских аппаратах. Для реализации таких возможностей созданы аппараты для
получения изображений с адекватными параметрами. Последняя версия представляет
собой 9-матричный прибор, который позволяет получать изображения при минимальных
дозах облучения (эффективность регистрации равна 100 %), высоком координатном
разрешении (30 мкм) при поперечных размерах объекта до 100 см2.
DIGITAL SCINTILLATION DETECTORS FOR MEDICAL DIAGNOSTICS
WITH SYNCHROTRON RADIATION
A.D.Belyaev, N.K.Kononov, A.A.Turinge, K.M.Podurets, D.K. Pogorelyi,
RRC “Kurchatov Institute”
V.G.Nedorezov, N.V.Rudnev
Institute for Nuclear Research RAS
Digital scintillation detectors for medical diagnostics with Synchrotron Radiation (SR) has been
developed. It is shown that due to high intensity and small angular divergence of monochromatic SR
beams, more perfect imaging and diagnostics than ordinary X-Ray technique is available. To realize
the SR advantages, new generation of imaging devices is developed which provides the necessary
parameters. The last version of the detector represents the 9-channel CCD chamber which is able to
obtain high quality images at minimal irradiation doses (coordinate resolution is of 30 micron,
sensitive area is near 100 cm2).
52
ЛОКАЛЬНАЯ ФЛУОРЕСЦЕНТНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ПРИ
ВОЗБУЖДЕНИИ В ТРЕХ СПЕКТРАЛЬНЫХ ОБЛАСТЯХ: ОСНОВНЫЕ
МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ПРИМЕНЕНИЮ В
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ И КЛИНИЧЕСКОЙ ОНКОЛОГИИ
1)
Н.Н. Булгакова1), В.В.Соколов2) , В.И.Чиссов2) , В.В. Смирнов1)
Институт общей физики им. А.М.Прохорова РАН, Москва, 2)Московский научно-исследовательский
онкологический институт им. П.А.Герцена
Активное
внедрение
в
клиническую
практику
различных
классов
фотосенсибилизаторов (ФС) для фотодинамической терапии рака, совершенствование
волоконно-оптической, оптоэлектронной и лазерной техники способствовало развитию
метода флуоресцентной диагностики рака (ФД). ФД включает аутофлуоресцентную
диагностику, основанную на различиях в интенсивности и форме спектров
аутофлуоресценции злокачественных опухолей и окружающих здоровых тканей, и
фотодинамическую диагностику (ФДД). При ФДД препарат-фотосенсибилизатор для
ФДТ является флуоресцентным маркером биологической ткани. Его избыточное
накопление в злокачественных новообразованиях относительно окружающих здоровых
тканей создает флуоресцентный контраст, достоверное детектирование которого и
является задачей ФДД.
Флуоресценцию биотканей можно регистрировать in vivo в виде флуоресцентного
изображения, либо регистрировать в виде спектров, измеряемых локально, в точке ткани.
Последняя методика получила название локальной флуоресцентной спектроскопии
(ЛФС). Как показывает накопленный клинический опыт, комбинация флуоресцентного
изображения и ЛФС перспективна для обнаружения предрака и раннего (поверхностного)
рака слизистой оболочки дыхательных путей, желудочно-кишечного тракта, мочевого
пузыря и др. полых органов.
ЛФС является чувствительным неинвазивным методом, который позволяет
получать объективную количественную информацию о флуоресценции биологических
тканей при контакте волоконно-оптического катетера с поверхностью кожи или слизистой
оболочки полого органа. В докладе представлены основные методологические подходы к
разработке и применению методик ЛФС при возбуждении флуоресценции биотканей
лазерными источниками излучения с длинами волн генерации в трех спектральных
областях: синей (405 нм, 442 нм), зеленой (532 нм) и красной (632-635 нм).
Накопленный клинический опыт применения ЛФС в онкологии позволяет
оптимизировать выбор лазерного источника возбуждения флуоресценции в соответствии с
используемым ФС и целями проводимого исследования: а именно, диагностика раннего
рака либо уточнение границ опухолевого поражения, кинетика накопления и выведения
ФС в тканях пациентов или мониторинг ФС в процессе ФДТ.
LOCAL FLUORESCENCE SPECTROSCOPY UNDER EXCITATION IN THREE
SPECTRAL RANGES: BASIC METHODOLOGICAL APPROACHES FOR CANCER
DETECTION
N.N.Bulgakova1), V.V. Sokolov 2), V.I.Chissov2), V.V.Smirnov1)
1)
M.A. Prokhorov General Physics Institute of Russian Academy of science, Moscow, Russia,
Email: koker@kapella.gpi.ru,
2)
P.A. Herzten Moscow Research Oncological Institute, Moscow, Russia
53
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАЩИТНОГО ЭФФЕКТА ИШЕМИЧЕСКОГО
ПРЕКОНДИЦИОНИРОВАНИЯ НА КОМПОНЕНТЫ СЫВОРОТКИ КРОВИ ПРИ
ИШЕМИИ ГОЛОВНОГО МОЗГА МЕТОДАМИ СПЕКТРОСКОПИИ
КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ
Власова И.М.+, Салецкий А.М.
МГУ им. М.В. Ломоносова, физический факультет
E-mail: + vlasovairina1979@mail.ru, *SAM@rector.msu.ru
В работе представлены полученные с помощью метода комбинационного
рассеяния света результаты исследований защитного действия ишемического
прекондиционирования на компоненты сыворотки крови, выполненного до наступления
глобальной ишемии головного мозга. Ишемическое прекондиционирование – краткая
серия непродолжительных циклов короткой ишемии-реперфузии, предшествующая
длительной ишемии – привлекает внимание в силу оказываемого им защитного действия
на орган, подвергающийся ишемии, его адаптацию к ишемическому стрессу.
После ишемии в КР-спектрах сыворотки крови появляются пики,
соответствующие окислению жирных кислот в фосфолипидах амфипатического слоя
липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) по ненасыщенным двойным связям (1150 см-1),
а также пики, соответствующие образованию липоперекисных продуктов (1830 см -1)
вследствие окисления жирных кислот в фосфолипидах ЛПНП. Пик 1150 см-1,
появившийся после ишемии, в случае проведения прекондиционирования имеет
меньшую площадь в 1,1 раз, что говорит об уменьшении окисления жирных кислот в
фосфолипидах ЛПНП по ненасыщенным двойным связям. Пик 1830 см-1, появившийся
после ишемии, имеет при прекондиционировании меньшую в 1,5 раза площадь, что
указывает на меньшее образование липоперекисных продуктов. В области 2800-2900 см-1
также появляются пики, определяемые образованием липоперекисей в фосфолипидных
слоях ЛПНП (2813 см-1, 2861 см-1). В случае проведения прекондиционирования площадь
данных пиков уменьшается (пик 2813 см-1 – в 1,4 раза, пик 2861 см-1 – в 1,3 раза),
следовательно, прекондиционирование уменьшает образование после ишемии
липоперекисей в фосфолипидах ЛПНП. После ишемии пропадает пик (1024 см-1),
отвечающий за двойные связи в ненасыщенных жирных кислотах ЛПНП. Также после
ишемии исчезает пик (1755 см-1), определяемый сопряженными двойными связями в
ненасыщенных жирных кислотах фосфолипидов амфипатического монослоя ЛПНП. При
прекондиционировании площади данных пиков уменьшаются меньше, чем в случае его
отсутствия: площадь пика 1024 см-1 в 1,9 раз, 1755 см-1 – в 1,6 раз, т.е. при проведении
перед ишемией прекондиционирования повреждение двойных связей в ненасыщенных
цепях жирных кислот, входящих в состав фосфолипидов ЛПНП, уменьшается.
Ишемическое прекондиционирование оказывает защитное действие на клетки ткани
головного мозга и вызывает адаптацию органа к ишемическому стрессу, что видно по
уменьшению повреждения ЛПНП после глобальной ишемии с предшествующим
прекондиционированием.
RESEARCH OF PROTECTIVE EFFECT OF ISCHEMIC PRECONDITIONING ON BLOOD
SERUM COMPONENTS AT BRAIN ISCHEMIA BY RAMAN SPECTROSCOPY
METHODS
Vlasova I.M., Saletsky A.M.
The method of the Raman spectroscopy makes possible to detect the protective action of
ischemic preconditioning (a brief series of short cycles of an ischemia - reperfusion before the
prolonged ischenia) on a tissue of a brain at a total brain ischemia, as it was registered on
reduction of damage of blood serum LDL after a total ischemia with preliminary preconditioning.
54
ОПТИЧЕСКАЯ КОГЕРЕНТНАЯ ТОМОГРАФИЯ И ФЛЮОРЕСЦЕНТНАЯ
ДИАГНОСТИКА ПРИ ЗАБОЛЕВАНИЯХ МОЧЕВОГО ПУЗЫРЯ
Загайнова ЕВ, Стрельцова ОС, Орлова АГ, Шахова НМ,
Гладкова НД, Каменский ВА
Нижегородская государственная медицинская академия,
Институт прикладной физики РАН
Раннее выявление рака мочевого пузыря и детекция мультифокального роста
остаются нерешенными проблемами эндоскопической диагностики. К сожалению,
информативность рандомных биопсий и биопсий из подозрительных зон остаются
низкими. Использование флюоресцентной цистоскопии с 5-ALA значительно повышает
чувствительность эндоскопического метода (до 98 %), однако специфичность остается
низкой (60%). Оптическая когерентная томография (ОКТ) – метод прижизненного
изучения структуры тканей - зарекомендовала себя как надежный метод дополнительной
эндоскопической диагностики, позволяющий уточнить диагноз на операционном столе.
Материалы и методы.
Исследование выполнено в 2 этапа. 1й – применение ОКТ в процессе стандартной
цистоскопии для определения чувствительности и специфичности метода в отношении
малигнизации в мочевом пузыре. Обследовано более 200 пациентов. Использовался
оптический когерентный томограф, созданный ИПФРАН, г. Нижний Новгород. Длина
волны излучения 1280 нм. Разрешение по глубине - 15 мкм, латеральное – 30 мкм.
Получение одного ОКТ изображения размером 200х200 пикселей занимает 3 секунды.
ОКТ томограф оборудован эндоскопическим зондом (2,7 мм в диаметре), совместимым со
стандартным цистоскопом.
2й - комбинированное применение ОКТ и флюоресцентной диагностики. Использован
флюоресцентный цистоскоп фирмы Карл Шторц. 3% раствор 5ALA вводили
внутрипузырно за 2 часа до процедуры. В синем свете выполняли ОКТ и контрольную
биопсию всех флюоресцирующих зон. Обследовано 20 пациентов. Исследование
продолжается.
Результаты.
Результатом первого исследования был тест по слепому распознаванию ОКТ
изображений плоских подозрительных участков слизистой мочевого пузыря. В тест
включено 114 зон. При изолированном применении ОКТ в процессе белой цистосокпии
чувствительность метода в отношении рака мочевого пузыря составила 82 %, а
специфичность 85 %.
ОКТ проанализировано 80 флюоресцирующих зон (16-экзофитные опухоли, 64 –
плоские подозрительные участки). Все экзофитные зоны корректно детектированы ОКТ и
флюоресцентной цистоскопией. Из 64 плоских зон 56 были доброкачественными по
данным гистологии, 45 из них были верно распознаны ОКТ как доброкачественные. Из 8
малигнизированных зон ОКТ корректно определило все.
80 % резекций
флюоресцирующих зон, базируясь на ОКТ данных
можно было не выполнять.
Чувствительность комбинированного метода составила 100 %, а специфичность – 81%.
55
ОПТИЧЕСКАЯ ДИФФУЗИОННАЯ ТОМОГРАФИЯ ДЛЯ ДЕТЕКТИРОВАНИЯ
ОПУХОЛЕЙ, МЕЧЕННЫХ ФЛУОРОФОРАМИ
В.А. Каменский1, И.В. Турчин1, В.И. Плеханов1, А.Г. Орлова1, И.В. Балалаева1, Е.В. Загайнова1,
Н.М. Шахова1, А.П.Савицкий2
1
Институт прикладной физики РАН, г. Нижний Новгород
2
Институт биохимии им. А.Н.Баха, Москва
Abstract
An experimental setup for Fluorescence Diffusion Tomography (FDT) of biotissue in visible-near IR
spectrum range was created and is aimed to visualize tumors at depths more than 1 cm. FDT setup was
tested on model media and small experimental animals ex vivo. Fluorescent proteins DsRed2 and
CdTe/CdSe-core/shell fluorescing nanocrystals in concentrations close to those in biological
experiments of tumor growth were used as markers. The results of experiments show that the
developed setup is capable to conduct quantified monitoring of tumor growth and treatment response
in experimental animals that could significantly decrease the time of developing new drugs.
Аннотация
Создана экспериментальная установка для флуоресцентной диффузионной
томографии (ФДТ) биотканей в длинноволновом видимом и ближнем ИК диапазонах
частот с целью локации опухолей на глубинах более 1 см. Проведена апробация установки
на модельных средах и экспериментальных животных ex vivo. В качестве маркеров
использованы красные флуоресцирующие белки DsRed2 и наночастицы на основе CdSe с
концентрацией, соответствующей концентрации флуорофоров в биологических
экспериментах по развитию опухолей. Показано, что созданная установка позволяет
проводить количественный мониторинг как динамики опухоли в лабораторном животном,
так и лечебного воздействия, что может существенно сократить время разработки
лекарственных препаратов.
В качестве источника в ФДТ установке (рис. 1) используется лазер Nd:YAG с
удвоением частоты (длина волны 532 нм, что близко к максимум поглощения белка
DsRed2), промодулированный по амплитуде на низкой частоте (1 кГц). Для регистрации
слабого флуоресцентного сигнала используется охлаждаемый высокочувствительный
ФЭУ Hamamatsu H7422-20. Для подавления сигнала на длине волны возбуждения
флуорофора 532 нм по уровню 10-6 на входе детектора установлены интерференционные и
абсорбционные фильтры. Сканирование исследуемого объекта проводится с помощью
синхронного перемещения источника и приемника, расположенных в конфигурации “на
просвет”. Перемещение источника и приемника управляется компьютером. Проведена
апробация установки на модельных средах и экспериментальных животных с красным
флуоресцирующим белком DsRed2, выделенным в ИИБИ РАН (Москва), при
концентрациях, сравнимых с концентрацией белка в опухоли [1]. Так же проведены
эксперименты с квантовыми точками CdTe/CdSe, синтезированными в МГУ (Москва) [2].
Данная работа показала, что метод ФДТ позволит проводить мониторинг как развития
опухоли в лабораторном животном, так и лечебного воздействия, что позволит
существенно сократить время разработки лекарственных препаратов.
1. I.V. Turchin, V.I. Plehanova, E.A. Sergeeva, A.G. Orlova, V.A. Vorob’ev, V.A. Kamensky,
and A.P. Savitsky, “Frequency-domain optical diffusion tomography of fluorescent proteins”,
SPIE Proc. 5859-57, Photon Migration and Diffuse-Light Imaging II; Kai Licha, Rinaldo
Cubeddu; Eds.2005, pp. 227-232
2. I.V. Turchin, I.V. Balalaeva, R.B. Vasil’ev, V.P. Zlomanov, V.I. Plehanov, A.G. Orlova, E.V.
Zagaynova, V.A. Kamensky, M.S. Kleshnin, M.V. Shirmanova, S.G. Dorofeev, and D.N. Dirin,
“Imaging of QDs-labeled tumors in small animals by fluorescence diffuse tomography”, Laser
Physics Letters// Published Online: Dec 2005.
56
СОСТАВ И КОНФИГУРАЦИЯ ФИЛЬТРОВ ИСТОЧНИКА НЕЙТРОНОВ
ДЛЯ НЕЙТРОН-ЗАХВАТНОЙ ТЕРАПИИ
Ю.А.Казанский, Ю.А.Кураченко
Государственный технический университет атомной энергетики (ИАТЭ), г. Обнинск,
А.В.Левченко
Экспериментальный научно-исследовательский и методический центр «Моделирующие системы»
(ЭНИМЦ МС), г. Обнинск
Одно из основных требований нейтронной терапии онкологических заболеваний –
эффективность терапевтического воздействия. При использовании различных видов
излучения их приемлемость и эффективность определяются отношением эффективной
поглощенной энергии в опухоли к максимальной эффективной поглощенной энергии в
здоровых тканях (см., например, [1]). Данное отношение называют терапевтическим
эффектом.
В докладе
приведены результаты расчетов терапевтического эффекта
нейтронозахватной терапии для моноэнергетических энергий нейтронов и для различных
глубин залегания опухолевых тканей.
При нейтронозахватной терапии терапевтический эффект для опухоли
расположенной на глубине 2см лежит в пределах 4,5-5,5 при энергиях нейтронов от 0,1 эВ
до 10 кэВ, а выше этой энергии наблюдается резкое уменьшение терапевтического
эффекта. При расположении опухоли на глубине 8 см терапевтический эффект в
интервале указанных выше энергий растет от 0,5 до 2,0, а после энергии 10 кэВ начинает
быстро уменьшаться.
Специализированный реактор для нейтронной и нейтронозахватной терапии [2]
должен иметь оптимизированный пучок нейтронов, что реализуется путем подбора
фильтров. С помощью фильтров, во-первых, можно существенно снизить дозу от гаммаизлучения и от быстрых нейтронов, для которых терапевтический эффект существенно
ниже.
Как показывают расчеты терапевтический эффект и плотность потока нейтронов в
месте расположения пациента существенно зависят и от материалов фильтра, так и от
глубины залегания опухоли.
1. J.M. Verbeke, J. Vujic, K.N. Leung, “Neutron beam consideration for shallow and deepseated tumors for BNCT” www.nuc.berkeley.edu/~jerome/AccApp.pdf
2. В.А. Левченко, Ю.А. Казанский, В.А. Белугин, А.В. Левченко, и др., «Нейтроннофизические и технические характеристики медицинского реактора для нейтронной
терапии», Безопасность АЭС и подготовка кадров. IX Международная конференция:
Тезисы докладов (Обнинск, 24-28 октября 2005г.). Часть 1. – Обнинск: ИАТЭ, 2005.
57
ИСТОЧНИК НЕЙТРОНОВ ДЛЯ НЕЙТРОН-ЗАХВАТНОЙ ТЕРАПИИ
В.А.Левченко*, Ю.А.Казанский**, В.А.Белугин***, А.В.Левченко*, В.А.Баршевцев*
Е.С.Матусевич**, Ю.С.Юрьев***, С.Л.Дорохович*, Ю.А.Кураченко**
*Экспериментальный научно-исследовательский и методический центр «Моделирующие системы»
(ЭНИМЦ МС), г. Обнинск
**Государственный технический университет атомной энергетики (ИАТЭ), г.Обнинск
*** ГНЦ РФ Физико-энергетический институт (ГНЦ РФ ФЭИ), г. Обнинск
Для лечения онкологических заболеваний медикам необходим недорогой, надежный,
безопасный источник нейтронов, который находится в их полном распоряжении [1].
Предлагается установка, удовлетворяющая сформулированным требованиям. Параметры
пучка полностью соответствуют медицинским критериям [2], тепловая мощность до
10 кВт, назначенный ресурс эксплуатации 20 лет.
При разработке реактора ставились достаточно очевидные требования к
специализированному медицинскому реактору, которые приведены ниже.
Реакторная установка должна иметь экономическую привлекательность –
минимальная стоимость нейтрона, что может достигаться за счет простоты устройства,
целесообразного запаса реактивности, надежности в течении длительной (не менее 20-30
лет) эксплуатации, минимального состава обслуживающего персонала.
Реактор должен быть безопасным, что может быть достигнуто за счет
минимального оперативного запаса реактивности и минимальных изменений
технологических параметров на всех стадиях его эксплуатации.
Экологические требования к реакторной установке формулируются, как
минимальное количество радиоактивных отходов (отработавшего топлива и
радиоактивных материалов) на один нейтрон в терапевтическом пучке. В частности этому
способствует старт-стопный режим работы реактора.
Специализированный
медицинский
реактор
должен
быть
достаточно
универсальным, поскольку требования к характеристикам нейтронного пучка при разных
вариантах нейтронной терапии могут заметно отличаться.
Нейтронные пучки должны обладать такими свойствами, чтобы можно было
достигать максимальный терапевтический эффект.
В докладе подробно обсуждаются характеристики реактора и рассматриваются
основные вопросы, связанные с безопасностью реактора.
1. В.А. Левченко, В.А. Белугин, Ю.А. Казанский, Е.С. Матусевич и др. Основные
характеристики америциевого реактора для нейтронной терапии. Реактор «МАРС»,
Ядерная энергетика №3 2003, с.72-82.
2. Tsyb A.F. et al. Development of Neutron Therapy Treatment. The 5th Japan-Russian
Symposium on Radiation Safety. Tokyo, 26-27 August, 1997.
58
ЭЛЕКТРОИМПЕДАНСНАЯ ТОМОГРАФИЯ: ИССЛЕДОВАНИЯ,
МЕДИЦИНСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ, КОММЕРЦИАЛИЗАЦИЯ
А.В.Корженевский
Институт радиотехники и электроники РАН
E-mail: korjenevsky@cplire.ru
New methods of medical imaging are presented. The methods are based on the usage of noninvasive
electrical measurements and subsequent solving of inverse problem for electromagnetic field. The first
commercial product based on electrical impedance tomography
y (EIT) has been introduced for diagnostics of breast.
Использование неионизирующих полей и излучений для диагностики является
актуальной задачей исследований в медицине и прикладной физике. Одним из путей
решения этой задачи является использование электрического тока и низкочастотных
электромагнитных полей для зондирования и визуализации свойств биологических
тканей. Электрические свойства (в частности, электропроводность) патологических
тканей значительно отличаются от свойств окружающих здоровых тканей. Проблема
заключается в получении информации о пространственном распределении
электропроводности внутри тела пациента. Электроимпедансная томография (ЭИТ) –
метод получения изображений распределения электрического импеданса внутри тела с
помощью неинвазивных электрических измерений и последующего решения обратной
задачи для уравнений, описывающих электрическое поле внутри неоднородной
проводящей среды. Первые работы по ЭИТ были выполнены в Шеффилдском
университете (Великобритания) [1]. Набор электродов располагается вокруг тела. Через
пару электродов пропускается переменный электрический ток, а остальные электроды
используются для измерения распределения потенциалов на поверхности. Измерения
повторяются при всех возможных комбинациях токовых и потенциальных электродов.
Измеренные данные затем позволяют реконструировать томографическое изображение. В
настоящее время в исследования по ЭИТ вовлечено несколько десятков научных групп во
всем мире. С начала 90х исследования начали развиваться и в России. Созданы системы
для двумерной и трехмерной визуализации [2-5]. Предложены новые методы
бесконтактных измерений [6, 7]. Представленные результаты показывают, что, опираясь
на имеющиеся достижения в области разработки измерительных систем и алгоритмов
решения обратных задач, можно создавать приборы, обладающие уникальными с точки
зрения получаемой информации свойствами и имеющие широкие перспективы
практического применения, о чем свидетельствует первая успешная коммерческая
система для диагностики молочной железы [8].
1. Brown B.H., Barber D.C. and Seagar A.D. Applied potential tomography: possible clinical
applications. - Clin. Phys. Physiol. Meas., 1985, v. 6, p. 109.
2. Корженевский А.В. и др. Электроимпедансный компьютерный томограф для
медицинских приложений. - ПТЭ, 1997, N 3, с. 133.
3 Cherepenin V., et al. Preliminary static EIT images of the thorax in health and disease. Physiol. Meas., 2002, v. 23, p. 33.
4. Cherepenin V., et al. Three-dimensional EIT imaging of breast tissues: system design and
clinical testing. - IEEE Trans. on Medical Imaging, 2002, v. 21, p. 662.
5. Корженевский А.В. и др. Электроимпедансная томографическая система для
трехмерной визуализации тканей молочной железы. - Биомед. технол. и радиоэл., 2003, N
8, с. 5.
6. Korjenevsky A., Cherepenin V. and Sapetsky S. Magnetic induction tomography:
experimental realization. - Physiol. Meas., 2000, v. 21, p. 89.
7. Корженевский А.В. Бесконтактная томография электропроводящих сред
квазистатическим переменным электрическим полем. - РЭ, 2004, т. 49, N 6, с 761.
8. Веб-страница http://www.impedance.ru/products.html
59
ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ СОЗДАНИЯ ДАТЧИКА КАПНОМЕТРА
(СО2 В ВЫДОХЕ) НА ОСНОВЕ ИК-СВЕТОДИОДОВ
А.В.Калинин, В.М.Кривцун
Институт спектроскопии РАН
Капнометрия – определение содержания СО2 в различных фазах выдоха пациента
является важным диагностическим признаком состояния организма и в последнее время
интенсивно используется медиками как в стационарных условиях, так и в процессе
оказания скорой помощи [1]. Нами предпринята попытка разработать простой и
недорогой датчик с применением недавно освоенных отечественными производителями
ИК свето- и фото- диодов [2], прежде всего в более доступной области 2-го обертона
основного поглощения – 2.0 мкм.
Предпринятое моделирование спектров поглощения смеси водяного пара, СО2 и
N2О (часто используемый наркозный газ) (см. Рис.) показало возможные уровни сигналов
и длину оптических трасс датчика, а также требования к угловым распределениям
источника и приемника.
Затем был создан работающий макет датчика для 2.0 мкм, изучены его
спектральные и электротехнические параметры и проведены калибровка и испытания
селективности датчика (на газосмесителном стенде)
В настоящем докладе описаны результаты выполненных работ.
Литература:
1.
http://critical.onego.ru/critical/consult/pages/microstream2.htm
2.
S.Aleksandrov, G.Gavrilov, A.Kapralov et al, Portable Optoelectronic Gas Sensors
Operating In The Mid-IR Spectral Range (=3-5 m) SPIE .Vol.4680 ( 2002 ), pp 188-194;
60
МНОГОКОМПОНЕНТНЫЙ АНАЛИЗ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ С
ПРИМЕНЕНИЕМ ПОРТАТИВНЫХ СПЕКТРОМЕТРОВ НА ПРИМЕРЕ МОЛОКА
Калинин А.В., Крашенинников В.Н., Кривцун В.М., Садовский С.С.
Институт спектроскопии РАН
Для определения содержания компонент в диспергирующих органических смесях
по спектрам пропускания в ближнем инфракрасном (БИК) диапазоне, как правило,
необходимо построение многокомпонентных калибровочных моделей на партиях
образцов, стандартизованных по компонентам, взаимно влияющим на спектральные
проявления химических связей.
Процедура калибровки (построения калибровочной модели) включает:
-приготовление партий калибровочных образцов, удовлетворяющих определенным
требованиям с точки зрения педставительности, плотности заполнения анализируемого
диапазона, отсутствия корреляции между компонентами смеси и удовлетворяющим
специфике анализируемого объекта;
-выбор спектрального метода и спектрального диапазона исходя из физикохимических свойств объекта и поставленной задачи определения;
-выбор и адаптация методов предобработки спектров и регрессионного анализа.
В настоящей работе представлены результаты построения и испытания ряда
калибровочных моделей для совместного определения жира, белка и др. компонент
молока с применением БИК спектрографа МС-75 с ПЗС линейкой. Обсуждаются
возможности применения этой методики для анализа других физиологических объектов
(кожи, тканей, сывороток).
Использованные в данной работе партии калибровочных и тестирующих образцов
были изготовлены и метрологически обеспечены Е.А.Юровой и Е.Ю.Денисович в ГНУ
ВНИМИ.
Литература:
1. Application of two-channel FTIR spectrometer ISD-206 to dairy produce quality control,
Boldyrev N.Y., Vinogradov E.A., Kalinin A.V., Krivtsun V.M., Sadovsky S.V., Abstacts of
4-th Winter Simposium “Chemometrics”, 16-21 febr. 2005, Tchernogolovka.
2. Short-Wave Near-Infrared Spectroscopy of Biologicfal Fluids.1. Quantitative Analysis of
Fat, Protein and Lactose in Raw Milk by Partial Least-Squares Regression and Band
Assignment. S.Sasic and Y.Ozaki, Annal. Chem., 2001, Vol. 73, № 1, pp 64-71.
61
НЕЙРОСЕТЕВОЙ ПОДХОД В ДИАГНОСТИКЕ ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫХ
НОВООБРАЗОВАНИЙ МОЛОЧНЫХ ЖЕЛЕЗ
Терентюк* Г.С., Максимова** И.Л.
ООО Первая Ветеринарная клиника, E-mail: vetklinika@front.ru
**
Саратовский государственный университет, E-mail: maksimova@optics.sgu.ru
*
This work deals with the problem of build-up neural network of the qualifier allowing on a complex
immunological, hormonal and biochemical parameters a blood to distinguish cases of a cancer of dairy
ferri lactas from other not oncologic pathologies.
Многообразие патологических форм рака, индивидуальность их проявления у
различных животных делают процесс диагностики нередко крайне трудным. Кроме того,
применение массированной и дорогостоящей терапии у онкологически больных
животных оправдано лишь при постановке точного диагноза.
В данной работе предлагается использовать нейросетевой подход для
дифференциальной диагностики злокачественных новообразований молочных желез у
собак по данным гуморального иммунитета, гормональных и биохимических показателей
крови собак, прооперированных по поводу злокачественных новообразований молочных
желез и контрольной группы животных. Данные показатели могут содержать также
информацию о вероятности возникновения метастазов в различные органы. Однако
данная информация не очевидна и практическому врачу часто трудно на основании
многочисленных показателей оценить степень скрытой патологии и назначить адекватную
терапию.
На первом этапе решалась задача построения нейросетевого классификатора,
позволяющего по комплексу иммунологических, гормональных и биохимический
параметров крови отличать случаи злокачественных новообразований молочных желез от
других неонкологических патологий. Набор обучающих примеров состоит из двух групп
собак в возрасте от 8 до 12 лет. Первую группу составляют 16 реализаций 25 показателей
анализов собак с различными неонкологическими патологиями (пиелонефрит,
хронический гепатит, фиброзно-кистозная мастопатия, полиартрит, остеомиелит,
пиометра, хронический простатит, панкреатит, язвенная болезнь желудка, не сахарный
диабет, аутоиммунный тиреоидит Хашимото, лимфоденит, пародонтоз). Во вторую
группу входят 20 реализаций аналогичных показателей для собак с различными
злокачественными новообразованиями молочных желез.
Накопленная база данных была подвергнута препроцессорной обработке для
приведения значений элементов векторов входа к нормальному закону распределения с
нулевым средним и дисперсией, равной 1. Из исходной выборки сформировано
обучающее и контрольное множества. Для решения поставленной диагностической задачи
в системе MATLAB 6.5 с использованием расширения Neural Network Toolbox
реализована трехслойная сеть обратного распространения, включающая 25 нейронов во
входном слое (по числу компонент входного вектора) с передаточной функцией logsig, 3
нейрона во втором (скрытом) слое с передаточной функцией logsig и 2 нейрона в
выходном слое (по числу компонентов выходного вектора) с передаточной функцией
purelin. При этом в качестве обучающего алгоритма выбран алгоритм Levenberg-Marquardt
(trainlm). Процесс обучения иллюстрируется графиками зависимости оценки погрешности
функционирования от номера цикла обучения.
Тестирование полученной нейронной сети показало, что она успешно справляется с
данной диагностической задачей и количество ошибочно классифицированных случаев не
превышает 5 % . Для выявления наиболее значимых параметров проведена процедура
контрастирования сети.
62
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ
ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ UROEX-PRO В МЕДИЦИНСКОЙ ДИАГНОСТИКЕ
Завестовская И.Н.1, Крохин О.Н.1, Исаков В.А.1, Лоран О.Б.2, Лукьянов И.В.2 ШумскийC.А.1,Черкасов А.М.1
1
Физический институт им. П.Н.Лебедева РАН
E-mail: zavest@sci.lebedev.ru
2
Кафедра урологии Российской Медицинской академии последипломного образования
Экспертные системы с использованием компьютерных информационных
технологий все чаще применяются в медицине для быстрой обработки информации, учета
информации о пациентах и эффективного принятия решения в лечебно-диагностическом
процессе.
Нами усовершенствовано математическое обеспечение Экспертной Системы
UROEX-PRO, предназначенной для оказания консультативной помощи врачам-урологам.
Применение системы позволяет:
 На основании анализа выявить диагностически важные симптомы и признаки
основных заболеваний предстательной железы, в частности доброкачественной
гиперплазии предстательной железы и рака простаты.
 Суммируя
комплекс
симптомов
и
данных
обследования
провести
дифференциальную диагностику различных видов заболеваний предстательной железы.
 Рекомендовать наиболее приемлемый метод лечения, в зависимости от конкретной
ситуации.
 Интегрировать всю информационную систему в единый программный комплекс и
вести учет больных с автоматической выработкой экспертного решения на всех этапах
обследования пациента.
 Использовать встроенную интегрированную базу знаний или же внешнюю
модифицируемую базу знаний коллективного пользования (в рамках компьютерной сети
одного отделения, либо через Интернет), что обеспечивает одновременный доступ к базе
знаний нескольких специалистов с разных рабочих мест (из разных клиник).
В ходе опытной эксплуатации Экспертной Системы UROEX-PRO в Отделении
урологии Клинической больницы им. С.П.Боткина ГМУ г. Москвы проведено
обследование более 300 больных с различными видами нарушения мочеиспускания. С
применением Системы установлен точный диагноз и назначен приемлемый вид лечения в
98% случаев. Столь высокая точность диагностики показывают применимость
предлагаемого подхода в задачах диагностики урологических заболеваний.
Создана сетевая версия Системы, обеспечивающая сервис экспертной поддержки
врачей-урологов через Интернет. Разработаны клиент-серверная архитектура Системы,
протокол обмена данными и новый интерфейс, основанный на Интернет - технологиях.
Опыт эксплуатации и развития данной Экспертной Системы в области урологии
может быть в дальнейшем использован для создания аналогичных систем в других
областях медицины.
63
ПРОСТОЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ КВАЗИОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ
ОБЛУЧЕНИЯ ПРИ ДИСТАНЦИОННОЙ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ
С УЧЁТОМ БАЗИСНЫХ ПАРАМЕТРОВ УСЛОВИЙ ОБЛУЧЕНИЯ И
НЕОДНОРОДНОСТЕЙ
О.Н. Денисенко, Э.О.Грудзевич, Т.А.Филатова
Медицинский радиологический научный центр АМН РФ, Обнинск, Россия
E-mail: denisnko@mrrc.obninsk.ru
Annotation
It is proposed a simple method for determination of radiotherapy quasi-optimal conditions with taking
into account base parameters of gamma irradiation and heterogeneity.
Широко известны математические методы нахождения оптимальных условий
облучения (методы линейного и нелинейного программирования, вероятностные и
другие), отработаны программные средства, однако не все системы дозиметрического
планирования обеспечены ими. Другой недостаток – необходимость корректировать
требования к дозному полю или менять условия облучения, если решение не найдено, т.е.
фактически осуществлять цикл расчётов. Наконец, большая размерность массива условий
облучения, вызванная требованием не пропустить некоторый оптимальный параметр.
Рассмотрим более простой метод, который может быть реализован для среднего
класса систем дозиметрического планирования. Выберем условия облучения,
реализующие дозное поле Дф в опухоли. Требования к нему: перепад дозы в опухоли не
должен превышать 20%, опухоль охватывает 80% изодоза, градиент дозного поля вне её –
максимальный. Рассмотрим случай, когда опухоль находится в глуби тела (например,
опухоль желудка). В этом случае оптимальным режимом облучения опухоли является
режим ротации. При этом необходимо обеспечить: а) размер поля с каждого направления
облучения должен соответствовать видимому размеру опухоли, б) ротация равномерная,
если опухоль шаровидная и неравномерная в другом случае. Перейдём к выполнению
требований врача к значениям доз в критических органах и тканях. Через контрольные
точки проведём изодозу Дкр, определяющую их защищенность. Выделим изодозу поля Дф,
равную Дкр, и визуально (на мониторе) сравним их взаимное положение. Если эта изодоза
находится внутри изодозы Дкр, то квазиоптимальные условия облучения найдены. В
обратном случае решения задачи принципиально нет. Наконец, возможно пересечение
этих изодоз. Тогда выбираем дополнительные направления облучения, проходящие через
зоны, где Дф меньше Дкр. Определяем оптимальный вклад с этих дополнительных полей.
Вновь могут иметь место три вышеуказанных случая. В последнем случае расчёт следует
продолжить. Наша практика показала, что, как правило, достаточно двух вышеуказанных
циклов, чтобы прийти к окончательному результату. Расчёт суммарного дозного поля Д с
проводится по формуле: Дс=tДф + (1- t ) Дд, где 0  t  1 , Дд – дополнительные дозные
поля. Как отмечалось выше, необходимо задание исходного множества условий
облучения большой размерности. Для её уменьшения используются базисные параметры
условий облучения, позволяющие сократить её в сотни раз без потери оптимальных
параметров, которые находятся с помощью операций суперпозиции [1]. Исследовано
влияние неоднородностей на значения базисов. Проведено сравнение данного метода с
методом линейного программирования.
1. Денисенко О. Н., Козлов В. А. Медицинская радиология, № 10, 1974
64
ДВУХКАНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ РЕГИСТРАЦИИ ДОЗНЫХ ПОЛЕЙ:
ИСТОРИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
В КЛИНИЧЕСКОЙ ДОЗИМЕТРИИ
О.Н.Денисенко
Медицинский радиологический научный центр АМН РФ, Обнинск, Россия
E-mail: denisnko@mrrc.obninsk.ru
Annotation
Application of two-channel systems for registration of dose fields is discussed.
Двухканальные системы регистрации дозных полей (ДСРДП), благодаря работам
В.К.Ляпидевского, А.Н. Кронгауза, ряда учёных МИФИ, а также автору этого сообщения
[1-3], в последние годы получили новый толчок в их развитии и применении в
клинической дозиметрии. Последняя связана с физико-техническим обеспечением
лучевой терапии злокачественных заболеваний. Эта область связана с больными, и
поэтому с необходимостью измерений дозных полей в неоднородных средах человека с
учётом пространственно-временных характеристик излучений. Одна из основных
характеристик - поглощённая доза. С появлением полупроводниковых и
сцинтилляционных детекторов с легко изменяемыми геометрическими, физическими
параметрами ДСРДП стали эффективно использоваться для её определения. При этом
нашли широкое применение два основных метода: 1) По отношению показаний двух
детекторов определяется эффективная энергия излучения, а затем вводится поправка на
так называемый «ход с жёсткостью»; 2) Используется метод суперпозиции сигналов
детекторов, в частности, их разность. По конечным результатам оба метода эквивалентны,
но последний требует меньше операций, хотя и не даёт возможности определить
эффективную
энергию
излучения.
Эффективность
этих
методов
была
продемонстрирована с использованием двух кремниевых полупроводниковых детекторов
для измерения поглощённой дозы рентгеновского излучения до энергий квантов 10 кэВ с
точностью 5%, что весьма трудно сделать с помощью ионизационной камеры. Укажем на
два важных, на наш взгляд, обстоятельства: 1) «Ход с жёсткостью» рассматривается не
как отношение поглощённой дозы в детекторе к показанию ионизационной камеры, а как
отношение зарегистрированного сигнала к показанию последней - это даёт возможность
различных преобразований для измерения характеристик излучений; 2) При вычитании
сигналов «ход с жёсткостью» может принимать отрицательные значения, что не имело
места в классической дозиметрии. Интересные результаты были получены с помощью
сцинтилляционного дозиметра, на выходе которого измеряются ток и скорость счёта
импульсов. Была показана возможность определения поглощённой дозы от одного гаммакванта, измерения мёртвого времени, отрицательных значений его из-за эффекта
наложения импульсов, что также не имело места в классической радиометрии,
световыхода сцинтиллятора [3]. Наконец, весьма интересным представляется метод
вычитания сигналов для увеличения пространственного разрешения, что имеет большое
значение при регистрации высокоградиентных дозных полей. В заключение отметим, что
одно из направлений технологических разработок, ведущихся в АМФ РФ, является
развитие ДСРДП.
1. Кронгауз А.Н., Ляпидевский В.К., Фролова А.В. Физические основы клинической
дозиметрии. Атомиздат, М., 1969
2. Ляпидевский В.К. Некоторые вопросы дозиметрии в радиологии. Докт. дисс.
МНИРРИ МЗ РСФСР, 1972
3. Денисенко О.Н. Физико-технические принципы формирования и регистрации
дозных полей фотонного излучения. Докт. дисс АМН СССР, 1973.
65
МЕТОД БЫСТРОГО РАСЧЕТА ДОЗ ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОЙ НЕЙТРОННОЙ
ТЕРАПИИ ОПУХОЛЕЙ ГОЛОВНОГО МОЗГА
В.В.Федоров
Медицинский радиологический научный центр РАМН, Обнинск
E-mail: paralaks@mrrc.obninsk.ru
Annotation
A method for fast dose calculation in treatment planning systems for neutron beam therapy is
proposed. The method supposes prior calculations of fluxes for fixed cell sequences and neutron
sources by means of MCNP program and routine comparing results of these calculations with cell
sequences in 3D model of a real patient.
Методы расчета доз в системах планирования для дистанционной нейтронной
терапии представляют собой различные модификации программы MCNP, основой
которой является метод Монте-Карло. При всех его достоинствах главным недостатком
метода Монте-Карло является слишком длительное время расчетов. Поиск
квазиоптимального плана нейтронной терапии требует расчетов для различных условий
облучения. Очевидна необходимость разработки быстрых методов расчета доз.
Предлагается метод, требующий использование MCNP только при настройке системы
планирования, время же рутинного расчет плана облучения будет измеряться секундами.
Системы планирования предполагают наличие модели источника нейтронов и
модели пациента. Обычно имеется несколько вариантов источника нейтронов,
отличающихся в основном размерами апертуры коллиматора. Для модели пациента в
MCNP удобно использовать трехмерную решетку, которая строится по набору срезов,
получаемых с помощью компьютерного томографа. Размер ячейки решетки определяется
расстоянием между срезами. Поскольку на глубине >15 см доза от нейтронов
незначительна, можно считать, что при нейтронной терапии опухолей мозга пучок
нейтронов проходит через последовательность слоев кожа-череп-мозг. Толщина каждого
из этих слоев в модели пациента определяется соответствующим количеством ячеек
решетки при расположении пучка перпендикулярно граням ячеек. Тогда все многообразие
моделей пациентов ограничивается фиксированным множеством, образованном
несколькими десятками возможных последовательностей ячеек кожа-череп-мозг.
На предварительном этапе с помощью программы MCNP выполняются расчеты
потока нейтронов через ячейки фантома, заполненного веществом мозга. В центральной
части фантома размещаются фиксированные последовательности ячеек кожа-череп-мозг.
Расчеты на фантоме производятся для каждой из возможных конфигураций источника
нейтронов. Результаты расчетов для каждой из возможных последовательностей ячеек
кожа-череп-мозг запоминаются.
Для получения плана облучения необходимо построить модель пациента,
преобразовать ее так, чтобы выполнялось условие перпендикулярности пучка ячейкам,
определить последовательности ячеек модели, пересекаемые пучком, и для каждой из них
выбрать соответствующую из предварительно рассчитанных последовательностей. Для
перехода от потоков нейтронов к дозам используются керма-факторы для веществ кожи,
черепа и мозга. Предусмотрена возможность расчета дозы от B10.
Средняя относительная погрешность предлагаемого метода оценивается в ~ 5% от
расчетов с помощью программы MCNP.
66
РОССИЙСКИЙ ГЕНЕРАТОР СТРОНЦИЙ-82/РУБИДИЙ-82
Б.Л. Жуйков1, В.М. Чудаков1, П.Е.Ерилов2,
Л.А. Тютин3, Н.А. Костеников3, Д.В. Рыжкова3, Дж. Винсент4
1
Институт ядерных исследований РАН, Москва, E-mail: bz@inr.ru
2
ФГУП «Завод Медрадиопрепарат» ФМБА России, Москва, E-mail: medradiopreparat@mtu-net.ru
3
ФГУ «Центральный научно-исследовательский рентгенорадиологический институт» Росздрава,
Санкт-Петербург, E-mail: cnirri@nm.ru
4
TRIUMF, Канадская национальная лаборатория, Ванкувер, V6T2A3, Канада
В ИЯИ РАН разработан генератор стронций-82/рубидий-82. Его регулярная
зарядка осуществляется на базе
радиофармацевтического предприятия - Завод
«Медрадиопрепарат» (г. Москва). Это генератор дочернего типа. Базовый материнский
радионуклид стронций-82 (период полураспада 25,3 дня) регулярно нарабатывают на
линейном ускорителе ИЯИ РАН и выделяют из облученных мишеней в Лос-Аламосской
национальной лаборатории и в Физико-энергетическом институте (г. Обнинск).
Стронций-82 осаждают в генераторной колонке, где он распадается с образованием
дочернего рубидия-82 (период полураспада 75 с). Последний вымывается из колонки
физиологическим раствором (0.9% NaCl), вводится непосредственно в кровеносную
систему пациента и разносится по внутренним органам. В результате распада рубидия-82
образуются аннигиляционные фотоны (511 кэВ), используемые для создания изображений
при диагностике с помощью позитронно-эмиссионного томографа (ПЭТ).
Генератор состоит из генераторной колонки, изготавливаемой из стандартных
химически стойких деталей [1] и заполняемой специально синтезируемым
неорганическим сорбентом (гидратированный оксид олова). Колонка помещена в
специально разработанный вольфрамовый контейнер. Изготовлено и заряжено 9
генераторов с различной активностью, использовавшихся в лабораторных и
доклинических испытаниях элюата из генератора - радиофармпрепарата (РФП) «82Rb
хлорид, изотонический».
Лабораторные испытания показали, что новый препарат по стерильности,
апирогенности и химической чистоте отвечает всем требованиям, предъявляемым к
медицинским средствам подобного рода. Доклинические испытания на животных,
проведенные в ЦНИРРИ (г. Санкт-Петербург), показали, что генератор позволяет
получать на позитронно-эмиссионном томографе высококачественные изображения
миокарда, а также определять
нарушения регионального кровотока в условиях
индуцированной ишемии, и может быть рекомендован для проведения клинических
испытаний. Использование генератора в сочетании с ПЭТ позволяет эффективно
осуществлять диагностику перфузии миокарда [2]. Применение генератора перспективно
также для диагностики мозга, желудка, почек, печени, селезёнки и лёгких.
1. M.R.Cackette, T.J.Ruth, J.S.Vincent. 82Sr Production from metallic Rb targets and
development of 82Rb generator system. Appl. Radiat. Isot., 1993, v. 44, p. 917.
2. K.L.Gould. PET perfusion imaging and nuclear radiology. J. Nucl. Med., 1991, v.32, p.579.
67
МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЛУБИНЫ ПРОНИКНОВЕНИЯ СВЕТА В НОРМАЛЬНУЮ И
ПАТОЛОГИЧЕСКИ ИЗМЕНЕННУЮ КОЖУ
В.В.Барун*, А.П.Иванов*, А.В.Волотовская**, В.С.Улащик**
*Институт физики НАН Беларуси
E-mail: barun@dragon.bas-net.by
**Белорусская медицинская академия последипломного образования
Two-layer skin model and engineering procedures of the radiative transfer theory are the foundation
for simulating penetration depth of light into normal and pathological skin over the spectral range of
400 to 850 nm. The considered pathologies are vitiligo, oedema, erythematosus lupus, and
subcutaneous wound. The obtained results can be useful for low-intensity laser therapy and
tomography investigations.
Для лазерной терапии и томографии важным практическим параметром является
глубина z0 проникновения света в биологическую ткань. В данной работе для определения
значений z0 на различных длинах волн  использованы модель двухслойной кожи
(эпидермис и дерма) и инженерные формулы теории переноса излучения (ТПИ).
Распространение света через эпидермис описывалось в малоугловом приближении ТПИ, а
через дерму – в асимптотическом приближении. За нормальную ткань условно принята
кожа, для которой содержание f меланина в эпидермисе составляет 10±5 %, а объемная
концентрация CV капилляров равна 2 ± 1 %. Глубина проникновения света рассмотрена
также для ряда патологий – витилиго, отека, красной волчанки и раны, для которых
заметно изменяются указанные значения концентраций. Так, витилиго характеризуется
сильным уменьшением f меланина, отек – повышенным содержанием жидкости в дерме и,
как следствие, уменьшением CV, красная волчанка – увеличением диаметра капилляров
дермы и, соответственно, CV. В случае острой раны нарушается структура кожи –
эпидермальный слой отсутствует, а поверхность раны покрыта тонким слоем крови.
Будем понимать под z0 глубину, на которой плотность излучения уменьшается в 10 раз. На
рисунке приведен спектр глубины проникновения света в нормальную кожу с f = 5 % и CV
= 1 % при толщине эпидермиса 60 мкм для двух значений степени оксигенации крови S =
0.97 (сплошные кривые) и 0.5 (штриховые). Как видно, при  = 400 – 850 нм глубина
проникновения изменяется от долей до примерно 10
z0 ,
мм. Спектр z0 в значительной степени похож на
mm
обращенный спектр поглощения крови. Иными
словами, в максимумах поглощения крови значения
z0 минимальны. При  от 400 до примерно 580 нм
глубина проникновения слабо зависит от S. Это
связано с несколькими факторами. Во-первых, в
1
указанном
интервале

спектры
оксии
деоксигемоглобина близки друг к другу. Кроме того,
объемная концентрация капилляров невелика, так что
световое поле в глубине кожи в значительной степени
определяется пропусканием эпидермиса, а также
поглощением и рассеянием света тканью-основой,
nm 800
400
600
окружающей кровеносные сосуды. Аналогично
приведенному рисунку, были промоделированы глубины проникновения излучения в
патологически измененную кожу. При витилиго и отеке z0 возрастает из-за меньшей
концентрации поглощающей компоненты, а при красной волчанке – z0 уменьшается.
Наиболее заметно снижение z0 в случае острой раны. В работе получены модельные
количественные значения z0 на длинах волн, используемых при лазерной терапии, что
может представлять интерес также и для врачей-практиков.
68
БИООПТИЧЕСКИЕ ПРОЯВЛЕНИЯ ЛОКАЛИЗОВАННОГО ПОГЛОЩЕНИЯ
СВЕТА КРОВЕНОСНЫМИ СОСУДАМИ
В.В.Барун, А.П.Иванов
Институт физики НАН Беларуси
E-mail: barun@dragon.bas-net.by
An effect of localized light absorbers on optical properties of a biological tissue is analytically treated.
It is shown that there occurs the reduction of an apparent blue absorption coefficient of the tissue with
large enough blood vessels. The consequences of such a reduction can be rather clearly manifested in
some biooptical applications. The study of the manifestations is the subject of the paper.
Аналитически исследовано влияние локализованного поглощения света кровеносными
сосудами биологической ткани на ее оптические характеристики. Показано, что для
достаточно большого диаметра капилляров имеет место уменьшение показателя
поглощения элементарного объема ткани в сине-зеленой области спектра по сравнению с
равномерным распределением поглощающей компоненты по объему среды. Указанная
спектральная область связана с сильным поглощением здесь излучения кровью. Этот
механизм иногда называют эффектом «сита», т.е. прохождением света через слабо
поглощающие участки ткани мимо сосудов. Основное внимание в работе уделено
следствиям локализованного поглощения для некоторых приложений биомедицинской
оптики. В частности, при низкоинтенсивной лазерной терапии важным параметром
является глубина проникновения света в ткань. Эффект «сита» приводит к существенному
возрастанию глубины проникновения, т.е. росту дозы облучения в среде. Создается
впечатление о снижении концентрации кровеносных сосудов в ткани. Также
увеличивается и коэффициент отражения ткани. Это открывает новые возможности для
диагностики среднего диаметра сосудов по отраженному излучению. Расчеты,
выполненные для полидисперсных сосудов с типичным распределением их диаметров,
позволили выяснить, какую характеристику распределения следует понимать под
«средним диаметром». Приведены количественные оценки чувствительности
коэффициента отражения к диаметру сосудов. Так, на длине волны 418 нм,
соответствующей максимуму поглощения крови, модельные расчеты для многослойной
кожи с сосудами диаметром 40 мкм дают коэффициенты отражения с учетом эффекта
«сита» порядка 25 %, а без учета – 20 %. Эта разница – вполне экспериментально
детектируемая величина. Еще одним аспектом, исследованным в работе, является
проявление локализованного поглощения при нагревании ткани лазерным пучком.
Показано, что эффект «сита» приводит к некоторому увеличению температуры
поверхности ткани. Это связано с отмеченным ростом коэффициента отражения и
соответствующим увеличением плотности световой энергии. Наконец, при светотерапии
стремятся добиться максимального перегрева ткани путем ввода в кровь сенсибилизатора,
поглощающего лазерный луч. Сначала, при малой концентрации сенсибилизатора это
приводит к снижению глубины проникновения света. При дальнейшем росте
концентрации поглощение элементарного объема среды, а, следовательно, и глубина
проникновения стабилизируются из-за эффекта «сита». В то же время, температура крови
растет пропорционально поглощению сенсибилизатора. Таким образом, можно нагреть
ткань за счет ввода сенсибилизатора, не увеличивая мощность лазера и не повреждая
других ее участков. В заключение отметим, что в работе получены лишь теоретические
оценки некоторых эффектов. Эти оценки могут подсказать и другие пути использования
механизма «сита».
69
РАЗРАБОТКА ПОРТАТИВНОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ КОЭФФИЦИЕНТА
ДИФФУЗНОГО ОТРАЖЕНИЯ СВЕТА БИОЛОГИЧЕСКИМИ ТКАНЯМИ
В.Г.Петрук*, В.В.Барун**, А.П.Иванов**, С.М.Кватернюк*
*Винницкий национальный технический университет (ВНТУ)
E-mail: petruk@vstu.vinnica.ua
**Институт физики НАН Беларуси (ИФ НАНБ)
A device to measure diffuse reflectance over the spectral range of 400 to 850 nm of biological tissues
is presented. The main units of the device are a white light source, a monochromator, a fiber
communication line, an integrating sphere, and a detector. The specifications of each unit are given.
Special attention is turned to the correct estimation of an area, from which the detector collects light.
Here are some features for biological tissues as opposed to a hard sample due to radial light spreading
in tissues. Examples of measured and simulated spectral diffuse reflectance are considered.
Исследование спектров коэффициента диффузного отражения света кожей в
интервале 400–850 нм показало, что они позволяют идентифицировать ряд болезней и
содержат информацию о биофизических и структурных параметров ткани. Среди таких
параметров – толщина эпидермиса и содержание меланина в нем, объемная концентрация
капилляров и степень оксигенации крови. С целью неинвазивной диагностики кожи, в
ВНТУ (экспериментальная часть) и ИФ НАНБ (теоретическая часть) разрабатывается
малогабаритный измеритель коэффициента диффузного отражения света биологическими
тканями. Основными блоками прибора являются источник белого света, монохроматор,
линия волоконно-оптической связи, интегрирующая сфера и детектор. Сигнал с детектора
подается на персональный компьютер, который обрабатывает результаты измерения и
выдает спектр коэффициента диффузного отражения в абсолютных единицах (процентах).
В работе представлены технические характеристики каждого из блоков. Обращено
внимание на оценку площади образца, с которой интегрирующая сфера собирает свет. Для
корректного измерения коэффициента отражения необходимо, чтобы отношение
площадей отверстия (куда вводится образец) к внутренней поверхности сферы было
минимальным. В этом случае, казалось бы, для охвата всего падающего светового пучка
нужно иметь диаметр отверстия, равный диаметру пучка. Однако в ткани кожного
покрова человека свет сильно размывается в боковом (радиальном) направлении. В
результате отраженный световой поток имеет пространственные размеры значительно
шире, чем падающий. Это следует учитывать при конструировании интегрирующей
сферы. В работе радиальное размытие излучения рассчитывалось в диффузионном
приближении теории переноса для широкого диапазона модельных свойств кожи. Оно,
естественно, максимально в красной области спектра, где поглощение компонент ткани
минимально. Именно оценка указанной площади в красной области дает диаметр
отверстия интегрирующей сферы при заданном уровне погрешности измерения
коэффициента диффузного отражения. В работе приведены также примеры спектров
отражения кожи, полученные с помощью макета прибора для ряда добровольцев. Эти
результаты сопоставлены с расчетными данными моделирования. Прибор может найти
применение в клинической практике, судебно-медицинской экспертизе, а также при
исследованиях, связанных с оптимизацией и индивидуализацией режимов
низкоинтенсивной лазерной терапии.
70
ТЕПЛОВЫЕ ПОЛЯ В КОЖНОМ ПОКРОВЕ ЧЕЛОВЕКА ПРИ
НИЗКОИНТЕНСИВНОЙ ЛАЗЕРНОЙ ТЕРАПИИ
А. П. Иванов, В. В. Барун
Институт физики НАН Беларуси
E-mail: ivanovap@dragon.bas-net.by
A review of our own studies is presented. They are devoted to different problems of skin heating
during low-intensity laser therapy. The paper deals with some general aspects of laser light heating.
The applications are considered too.
Решение задачи нагрева биологических тканей при лазерной терапии представляет
большой научный и практический интерес. При этом важно иметь аналитический
инженерный аппарат для оценки температурного режима в среде, позволяющий
исследовать общие закономерности пространственно-временного распределения
выделяемого тепла и влияние параметров на световой и тепловой режимы. Именно этот
круг вопросов применительно к кожному покрову рассматривается в работе.
 Путем обобщения литературных данных и собственных расчетов предложена простая
модель оптико-теплофизических свойств биологических тканей. Модель содержит малое
число варьируемых входных параметров и позволяет найти все оптические
характеристики, необходимые для вычисления световых полей в ткани и задания
функции тепловых источников.
 Сформулированы уравнения теплопроводности и получено их аналитическое решение
(при неизменных в процессе облучения оптических и теплофизических характеристиках),
позволяющее рассчитывать кинетику температуры в многослойной, многокомпонентной
коже при разной пространственной и временной структуре монохроматического
лазерного импульса произвольной длительности.
 Выявлены характерные временные параметры процессов переноса тепла в ткани
(выраженные через оптические и теплофизические характеристики среды), имеющие
четкий физический смысл. Зная их, можно, не пользуясь решениями уравнений
теплопроводности, оценивать длительность протекания разных тепловых процессов.
 Количественно изучена кинетика нагрева и остывания ткани при облучении лазерным
импульсом разной структуры и частоты на различных глубинах для изменяющихся
концентраций меланина и капилляров, состава крови, скорости перфузии с учетом и без
учета эффекта “сита”. Установлено, что
1) при облучении коротким импульсом сета после его действия в течение ≈10-3 – 10-2 с
температура капилляров значительно выше температуры окружающей их ткани;
температура в дерме некоторое время продолжает нарастать вследствие механизма
теплопроводности;
2) в первые моменты времени нагрев определяется только лучистым переносом
(структурой светового поля и поглощательной способностью различных компонент
кожи), и поэтому температура имеет “пятнистую” структуру, соответствующую
локализации сосудов, и сильно изменяется с глубиной; по мере проявления различных
механизмов теплопроводности температура компонент ткани выравнивается;
 Оценено возрастание температуры кожи при введении сенсибилизаторов при
фотодинамической терапии онкологических заболеваний;
 Сравнение полученных результатов с данными других исследователей осуществить
достаточно трудно. Из-за своеобразия в структуре ткани, исходных оптических и
теплофизических параметрах, допускаемых приближениях, выдаваемом конечном
результате. Во всех существующих экспериментах нет полных сведений об оптических и
теплофизических параметрах исследованных участков кожи пациентов. Тем не менее,
удалось найти материал по структуре температуры в коже, где исходные положения
соответствовали нашим. Наблюдалось неплохое соответствие результатов.
71
МАЛОИНВАЗИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МЕДИЦИНЕ:
НОВЫЕ КОРЗИНКИ ДОРМИА
С.А. Муслов1, И.В. Ярема1, С.В. Хачин2
Московский Государственный Медико-Стоматологический Университет,
2
ТОО “СМЕТ”, г. Томск
E-mail: smet-m@nm.ru
1
The FEA method was used to perform a comparative study of the effect of the materials (stainless steel
and nitinol) used for making Dormia baskets for removing gall and urinary stones. Deformations and
von Mises stresses in bile duct wall are calculated. The Khachin superelastic NiTi lithoextractors for
miniinvasive biliary and urinary surgery are designed.
В работе методом конечных элементов (КЭ) выполнен численный анализ
напряжённо-деформированного состояния (НДС) стенки полых органов при
внутрипросветных вмешательствах. Моделируется дилатация желчных протоков
корзинкой Дормиа. Корзинки Дормиа используются при чистке желчных протоков от
желчного сладжа и литоэкстракции – удалении камней из желчевыводящей системы при
холедохолитиазе. Рассмотрены корзинки с равномерной и сгущённой на дистальном
конце браншевой сеткой. В качестве материала корзинок анализируется два варианта
исполнения: традиционная нержавеющая сталь и никелид титана NiTi (нитинол) –
биосовместимый сверхэластичный сплав с эффектом памяти формы. Геометрические 3D
модели корзинок литоэкстракторов строились с помощью проволочных элементов с
соответствующими механическими свойствами. В качестве модели холедоха рассмотрен
сужающийся проток, по форме моделирующий врождённые или приобретённые
стриктуры – патологические сужения желчных протоков, снижающие их проходимость и
естественные анатомические особенности билиарной системы. Дифференциальные
модули стенки холедоха измерены в кольцевом и продольном направлении инфузионным
методом in vitro в физиологическом растворе Кребса, моделирующем биологические
жидкости.
Разработка и адаптация КЭ модели “корзинка-стенка протока-внепротоковая ткань”
и расчет полей напряжений и деформаций выполнены с помощью программного
комплекса КЭ анализа ANSYS 8.1. Модель получилась достаточно сложной – слоистой, с
различными, в том числе нелинейными, механическими свойствами и содержала 33036
узлов. В практической реализации корзинка Дормиа заводилась в просвет желчного
протока заданием небольших ступенчатых перемещений. Взаимодействие браншей со
стенками протока моделировалось контактными элементами типа поверхностьповерхность. В качестве критериев травматизма выбраны контактное давление и
деформации в стенках желчного протока при полностью раскрытой корзинке.
Показано, что для санации желчных путей с минимальным травматизмом
желательны конструкции из материалов с низким уровнем упругих свойств, например
сверхэластичного никелида титана NiTi. Такие конструкции из тонкой нитиноловой
проволоки лучше копируют внутренний рельеф и принимают форму желчевыводящих
протоков. Особенно это важно при патологически изменённых желчных протоках и
сопутствующих заболеваниях, например холангите. При этом выбор многобраншевых
конструкций корзинок Дормиа повышает площадь контакта с внутренней поверхностью
протоков и тем самым уменьшает величину контактных давлений. Клинически
установлено, что сгущение браншевой сетки на дистальном конце корзинок повышает
надёжность захвата и облегчает тракцию камня, расширяет оперативные возможности
хирурга, уменьшает длительность операции и вероятность послеоперационных
осложнений. Разработан дизайн нового поколения эндоскопического инструментария для
лечения желчно- и мочекаменной болезни сверхэластичных корзинок Дормиа из
материала с памятью формы NiTi – литоэкстракторы Хачина.
72
КАЛОРИМЕТРИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ И МЕТОДЫ ДЛЯ МЕДИЦИНСКОЙ
МИКРОБИОЛОГИИ И БИОТЕХНОЛОГИИ
Колпаков И.М1, Радзион А.А2, Бойко Б.Н3
Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, Пущино (Россия),
2
Пущинский государственный университет, Пущино (Россия),
3
Институт биологического приборостроения РАН, Пущино (Россия).
E-mail: imkolpakov@rambler.ru
1
Abstract
The calorimetric instrument and methods can provide objective drug quality control and monitoring of
parameters of technological processes in biotechnology, in microbiology. And also they are used to
control the physical state of materials to determine metabolic activity of microbiological drugs.
Advantages and opportunities of the method in the decision of the tasks of medical microbiology and
biotechnology are analyzed. Design, functioning and measurement assurance of Biotest-M instruments
and its possible providing the effective decision of the specified problems are discussed.
Измерение метаболической активности культуры микроорганизмов является
основной задачей исследований и анализов в медицинской микробиологии и ее
приложениях. Калориметрия может стать универсальным средством этих измерений [1].
В микробиологии давно применяется метод исследований, как бы созданный для
калориметрии. Это выращивание в изолированной системе в стационарной культуре.
Кривая, отображающая изменение количества микроорганизмов во времени совпадает с
кривой изменения теплопродукции, получаемой в аналогичных условиях в
изотермическом биокалориметре [2].
Дифференциальный микрокалориметр Биотест-М предназначен для проведения
разнообразных исследований с применением указанной методики. Микрокалориметр
измеряет тепловую мощность, выделяющуюся в исследуемом образце в процессах
метаболизма, при протекании в нем медленных реакций, вызванных вводом другого
препарата или реактива, или вследствие структурных преобразований. Прибор может
проводить измерения в режиме титрования. Обсуждаются функциональные возможности,
устройство и параметры прибора, его применение в решении задач микробиологических
исследований
Контроль качества является обширной самостоятельной областью применения
калориметрических методик. В этой области наиболее значимыми являются задачи
контроля, связанные с обеспечением биобезопосности. Существенно более простые
приборы, чем Биотест-М позволяют решить проблему измерения общей бактериальной
обсемененности продуктов, сырья и проб воды. Например, метод был реализован на
уровне ГОСТа для пищевой промышленности[3]. Обсуждаются функции и параметры
такого прибора, прототипом которого служит измеритель метаболической активности
микроорганизмов БИОТЕСТ.
1. Бойко Б.Н., Пермяков С.Е., Колпаков И.А., Веретин А.С., Косарский А.Л., Радзион А.А.
Отечественные приборы и калориметрические методы контроля в биомедицине и
биотехнологии. 2-я Международная конференция «Наука-Бизнес-Образование»,
Биотехнология – Биомедицина - Окружающая среда. Пущино, 2005 г.
2. Бойко Б.Н. Прикладная микрокалориметрия: отечественные приборы и методы. Изд-во
«Наука». Москва, 2006.
3. Молоко и молочные продукты. Биокалориметрический метод общего количества
бактерий. ГОСТ 27930-88.
73
ОПЕРАТИВНЫЙ КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА И СООТВЕТСТВИЯ
ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ
Колпаков И.М1, Радзион А.А2, Бойко Б.Н3, Уминская К.А4
Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, Пущино (Россия),
2
Пущинский государственный университет, Пущино (Россия),
3
Институт биологического приборостроения РАН, Пущино (Россия),
4
Московский государственный педагогический институт, Москва (Россия).
E-mail: imkolpakov@rambler.ru
1
Abstract
The subject of this study is connected with drug quality control and drug conformity by the methods of
differential scanning calorimetry (DSC).The advantage and an opportunity of the method for the
decision of biomedical problems are analyzed.
Эффективные методы контроля лекарственных препаратов, несомненно, актуальны
для России в настоящее время. Средства массовой информации свидетельствуют о
значительной доле фальсифицированных лекарственных препаратов средней ценовой
категории, которые наиболее востребованы как по объему, так и по номенклатуре.
Сейчас для анализа качества лекарственных препаратов используется практически
вся совокупность известных физико-химических методов анализа. [1]. Большое
многообразие методов, их высокая трудоемкость, необходимость применения
специальных реактивов и методов приготовления препаратов, и связанная со всем этим
потребность в наличии высококвалифицированного персонала, владеющего всеми этими
методами, делают практически невозможным существование на их основе какой-либо
реальной, эффективной и доступной системы оперативного контроля лекарственных
препаратов. В то же время относительно поставленной задачи все применяемые методы
избыточны.
В докладе рассматривается возможность построения эффективной системы контроля
на базе методов сканирующей калориметрии. Обосновываются преимущества метода
применительно к поставленной задачи. Предлагается конкретная реализация системы
контроля с применением отечественных приборов и разработок. [2]
Внедрение предлагаемой системы позволит решить актуальную, социально
значимую для Росси проблему массового, эффективного, объективного и оперативного
контроля качества лекарственных препаратов.
1. Сливкин А. И., Селеменев В. Ф., Суховерхова Е. А. Физико-химические и
биологические методы оценки качества лекарственных средств: Учеб. пособие / Под ред.
В. Г. Артюхова, А. И. Сливкина. – Воронеж: Изд. Воронежского государственного
университета, 1999. – 368 с.
2. Бойко Б.Н. Прикладная микрокалориметрия: отечественные приборы и методы. Изд-во
«Наука». Москва, 2006.
74
НОВЫЙ ТИП БИОДАТЧИКОВ ДЛЯ БИОТЕХНОЛОГИИ И МЕДИЦИНЫ
С.Г. Скуридин*, В.А. Дубинская**, О.Н. Компанец***, Ю.М. Евдокимов*
Институт молекулярной биологии им. В.А.Энгельгардта РАН, г. Москва
E-mail: skuridin@eimb.ru
**
Научно-исследовательский и учебно-методический центр
биомедицинских технологий ВИЛАР, г. Москва
***
Институт спектроскопии РАН, Московская область, г. Троицк,
E-mail: onkomp@isan.troitsk.ru
*
Ранее было показано, что частицы холестерических жидкокристаллических
дисперсий (ХЖКД) ДНК можно использовать в качестве чувствительных элементов
(биодатчиков) биосенсоров [1].
Создан оптический биосенсор, включающий портативный дихрометр, способный
работать с биодатчиками на основе ХЖКД ДНК. Серия измерений концентраций ряда
биологически активных соединений (БАС) как в тестовых лабораторных растворах, так и
в физиологических жидкостях показала высокую эффективность этой биоаналитической
тест-системы. Достигнуты пределы обнаружения БАС, сопоставимые с пределами их
определения при помощи классических (био)химических методов или превышающие их
[2].
Получены гидрогели, содержащие в своем составе частицы ХЖКД ДНК. Сочетание
привлекательных физико-механических свойств этих гидрогелей (стабильность,
прочность, прозрачность, оптическая изотропия, проницаемость для широкого круга БАС)
с аналитическим критерием в виде аномального оптического сигнала, генерируемого
ХЖКД ДНК в спектре КД, позволило использовать полученный материал в качестве
первого пленочного варианта биодатчика. Недостатки геля - большое время отклика,
связанное со скоростью диффузии БАС в гель, и набухание самого геля в ходе анализа
жидких сред, приводящее к изменению его характеристик (осмотических, упругих и
структурных), ответственных за “поддерживающую” функцию по отношению к частицам
ХЖКД ДНК, и, следовательно, влияющих на величину аномальной оптической
активности ХЖКД - ограничивали его применение [3].
Для стабилизации частиц ХЖКД в условиях набухающего гидрогеля образующие
их молекулы ДНК были “сшиты” наномостиками, состоящими из чередующихся ионов
Cu2+ и молекул антибиотика антрациклиновой группы дауномицина [4].
Способность ХЖКД ДНК, “сшитых” наномостиками, существовать за пределами
“граничных” условий формирования ХЖКД ДНК позволила получить совершенно новый
тип биочувствительного материала, аналитические возможности которого были оценены
при помощи модельных соединений и практически значимых веществ, “мишенями”
которых являются компоненты двухцепочечных молекул ДНК и структурные элементы
наномостиков [5].
[1] Скуридин С.Г., Евдокимов Ю.М. Биофизика. 2004, т. 49, № 3, с. 468-485.
[2] Компанец О.Н. Успехи физ. наук. 2004, т. 174, № 6, с. 686-690.
[3] Евдокимов Ю.М., Казанский К.С., Скуридин С.Г., Варламов В.П. Патент на
изобретение № 2224781. 2004.
[4] Yevdokimov Yu.M., Skuridin S.G., Nechipurenko Yu.D., Zakharov M.A., Salyanov
V.I., Kurnosov A.A., Kuznetsov V.D., Nikiforov V.N. Int. J. Biol. Macromol. 2005, v. 36, No 12, p. 103-115.
[5] Скуридин С.Г., Дубинская В.А., Захаров М.А., Лагутина М.А.,
Минеева М.Ф., Ребров Л.Б., Быков В.А., Евдокимов Ю.М. Жидкие кристаллы и их
практическое использование. 2005. № 3-4, с. 64-74.
75
ТЕХНОЛОГИЯ ПРИМЕНЕНИЯ КСЕНОНА В АНЕСТЕЗИОЛОГИИ
Буров Н.Е., Молчанов И.В., Потапов В.Н.*, Николаев Л.Л.
ГОУДПО Российская медицинская академия последипломного образования,
*ООО Акела-Н
Исполнилось 60 лет с момента открытия наркотические свойства ксенона. Однако,
лишь в конце ХХ века научно-технический прогресс создал условия для применения
ксенона в практической анестезиологии. После выполнения нами комплекса
доклинических и клинических испытаний, в России, впервые в мире, создана нормативноправовая база для клинического применения ксенона в качестве средства для
ингаляционного наркоза (Приказ МЗ РФ № 363 от 8.10.1999г). В соответствии с этим
приказом ООО Акела-Н получило Регистрационное удостоверение № 99/363/4 и
Лицензию №64/0125-Л/02 на производство и реализацию медицинского ксенона..
В настоящее время нами выполнено более 300 анестезий с использованием ксенона
в различных областях хирургии с наилучшими результатами. Главной причиной
сдерживания ксеноновой анестезии в России было отсутствие сертифицированной
наркозной аппаратуры. Однако, после официального утверждения созданной нами
ксеноновой приставки к наркозному аппарату (КНП-01) любой модели, ксенон стал
применяться в других лечебных учреждениях. С 2001 по 2005 в Москве выполнено более
800 анестезий ксеноном, включая и область кардиохирургии. Таким образом, создана
материально-техническая основа для более широкого применение ксенона не только в
анестезиологии, но с лечебной целью в различных областях медицины. Ксенонуникальный газовый анестетик, абсолютно нетоксичен и безопасен, обладает свойствами
идеального анестетика, имеет прекрасные перспективы в медицине ХХ1 века.
Ксеноновая анестезия может применяться как в масочном, так и в
эндотрахеальном варианте в условиях низкопоточной анестезии с применением системы
рециклинга Хе, при которой выдыхаемый Хе улавливается специальным адсорбером.
Утилизированный ксенон подвергался десорбции на производственной базе ООО АкелаН, очищался (99.999%) и возвращался потребителю для повторного использования..
Такая технология «ксенон-сберегающей анестезии» в 35-50 раз дешевле
среднепоточной анестезии, является экономически выгодной и экологически безопасной.
Стоимость 2-х часовой анестезии с учетом рециклинга Хе составляет 20 долл.
Дозирование ксенона осуществлялось специальным прибором, созданным нами (ДКМ01), который также контролировал общий расход газа. Концентрация ксенона в контуре
наркозного аппарата определялась газоанализатором бинарных смесей (ГКМ-03ИНСОВТ). Таким образом, в России разработана технология ксенон-сберегающая
анестезии, которая применяется в рутинной анестезиологии. Однако, для дальнейшего
применения Хе в широкой медицинской практике с лечебной целью, необходима
разработка серийной сертифицированной аппаратуры и мониторных устройств.
________________________________________________________________________
Буров Н.Е., Потапов В.Н, Макеев Г.Н. Ксенон в анестезиологии.М,П.2000.
76
АНАЛИЗ ТЯЖЕЛЫХ МОЛЕКУЛЯРНЫХ КОМПЛЕКСОВ В ПЛАЗМЕ КРОВИ
МЕТОДОМ ЛАЗЕРНОЙ КОРРЕЛЯЦИОННОЙ СПЕКТРОСКОПИИ
Г.К.Григорьев, В.Г.Певгов, В.Ф.Шарков
Московский Физико - Технический институт, г.Долгопрудный Московской обл.
E-mail: pevgov@orc.ru
Выявление тяжелых заболеваний на ранней стадии является одной из актуальных
задач
медицины. Известно, что развитие патологических процессов в организме
сопровождается заметными изменениями в составе крови. При этом для анализа крови по
содержанию сравнительно легких молекул таких как альбумины, глобулины и
триглицериды широко и успешно применяются методы биохимии. Но применение этих
методов в изучении тяжелых молекулярных комплексов с размерами от нескольких
десятков до сотни нанометров в силу ряда причин затруднено. В то же время растёт
интерес медиков – практиков к исследованию комплексов липопротеидов,
стабилизированных аполипопротеинами и осуществляющих транспортные функции
триглицеридов, витаминов и ряда других компонентов в крови. Известны, например,
успешные попытки капсулирования лекарственных препаратов в названные комплексы
для их адресной транспортировки по кровеносным сосудам. В такой ситуации задача
анализа состава и свойств высокомолекулярных комплексов плазмы крови представляется
актуальной, но её решение существенно затруднено в силу относительно малого весового
содержания этих комплексов в общем составе крови.
В нашем сообщении показывается эффективность использования метода
динамического рассеяния лазерного излучения для контроля названных параметров.
Перспективность ЛКС - метода основана на известном физическом эффекте, по которому
спектральная плотность рассеянного лазерного излучения на частицах меньших длины
волны пропорционально седьмой степени характерного размера. Это обстоятельство
позволяет надежно выделять крупные частицы плазмы крови на фоне большого
количества малоразмерных молекул. Более того, наши исследования выявили ряд
ценных для медицинской практики закономерностей. Обнаружено, например, что
соотношения и характеристики тяжелых частиц плазмы крови чрезвычайно
чувствительны к состоянию организма в норме и патологии. Соотношения тяжелых
молекулярных компонентов плазмы крови пациентов, измеренные методами лазерной
корреляционной спектроскопии, при возникновении ряда патологий изменяются и
достаточно корректно регистрируются.
THE ANALYSIS of HEAVY MOLECULAR COMPLEXES in PLASMA of BLOOD by a
METHOD LASER CORRELATION SPECTROSCOPY
G.K.Grigoriev, V.G.Pevgov, V.F.Sharkov
In our article the efficiency of use of a method of dynamic scattering of laser radiation for the control
of amount and ratio of concentration of large molecular particles in plasma of blood is shown.
77
БИОИНФОРМАЦИОННЫЕ СВЯЗИ ЯВЛЕНИЙ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ
И ОЦЕНКА БИОТРОПНОСТИ ПОГОДЫ
М.А. Трубина,1 В.Н. Воробьев1, Х.Д. Канониди2, Т.А. Митрофанова2
Российский государственный гидрометеорологический университет, Санкт-Петербург,
E-mail: trubina@rshu.ru
2
ИЗМИРАН, г. Троицк, E-mail: tamara_m@bk.ru
1
Несмотря на имеющиеся обширные научные данные о влиянии метеорологических и
гелиогеофизических факторов на состояние здоровья и физиологические параметры организма,
экологическая роль и биологическая сущность механизмов их взаимодействия остается пока
неясной. Необходимость выбора комплексного подхода к изучению системы “Космос-ЗемляЧеловек” очевидна и обоснована, т.к. в его основе лежит идея использования современных
технологий и каналов получения и распространения информации о влиянии космической
погоды, изменчивости состояния атмосферы, электромагнитных и гравитационных полях,
антропогенных загрязнений и других параметров окружающей среды, требующая
эффективного и быстрого решения.
Гелиогеофизические факторы и возникающие гелиометеотропные реакции человека
существенно влияют на потенциал здоровья как на индивидуально – организменном, так и на
популяционном уровнях, и во многом определяют баланс человекопотребления и
человекопроизводства – обобщенный показатель благополучия популяции (по Казначееву
В.П.). Эта задача еще более актуальна применительно к т. н. экологическому здоровью, т.е.
здоровью населения в связи с состоянием окружающей среды, поэтому проблема установления
причинно-следственных связей между состоянием (качеством) окружающей среды и здоровьем
населения является одной из ведущих экологических и социально-значимых задач. В этом
случае возникает вопрос о влиянии солнечной активности, погоды, состоянии атмосферы, и,
прежде всего антропогенных загрязнений и других параметров среды на здоровье людей, что,
естественно, требует количественного подхода к оценке рисков и выработки необходимых
управленческих решений, направленных на своевременное оповещение заинтересованных
организаций и различных групп риска.
Решение данной задачи требует системного подхода и объективного анализа и создания
биометеорологической информационной системы (БИС) на основе объединения,
координации и сотрудничества специалистов различных отраслей науки по оценке
факторов, влияющих на здоровье населения. Основой такой БИС являются гелиогеофизические
данные, режимная гидрометеорологическая информация, включающая результаты мониторинга
атмосферы, а также климатическая, биоклиматическая и биометеорологическая информация.
Данное исследование является частью проекта, посвященного информатизации прикладных
задач биометеорологии и биоклиматологии, созданию БИС, усовершенствованию методики
специализированных медицинских прогнозов погоды и оценки биотропного влияния погоды на
здоровье человека с целью проведения профилактических мероприятий для снижения
заболеваемости. Основной целью работы является изучение влияния космической и земной
погоды на процессы адаптации и акклиматизации, психоэмоциональной лабильностии на
качество жизни для условно здоровых лиц.
Инновационный
характер
представленного
проекта
позволит
создать
службу
специализированных прогнозов погоды для медицинских целей, необходимость в создании
которой в России очевидна.
Недостатком многих исследований является рассмотрение ограниченного количества
факторов среды, влияющих на организм, что объясняется объективными причинами
недоступности данных.
Основной целью исследований в области «здоровье-природная среда» является
своевременное установление причин, оказывающих негативное влияние на здоровье населения. В
условиях современного индустриального общества при существующем состоянии окружающей
среды, социальной напряженности, повышенном темпе современной жизни и, как следствие,
общем росте заболеваемости населения и появлении т.н. «болезней цивилизации», особое
значение приобретает Очевидно, что для сбора и согласования разнородной многофакторной
информации, проведения модельных экспериментов и аналитической обработки полученных
результатов необходимо создание биометеорологической информационной системы (БИС) на
основе использования современных компьютерных технологий и средств телекоммуникаций. Для
широкого использования результатов работы (БИС) целесообразно создать информационную
78
среду, включающую необходимые знания и методики оценки неблагоприятности (агрессивности)
среды и погоды в целом на организм людей разных возрастных групп, особенного молодежи, а
также рекомендации по профилактике негативных воздействий. Для согласования разнородной
информации (базы данных и базы знаний экологической, гелиогеофизической, гигиенической,
медицинской, социально-демографической и другой информации), проведения модельных
экспериментов и аналитической обработки полученных результатов необходимо использование
современных математических методов и компьютерных технологий.
Результатом работы БИС будут комплексные, прогнозные и рекомендательные
информационные материалы, разработанные на основе многофакторного анализа,
квалиметрических методов, экспертных оценок, математического моделирования и др. методов
обработки, а также создание медико-экологических атласов и оценка биоклиматических ресурсов
(создание специализированных карт). На основе такой БИС станет возможным автоматизировать
составление и распространение специализированных прогнозов погоды для медицинских целей и
агрометеорологии, необходимость в создании которых с каждым днем возрастает. Для
установления неизвестных ранее закономерностей динамики процессов в природе и обществе
необходимо, прежде всего, изучить и проанализировать особенности внешних воздействий на
земные объекты и реакции на них со стороны этих объектов, установить причинно-следственные
связи между процессами, найти пути к прогнозированию будущих состояний среды. Таким
образом, в настоящее время есть все основные предпосылки для серьезного теоретического
осмысления вопроса о влиянии Космоса на биосферные процессы. Постановка перед мировой
научной общественностью вопроса о реальности космобиосферных связей представляется вполне
правомерной и своевременной, а изучение биологических эффектов и механизмов действия
космических факторов на живые системы должно стать предметом изучения нового направления
науки - космос и биосфера
Важное значение для решения проблем космо-биосферных связей имело развитие
философских и методологических принципов, основанных на системном подходе. Живой
организм, экосистема и биосфера стали рассматриваться как термодинамически открытые
кибернетические динамические системы. Одновременно с этим развитие теории динамических
систем позволило создавать математические модели, качественно описывающие поведение живых
систем во времени и их высокую чувствительность к действию разнообразных факторов, которые
по отношению к живой системе могут выступать в роли управляющих параметров. Результатом
работы БИС является создание информационной среды, включающей необходимые знания и
методики оценки биотропности погоды и среды на организм людей разных возрастных групп,
особенного детского населения, а также рекомендации по профилактике этих негативных
воздействий. На основе применения и развития передовых информационных технологий,
включающих применение геоинформационных, телекоммуникационных и экспертных систем
можно проводить медико-географическую и медико-экологическую и биоклиматическую оценку
территорий, а также создавать медико-экологические атласы. Внедрение БИС позволит создать
единое информационное
пространство, включающее комплексные, прогностические и
методические информационные материалы, полученные на основе математического
моделирования, многофакторного анализа, экспертных оценок и др. методов.
Инновационный характер представленного проекта позволит создать службу
специализированных прогнозов погоды для медицинских целей, необходимость в создании
которой в России очевидна.
BIOINFORMATIONAL CONNECTIONS OF THE ENVIRONMENTAL PHENOMENA
AND ESTIMATION BIOTROPICAL INFLUENCES OF WEATHER
Multiple biological and informational interactions in the system "Sun-atmosphere-environmenthuman" exert complex influence upon health conditions and call for monitoring of heliometeopathic
reactions (individual weather – sensitivity). It is beyond question that all elements of the system are
interrelated with any change in one element resulting in changes in the others, so multiparameter
relations are to be considered. This research is some part of the project devoted to informatization of
applied problems of biometeorology and bioclimatology to improvement of the technique of the
specialized medical weather forecasts and estimations biotropical influences of weather on human
health and carrying out of preventive actions for decrease diseases. The basic purpose of work is
studying influence of space and terrestrial weather on processes of adaptation and acclimatization.
79
О МЕХАНИЗМЕ РАЗРУШЕНИЯ ЦЕНТРОВ ОКРАСКИ, НЕРАВНОМЕРНО
РАСПРЕДЕЛЕННЫХ В КОЖЕ, ПОД ДЕЙСТВИЕМ НАНОСЕКУНДНЫХ
ЛАЗЕРНЫХ ИМПУЛЬСОВ БЛИЖНЕГО ИК ДИАПАЗОНА
Кулаков Д.М., Чернышева Л.В.
Государственный Научный Центр Российской Федерации Троицкий Институт Инновационных и
Термоядерных Исследований (ГНЦ РФ ТРИНИТИ),
Троицк, Московская область
The results are presented on the damage study of melanin granules contained in ex-vivo animal skin
specimens under a series of single Nd:glass laser pulses of nanosecond duration, with intensity I ~ 108
W/cm2. The mechanism responsible for tissue damage at given conditions is shown to be a selective
photodisruption occurring due to preferential energy absorption by endogenic skin pigment. For such a
complicated multicomponent structure as biotissue comprising substructures inhomogeneously
distributed in the bulk of it and differing in absorption coefficient, such a parameter as volume energy
density becomes a decisive one for tissue damage. When its magnitude reaches the damage threshold
value within the absorption loci it breaks whereas the surrounding tissue remains undisturbed. The
reversible character of damage testifies to the absence of coagulation.
Представлены результаты исследований разрушения зерен
меланина,
содержащихся в образцах кожи животных ex-vivo, под действием серии единичных
наносекундных импульсов лазера на неодимовом стекле с плотностью мощности I ~ 108
Вт/см2.
Показано, что механизмом, ответственным за осветление кожи при данных
условиях является селективный фоторазрыв, когда энергия поглощается гранулами
эндогенных пигментов кожи.
Биоткань, являясь сложной многокомпонентной средой, содержит неравномерно
распределенные в объеме субструктуры с отличающимся коэффициентом поглощения для
данной длины волны. Определяющую роль при ее разрушении играет такая
характеристика, как объемная плотность энергии .
Когда значение  в локусах поглощения достигает порога разрушения, происходит
их разрыв; в окружающей же ткани это значение ниже порога, поэтому она остается
ненарушенной.
Отмечается обратимый характер разрушения, что свидетельствует об отсутствии
коагуляции.
80
УСПЕХИ И ПЕРСПЕКТИВЫ КОХЛЕАРНОЙ ИМПЛАНТАЦИИ
Н.Г.Бибиков
ФГУП Акустический институт им. акад. Н.Н. Андреева
ул. Шверника, 4. Москва
E-mail: bibikov@akin.ru
В последние годы в Европе и США ранний мониторинг слуховой системы и
имплантация электронных протезов улитки глухим внедрено в широкую практику и
является важным разделом медицинской техники. В докладе дается обзор современного
состояния и анализ новых тенденций кохлеарной имплантации (КЯ) на основе научных
публикаций и современной патентной литературы. Среди новых тенденций отмечается:
резкое снижение сроков КЯ у детей, проведение “щадящих” операций с неглубоким
введением электродов, расширение контингента пациентов за счет лиц с остаточным
низкочастотным слухом, особое внимание к индивидуальной системе обучения (или
восстановления) речи, усовершенствование систем препроцессинга. В связи с
постоянством размеров улитки рекомендуемый возраст КИ при выявленной глухоте
составляет несколько месяцев. При использовании новейших диагностических методов
(первичный мониторинг по отоакустической эмиссии с последующим анализом
периферических, стволовых и корковых потенциалов) уже к этому времени удается дать
четкие рекомендации. Среди разработанных и запатентованных вариантов протезов
обращает на себя внимание стремление вводить спираль с электродами максимально
близко к центральной оси улитки с целью снижения требуемой силы тока. У лиц с
остаточным слухом при неполном введении электрода (на один оборот с четвертью)
удается сохранить остатки низкочастотного слуха, что при дополнительном
использовании слуховых аппаратов позволяет не только повысить разборчивость, но и
увеличить комфортность звучания. Особое внимание уделено системам препроцессинга.
Наиболее перспективными представляются системы с частотно или широтноимпульсным кодированием при малой длительности импульсов. При создании систем
препроцессинга активно обсуждается вопрос о механизмах расширения динамического
диапазона за счет предварительной компрессии и за счет искусственного введения
шумовой составляющей. Работа поддержана грантом РФФИ 05-04 48671.
SUCCESSES AND PERSPECRIVESS OF COCHLEAR IMPLANTATION
N.G.Bibikov
N.N.Andreev Acoustical institute
E-mail: bibikov@akin.ru
An analysis of new tendencies in cochlear implantation (CI) technique is presented. The following
modern tendencies are noticed: the decrease of recommended age for CI; operations with superficial
introduction of electrodes; improvements in preprocessing systems. New diagnostic methods
(otoacustical emission monitoring with the subsequent analysis of peripheral, brain-stem, and cortex
potentials) allow giving precise recommendations almost after the birth. For persons with residual
hearing an incomplete introduction of an electrode (on one turn and a quarter) allows to keep the rests
of low-frequency hearing increasing the quality of perception. The special attention is given to new
systems of preprocessing. Mechanisms of a dynamic range expansion due to a preliminary signal
compression and due to artificial introduction of stochastical input are actively discussed. The study is
supported by the grant of the Russian Fund for Basic Research 05-04 48671.
81
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УЛЬТРАЗВУКА И ГАЗОНАПОЛНЕННЫХ PLGA
НАНОЧАСТИЦ ДЛЯ ЛОКАЛЬНОЙ ДОСТАВКИ АНТИРАКОВЫХ ПРЕПАРАТОВ
Андреев В.Г., 2Есеналиев Р.О.,2Чумакова О.В., 2Циценайте И.
Физический факультет МГУ, каф. акустики. Москва, Ленинские Горы д.1 стр.2.,
2
Center for Biomedical Engineering, UTMB, University of Texas Medical Branch, Galveston, TX 77555
E-mail: andreev@acs366.phys.msu.ru
1
1
В последние годы достигнут существенный прогресс в создании эффективных
антираковых препаратов. Снабженные антителами, лекарственные препараты нового поколения
способны селективно накапливаться в определенной раковой опухоли, что значительно повышает
эффективность химиотерапии. Однако указанные препараты имеют значительный молекулярный
вес, и следовательно, большой размер, что увеличивает время их диффузии из кровеносной
системы в опухолевую ткань и препятствует быстрому проникновению через клеточные
мембраны. Проводимость мембраны можно значительно увеличить путем механического
воздействия на нее. Локальное воздействие может быть реализовано при акустической кавитации,
когда пульсации газовых пузырьков вблизи мембраны деформируют ее поверхность и создают
кратковременные повреждения. В качестве зародышей кавитации могут служить газонаполненные
наночастицы, заключенные в жесткую оболочку. Наночастицы хорошо проникают в ткань
опухоли в связи с наличием пор в кровеносной системе злокачественных опухолей с размерами
порядка 200 – 350 нм.
В нашей работе использовались полимерные PLGA Poly(D, L-lactide-co-glycolic acid)
наночастицы с размерами порядка 200 нм, заполненные воздухом. PLGA частицы изготавливались
путем создания мелкодисперсной полимерно-маслянной эмульсии с последующим высушиванием
маслянного ядра при низкой температуре в условиях вакуума. Нанофракция с размерами частиц
около 200 нм получалась при фильтрации водного раствора полученных частиц через 0.2микронный фильтр. Порог инерционной кавитации на частоте 1 МГц, измеренный в физрастворе
наночастиц (5 мг/мл) при облучении его ультразвуковыми импульсами длительностью 30 мкс,
составил 2.4 МПа, что в 5 раз ниже порога, полученного в чистом физрастворе. Эксперменты по
трансфекции β-Gal плазмиды в клетки линии MCF-7 проводились при амплитуде давления 8 атм,
что было ниже порога инерционной кавитации, но достаточной для возбуждения интенсивных
колебаний наночастиц. Было показано, что уровень экспрессии плазмиды в клетках в композиции
pCMV/beta-gal/PLGAnano/jet PEI существенно повышался при облучении ультразвуком.
Эксперименты in vivo проводились с использованием бестимусных мышей, имеющих рак
простаты (DU-145) или рак молочной железы (MCF-7). Опухоль облучалась фокусированными
ультразвуковыми импульсами частотой 1 МГц, длительностью 30 мкс и частотой повторения 20
Гц, при этом кавитационная активность в опухоле контролировалась по уровню шума,
возникающего при схлопывании кавитационных пузырьков. Кавитационный шум на частоте 5
МГц детектировался другим УЗ преобразователем, установленным конфокально с излучателем.
120 мкл физраствора с наночастицами (концентрация 5 мг/мл) вводился в хвостовую вену мыши, и
измерялись порог кавитации и кавитационная активность в течение времени. Наибольшая
кавитационная активность фиксировалась сразу после ввода наночастиц, но уровень ее был
значительно ниже, чем при введении эквивалентной дозы контрастного агента Optison. Однако
был зафиксирован высокий уровень кавитации при облучении той же самой опухоли через 24 часа
после первого эксперимента, что соответствовало гипотезе о накоплении наночастиц в раковой
опухоли.
ULTRASOUND AND GAS-FILLED PLGA NANOPARTICLES FOR LOCALIZED
DELIVERY OF ANTI-CANCER DRUGS AND GENES
1
Valery G. Andreev1,2, Olga V. Chumakova2, Inga Cicenaite2, Rinat O. Esenaliev2,
Moscow State University, Physics Department, 2Center for Biomedical Engineering, UTMB, University of Texas
Medical Branch, Galveston, Texas 77555
Feasibility of employment of focused ultrasound in combination with PLGA gas-filled nanoparticles
was studied in vitro and in vivo. PLGA nanoparticles in experiments in vivo provide the stable
cavitation and can be selectively accumulated in tumor.
82
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕПЛОВИЗИОННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ
КОМПЛЕКС «МЕД-ИК»
Алехин А.И. (E-mail: aalehin.ckb@mail.ru), Гончаров Н.Г. (ЦКБ РАН «Узкое»),
Калинушкин В.П. (E-mail: vkalin@kapella.gpi.ru), Юрьев В.А. (ИОФ РАН), Ляпунов И.С., Ляпунов С.И.,
Пронин А.В., Пронина Л.С. (ЗАО «Матричные технологии»)
The state-of-the-art specialized medical thermographic workstation “MED-IK” is presented. The
workstation has been used in the thermographic room of the Central Clinical Hospital of RAS since
October 2005. It consists of the following main components — the “LIK-2” CCD focal plane array IR
camera adapted to medical researches, an image and data analysis workstation (stationary or portable)
connected to the IR camera via the USB 2.0 port, medical software and databases, and specially
developed procedures of patient thermographic checkups. The above components are necessary to
examine patients and make the numerical analysis of the obtained thermographs. Only presumptive
diagnosis is possible at present. Helpful thermograph databases of a number of diseases are already
available, though. The “LIK-2” camera has passed a certification of Ministry of Health and Social
Development of the Russian Federation. Now “MED-IK” has been prepared for batch production.
Investigations carried out in the Central Clinical Hospital of RAS have shown “MED-IK” to be
suitable for diagnostics and treatment monitoring of a broad variety of diseases. The absence of
invasiveness, high speed of inspections and an opportunity of diagnosing a great number of diseases
open wide prospects for its use for prophylactic medical examinations and mass inspections.
Исследовательский тепловизионный комплекс «МЕД-ИК» состоит из адаптированного
к медицинским исследованиям матричного тепловизора «ЛИК-2», рабочей станции
(стационарной или переносной), связанной с тепловизором через коммуникационный порт
USB-2.0, методик термографических измерений, математического обеспечения и баз
данных, позволяющих врачам анализировать полученные результаты.
Комплекс регистрирует излучение в диапазоне 2–5 мкм, число элементов
(пикселей) — 256×256, чувствительность ~ 0,03°С, пространственное разрешение ~ 1 мм.
Тепловизор «ЛИК-2» работает в режиме реального времени, его ИК матрица охлаждается
жидким азотом. Комплекс «МЕД-ИК» позволяет измерять температуры с точностью 0,05–
0,1°C. Его программное обеспечение имеет интуитивно понятный интерфейс. Для
удобства анализа полученных результатов разработаны различные цветовые палитры,
которые могут использоваться как для цветового выделения необходимого оператору
температурного диапазона, так и для создания резкой цветоразностной картины для
визуализации малоконтрастных областей. Оператор может производить усреднение
температуры по любому участку человеческого тела, измерения с заданным интервалом
времени, поворачивать изображение и увеличивать его участок, вычитать изображения,
удалять отдельные изотермы, а также выполнять множество других операций с
тепловизионными
изображениями.
В
программном
обеспечении
комплекса
предусмотрена возможность архивировать данные и передавать их в компьютерную сеть.
В результате проведенных исследований были созданы базы данных, которые
позволяют осуществлять диагностику заболеваний сердечно-сосудистой системы, бронхолегочной системы и ЛОР-органов, опорно-двигательного аппарата, эндокринных и
урологических заболеваний, обеспечивают интраоперационное наблюдение и
постоперационный мониторинг, могут быть использованы в пластической хирургии.
Подтверждена возможность успешного проведения диспансерных обследований, которая
обеспечивается способностью комплекса «МЕД-ИК» выявлять заболевания на ранних
стадиях их развития. Комплекс позволяет использовать базы данных, созданные с
помощью других тепловизионных систем.
83
ТЕРМОКОРОНАРОАНГИОГРАФИЯ
Бранд Я.Б., Чернышев Д.В., Долгов И.М. (ОНКХ НИИ СП им Н.В.Склифосовского) (E-mail:
ghostwolf@list.ru), Ляпунов С.И., Пронин А.В., Пронина Л.С. (ЗАО «Матричные технологии») (E-mail: info@
thermovision.org), Калинушкин В.П., Юрьев В.А. (ИОФ РАН) (E-mail: vkalin@kapella.gpi.ru)
The analysis of intraoperative methods of the coronary arteries state assessment before and after
the coronary artery bypass grafting which are used in the modern cordial surgery is made in this paper.
The potentialities of application of the IR thermography for in-situ monitoring of coronary artery
bypass grafting are presented. The description of the “MED-IK-surgery” medical thermographic
workstation based on the “LIK-2” IR camera is given. The “MED-IK-surgery” workstation was
specially developed for in-situ monitoring of coronary artery bypass grafting.
Термокоронарография - новый метод оптимальной интраоперационной
диагностики в кардиохирургии. Необходим для оценки коронарного русла, качества
анастомозов и адекватности шунтирования в интраоперационном периоде .
Термокоронароангиография проводится с помощью тепловизионного комплекса
«МЕД-ИК-хирургия», состоящего из адаптированного к медицинским исследованиям
тепловизора «ЛИК-2», связанного с компьютером через стандартный коммуникационный
порт VSB-2,0, математического обеспечения, необходимой компьютерной техники,
методических указаний для кардиохирургов.
Термокоронароангиография дает возможность обнаружить коронарные артерии
при глубоком их залегании, исключить осложнения, которые, в силу различных
обстоятельств, могут возникать в процессе проведения аорто-коронарного шунтирования.
АКШ становится все более эффективным и безопасным методом лечения ишемической
болезни сердца.
Отсутствие контакта со стерильным полем, не травмирование эндотелия артерий,
присутствие одномоментной полной картины сосудистого русла делает комплекс «МЕДИК-хирургия» крайне необходимым инструментом для реализации метода
термокоронароангиографии.
84
ТЕРМОСКРИНИНГ
Алехин А.И. (E-mail: aalehin.ckb@mail.ru), Гончаров Н.Г. (ЦКБ РАН «Узкое»),
Ляпунов И.С., Ляпунов С.И., Пронин А.В. (E-mail: info@thermovision.org),
Пронина Л.С. (ЗАО «Матричные технологии»),
Калинушкин В.П. (E-mail: vkalin@kapella.gpi.ru), Юрьев В.А. (ИОФ РАН)
The description of the new method of” medical diagnostics - «thermoskrining» is given. The
potentialities of application of the IR thermography for this menhod are presented.
Термоскрининг – новый метод медицинской диагностики, позволяющий внедрить
новую организационную форму медицинского обслуживания: кабинеты первичной
профилактики сердечно-сосудистых заболеваний, предонкологических и онкологических
патологий, заболеваний крупных суставов и позвоночника. Такие кабинеты необходимы
для успешного проведения диспансеризации в целях выявления заболеваний, являющихся
основной причиной смертности и инвалидизации трудоспособного населения. Создание
таких кабинетов будет способствовать успешной реализации национального проекта
«Здоровье».
Термоскрининг позволяет выявлять заболевания на ранних стадиях их развития. Он
безвреден для пациента и врача, обладает высокой скоростью обследования, простотой в
пользовании, возможностью компьютерной обработки и передачи данных в
информационные сети.
Термоскрининг дает возможность комплексного выявления патологий. Он
способен объективизировать диагностику заболеваний, протекающих с повышением
(воспалительные патологии) или с понижением (дистрофические патологии) температуры.
Для успешного проведения термоскрининга предусмотрено использование
отечественного тепловизионного комплекса «МЕД-ИК», который состоит из
адаптированного к медицинским исследованиям матричного тепловизора «ЛИК-2»,
рабочей станции (стационарной или переносной), связанной с тепловизором через
коммуникационный порт USB-2.0, математического обеспечения и баз данных,
позволяющих врачам анализировать полученные результаты.
85
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СПЕКТРОСКОПИИ ОБРАТНОГО ДИФФУЗНОГО
ОТРАЖЕНИЯ СВЕТА ИН ВИВО ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ, КОНТРОЛЯ
ЗА ТЕРАПИЕЙ И В СПОРТИВНОЙ МЕДИЦИНЕ
А.А. Стратонников, А.В. Кузнецов, Г.А. Меерович, А.В. Рябова,
Т.А. Савельева, В.Б. Лощенов
Лаборатория лазерной биоспектроскопии, Центр естественно-научных исследований ИОФРАН, Москва.
E-mail:alstrat77@mail.ru
Спектроскопия обратного диффузного отражения света (СОДОС) ин виво в
видимом и ближнем инфракрасном (ИК) диапазоне находит широкое применение для
мониторинга оксигенации гемоглобина в различных тканях и контроля за концентрацией
красителей в процессе фотодинамической (ФДТ) и фототермической терапии. В работе
приведены основные результаты использования метода СОДОС для контроля за ФДТ, в
том числе в клинике, исследования новых перспективных соединения для ФДТ в ИК
диапазоне, и контроля оксигенации гемоглобина в мышечных тканях для целей
спортивной медицины.
Схема экспериментальной установки приведена на рис. 1. Свет от источника света
(1) фокусируется на торец волоконно-оптической пробы (2) и доставляется к ткани (3).
Диффузно отраженный от ткани свет поступает в приемные волокна пробы (2) и
поступает на вход спектрометра (4). Спектр диффузного отражения регистрируется
детектором и передается в компьютер.
1
5
2
3
4
Рис. 1. Схема экспериментальной установки для СОДОС
Одним из основных хромофоров ткани является гемоглобин, спектры поглощения
которого в оксигенированной и дезоксигенированной форме различны. Это свойство
можно использовать для определения степени оксигенации гемоглобина в тканях из
спектроскопии обратного отражения. В работе приведены результаты изменения
динамики степени оксигенации гемоглобина в процессе ФДТ, что позволяет
контролировать сосудистый эффект на световое облучение и прогнозировать результаты
лечения. Приведены также динамика оксигенации гемоглобина в мышечных тканях во
время работы и отдыха, что может быть использовано для целей спортивной медицины.
Помимо гемоглобина методика СОДОС позволят контролировать поглощение воды и
жиров в тканях, а также различных экзогенных красителей, что может найти широкое
применение в различных областях медицины.
APPLICATION OF LIGHT DIFFUSE REFLECTANCE SPECTROSCOPY IN
VIVO FOR DIAGNOSTICS, THERAPY CONTROL AND IN SPORT MEDICINE
A.A. Stratonnikov, A.V. Kuztetcov, G.A. Meerovich, A.V. Ryabova, V.B. Loschenov.
Natural sciences center of general physics institute of RAS, Moscow.
86
РАЗРАБОТКА МЕТОДА И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ВИДЕОФЛУОРЕСЦЕНТНОЙ
ДИАГНОСТИКИ РАКА ЖЕЛУДКА
Т.А. Савельева, А.А. Стратонников, Г.А. Меерович, В.Б. Лощенов
Лаборатория лазерной биоспектроскопии, Центр естественнонаучных исследований ИОФРАН, Москва
E-mail: savelevat@mail.ru
Несмотря на то, что флюоресцентная диагностика рака желудка является важной
задачей в современной медицине, на сегодняшний день отсутствует аппаратура для
проведения видеофлюоресцентной диагностики. Это связано с тем, что возбуждение в
синем диапазоне спектра затруднено сильным затуханием возбуждающего излучения в
оптическом световоде гастроскопа. Возбуждение в красном диапазоне требует сложной
системы оптических фильтров для выделения флюоресцентного излучения из общего
светового потока при использовании некогерентных источников света.
В связи с этим нами было решено разработать флуоресцентный гастроскоп с
использованием лазерного источника света в красном диапазоне спектра для возбуждения
флуоресценции. Это позволило доставить большую дозу излучения с диагностируемой
области; использовать более простую систему фильтрации излучения; исключило
проблему сильного затухания излучения в оптическом канале гастроскопа.
Была создана эндоскопическая система видеофлуоресцентной диагностики,
работающая в белом свете и в режиме регистрации флуоресценции. Использовались два
источника света – галогеновая лампа для наблюдения изображения в отраженном свете и
диодный лазер с длиной волны 635 нм мощностью 1 Вт для наблюдения флуоресцентного
изображения.
В осветительном канале эндоскопа были помещены два фильтра WF652-008,
которые отрезают длинноволновое облучение на 656,3 нм (50% пропускания). Перед
камерой, фиксирующей флуоресцентное изображение, был установлен фильтр КС-19
толщиной 4 мм. Таким образом была реализована схема с перекрестными фильтрами для
наблюдения флуоресценции. Общий коэффициент пропускания всей системы от лазера до
дистального конца эндоскопа составил 12.5 %.
Для проведения испытаний флуоресцентного эндоскопа были приготовлены
стандартные образцы с концентрацией интралипида соответствующей рассеянию тканей
(1.6 %) и концентрацией протопорфирина 5 мг/кг. Эта концентрация соответствует
средней концентрации, которая реализуется в опухоли. При этом интенсивность
флуоресценции образца при возбуждении на 635 нм в 4-5 раз превышает интенсивность
флуоресценции нормальной ткани. Образцы помещались в стандартные пробирки типа
эппендорф.
Заключительные испытания флуоресцентного эндоскопа были проведены при
исследовании поверхности кожи. Некоторые объекты на коже, такие как сальные железы,
области вблизи ногтевого ложа, а также рубцы имеют флуоресценцию, отличную от
нормальной ткани. Практически все объекты флуоресценции имели сопоставимую
интенсивность флуоресценции в области 670-800 нм, которая в 10 раз превышала
собственную флуоресценцию тканей. Область с повышенной флуоресценцией хорошо
контрастирует на фоне нормальной ткани. Это дает основание считать, что
флуоресцентный гастроскоп может быть использован для диагностики с использованием
5-АЛК.
METHOD AND EQUIPMENT DEVELOPMENT FOR ENDOSCOPIC
FLUORESCENCE IMAGING FOR CANCER DETECTION IN THE
GASTROINTESTINAL TRACT
Saveljeva T.A., A.A. Stratonnikov, G.A. Meerovich, V.B. Loschenov.
87
Natural sciences center of general physics institute of RAS, Moscow.
АНАЛИЗ СОДЕРЖАНИЯ АНТИОКСИДАНТОВ
В ФАРМПРЕПАРАТАХ, ПИЩЕВЫХ ДОБАВКАХ И БИОСИСТЕМАХ
МЕТОДОМ ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ
Русина И.Ф., Карташева А.Ф.*, Максимова Т.В., Касайкина О.Т.
Институт химической физики им. Н.Н.Семенова Российской академии наук, Москва,
E-mail: kasaikina@chph.ras.ru
*Московский Государственный медико-стоматологический университет
Содержание и качество антиоксидантов (АО) является важным показателем
качества и безопасности многих продуктов, в том числе фармпрепаратов, продуктов
питания и косметики, а также биологических систем. Некоторые антиоксиданты, такие
как -токоферол (витамин Е), β-каротин (провитамин А), флавоноиды (кверцетин) имеют
самостоятельное значение как витаминные препараты. Будучи высокореакционными
соединениями, антиоксиданты расходуются в первую очередь, защищая основные
вещества от окислительной деструкции, препятствуя их реакциям с радикалами.
Сравнительная оценка ряда методов определения антиокисидантов в различных
системах показала, что распространенный метод добавок содержащих АО образцов в
модельную реакцию окисления относительно легко окисляющегося субстрата является
наглядным, но, как правило, требует относительно больших количеств образца и времени
для анализа. Наиболее быстрым, чувствительным и информативным методом показал себя
хемилюминесцентный (ХЛ) метод, который можно использовать для экспресс-анализа
качества и количества АО в различных материалах и продуктах. Этот метод позволяет
анализировать микрограммы образцов. При этом в одном опыте определяется общее
содержание АО и качественные показатели: кинетические характеристики
антирадикальной активности наиболее и наименее активного АО, если образец содержит
смесь АО. Специальными опытами показано, что ХЛ методом можно определять как
жиро-, так и водорастворимые АО в экстрактах, тканях, плазме крови и т.д.[1-3]
Разработана специальная методика подготовки плазмы крови для исследования ее
ХЛ методом, позволяющая измерять динамику содержания эндогенных антиоксидантов
(АО) под влиянием различных воздействий на организм. Апробации методики проведены
при исследовании АО в плазме крови крыс в процессе заболевания и лечения даларгином
двух форм экспериментально привитого (липазного и геморрагического) панкреатита.
Результаты анализа АО методом ХЛ соответствовали результатам биохимических
анализов. Исследование качественных характеристик и общего содержания АО в плазме
крови собак в норме и после перорального приема пищевой энергетической добавкиоксина (препарат «DR. NONA», Израиль) также показало, что ХЛ метод может быть
успешно использован для оценки эффективности действия и факмакокинетики
биологически активных соединений антиоксидантной природы.
1. О.Т. Касаикина, И.Ф. Русина, и др.// Медицинская радиол. и рад. безопасность,.43, 1,.43, 1998.
2. I. Rusina, M. Boneva, O. Kasaikina,et al // Oxid. Comm. 2003..26, 3, 282
3. О.Т. Касаикина, И.Ф.Русина, Максимова Т.В. В сб. Методы оценки антиоксидантной
активности биологически активных веществ лечебного и профилактического назначения,
Москва, Изд-во РУДН, 2005, 76-88.
88
ТРЕХМЕРНЫЕ ДИСПЛЕИ С ОБЪЕМНЫМ ЭКРАНОМ ДЛЯ ТОМОГРАФИИ
А.Л. Андреев, Ю.П. Бобылев, И.Н. Компанец, Е.П. Пожидаев, В.М. Шошин
Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Ленинский пр-т, д. 53, Москва
E-mail: kompan@sci.lebedev.ru
А.В. Алюшкин М.В. Алюшкин, С.А. Гончуков
Московский инженерно-физический институт (Государственный университет)
E-mail: gonchukov@mephi.ru
Создание дисплея, наиболее адекватно отображающего в реальном времени
окружающий нас трехмерный мир, всегда было актуальной задачей. В отличие от
автостереоскопических и голографических дисплеев, использующих двумерный экран и
формирующих лишь иллюзию объемного изображения, трехмерный (3М) дисплей с
объемным экраном формирует объемный световой макет трехмерного объекта (сцены),
который могут рассматривать одновременно многие наблюдатели с разных сторон и с
разного расстояния, без очков и контроля положения головы (глаз), без скачков в
восприятии изображения, а потому без усталости и ограничения времени наблюдения.
Более того, объемно-экранный (volumetric) 3М-дисплей работает как
«ясновидящий»: им отображаются, т.е. визуализируются все элементы трехмерного
изображения; иначе, объект просматривается как бы насквозь, причем степень
прозрачности может регулироваться программно. Вследствие этого дисплей применим
для решения многих задач, прежде всего, в науке и технике, где желательна или
необходима визуализация внутренней пространственной структуры объекта (сцены) и
заднего (бокового) плана, а именно: в медицине (прежде всего, в томографии) и биологии,
в геофизике, сейсмологии и разведке природных ресурсов, в атмосферных и
океанических исследованиях, в аэро- и космической навигации, в компьютерном
конструировании и моделировании, в охранных, инспекционных и пр. системах.
Понятно, что в дисплее с объемным экраном в том же реальном времени (за 1/25 с)
необходимо отобразить в Nz раз больше двумерных картин, чтобы сформировать из них
Nz сечений объекта форматом NxNy каждый. Эта задача требует в Nz раз большей
скорости ввода сигналов в объемный экран и большего в Nz раз быстродействия его среды
по сравнению с двумерной. В докладе рассмотрены подходы к реализации 3М- дисплеев
на объемных носителях информации, в том числе с перемещением носителя в свободном
пространстве, на основе люминесценции среды в результате ее ИК-оптической накачки,
плазменной эмиссии в воздушной среде при ее лазерном прожиге.
Авторы используют новый метод создания дисплея, а именно, на основе стопы
быстродействующих светорассеивающих жидкокристаллических (ЖК) модуляторов света
и компактного двумерного сканера, отклоняющего лазерный луч в плоскости ЖКмодулятора с включенным рассеянием света. Рассмотрены особенности и достоинства
метода, главными из которых являются простота адресации элементов экрана, отсутствие
механических перемещений, малый уровень интенсивности лазерного пучка. 3Мизображение может быть монохромным и полноцветным.
В модуляторах света на основе сегнетоэлектрических ЖК впервые достигнуты:
прозрачность 98%, оптический контраст более 100:1 и общее время включениявыключения светорассеяния менее 0,4 мс, что позволяет создавать 3М-дисплеи уже со 100
и более планами по глубине экрана. Изготовлен и описан лабораторный макет дисплея со
стопой ЖК-модуляторов и быстродействующим акустооптическим лазерным сканером на
основе парателлурита. Эксперименты показали работоспособность и перспективность
нового метода создания 3М- дисплея.
Проанализированы особенности и возможные параметры 3М-дисплея,
предназначенного для отображения томографической информации.
89
ИССЛЕДОВАНИЕ МОЛЕКУЛЯРНЫХ МЕХАНИЗМОВ УФ ИНДУЦИРОВАННОЙ
АГРЕГАЦИИ КРИСТАЛЛИНОВ ХРУСТАЛИКА ГЛАЗА И ВОЗМОЖНОСТЕЙ
ПОДДЕРЖАНИЯ ЕГО ПРОЗРАЧНОСТИ
Л. В. Соустов1, Е. В. Челноков1, А. Л. Киселев1, В. В. Немов2, Ю. В. Сергеев3,
М. А. Островский4, Н. М. Битюрин1 E-mail: bit@appl.sci-nnov.ru
1-Институт прикладной физики (ИПФ) РАН, Н.Новгород
2-Институт эпидемиологии и микробиологии (ННИИЭМ), Н.Новгород
3-Национальный институт глаза (NEI/NIH), США
4-Институт биохимической физики им. Эмануэля (ИБХФ) РАН, Москва
To investigate the processes of UV induced aggregation we developed a technique that allowed a
variety of measurements to be performed both during and after irradiation of protein solutions by a
XeCl laser with a wavelength of 308 nm [1].
A theoretical model was developed, which assumes that the initial process of photoaggregation occurs
both at interaction of light-activated protein molecules and at interaction of light-activated molecules
with initial monomers [2]. In the model, an important parameter, which considerably determines the
aggregation rate of proteins, is the time of dark deactivation of the light-activated state.
Для изучения процессов УФ-индуцированной агрегации кристаллинов нами была
разработана методика, которая позволила проводить широкий спектр измерений как в
процессе, так и после воздействия на растворы белков импульсов излучения XeCl лазера с
длинной волны 308 нм [1]. В процессе облучения белков для контроля за их состоянием
измерялись кинетические кривые - зависимости интенсивности рассеяния пробного пучка
HeNe лазера от дозы УФ облучения.
Исследовано влияние некоторых короткоцепочечных пептидов на скорость
фотоагрегации кристаллинов. Найдены дипептиды, которые существенно замедляют
скорость агрегации бетаL-кристаллина, смеси бетаL- и альфа- кристаллинов и смеси
бетаL-, альфа- и гамма- кристаллинов. Определена комбинация дипептидов, которая в
большей
степени замедляет
скорость
агрегации
белков, чем известные
антикатарактальные препараты. В перспективе на основе этой комбинации дипептидов
может быть создан эффективный антикатарактальный препарат.
Построена теоретическая модель, в которой принято, что начальный процесс
фотоагрегации происходит как при взаимодействии фотоактивированных молекул белка,
так и фотоактивированных с исходными мономерами [2]. Первый процесс может
доминировать при лазерном облучении, а второй – при воздействии на хрусталик глаза
естественного солнечного света. Важным параметром модели, от величины которого
существенно зависит скорость агрегации белков, является время темновой дезактивации
фотоактивированного состояния. Такие эксперименты позволяют производить экспресс
отбор добавок, которые могут рассматриваться как потенциальные антикатарактальные
препараты.
Модель объясняет полученные экспериментальные результаты, а так же дает
представление о процессе агрегации при воздействии естественного солнечного света.
1. L. V. Soustov, E. V. Chelnokov, N. M. Bityurin, V. V. Nemov, Yu. V. Sergeev, M. A.
Ostrovsky, "Photoaggregation of Water-soluble Protein (Carboanhydrase) Induced by the
Ultraviolet Radiation of Xe-Cl Laser." // Doklady Biochemistry and Biophysics. vol. 388. pp.
683-688, 2003.
2. Челноков Е. В., Соустов Л. В,., Киселев А. Л., Немов В. В., Сергеев Ю. В., Островский
М. А., Битюрин Н. М Исследование фотоагрегации кристаллинов хрусталика глаза и
шаперон-подобных свойств короткоцепочечных пептидов. ЖЭТФ (в печати)
90
ФИЗИКА УДАРНОВОЛНОВОЙ ЛИТОТРИПСИИ
О.А. Сапожников
Физический факультет Московского государственного университета
им. М.В. Ломоносова, г. Москва
E-mail: oleg@acs366.phys.msu.ru
В методе ударноволновой литотрипсии на почечный камень для его измельчения
посылается последовательность фокусированных ударных волн - акустических импульсов
микросекундной длительности и пиковым давлением в несколько сотен атмосфер. В
докладе рассматриваются физические явления, происходящие при литотрипсии, а также
обсуждаются другие новые приложения мощного фокусированного ультразвука в
медицине.
PHYSICS OF SHOCK WAVE LITHOTRIPSY
O.A. Sapozhnikov
Physics Faculty, M.V. Lomonosov Moscow State University, Moscow
E-mail: oleg@acs366.phys.msu.ru
In the method of extracorporeal shock wave lithotripsy, a sequence of focused shock waves is directed
onto a kidney stone for its comminution; these waves are acoustic pulses of microsecond duration and
several-hundred bars peak pressure. The paper describes physical phenomena associated with the
lithotripsy. Other novel applications of high intensity focused ultrasound are also discussed.
91
СВЕТОКИСЛОРОДНЫЙ ЭФФЕКТ КАК ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ ОСНОВА
ЛАЗЕРНЫХ БИОМЕДИЦИНСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ
С.Д. Захаров1, А.В. Иванов2
1 - Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва; E-mail: stzakhar@sci.lebedev.ru
2 – ГУ Российский онкологический научный центр им. Н.Н. Блохина РАМН, Москва;
E-mail: ivavi@yandex.ru
Светокислородный эффект (СКЭ) – активирование, а при больших световых дозах
– повреждение биосистем в результате прямой фотогенерации синглетного молекулярного
кислорода:
3
О2 (3Σg-,v = 0) + hν → 1O2 (1∆g или 1Σg+) → 1O2 (1∆g,v = 0) → 3О2 (3Σg-,v = 0) + биоэффекты.
СКЭ инициируется
поглощением фотонов в полосах электронно-колебательного
возбуждения молекул кислорода, присутствующих в значительной концентрации в
водной фазе биосистем. В докладе сообщается о проведенных авторами, их сотрудниками
и коллегами исследованиях, позволяющих оценить перспективы применения СКЭ в
биомедицинских технологиях.
1. СКЭ лежит в основе большинства методов низкоэнергетической лазерной
терапии.
2. Лучевая терапия онкологических заболеваний зачастую сопровождается
развитием острых лучевых реакций, что вынуждает прерывать начатый курс на период
излечения этих состояний. Разработан и апробирован метод светокислородной терапии
лучевых реакций и поражений, в том числе глубокой органной локализации, обладающий
высокой клинической эффективностью и безопасный для пациентов.
3.
Результат трансплантации тканей в случае отсутствия иммунологического
конфликта зависит от процесса васкуляризации. Показана возможность использования
лазерного облучения для стимуляции ангиогенеза, ускорения васкуляризации и
улучшения приживаемости тканевых трансплантатов у бестимусных животных.
4.
В спиртовом, хлебопекарном и других видах бродильных производств
эффективность технологического процесса определяется активностью дрожжевых клеток
.В лабораторных условиях продемонстрирована возможность светокислородной
активации анаэробной реакции брожения, в результате чего процесс существенно
ускоряется, повышается глубина переработки сырья и выход конечного продукта.
5.
Классической отраслью биотехнологий является производство молочнокислых продуктов. Производительность процесса зависит от скорости размножения
специально культивируемых бактериальных штаммов. Применение однократного
светокислородного воздействия на молоко коммерческого качества в определенной фазе
процесса закисания позволяет существенно стимулировать размножение полезных
молочно-кислых бактерий.
THE LIGHT-OXYGEN EFFECT AS A PHUNDAMENTAL BASIS OF
BIOMEDICAL TECHNOLOGIES
S.D. Zakharov1 and A.V. Ivanov2
1 – P.N.Lebedev Physical Institute of RAS, Moscow;
e-mail: stzakhar@sci.lebedev.ru
2 – N.N.Blochin Russian Сancer Research Center of RAMS, Moscow;
e-mail: ivavi@yandex.ru
The light-oxygen action (LOA) is an activation of biosystems, or inhibition with large light doses, in
the result of a direct photogeneration of the singlet molecular oxygen:
3
О2 (3Σg-,v = 0) + hν → 1O2 (1∆g или 1Σg+) → 1O2 (1∆g,v = 0) → 3О2 (3Σg-,v = 0) + bioeffects.
LOA is initiated by photon absorption in absorption bands of oxygen molecules presented in aqueous
phase of biosystems in considerable concentrations. The report will describe some
author’s researches which allow to determine perspectives of application LOA in biomedical
technologies.
92
ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ МЕМБРАН ЭРИТРОЦИТОВ ПРИ
ДЕЙСТВИИ БОЛЬШИХ ДОЗ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Козлова Е.К., Черняев А.П., Близнюк У.А., Алексеева П.Ю., Черныш А.М., Козлов А.П.
Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова, физический факультет
There is an experimental research of changes of the biophysics properties of membranes under the
action of the high energy electron beam on the membranes of erythrocytes. The range of injuries was
appreciated by the method of the following electroporation using accurate impulse of electrical field.
This method permits to appreciate changes of properties of membranes at the initial stage of injuries
after the action of ionization radiation of high doses.
Исследование процессов, возникающих в биологических мембранах при действии
ионизирующего излучения является актуальной проблемой современной физики и
биофизики [1, 2]. Целью данной работы является экспериментальное исследование
изменений биофизических свойств мембран в результате воздействия пучка электронов
высокой энергии на мембраны эритроцитов. Степень повреждения мембран эритроцитов
оценивали с помощью метода последующей электропорации калиброванным импульсом
электрического поля, позволяющим оценить изменения свойств мембран на начальных
стадиях повреждения [3, 4].
В качестве материала для исследования была взята суспензия эритроцитов,
предварительно выделенных из крови человека, а затем помещенных в 0,9% раствор
NaCl. Источником импульсного электрического поля служил клинический
дефибриллятор, обеспечивающий калиброванный импульс длительностью 6 мс, который
создавал в растворе поле с напряженностью E = 1700 В/см.
Облучение суспензии эритроцитов пучком ускоренных электронов проводилось на
Разрезном Микротроне, разработанном на базе НИИЯФ МГУ, с энергией электронов 40
МэВ, время облучения 4 минуты. Затем с помощью метода последующей электропорации
исследовали воздействие ионизирующего излучения на мембраны. Эффект воздействия
оценивали по скорости гемолиза эритроцитов в суспензии. Скорость гемолиза облученной
суспензии после электропорации выше, чем в суспензии, подвергавшейся воздействию
только калиброванного импульса электрического поля. При этом в первые минуты после
облучения гемолиз в облученной суспензии, не подвергавшейся электропорации , не
наблюдался.
В результате действия ионизирующего излучения в мембране клетки могут возникнуть
потенциальные, скрытые повреждения, которые позволяет проявить метод последующей
электропорации, основанный на неаддитивности суммарного эффекта воздействий
ионизирующего излучения и электрического поля на биологические мембраны. Данный
метод позволил проявить потенциальные повреждения мембран эритроцитов после
воздействия ионизирующего излучения.
1.
Benderitter M., Vincent-Genod L., Pouget J. et al. // Radiation Research. 2003. 159.
№ 4. P. 471 - 478.
2.
Кудряшов Ю.Б. Радиационная биофизика (ионизирующие излучения). // М.:
Физматлит. 2004.
3.
Козлова Е.К., Черняев А.П., Шведунов В.И. и др.// Биомедицинские
технологии и радиоэлектроника. 2004. № 6. С. 65 - 69.
4.
Козлова Е.К., Черняев А.П., Алексеева П.Ю. и др. // Труды V межвузовской
научной школы молодых специалистов «Концентрированные потоки энергии в
космической технике, электронике, экологии и медицине»,НИИЯФ МГУ. 2004. С.
105 – 109.
93
УЛУЧШЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО, СПЕКТРАЛЬНОГО И ВРЕМЕННОГО
РАЗРЕШЕНИЙ РЕНТГЕНОВСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ
ПРОФИЛИРОВАННЫХ И НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СЦИНТИЛЛЯТОРОВ
Классен Н.В., Курлов В.Н., Кедров В.В., Кобелев Н.П., Шмытько И.М., Шмурак С.З., Струкова Г.К.,
Киселев А.П., Кудренко Е.А., Орлов А.Д., Прокопюк Н.Ф.
Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, E-mail: klassen@issp.ac.ru
Исследования
процессов
получения
и
свойств
профилированных
и
нанокристаллических сцинтилляционных материалов, проведенные в Институте физики
твердого тела РАН, показали, что их применение в радиационных детекторах позволяет
существенно улучшить пространственное, спектральное и временное разрешения
рентгеновских изображений просвечиваемых объектов и за счет этого значительно
расширить диагностические возможности медицинской рентгенотехники. Выращивание
волоконных монокристаллов оксидов и галогенидов тяжелых металлов (ортосиликата и
бората лютеция, иодида цезия, бромида и хлорида лантана и др.) методами Степанова и
Бриджмена с помощью формообразователей малых диаметров позволяет экономичным
путем получать сцинтилляционные элементы необходимой длины с поперечными
размерами от сотых до десятых долей миллиметра, из которых сравнительно просто
собираются детекторные матрицы с соответствующими
пространственными
разрешениями. Использование волоконных сцинтилляторов дает возможность
многократно экономить количество фотодиодов и электронных каналов обработки
изображений без потери пространственного разрешения. При этом детекторная матрица
представляет собой стопу из рядов сцинтилляционных волокон, ориентированных не
вдоль, а
поперек потока рентгеновского излучения, причем соседние ряды
ориентированы перпендикулярно друг другу. Фотодетекторы располагаются только на
концах волокон, а точка попадания рентгеновского кванта определяется местом
пересечения
взаимно
перпендикулярных
волокон,
одновременно
выдавших
сцинтилляционные сигналы.
Из нанокристаллических оксидов и галогенидов тяжелых металлов пластически
формуются сверхтонкие сцинтилляционные слои, позволяющие получать изображения
биологических объектов с микронным пространственным разрешением.
Многослойные стопы из двумерных матриц сцинтилляторов с последовательно
возрастающей плотностью дают возможность получать спектральные зависимости
рентгеновских изображений и за счет этого локально определять химический состав.
Использование нанокристаллов значительно улучшает быстродействие детекторов,
за счет чего существенно улучшается их временное разрешение.
IMPROVEMENT OF SPATIAL, SPECTRAL AND TIME RESOLUTIONS OF X-RAY
IMAGES BY MEANS OF SHAPED AND NANOCRYSTALLINE SCINTILLATORS
Klassen N.V., Kurlov V.N., Kedrov V.V., Kobelev N.P., Shmyt’ko I.M., Shmurak S.Z.,
Strukova G.K., Kiseliov A.P., Kudrenko E.A., Orlov A.D., Prokopiuk N.F.
Institute of Solid State Physics, Russian Academy of Sciences, e-mail: klassen@issp.ac.ru
Improvement of spatial resolution of X-Ray detectors is achieved by application of
scintillation microfibers grown by Stepanov or Bridgman techniques. In the case when mutually
perpendicular rows of these fibers normal to X-Ray flow arrange detector matrices the total amount of
photodiodes is saved by many times because they are placed at the ends of the fibers only. Micrometer
spatial resolution of X-Ray diagnostics can be provided by superthin scintillator layers formed
plastically from nanocrystals. Reams of scintillator layers arrange spectral resolution of X-Ray
detectors providing analysis of local chemical composition. Nanocrystalline scintillators improve
essentially time resolution of detectors.
94
КОМПАКТНЫЙ МОДУЛЬ ДЕТЕКТОРА ГАММА КВАНТОВ НА ОСНОВЕ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЛАВИННЫХ ФОТОДИОДОВ И
КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СЦИНТИЛЛЯТОРОВ ДЛЯ ГАММА ТОМОГРАФОВ И
ПЭТ-СКАНЕРОВ
Железных И.М., Каравичев О.В., Марин В.Н. (ИЯИ РАН, Москва)
Садыгов З.Я., Жежер В.Н. (ОИЯИ, Дубна)
Бессонова Л.О., Гармаш В.М. (НТЦ «Полюс-1», Москва)
Сурин Н.М. (ИСПМ РАН, Москва)
Разработан и создан 4-канальный базовый модуль со считывающей электроникой,
предназначенный для сборки многоканальных координатно-чувствительных детекторов
гамма-квантов, в котором использованы разработанные ОИЯИ и ИЯИ РАН лавинные
микро-пиксельные фотодиоды (ЛМФД) [1] и кристаллические сцинтилляторы («Полюс1»).
Приведены результаты испытаний с кристаллическими сцинтилляторами LSO и
BGО, имеющими размеры 2x2x12 куб. мм и 3x3x10 куб. мм.
Обсуждаются возможности использования этих базовых модулей для создания
медицинских позитронно-эмиссионных томографов (ПЭТ) нового поколения (ЛМФД
вместо ФЭУ).
[1] Z. Sadygov, V. Jejer, Yu. Musienko, T. Sereda, A. Stoikov, I. Zheleznykh
Nuclear Instruments and Methods in Phys. Res., A504 (2003) 301-303
A COMPACT MODULE OF THE GAMMA QUANTUM DETECTOR ON THE BASIS OF
SEMICONDUCTOR AVALANCHE PHOTODIODES AND CRISTAL SCINTILLATORS
FOR GAMMA TOMOGRAPHS AND PET-SCANERS.
Zheleznykh I.M., Karavichev O.V., Marin V.N. (INR RAS)
Sadygov Z.Ya., Jejer V.N. (JINR, Dubna)
Bessonova L.O., Garmash V.M. (Polus-1)
Surin N.M. (ISPM RAS)
Abstract
Four-channel basic module for multi channel position-sensitive detector of gamma quanta on the basis
of new avalanche micro-pixel photodiodes – AMPDs (developed by JINR and INR) and crystal
scintillators (Polus-1) was developed and produced. Read-out electronics was developed too.
Results of tests of the modules with crystal scintillators LSO and BGO (dimensions 2x2x12 and
3x3x10 cubic mm) are presented.
Possibilities of using such basic modules for the construction of large area position - sensitive detectors
for positron emission tomography (PET-scaners of the new generation - with AMPDs instead of
PMTs) are discussed.
95
ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ТЕКСТУРНОГО АНАЛИЗА
МЕДИЦИНСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
В.И. Видюков, О.М. Перфильева
Российская медицинская академия последипломного образования, кафедра радиологии
A method of assesment of a zone of image base on textural analysis was proposed. The textural
analysis was made by shifting the zone of image and determining the degree of similarity between the
initial and displased images. The results of clinical application textural analysis showed a high
effiacacy of method in assesing homogeneity of scintigraphic images of different organs. Taking into
account the versatility of the suggested technique, it can be recommended for the assesment of another
medical images.
Многоградационные, или полутоновые изображения являются так назывемыми
текстурными изображениями, в которых существенная информация передается перепадом
яркости. В больщинстве случаев довольно успешно решается задача обнаружения
фокальных изменений - очагов. На основе визуального восприятия достаточно сложно
объективно оценить текстуру участка изображения органа, где нет локальных очагов.
В ряде случаев текстура таких участков характеризуется следующими терминами:
мелкозернистая, крупнозернистая, равномерная, пестрая. Такой подход не позволяет
объективно охарактеризовать структуру такого участка, которая может нести важную
диагностическую информацию, например, текстура с множественными мелкоочаговыми
поражениями или текстура, характерная для диффузных поражений.
Предложенный нами способ основан на применении текстурных признаков, причем
оценка проводится не по всему изображению, а лишь по участку изображения органа, в
пределах которого невозможно оценить гомогенность на основе визуального восприятия.
Текстурный анализ осуществляли путем сдвига участка изображения по 8 направлениям и
оценки меры сходства между исходным и сдвинутым участками, причем сдвиг проводили
на 1,2,3,4 элемента растра, а в качестве меры сходства для каждого сдвига использовали
средние значения образованных векторов.
Данный
подход
применялся
для
различных
сцинтиграфических
изображений.
Применение
данного
метода
для
анализа
сцинтиграмм
печени позволило выявить участки с множественными мелкими очагами,
которые не определялись с помощью других сцинтиграфических методов. Кроме того,
выделены структуры, характерные для цирроза печени. Текстурный анализ позволяет
выявить структуры, характерные для различной степени тяжести неспецифических
заболеваний легких.
Проведенные экспериментальные исследования с моделированием специфической
текстуры на фантоме щитовидной железы показали, что традиционное вычисление объема
щитовидной железы (площади) на основе планарных исследований имеет некорректное
значение. Для точной оценки этой величины следует проводить текстурный анализ
изображения с последующей коррекцией величины объема в зависимости от типа
текстуры.
Полученные результаты достигнуты за счет большей специфичности предлагаемого
способа для оценки гомогенности участка изображения по сравнению с другими
известными методами. Данный способ в силу своей универсальности можно
рекомендовать не только для анализа иных сцинтиграфических изображений, но и для
оценки текстур других медицинских изображений: эхограмм, ренгенограмм и других.
96
УСКОРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОНОВ ДЛЯ ИНТРАОПЕРАЦИОННОЙ
ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ
Б.С. Ишханов1), А.Н. Каманин1,2), Ю.А. Кубышин3), Н.И. Пахомов1,2), А.В. Посеряев1), В.И. Шведунов1,2).
1)
НИИ Ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ, E-mail: shved@depni.sinp.msu.ru
2)
ООО «Наука и технологии»
3)
Институт энергетических систем, Политехнический университет Каталонии, Испания
Annotation. Conceptual design of a compact and light weight electron accelerator dedicated to
intraoperative radiation therapy (IORT) is described. Maximum energy 12 MeV electron beam is
obtained with six recirculations through 2 MeV C-band linac. Beams with energy from 6 to 10 MeV
also can be extracted from accelerator. Accelerator dimensions without RF system are 500x200x110
mm3, its weight is less than 40 kg and consumed pulsed RF power is below 800 kW. We present
results of accelerator optimization including choice of operating wavelength and beam dynamics
simulation.
В докладе представлен проект компактного ускорителя электронов для комплекса
интраоперационной лучевой терапии (ИОЛТ). ИОЛТ является быстроразвивающимся
высокотехнологичным методом лечения злокачественных опухолей, совмещающим
преимущества оперативного лечения и дистанционной лучевой терапии. Метод уникален
тем, что позволяет облучать ткани после резекции опухоли, либо саму опухоль
непосредственно во время операции. Создание специализированных компактных
ускорителей электронов с локальной защитой, которые могут располагаться
непосредственно в операционной, имеет исключительно важное значение для
дальнейшего развития этого метода. Предлагаемый ускоритель создается по схеме
разрезного микротрона. В результате проведенной оптимизации ускоряющей структуры и
поворотных магнитов и расчетов динамики пучка было показано, что минимальные
размеры и вес ускорителя достигаются в С-диапазоне частот и при использовании
постоянного магнитного материала в качестве источника поля поворотных магнитов.
Ускоритель помещается в вакуумную камеру, соединяемую с источником
высокочастотной мощности с помощью гибкого волновода и вращающегося сочленения.
Откачка ускорителя осуществляется через волноводный тракт. Основные параметры
ускорителя приведены в Таблице 1.
Таблица 1. Основные параметры ускорителя.
Энергии пучка на выходе
6, 8, 10, 12 МэВ
Рабочая частота
5712 МГц
Импульсная СВЧ мощность
800 кВт
Длительность импульса
1 мкс
Частота повторения импульсов
0 – 300 Гц
Номинальный средний ток пучка
50-150 нA
Максимальный средний ток пучка
5 мкА
Поле поворотных магнитов
0.8 Т
Размеры ускорителя с вакуумной камерой 500x200x110 см
Вес ускорителя с вакуумной камерой
< 40 кг
97
ЛЕЧЕНИЕ БОЛЬНЫХ С ДЫХАТЕЛЬНОЙ НЕДОСТАТОЧНОСТЬЮ
ГЕЛИЙ–КИСЛОРОДНЫМИ СМЕСЯМИ
Б.М. Овчинников, В.В. Парусов, А.Ю. Перов
ИЯИ РАН в г. Троицке Московской области.
Больница РАН в г. Троицке Московской области.
The treatment for respiratury insufficiency patients (pneumonia, bronchial asthma and so on) with He
+O2 mixtures is developed in Troitsk hospital of RAS.
Несмотря на достигнутые успехи за последнее столетие при лечении больных с
различными формами дыхательной недостаточности, она остается на одном из ведущих
причин смерти больных, особенно при таких заболеваниях как пневмония, бронхиальная
астма, острое нарушение мозгового кровообращения, сахарный диабет, осложненный
инфаркт миокарда. Применение массивной антибактериальной терапии и искусственной
вентиляции легких до конца не решает эту проблему. Применение новый высокотехнологичной дыхательной аппаратуры, имеющей различные режимы вентиляции, в
тяжелых случаях дыхательной недостаточности все равно может оказаться не
эффективным и заканчивается смертью пациента, особенно при резком уменьшении
дыхательного объема, вследствие большого поражения легочной ткани и или резком
ухудшении проходимости дыхательных путей. При этом даже вентиляция 100%
кислородом зачастую оказывается неэффективной.
Использование гелий-кислородных смесей для вентиляции легких у больных с
различными формами дыхательной недостаточности позволит резко снизить смертность
или инвалидизацию этой категории больных вследствие улучшения снабжения
кислородом пораженных тканей. В том числе, уменьшить зону некроза при инфаркте
миокарда и остром нарушении мозгового кровообращения. Механизм действия гелий
кислородной смеси, например, при пневмонии, заключается в том, что гелий легко
проникает в легкие даже через слизистые выделения, в том числе воспалительный
экссудат, что улучшает диффузию кислорода через альвеолярно–капиллярную мембрану,
снижает сопротивление дыханию за счет меньшей плотности гелия по сравнению с
воздухом расслабляет гладкую мускулатуру бронхиол, уменьшая нагрузку на неё тем
самым способствуя улучшению тканевого дыхания.
Целью проекта является внедрение в широкую клиническую практику низкопоточной
вентиляции по закрытому контуру, в том числе на спонтанном дыхании, гелийкислородной смесью при лечении больных с различными формами дыхательной
недостаточности.
Для достижения поставленной цели необходимо
разработать аппаратуру для
вентиляции легких по закрытому контуру гелий-кислородными смесями. Аппаратура
должна включать маску, аппарат вентиляции легких, смеситель, прибор для контроля
состава смеси, расходометры гелия и кислорода, патрон адсорбции двуокиси углерода с
низким сопротивлением потоку газа. Созданная аппаратура будет установлена в больнице
РАН г. Троицка Московской области, где планируется провести ее клинические
испытания и дальнейшую эксплуатацию.
Опыт, полученный от использования гелий кислородных смесей, и разработанная
аппаратура будут внедрены в другие больницы РФ на коммерческой основе.
98
ВНЕДРЕНИЕ КСЕНОНОВОЙ АНЕСТЕЗИИ
Н.Е. Буров, А.Ю. Перов, Б.М.Овчинников, В.В.Парусов
Российская медицинская академия постдипломного образования врачей, г. Москва.
Больница РАН в г. Троицке Московской области,
Институт ядерных исследований РАН в г. Троицке Московской области.
The Xe-anaesthesia is used in Troitsk hospital of RAS. The original equipment was developed for
this purpose. There is no negative consequences after Xe- anaesthesia for patients as distinguished
from chemical anaesthesia. The cost of the Xe-anaesthesia is comparable with chemical one.
Ученые различных стран проявляют сегодня живой интерес к экологически
чистому и безопасному ксеноновому наркозу, как к лучшей альтернативе современной
ингаляционной
анестезии.
Ксенон
химически
индифферентен,
никакой
биотрансформации не подвергается, дыхательные пути не раздражает и быстро
выделяется из организма через легкие. Ксенон обладает более выраженной наркотической
силой, чем закись азота. В наркотической концентрации 70 % не оказывает никакого
токсического действия даже при длительных многочасовых наркозах. Ксенон - лучший
анестетик, особенно для больных во время беременности, в геронтологическом и детском
возрасте, с аллергией, декомпенсированной сердечной деятельностью, иммунодефицитом.
В России
в силу ряда причин пока не производятся современные наркознодыхательные аппараты, способные работать на малом газотоке по закрытому контуру.
Больница РАН имеет такую аппаратуру импортного производства – аппарат Дамека10590, имеющий встроенный газовый монитор. В рамках программы Президиума РАН
«Фундаментальные науки – медицине» в г. Троицке в ИЯИ РАН разработан
высокопоточный фильтр-уловитель ксенона с низким аэродинамическим сопротивлением
и почти на порядок большей емкостью по сравнению с фильтром адсорбции
отработанного ксенона КПН-01, выпускаемым ООО «Акела-Н». Его применение в
больнице РАН позволило резко снизить стоимость ксеноновой анестезии и уровнять ее с
обычными средствами для наркоза, а самое главное - использовать с отечественной
наркозно-дыхательной аппаратурой. Совместная работа отделения анестезиологии и
реанимации больницы РАН с ИЯИ РАН и ООО «Инсовт» (г Санкт- Петербург) позволила
в краткие сроки создать лучшие в мире по надежности, точности и продолжительности
работы
отечественные датчики по кислороду и ксенону, что заложило хорошие
перспективы для создания самых современных наркозно-дыхательных аппаратов
Российского производства.
За последние 5 лет стало известно,
что ксенон обладает уникальными
биофизическими свойствами, такими как: отсутствие эмбриотоксических и тератогенных
свойств, корригирующее и стимулирующее воздействие на иммунитет, улучшение
органного кровотока и регенерацию тканей. Доказано, что ксеноновая анестезия улучшает
течение послеоперационного периода, позволяет почти в 1,5 раза сократить время
пребывания больного в стационаре, что в свою очередь позволяет экономить бюджетные
средства.
Одной из целей Больницы РАН является внедрение новой медицинской техники,
медицинских приборов и оборудования. В больнице РАН проведены свыше 10 сложных
операций под ксеноновой анестезией продолжительностью от 1,5 до 7 часов. Все
прооперированные больные отмечали невыраженный послеоперационный болевой
синдром, у всех отмечалось неосложненное течение послеоперационного периода.
Выполненная работа была отмечена золотой медалью
на 5 Московском
международном салоне инноваций и инвестиций в феврале 2005 г., состоявшемся на ВВЦ.
К сожалению, скудное финансирование данного направления задерживает внедрение в
широкую медицинскую практику
ксеноновой анестезии в рамках медицинских
учреждений РАН. (P.S. Ксенон в 2005 г начал широко применятся анестезиологами
Франции и Германии).
99
ФОСФАН - НОВАЯ ДИАГНОСТИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
Осин Н.С., Помелова В.Г., Соколов А.С., Быченкова Т.А., Аслиян С.К., Бекман Н.И., Шарафудинова
Т.А., Ларичева С.Ю., Ивановская Н.П.
ГНЦ ФГУП Государственный научно-исследовательский институт биологического приборостроения,
E-mail: niibp@dol.ru
A new diagnostic platform has been developed on the basis of Phosphorescence Analysis
(PHOSPHAN). This highly sensitive and cost-wise approach allows simultaneous detection of
multiplied analytes in the wells of multiwell microplates from microareas 40х40 micron. The threshold
detection limit is about 103 molecules of label (Pt coproporphyrin) which luminescence is measured
directly from the well bottom in time-resolved mode.
ФОСФАН – диагностическая технология мультикомпонентного микроанализа для
одновременного определения в клинических образцах множества аналитов в формате
полистироловых микропланшетов. Ее ключевыми элементами являются фосфоресцентные
метчики биореагентов – Pt копро- и Pt уропорфирины, фосфоресцентный анализатор и
способы проведения твердофазного мультикомпонентного анализа.
Суть технологии заключается в иммобилизации (сорбции) на дне лунок
микропланшета в виде отдельных микрозон (диаметром от 0,1 до 1 мм) первых
биоспецифически связывающих молекул (антител, антигенов и т.п.) к различным
аналитам и проявлении реакции биоспецифического связывания с помощью вторых
биоспецифически связывающих реагентов, маркированных фосфоресцентной меткой.
Технология ФОСФАН обеспечивает предельно низкие пороговые уровни обнаружения
фосфоресцентной метки непосредственно с твердой фазы многолуночных
полистироловых микропланшетов, что позволяет использовать ее для количественного
определения гормонов и других аналитов из образцов сывороток и сухих пятен крови, а
также для выявления низких концентраций микроорганизмов и вирусов в образцах проб
воды. Метод ФОСФАН позволяет существенно уменьшить расход антител для
сенсибилизации твердой фазы (почти в 100 раз). Чувствительность анализа в режиме
сканирования микрозон достаточна для обнаружения отдельных клеток микроорганизмов.
Пороговый уровень детекции фосфоресцентной метки составляет около 103 молекул Pt
копропорфирина с микроплощадки 40х40 микрон.
Биоматериал, маркированный фосфоресцентной меткой, сохраняется в высушенном
виде на твердой фазе полистирола в течение длительного времени (месяцы) без заметного
снижения уровня сигнала фосфоресценции. Это позволяет архивировать микропланшеты
с адсорбированным биоматериалом.
При работе с потенциально инфекционным материалом, для обеспечения требований
противоэпидемического режима, иммобилизованный на твердой фазе полистирола
биоматериал может быть подвергнут дезактивации некоторыми химическими
дезинфектантами. При этом не наблюдается существенного снижения индикационных
возможностей технологии.
ФОСФАН обеспечивает одновременное определение нескольких аналитов с помощью
одного универсального фосфоресцентного реагента и системы стрептавидин-биотин за
счет пространственного распределения зон иммуносорбции
по дну лунки
микропланшета.
Сочетание высоких аналитических и экономических характеристик с учетом полной
адаптированности технологии ФОСФАН к многолуночным микропланшетам позволяет
рассматривать ее как одну из наиболее перспективных технологий для создания массовых
мултикомпонентных диагностических тестов для клинической лабораторной диагностики.
100
АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОСНАЩЕНИЯ
ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ В РОССИИ
Ю.А. Рахманин 1, В.А.Костылев 2
Московский научно-исследовательский онкологический институт им.П.А.Герцена
2
Институт медицинской физики и инженерии
E-mail: ampr@com2com.ru
1
Ежегодно в России 450 тыс. больным впервые устанавливается диагноз
злокачественных новообразований. (1-2 ст. 40%, 3 ст. –26%, 4 ст. –24%). С учетом стадии
заболевания 70% (315 тыс.) больных нуждаются в лучевой терапии. Ежегодно лучевая
терапия проводится 25%-50% больным. Около 100 тыс. больных не получают лечение в
полном объеме. Основная часть имеющегося оборудования (80%-90%) 140
радиотерапевтических отделений морально и физически устарела; онкологические
диспансеры оснащены из расчета 1 аппарат дистанционной лучевой терапии на 500 тыс.
населения (с учетом заболеваемости населения 1 аппарат необходим для обслуживания
250 тыс. населения); уровень подготовки физико-технических кадров в большинстве
отделений не соответствует современным требованиям; закупка оборудования зачастую
производится без четкого представления технологических аспектов лучевой терапии,
учета квалификации кадров и тщательной продуманности вопросов сервисного
обслуживания. Основными этапами лучевой терапии являются: диагностика, предлучевая
топометрическая подготовка с определением объема и мишени облучения, компьютерное
дозиметрическое планирование облучения, визуализация облучаемого объема, процедуры
лучевой терапии, мониторинг облучаемого объекта и состояния пациента,
дозиметрическое сопровождение (относительная и абсолютная дозиметрия). Строгое
соблюдение выработанных условий облучения при воспроизведении каждой процедуры
гарантирует выбранный уровень качества лечения. Повышение уровня качества лечения
может быть осуществлено с помощью технических средств, позволяющих проводить
конформное облучение.
В качестве пилотного проекта с учетом гарантии качества и конформности
облучения предлагается следующая схема уровней оснащения и функциональных
возможностей радиотерапевтических отделений.
I уровень. Проводится лучевая терапия основных локализаций злокачественных
новообразований по общепринятым методикам с гарантией удовлетворительного качества
лечения. Отделение оснащено 2-3 аппаратами дистанционной лучевой терапии (60-Со,
медицинский ускоритель с энергией фотонного пучка 5-7МэВ). Аппарат близкофокусной
рентгенотерапии. Аппарат брахитерапии. Топометрия выполняется на рентгеновском
симуляторе (желательно РКТ). Система дозиметрического планирования 2D (желательно
3D). Устройства для иммобилизации пациентов. Дозиметрический комплекс для
абсолютной и относительной дозиметрии.
II уровень. Повышается качество лечения благодаря введению элементов
конформного облучения. Дополнительно оснащается медицинским ускорителем 6-18МэВ
с многолепестковым коллиматором. Система планирования 3D.
III уровень. Обеспечивается высокий уровень качества и конформности облучения
широкого спектра локализаций. Дополнительное оснащение: система стереотаксиса,
портальная визуализация, модуляция интенсивности пучка и визуального управления
облучением, МРТ для топометрии.
IV уровень. Дополнительное оснащение комплексами типа «гамма-нож» и «кибернож» позволяет выполнять прецизионное облучение «малых» мишений.
V уровень. Обеспечивается максимально-возможный уровень качества и
конформности облучения за счет использования адронной терапии. Дополнительно для
топометрии используются ОФЭКТ, ПЭТ. Обязательна радионуклидная терапия
открытыми источниками.
101
СИСТЕМА ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫХ ОНКОРАДИОЛОГИЧЕСКИХ
ЦЕНТРОВ. РОЛЬ МЕДИЦИНСКОЙ ФИЗИКИ
В.А.Костылев
Институт медицинской физики и инженерии
E-mail: ampr@com2com.ru
Ускорительные комплексы, радиационные скальпели, комплексы рентгеновской,
магнитно-резонансной, однофотонной и позитронной эмиссионной томографии (ПЭТцентры), клинические центры радионуклидной терапии, протонной и ионной терапии,
нейтрон-соударной и нейтрон-захватной терапии позволяют сегодня врачам вместе с
медицинскими физиками достигать высоких результатов в диагностике и лечении
различных заболеваний. Однако для достижения этих результатов недостаточно простого
приобретения таких комплексов. Просто закупка и установка в клиниках этих комплексов
без создания особых условий, необходимых для их эффективной эксплуатации, приводит
не только к большим экономическим потерям, но и к дискредитации государственной
политики в области здравоохранения. Очень высокий уровень сложности данного
оборудования и технологий требует соответствующего уровня специалистов и
организаций, которые должны владеть специальными теоретическими знаниями и
практическим опытом. ИМФИ совместно с ведущими онкорадиологическими центрами,
объединив всех компетентных в данной области специалистов, разработал и применяет на
практике во многих учреждениях здравоохранения методы планирования,
проектирования, системного оснащения, подготовки кадров, организации технического и
медико-физического сервиса для создания и эффективного использования
высокотехнологичных онкорадиологических центров. При этом необходимо
последовательно осуществить следующие мероприятия:
1.
Создать государственную СИСТЕМУ, обеспечивающую необходимые условия для
внедрения
и
развития
этих
центров
(включая
систему
подготовки
высококвалифицированных кадров, законодательную нормативную базу, систему медикофизического и технического сервиса и т.д.);
2.
Создать в России на базе ведущих онкологических и радиологических учреждений
высокотехнологичные центры конформной лучевой терапии с радиационной хирургией,
лучевой диагностики (рентген, РКТ, МРТ, УЗИ), ядерной медицины (радионуклидной
диагностики и радионуклидной терапии), позитронно-эмиссионной томографии,
протонной и ионной терапии, нейтрон-соударной и нейтрон-захватной терапии, превратив
тем
самым
эти
учреждения
в
суперсовременные
высокотехнологичные
онкорадиологические МЕГАКОМПЛЕКСЫ;
3.
На базе этих МЕГАКОМПЛЕКСОВ как на клинических полигонах отработать
общегосударственную СИСТЕМУ их создания, развития и эффективной эксплуатации;
4.
Создать с помощью этих МЕГАКОМПЛЕКСОВ условия в регионах для
повышения качества онкорадиологических услуг (повысить технический и
технологический уровень, повысить квалификацию кадров, организовать физикотехническое обслуживание и стабильную систему финансирования, спланировать и
осуществить
поэтапную
техническую
модернизацию
существующих
онкорадиологических отделений и создать новые радиологические корпуса;
5.
Перейти
к
созданию
в
округах
РФ
системы
суперсовременных
онкорадиологических высокотехнологичных МЕГАКОМПЛЕКСОВ.
102
МЕДИКО-ФИЗИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ЦЕНТРОВ РАДИОНУКЛИДНОЙ ТЕРАПИИ
В.А. Костылёв, Б.Я. Наркевич
Институт медицинской физики и инженерии, Москва
Российский онкологический научный центр им.Н.Н.Блохина РАМН, Москва
The radionuclide therapy centers for the treatment of oncologic and endocrinologic patients are
planned to be found in many towns of Russia now. However, the building companies lack the
experience of constructing such centers. The main approaches and the technological scheme of
medical-physical providence are designed on the basis of complex approach to medical and technical
regulations to building project as well as to hardware and personnel requirements.
За последние несколько лет в России резко возрос интерес к использованию
технологий радионуклидной терапии (РНТ) для лечения ряда заболеваний, в том числе
дифференцированного рака щитовидной железы, костных метастазов рака молочной и
предстательной желёз, нейроэндокринных опухолей, диффузного токсического зоба,
ревматоидных артритов и т.д. Для подобного лечения необходимы организация и
строительство радиологических корпусов для размещения подразделений РНТ. Однако
архитектурно-строительные организации России не имеет никакого опыта
проектирования таких корпусов, причём ситуация усугубляется отсутствием нормативных
документов по радиационно-гигиеническим требованиям к помещениям, оснащению и
технологиям РНТ.
С целью преодоления этих затруднений была разработана общая концепция
медико-физического обеспечения процессов организации и ввода в эксплуатацию центров
РНТ. Она базируется на взаимосвязанном объединении в единую технологическую схему
всех этапов организации центров РНТ: медицинского и радиационно-гигиенического
обоснования, поиска и активизации источников финансирования, планировочного и
строительного проектирования, собственно строительства или реконструкции
существующих радиологических корпусов, их аппаратурно-технического оснащения,
технологического обеспечения, подготовки кадров, введения радиологического корпуса в
эксплуатацию, а также текущих финансовых, материальных и трудовых затрат на
эксплуатацию центра РНТ. Рассмотрена возможность математической формализации
оценки качества проектируемого центра РНТ по критерию максимизации отношения
«положительный эффект / финансовые затраты».
Ключевым этапом проектирования является разработка медико-технических
требований (МТТ) на проектирование центра РНТ. Далее на основе МТТ вырабатывается
планировочное решение проекта с одновременным составлением медико-технического
задания (МТЗ) на архитектурно-строительное проектирование помещений и инженернотехнических систем радиологического корпуса. МТТ должны содержать следующие
разделы:
социально-административный,
медицинский,
медико-физический
и
планировочно-строительный. Показано, что профессиональный уровень проекта и
показатели качества проектируемого центра РНТ определяются, главным образом,
уровнем научного медико-физического обеспечения процессов проектирования,
строительства, оснащения, подготовки кадров и введения в эксплуатацию центра РНТ.
103
РАДИОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ
РАДИОНУКЛИДНОЙ ТЕРАПИИ
Б.Я. Наркевич1, В.А. Костылёв1, С.Б. Глухов2, Д.Г. Мацука2
1
Институт медицинской физики и инженерии, Москва
2
Группа компаний «Радиопрепарат», Москва
131
I is widely used in oncology and endocrinology for the radionuclide therapy. The patient is
transferred to the isolated ward following the injection of therapeutical activity 131I. These wards are
equipped with the special ventilation and drainage systems allowing the collection, storage and
extraction of the radioactive aerosols and liquid radioactive wastes. The regulations for these systems
are analyzed. The various technological schemes of wastes disposal are discussed.
Для радионуклидной терапии больных дифференцированным раком щитовидной
железы в онкологии и диффузным токсическим зобом в эндокринологии пациенту вводят
в среднем от 0,4 до 2,5 ГБк 131I-йодида натрия. Поскольку после этого больной становится
достаточно мощным источником гамма-облучения для всех окружающих, его
госпитализируют в «активную» палату, где он находится в закрытом режиме на
протяжении 3 – 5 суток. Известно, что 131I накапливается не только в патологических
очагах, но и выводится с мочой (от 40% до 80% от введенной активности), фекалиями (2%
– 3%), выдыхаемым воздухом (1% – 2%) и с потом через кожу (3% – 5%). Поэтому для
предотвращения попадания этих радиоактивных выделений в окружающую среду
«активные» палаты центра радионуклидной терапии оборудуют системой спецвентиляции
с функциями фильтрации радиоактивных аэрозолей и удаления в атмосферу очищенного
воздуха, а также системой спецканализации с функциями накопления, выдержки на
радиоактивный распад и (или) очистки жидких радиоактивных отходов с последующим
удалением очищенных вод в хозяйственно-бытовую канализацию.
Рассмотрены требования к планировке и техническим характеристикам системы
спецвентиляции. Она должна быть подключена не только к «активным» палатам, но и к
другим производственным помещениям радиологического корпуса, где выполняются
работы с открытыми источниками 131I: фасовочная, процедурная, хранилище
радиофармпрепаратов, хранилище твёрдых радиоактивных отходов, станция очистки
жидких радиоактивных отходов и т.п. Сформулированы требования к периодичности
замены типовых сменных фильтров в системе спецвентиляции.
Проанализированы
функциональные
возможности,
технические
и
эксплутационные характеристики 3 различных технологических систем очистки жидких
радиоактивных отходов: 1)
накопления в баках-отстойниках, выдержки на
радиоактивный распад и удаления получающихся шламов в хозяйственно-бытовую
канализацию; 2) накопления в концентрированном виде с помощью герметизированной
системы канализации с низким вакуумом, выдержки на распад и последующего удаления
без какой-либо дополнительной очистки в хозяйственно-бытовую канализацию; 3)
раздельного накопления твёрдой и жидкой фаз радиоактивных отходов, выдержки на
распад твёрдой фазы отходов, механической и физико-химической фильтрации жидкой
фазы с последующим перекачкой очищенных вод в хозяйственно-бытовую канализацию.
Сравнительный анализ достоинств и недостатков каждой из этих схем позволил
определить оптимальные области их возможного применения с выработкой
соответствующих рекомендаций по радиоэкологической охране населения и окружающей
среды на этапах проектирования и строительства центров радионуклидной терапии.
104
ОПЫТ РАЗРАБОТКИ И ПРИМЕНЕНИЯ АППАРАТОВ СЕРИИ «ПОРТ» В
МЕДИЦИНЕ И БИОТЕХНОЛОГИЯХ
Кревский М. А., ООО «Электроника - медицине»,
E-mail: elmnn@rol.ru
The results of over 10-year experience on design and application of Extremely High Frequency (EHF)
therapy apparatus model “PORT” is presented in short. Most important design and characteristic
features are reported. Present and assumed applications are described. The new unit allowing testing
main technical characteristics for EHF apparatus produced by domestic manufacturers.
Среди немедикаментозных методов лечения КВЧ терапия является одним из самых
высокоэффективным. Это связано с патогенетическим характером и высокой
пролонгированностью воздействия.
ООО «Электроника - медицине» занимается разработкой и производством аппаратов
КВЧ-СВЧ диагностики и терапии уже более 10 лет. В 1994 г. совместно с НГМА и ОКБ
им. Н. А. Семашко был разработан исторически первый аппарат КВЧ терапии с выносной
излучающей головкой «ПОРТ 56/76- ЭЛМ». Спецификой данного аппарата является:
- возможность осуществления воздействия во всей терапевтически значимой полосе
волновода 50-80 ГГц в непрерывном , импульсном и шумовом режимах;
- возможность оптимизации параметров воздействия индивидуально для каждого
пациента;
- возможность использования широкого ассортимента насадок , позволяющих продвинуть
аппарат в различные полостные клиники: ЛОР, урологию, гинекологию, физиотерапию,
рефлексотерапию.
Данный аппарат с успехом применяется в терапевтической клинике в лечении
практически всех соматических заболеваний: сахарного диабета и его осложнений,
болезней гастродуаденальной сферы, сердечно-сосудистых и многих других заболеваний.
Более простым и экономически обоснованным решением явилась разработка
моночастотной портативной версии аппарата «ПОРТ-ЭЛМ/НН», имеющего выраженный
эффект при минимальной себестоимости.
Важным техническим решением для нас явилось изобретение источника мм-излучения
на транзисторе. Транзисторный автогенератор в отличие от генератора на диоде Ганна
является более экономичным и имеет существенно меньшую мощность потребления. Это
позволило создать высокоэффективный портативный аппарат с безопасным напряжением
питания - «ПОРТ-ЭЛМ/НН с автономным питанием».
С 1998 г. разработанные нами аппараты КВЧ терапии были применены в ветеринарии
и птицеводстве. В настоящее время на их основе разработаны и применяются технологии
повышения эффективности яичного и бройлерного птицеводства, а также технологии
профилактики и лечения маститов и эндометритов коров.
В связи с широкой номенклатурой выпускаемых в настоящее время у нас в стране и за
рубежом КВЧ приборов, оказалось целесообразным разработать аппарат для измерения их
параметров. Разработанный в 2005-2006 г. аппарат для измерения параметров
медицинских КВЧ приборов в диапазоне частот 39-67 ГГц «ПОРТ-ЭКСПЕРТ», имеет
сертификат утверждения типа и является незаменимым инструментом для
проектирования и измерения параметров практически всех существующих и вновь
разрабатываемых аппаратов.
105
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИННОВАЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В
ЗДРАВООХРАНЕНИИ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ
Шумский В.И., Гуров А.Н., Астахов П.В.
МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского, Москва
E-mail: gurov@monikiweb.ru
В качестве направлений инновационной деятельности в здравоохранении
Московской области нам представляется работа, связанная с охраной здоровья населения,
а именно:
- разработка программ обновления производственных фондов основных
медицинских учреждений МО (МОНИКИ, МОНИАГ, МО госпиталя инвалидов войн,
онкологического диспансера, центра восстановительного лечения и др.) на основе
реализации инноваций
медико-технического характера в работу лечебнопрофилактических учреждений (ЛПУ) МО;
- совершенствование системы управления деятельностью организаций
муниципального здравоохранения и деятельностью медицинских работников этих
организаций за счет современных информационных технологий, медицинских баз
данных;
- совершенствование лечебно-диагностической базы лечебно-профилактических
учреждений системы здравоохранения за счет формирование на их базе филиалов
профильных областных центров (неврологии, сосудистой хирургии, офтальмологии и др.),
- совершенствование методов оказания консультативной, диагностической и
лечебной помощи жителям на основе использования современных медицинских и
организационных технологий с доказанной эффективностью, направленных на улучшение
качества жизни, внедрения телемедицины;
- совершенствование программ развития стационарной, амбулаторнополиклинической и скорой медицинской помощи в МО;
- совершенствование методов профессиональной полготовки медицинских
специалистов на основе современных технологий последипломной подготовки.
Проводимые научные исследования в области здравоохранения сотрудниками
МОНИКИ только по одной отраслевой программе в области диагностики и лечения
хирургических заболеваний ориентированы на 4 главных направления, касающихся
хирургии органов пищеварения, хирургии органов грудной клетки и средостения,
хирургии эндокринной системы, хирургии сосудов, а также трансплантации органов и
тканей.
Особое направление инновационного развития в здравоохранении Московской
области связано с проведением работ по медико-экологическому мониторингу качества
жизни населения, которое должно осуществляться с целью: обеспечить разработку единой
системы оперативного наблюдения, анализа, оценки и прогноза медико-экологических
условий среды обитания для успешной реализации целевых программ по охране здоровья
населения, рациональному природопользованию, нейтрализации и профилактике
негативных для здоровья населения природных, антропогенных и техногенных явлений, а
также обеспечения воспроизводства рекреационных ресурсов Московской области.
106
ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ ДИНАМИКА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЗДОРОВЬЯ НАСЕЛЕНИЯ
КАК ГЛАВНЫЙ КРИТЕРИЙ РЕЗУЛЬТАТИВНОСТИ ИННОВАЦИОННЫХ
ПРОЕКТОВ
Павлова О.В., Гуров А.Н., Катунцева Н.А., Смбатян С.М.
Министерство здравоохранения МО,
МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского, Москва,
E-mail: gurov@monikiweb.ru
Состояние здоровья населения является одним из основных критериев
благополучия общества. К сожалению, показатели здоровья населения России
оцениваются как неудовлетворительные. К числу основных неблагоприятных тенденций в
медико-демографической ситуации и общественном здоровье следует отнести: высокий
уровень общей смертности населения; рост показателей смертности от болезней системы
кровообращения, несчастных случаев, онкологических заболеваний; высокий уровень
младенческой смертности; сокращение средней продолжительности жизни, особенно
мужчин; депопуляция населения вследствие высокой смертности и низкой рождаемости;
значительная распространенность социально обусловленных заболеваний (алкоголизм,
наркомания, туберкулез, ВИЧ-инфекция, болезни, передающиеся половым путем);
высокая распространенность факторов риска (курение, злоупотребление алкоголем,
гиподинамия, ожирение, нерациональное питание и пр.); высокий уровень общей
заболеваемости среди всех контингентов населения.
Высокая распространенность социально значимой патологии среди населения
снижает качество репродуктивного здоровья женщин: увеличивается число осложнений
в период беременности и в родах, не улучшается состояние здоровья новорожденных.
Растет общая заболеваемость детского населения, остается высокой детская
инвалидность.
На муниципальном уровне большая роль в профилактике и своевременном
выявлении многих социально значимых заболеваний отводится врачу общей
практики, т.к. именно он владеет наиболее полной информацией о состоянии здоровья
каждого члена семьи, распространении
социально значимых и наследственных
заболеваний в семье, наличии вредных привычек и других факторов риска, знает
отношение членов семьи к здоровому образу жизни. При этом врач общей практики
призван выявлять патологию на ранних стадиях, осуществлять лечебно-оздоровительные
мероприятия больным с хроническими заболеваниями, профилактические мероприятия
лицам с факторами риска. Внедрение общей врачебной практики в первичную
медико – санитарную помощь направлено на повышение ее эффективности.
Анализ показателей здоровья населения Московской области свидетельствует о
том, что проблема требует комплексного подхода к ее решению. Одним из путей ее
решения являются инновационные проекты, конечным результатом реализации которых
должно стать достижение положительной динамики показателей здоровья населения.
Инновационные проекты такого плана будут способствовать реализации государственной
политики по борьбе с заболеваниями социального характера и их осложнениями,
внедрению в медицинскую практику эффективных методов профилактики, раннего
выявления, диагностики, лечения и реабилитации больных с целью сохранения и
укрепления здоровья населения, снижения уровня заболеваемости, инвалидности и
смертности.
107
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИННОВАЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В РАБОТЕ
СОТРУДНИКОВ МОНИКИ В МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ
Гуров А.Н., Ермилов Ю.Н., Рябухина И.Г., Круглов С.Е.
МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского, Москва,
E-mail: gurov@monikiweb.ru
Целью государственной политики в области развития национальной
инновационной системы является формирование экономики, способной за счет
коммерциализации результатов интеллектуальной деятельности и вывода на рынок
инновационной продукции (услуг) обеспечить реализацию стратегических национальных
приоритетов по повышению качества жизни населения.
В соответствии с существующим определением Всемирной организацией
здравоохранения (ВОЗ), качество жизни (КЖ) - интегральная характеристика
физического, психологического, эмоционального и социального функционирования
здорового или больного человека, основанная на его субъективном восприятии и
объективных показателях здоровья. Состояние здоровья населения зависит в основном от
образа жизни, условий труда и наследственности человека. Реальное улучшение
здоровья населения региона, в первую очередь, может быть достигнуто от оздоровления
окружающей среды, качественного состояния дорог и транспортной безопасности,
уровня
образования
населения,
хорошего
питания,
противотабачных
и
противоалкогольных кампаний и т.п. Однако имеется и определенное число
современных медицинских технологий, улучшающих здоровье и качество жизни
людей. Последними исследованиями, проведенным в НИИ организации и
информатизации здравоохранения Минздравсоцразвития РФ, доказывается, что состояние
здоровья населения в ряде случаев может зависеть от системы здравоохранения на 30 - 40
%, а не как считалось ранее только на 10%. Совершенно очевидно, что в этих условиях
значение современных медицинских технологий в работе лечебно-профилактических
учреждений и доступность специализированной медицинской помощи для населения,
является абсолютно необходимым элементом системы здравоохранения по улучшению
качества жизни. В качестве индикаторов при создании национальной инновационной
системы должны рассматриваться показатели, характеризующие вклад здравоохранения в
валовой внутренний продукт (ВВП). Среди них с одной стороны показатели,
характеризующие предотвращенный ущерб за счет сохранения жизни и восстановления
трудоспособности по основной или любой другой специальности, снижения
заболеваемости с временной и стойкой утратой трудоспособности (инвалидности). С
другой показатели, характеризующие прямое увеличение ВВП от внедрения современных
медицинских, организационных и информационных технологий с доказанной
эффективностью, позволяющие открыть высокоспециализированные индустриальные
медицинские центры на существующих клинических базах Московского областного
научно-исследовательского института им. М.Ф. Владимирского (МОНИКИ), Московского
областного научно-исследовательского института акушерства и гинекологии (МОНИАГ),
перепрофилировать простаивающие больничные койки, открыть стационары
краткосрочного пребывания и специализированные центры медицинской реабилитации,
т.е. повысить структурную эффективность здравоохранения.
Перед специалистами по управлению здравоохранением эти исходные положения
открывают возможность использования объективных законов экономической теории для
разработки и обоснования инновационной деятельности в здравоохранении и медицине.
108
ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ КАК НАПРАВЛЕНИЕ
РАЗВИТИЯ ИННОВАЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ЗДРАВООХРАНЕНИИ
МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ
Рахманова З.Б., Оноприенко Г.А., Шумский В.И.
МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского, Москва,
E-mail: moniki@monikiweb.ru
Развитие прикладных инновационных исследований и разработок требует
совершенствования
информационной
и
информационно-телекоммуникационной
инфраструктуры. Формирование национальной инновационной системы предусматривает
создание и развитие объектов инновационной инфраструктуры (инновационнотехнологические центры, технопарки), сети организаций по оказанию консалтинговых
услуг в области инновационной деятельности, содействие созданию и развитию
специальных бирж интеллектуальной собственности и научно-технических услуг.
Существуют различные варианты терминологии понятий «инновация», «инновационная
деятельность». Наиболее приемлемыми из них для интерпретации этих понятий в такой
сфере, как информатизация в здравоохранении следующие.
Инновационная деятельность – процесс, направленный на реализацию результатов
научно-технических достижений в новый или усовершенствованный продукт,
реализуемый на рынке, в новый или усовершенствованный технологический процесс,
используемый в практической деятельности, в новый подход к социальным и
медицинским услугам, а также связанные с этим дополнительные научные исследования и
разработки.
Инновация – это результат инновационной деятельности, формирующей сегменты
рынка качественно новых или усовершенствованных: товаров и услуг; технологий; систем
организации и управления производством; систем информационного обеспечения
управленческих решений и иных форм инновационной деятельности.
Такие
инновационные показатели в госстатистике, как «Персональные
компьютеры в организациях – всего», «Внедрение современных (на основе
информационных технологий) методов управления организацией», «Приобретение
программных средств», «Информационно-вычислительное обслуживание» являются
показателями инновационной и научной деятельности в учреждениях и организациях.
Базовым показателем инновационного процесса в экономике здравоохранения
является инновационная продукция, в том числе информационно-аналитическая.
Правительство Московской области одним из основных приоритетных направлений
инновационного
развития
новой
экономики
определило
применение
инфокоммуникационных технологий.
109
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ В СИСТЕМЕ ОХРАНЫ ЗДОРОВЬЯ ДЕТЕЙ
Катунцева Н.А., Смбатян С.М., Гуров А.Н., Цветкова Е.А.
МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского, Москва
E-mail: gurov@monikiweb.ru
Здоровье детей является важным аспектом для здоровья человечества в целом,
так как все то, что закладывается в детстве, человек переносит во взрослую жизнь. На
современном этапе реформирования здравоохранения базисной информацией для
обоснования развития социальной политики государства и определения приоритетных
медико-социальных задач является анализ основных характеристик здоровья и его
тенденций. Это особенно важно, когда речь идет о здоровье детей, поскольку данная
группа населения наиболее чувствительно реагирует на воздействие экологических,
социально – экономических факторов, уровень организации и качество медицинской
помощи.
Решение проблемы сохранения и укрепления здоровья детей возможно только при
организации постоянного контроля за состоянием их здоровья, регулярном проведении
комплексных лечебно – оздоровительных и реабилитационных мероприятий. С целью
развития и совершенствования информационной базы необходимо использовать новые
инфокоммуникационные технологии, в частности, для создания и развития мониторинга
здоровья детей.
Этим закладывается система наблюдения и контроля, подобная
действующим в ряде экономически развитых стран, основной задачей которой является
регулирование неблагоприятного влияния важнейших факторов на показатели здоровья
при максимально низких затратах на это.
Создание мониторинга здоровья детского населения Московской области
особенно актуально, поскольку такие показатели, как физическое развитие,
заболеваемость, инвалидность, и смертность детского населения непосредственно
связанные с демографической и социально – экономической ситуацией МО, вызывают
особенную тревогу. Устойчивые тенденции ухудшения здоровья детей привели к
необходимости оперативного отслеживания показателей с целью позитивного влияния на
них. Мониторинг здоровья детского населения – это система наблюдения, анализа,
оценки и прогноза состояния детей.
Наиболее рационально, по нашему мнению, в рабочей схеме при создании
мониторинга использовать 5 групп показателей (блоков): состояние физического развития
детей; показатели заболеваемости детей; детской инвалидности; детской смертности;
характеристики «образа жизни семьи».
Создание и развитие мониторинга здоровья детей предполагает такой его уровень,
когда полученная информация позволит выявить и оценить степень воздействия на
здоровье детей различных факторов, в том числе и качества медицинской помощи (на
всех ее этапах: профилактика, диагностика, лечение и реабилитация), будет достаточна
для разработки и реализации мероприятий, направленных на снижение неблагоприятного
воздействия факторов риска, имеющих значение для формирования здоровья детей.
110
ИННОВАЦИОННЫЕ ПРОЕКТЫ И ТЕХНОЛОГИИ В ОФТАЛЬМОЛОГИИ
Рябцева А.А.
МОНИКИ им. М.Ф.Владимирского, Москва
E-mail: moniki@monikiweb.ru
Одной из важных задач современной медицины является предупреждение слепоты
и обеспечение населения офтальмологической помощью. По данным ВОЗ в мире 45 млн.
слепых людей и 135 млн. с серьезными нарушениями зрения. В России каждый второй
житель страны страдает глазными болезнями. В Московской области болезни глаз и
придаточного аппарата в последние годы устойчиво занимают 3 место в структуре
заболеваемости населения и имеют тенденцию к увеличению: на 1000 чел. населения 63,9
в 1999 году и 71,2 в 2004 году. Рост заболеваемости и инвалидности диктует
необходимость совершенствования офтальмологической помощи и создания
эффективных диагностических и лечебных технологий, обеспечивающих доступность
высококвалифицированной помощи для населения.
Среди перспективных направлений в решении этих задач особую роль играют
мобильные офтальмологические бригады, оказывающие поддержку существующим
службам, в т.ч. в отдаленных территориях, где доступность высококвалифицированной
помощи зависит от уровня технического оснащения службы и экономических
возможностей престарелых пациентов и инвалидов. Положительный опыт работы
офтальмохирургической лазерной мобильной бригады МОНИКИ в Московской области
включил проведение более 2 тысяч консультаций и более тысячи лазерных операций
глазной патологии за 2 неполных года, что является существенным объемом
офтальмологической помощи. Однако, для дальнейшего рационального использования
мобильной помощи перспективно изучение потребности населения в проведении
диагностических и лечебных мероприятий с учетом заболеваемости и распространенности
болезней глаз. Целесообразно создание нескольких передвижных диагностических и
операционных модулей, оснащенных современным оборудованием для выполнения
операций в первую очередь при глаукоме, катаракте и близорукости, широко
распространенных среди жителей Московской области (около 200 тысяч пациентов) и
требующих неотложных мер по профилактике слепоты и слабовидения.
Вторым направлением совершенствования офтальмологической помощи является
обеспечение условий для активного использования новых аппаратных технологий. На
современном этапе ведущими учреждениями страны, в т.ч. и МОНИКИ, разработаны
комплексы приборов, используемых для диагностики и лечения хронических заболеваний
органа зрения дегенеративного характера (атрофия зрительного нерва, дегенеративная
миопия, дистрофия сетчатки). Это наиболее распространенная группа офтальмопатологий,
нередко приводящих к развитию слепоты. Перспективно создание специализированных
медицинских центров для организованных групп населения, например, на базе
медицинских комнат и компьютерных классов в школах, на промышленных предприятиях
и пр. Актуально создание портативных и недорогих приборов нового поколения для
электро-, магнито- и светоимпульного лечения, разработка компьютерных лечебных и
диагностических программ для профилактики и лечения глазных заболеваний.
Особое место в офтальмологии занимает перспектива использования возможностей
телемедицины, возможностей интернета, местного кабельного телевидения для
дистанционной передачи видеоизображения глазного дна, проведения консилиумов и
конференций, архивации результатов исследования, динамического контроля за
эффективностью диагностики и лечения пациентов любой территории Подмосковья, а
также для просветительской работы среди населения.
111
ЛАЗЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПОВЫШЕНИЕ УРОВНЯ КЛИНИЧЕСКОЙ
ПОМОЩИ В ОТОРИНОЛАРИНГОЛОГИИ
Зенгер В.Г.
МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского, Москва
E-mail: moniki@monikiweb.ru
В настоящее время оказание квалифицированной помощи в оториноларингологии
становится возможным только при объединении направленных на это усилий, как ЛОРврачей, так и специалистов различных отраслей науки и техники, создающих современное
медицинское оборудование. Подобная кооперация усилий медиков и разработчиков
лазерной медицинской техники позволила ЛОР-клинике МОНИКИ стать одной из
немногих клиник подобного профиля в нашей стране, где могут получать в полном
объеме на современном уровне квалифицированную специализированную медицинскую
помощь, как взрослые, так и дети. В настоящее время по результатам научных разработок
ЛОР-клинику МОНИКИ можно считать лидером отечественной ларингологии, чему
способствует активное внедрение в клиническую практику новейших лазерных лечебных
и диагностических технологий для проведения реконструктивно-восстановительных
операций больным с заболеваниями и повреждениями верхних дыхательных путей.
Одним из первых направлений исследований в этой области в 1993г. явились
исследования совместно с ИОФ РАН и ООО «МедОптоТех» по новым типам лазеров для
хирургии на основе YAG-Ho и YAG-Er лазеров. В результате были созданы два новых
специализированных хирургических лазера «СТН-10» и «Глассер», излучение которых
может быть транслировано по оптическому волокну, что позволило проводить
бескровные операции, например, деструкцию гломусной опухоли в барабанной полости.
Несколько позже стали выполняться исследования по лазерной терапии в
оториноларингологии, в развитии которой ЛОР-клиника МОНИКИ является также одним
из пионеров отечественной медицины. В настоящее время, например, изучаются
возможности лазерного излучения красного спектра в импульсном режиме генерации
(совместно с ООО НИЦ «МАТРИКС»), и первые клинические результаты указывают на
то, что медицина имеет дело с новым качеством лазерной терапии.
С появлением нового отечественного фотосенсибилизатора «фотохлорин» (ООО
«РАДАФАРМА») и новых лазерных аппаратов «ЛАХТА-МИЛОН» (ООО «Милон-лазер»)
границы клинического применения методов фотодинамической терапии (ФДТ) стали
расширяться. С 1995г. в ЛОР-клинике МОНИКИ метод ФДТ апробирован в лечении
респираторного папилломатоза у детей и взрослых. Начиная с 2001г. сотрудниками
отделения ФДТ стала применяться для лечения гнойных заболеваний ЛОР-органов. В
частности получен патент на способ лечения гнойного гайморита.
Расширяя возможности использования лазерных технологий в лечении
заболеваний уха, горла и носа, нами совместно с группой лазерной диагностики
радиологического отделения МОНИКИ в последние 2 года было успешно проведено
исследование по применению лазерной доплеровской флоуметрии для оценки параметров
микроциркуляции крови в донорских участках кожи, которые используются при
реконструктивно-восстановительных вмешательствах на полых органах шеи.
Последующее выкраивание лоскутов кожи для пластического закрытия дефектов гортани
и трахеи производится на участках с наибольшими показателями перфузии тканей
кровью, которые объективно определяются в процессе исследования, что позволяет ранам
заживать первичным натяжением с гладким протеканием послеоперационного периода.
112
«ДИСПЕРСИОННОЕ КАРТИРОВАНИЕ» - НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ БИОГЕНЕРАТОРА СЕРДЦА
ДЛЯ РАННЕГО ОБНАРУЖЕНИЯ ПАТОЛОГИИ МИОКАРДА
Федорова С.И., Шумский В.И., Пронина В.П., Лебедева Т.Ю.,
Камынина Т.С., Григорьева А.М., Демидов И.Н., Сула А.С., Рева М.П.
МОНИКИ им. М.Ф.Владимирского, г. Москва;
ООО «МКС», Зеленоград,.
Ключевым моментом в решении актуальной проблемы своевременного выявления
заболеваний сердца и сосудов, предотвращения развития угрожающих жизни состояний
(острого коронарного синдрома, нарушений ритма и сердечной недостаточности), оценки
эффективности лечения и качества жизни кардиологических больных, является создание и
внедрение новых медицинских технологий, с помощью которых возможно раннее
распознавание патологии сердца и сосудов, контролируемое динамическое наблюдение и
объективная оценка эффективности лечения. К таким новым медицинским технологиям
относится метод анализа и визуализации низкоамплитудных дисперсионных
характеристик ЭКГ–сигнала, называемый методом «дисперсионного картирования».
Главной структурной компонентой метода является анализ дисперсии низкоамплитудных
колебаний ЭКГ–сигнала на определенных интервалах кардиоцикла PQRST.
Дисперсионный анализ низкоамплитудных колебаний осуществляется на протяжении 30 –
60 секунд непрерывного мониторирования ЭКГ–сигнала. Входным сигналом могут быть
любые ЭКГ-отведения при обычной полосе пропускания регистратора 0…150 Гц.
Средние величины анализируемых амплитудных дисперсий соответствуют 5…30 мкВ, т.е.
существенно меньше средних амплитуд зубцов ЭКГ. Специальный анализ таких
низкоамплитудных сигналов обеспечивает надежное выявление небольших нарушений
процессов деполяризации и реполяризации миокарда. Именно эти небольшие нарушения
являются эффективными маркерами патологических изменений миокарда, не имеющих
надежных проявлений в традиционных ЭКГ–характеристиках.
Результатом анализа является карта отклонений дисперсионных низкоамплитудных
характеристик от нормы, включающая амплитуды этих отклонений и параметры их
предположительной локализации. Для создания у врача целостной и легко
воспринимаемой картины изменений миокарда, дисперсионная карта проецируется на
квазиэпикард 3х-мерной компьютерной модели сердца, отображающей переднюю и
заднюю поверхности сердца. Выраженность и предположительная локализация изменений
определяются по изменению цвета квазиэпикарда, который в норме имеет ровный
зеленый цвет. В итоге врач получает возможность непосредственно наблюдать
квазиаэпикард на поверхности 3-мерной компьютерной модели сердца, которая
реконструирована по низкоамплитудным колебаниям ЭКГ. Используемая модель
квазиэпикарда получила наименование топологический портрет электрической
активности сердца.
Данная технология успешно реализована в Российском приборе для кардиоскрининга «КардиоВизор-6с», серийное изготовление которого осуществляется с конца 2003 г.
фирмой МКС (Зеленоград, Москва). Метод «дисперсионного картирования миокарда»
доступен, неинвазивен, комфортен для пациента, обладает высокой пропускной
способностью в режиме скрининг-диагностики состояния сердечно-сосудистой системы.
113
НОВЫЕ МЕДИЦИНСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ИХ РОЛЬ В
СОВЕРШЕНСТВОВАНИИ ГАСТРОЭНТЕРОЛОГИЧЕСКОЙ И
ГЕПАТОЛОГИЧЕСКОЙ СЛУЖБЫ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ
Исаков В.А.
МОНИКИ им. М.Ф.Владимирского, Москва
E-mail: moniki@monikiweb.ru
Организация современной специализированной службы региона на современном
этапе, когда осуществляется глубокая реформа системы здравоохранения, представляет
собой достаточно сложную задачу. Для ее решения необходим учет следующих факторов:
 Повышение роли оказания медицинской помощи на уровне первичного звена
здравоохранения;
 Введение новых медико-экономических стандартов диагностики и лечения;
 Изменение условий и объема оказания медицинской помощи льготных категорий
граждан (в частности - дополнительное лекарственное обеспечение)
С другой стороны, прогресс в диагностике и лечении заболеваний органов
пищеварения и печени позволяет обеспечить как высокие результаты с точки зрения
показателей смертности, так и заболеваемости в отдельно взятом регионе. В качестве
примера можно привести язвенную болезнь. В настоящее время в реестре лекарственных
средств РФ представлены 56 препаратов, относящихся более чем к 10 группам
лекарственных средств, которые рекомендуется применять для лечения язвенной болезни.
Медико-экономическими стандартами, как и международными рекомендациями,
регламентируется использование лекарственных средств, относящихся лишь к 3 группам:
антисекреторные средства, антибиотики и антибактериальные средства. Применение схем
лечения, состоящих из 3-х или 4-х препаратов, относящихся к этим группам, позволяет
добиваться рубцевания язвенного дефекта в луковице 12-перстной кишки в течение 2-3
недель, и обеспечивать отсутствие рецидивов в течение 3 лет после одного курса
применения как минимум у 75-80% пациентов. Широкое применение таких методов
лечения в развитых странах позволило сократить число больных язвенной болезнью,
состоящих на диспансерном учете, в 15 раз (!) и уменьшить заболеваемость язвенной
болезнью в 5-8 раз (!). Однако данный результат достигнут планомерным применением
регламентированных схем лечения. В Российской Федерации в 2004 году было проведено
исследование «Ulcer», целью которого было изучение методов лечения язвенной болезни,
используемых врачами общей практики в 5 регионах России. По данным этого
исследования оказалось, что лишь 40 % врачей знакомы с современными схемами лечения
язвенной болезни, а правильно и регулярно применяют их в своей практике всего 18,5%.
Таким образом, ожидать отдачи от применения современных технологий не приходится,
так как врачи мало о них информированы, регламентирующие их применение документы
только в 2005 году введены и то только в амбулаторную практику.
Решением проблемы скорейшего внедрения передовых технологий могли бы
явиться региональные стандарты, утвержденные Министерствами здравоохранения
территорий, сопровождающиеся соответствующими приказами. В этих стандартах должен
быть изложен четкий алгоритм обследования и лечения пациентов. К сожалению, в
медико-экономических стандартах, выпущенных МЗ и СР РФ, приведены лишь список и
частота использования диагностических манипуляций и список препаратов, однако
совершенно отсутствует алгоритм использования и того и другого.
114
НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОЦЕНКИ ВОЗДЕЙСТВИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА
Шатохина С.Н.
МОНИКИ им. М.Ф.Владимирского, Москва,
E-mail: moniki@monikiweb.ru
Новая диагностическая технология основана на анализе морфологической картины
кристаллических и некристаллических структур в дегидратированной капле
биологической жидкости. Метод получил название клиновидной дегидратации, а объект
анализа представляет собой тонкую пленку, которую мы назвали фацией.
Результаты получения фиксированного отклика на воздействие физического
фактора по морфологической картине жидких сред организма объясняются тем, что
биологические жидкости являются сложнейшими поведенческими системами, в которых
все молекулярные связи ослаблены водой. Именно слабость этих взаимодействий дает
способность биологической жидкости передавать отклик прямого или опосредованного
воздействия на нее любого физического фактора по морфологической картине фации. Так,
в экспериментах при непосредственном воздействии на пробирку с сывороткой крови
здорового человека вихревых магнитных полей (ВМП), создаваемых двумя источниками с
частотой 5 и 6 Кгц, было зафиксировано изменение морфологической картины по
увеличению диаметра фации, количеству радиальных трещин и конкреций. Подобные
изменения установлены в морфологической картине сыворотки крови у больных с
нарушением сердечного ритма после имплантации им искусственного водителя
сердечного ритма.
Другой аспект использования физических факторов на базе технологии
клиновидной дегидратации состоит в определении потенциальных возможностей
организма при развитии патологического процесса: следует ли ожидать активации
заболевания или ожидается движение в сторону выздоровления. Оказалось, что
воздействие ЭМИ на биологическую жидкость больного человека может служить
провоцирующим фактором, подвигающим систему к точке организационного кризиса. То
есть воздействие проявляет скрытый вектор движения патологического процесса: в
направлении его свёртывания (ожидаемое выздоровление), или активации (отягощение
состояния больного). Эти прогностические критерии считываются по морфологической
картине исследуемых биологических жидкостей.
Таким образом, фазовый портрет биологической жидкости, получаемый с
помощью метода клиновидной дегидратации, дает возможность объективно оценивать
специфику воздействия физического фактора на организм человека. Новая технология
открывает широкие перспективы разработки эффективных методов лечения больных с
различными заболеваниями внутренних органов на основе квантовой терапии.
115
ИНТЕГРАЦИЯ МЕДИЦИНСКИХ И ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК
Гилинская Н.Ю., Шумский В.И.,
Машков А.Е., Петрицкая Е.Н., Абаева Л.Ф., Друзук Е.Х.
МОНИКИ им. М.Ф.Владимирского, Москва
E-mail: moniki@monikiweb.ru
На заре развития науки существенной грани между медициной, физикой и
техническими науками не существовало. Современный
этап
развития
медицины
характеризуется широким внедрением в практическое здравоохранение достижений
точных и прикладных физических, физико-технических наук – квантовой
микроэлектроники, лазерной техники, компьютерных технологий. В настоящее время в
системе здравоохранения по данным Госстандарта России используется более 10 млн.
приборов. Анализ опыта в области медицинской техники показывает, что полный
«жизненный цикл» медицинского изделия должен строиться в тесном контакте медиков и
техников, начиная от стадии разработки устройства, создания лечебных методик и кончая
обслуживанием, эксплуатацией изделия и размещением его на рынке. Применение
физических факторов требует технического обеспечения, совершенствования
применяемой аппаратуры и разработки новых лечебных методик. Отечественная
аппаратура при относительно невысокой стоимости уступает зарубежным аналогам по
дизайну и качеству. Для повышения конкурентной способности на рынке медицинских
услуг необходимо уделять больше внимания сервисному обслуживанию аппаратуры,
метрологическому контролю. Необходимы: разработка «комбайнов» для воздействия
физическими факторами, создание компьютерных лечебных программ, разработка
аппаратов с биологической обратной связью, что повысит качество лечения и позволит
использовать оптимальные параметры воздействия.
Например, в настоящее время возрастает интерес к магнитотерапевтическим
компьютерным аппаратам общего воздействия. Магнитное поле, как лечебный фактор
является наиболее универсальным «пластичным» неинвазивным воздействием на
пациента. Для создания адекватных моделей магнитотерапии существенным является
оптимизация конфигурации вектора магнитного поля, разработка аппаратно-программных
средств формирования лечебных магнитных полей. В большей или меньшей степени
соответствует вышеназванным требованиям аппарат «Мультимаг». При формировании
динамического магнитного поля в аппарате "Мультимаг" был использован алгоритм
функционирования баррорецепторов артериальной стенки. Алгоритм учитывает
синхронизацию начала бегущей волны поля с началом сердечного цикла, перемещение
самой бегущей волны вдоль тела пациента со скоростью кровотока в артериальных
сосудах, направление движения бегущей волны и вектор магнитной индукции в
соответствии с направлением артериального кровотока. Именно с такой частотой,
последовательностью и с таким временным интервалом формируются импульсы,
передаваемые с баррорецепторов. Наряду с динамическим магнитным полем в аппарате
можно использовать фон постоянного магнитного поля, который либо усиливает, либо
подавляет импульсацию с баррорецепторов артериальной стенки. В аппарате можно
формировать три основных вида волн импульсного, бегущего магнитного поля:
дистальная или артериальная, проксимальная или венозная, смешанная.
Таким
образом, при реализации общей магнитотерапии создается сложная биотехническая
система, в которой главное звено пациент, подвергающийся воздействию многих
задаваемых параметров, возникает многоконтурная биотехническая обратная связь.
Важной задачей при этом является оперативный контроль за состоянием всех систем
организма.
116
НОВАЯ ОТЕЧЕСТВЕННАЯ РАЗРАБОТКА
НАРКОЗНО-ДЫХАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
Морозов Н.В., Исаев И.В., Хапий Х.Х.
МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского, Москва
E-mail: moniki@monikiweb.ru
Отечественная промышленность в настоящее время выпускает морально
устаревшие модели наркозно-дыхательных аппаратов типа «Фаза», «Полинаркон», «РО»,
«Спирон» и т.д., которые не только не соответствуют зарубежным аппаратам, но и не
обеспечивают необходимые режимы вентиляции. В такой ситуации закономерно
отечественный рынок по продаже современной наркозно-дыхательной аппаратуры
полностью «захвачен» зарубежными фирмами. Причем цена этих аппаратов
«запредельная».
Между тем, отечественные разработчики и промышленность имеют возможность
обеспечивать анестезиолого-реанимационную службу страны вполне современными
наркозно-дыхательными аппаратами. Есть основания полагать, что если такая ситуация по
закупкам аппаратуры и лекарственных средств в других разделах медицины идентична,
никаких планируемых к выделению средств для выполнения национального проекта
«Здоровье» не достаточно. Этот факт подтверждает состояние материально-технического
обеспечения анестезиолого-реанимационной службы Московской области – области,
занимающей по данной проблеме далеко не последнее место в стране. Потребность в
наркозно-дыхательной аппаратуре в Московской области составляет на настоящий
момент не менее 400 единиц с последующей ежегодной закупкой от 100 и более единиц.
Стоимость современного зарубежного наркозно-дыхательного аппарата составляет
 30 000 $, а последней модели в полной комплектации, например фирмы «Дрегер»,
превышает 50 000 $.
Фирма ПКП «Респиратор» (г. Орехово-Зуево) совместно с МОНИКИ выполняют
разработку и создание наркозно-дыхательного аппарата «Ксения», который по
техническим параметрам и возможностям соответствует последней разработке фирмы
«Дрегер» (Германия – аппарат «Vesus»). Стоимость отечественного аппарата «Ксения»,
идентичного вышеуказанному в полной комплектации с выполнением тех же функций,
будет в 2 раза ниже. В настоящее время аппарат «Ксения» находится в стадии
«доводочных» испытаний и в ближайшее время будет передан для клинических
испытаний. Аппарат является наследником и техническим преемником аппаратов серии
«Фаза» и сохраняет все достоинства своих предшественников, в том числе высокую
надежность и неприхотливость, самостерилизацию и простоту обслуживания,
осуществляет все известные на сегодняшний день режимы аппаратов ИВЛ и способен
работать с любыми анестетиками, в том числе с ксеноном. Режимы работы аппарата
отображаются на 12-дюймовом дисплее. Управление аппаратом осуществляется с
помощью легко перенастраиваемого удобного функционального сенсорного экрана.
Основная трудность, с которой сталкиваются разработчики и производители – крайняя
ограниченность средств. Тем не менее, по нашему плану появление аппарата на рынке – в
середине 2007 г.
Инновации в данный проект на наш взгляд перспективны, ибо данный аппарат
соответствует по всем параметрам лучшим зарубежным аналогам и одновременно
является базовой моделью для создания современного аппарата для длительной
искусственной вентиляции лёгких, потребность в котором значительно больше. Причем,
по расчетным данным, данный аппарат по всем параметрам будет соответствовать
лучшим зарубежным аналогам.
117
ДИСТАНЦИОННАЯ ЛИТОТРИПСИЯ
НА НОВОМ ОТЕЧЕСТВЕННОМ ЛИТОТРИПТОРЕ “ЛГК-КОМПАКТ”
Трапезникова М.Ф.¹, Герасимов Л.Н.², Андреев Ю.Г.³, Уренков С.Б.¹,
Кулачков С.М.¹, Герасимов Р.Л.²
Урологическая клиника МОНИКИ им. М.Ф.Владимирского¹,
научно-производственная фирма “ЛГК” г. Лыткарино Московской области²,
ООО “МИТ” г. Железнодорожный Московской области³
Внедрённый в клиническую практику в 80-е годы метод дистанционной ударноволновой литотрипсии (ДЛТ) коренным образом изменил лечебную тактику при
мочекаменной болезни и занял ведущее место в лечении этого заболевания. Возможность
дистанционного разрушения камней позволила заметно уменьшить выполнение открытых
операций у больных с мочекаменной болезнью (до 2-11 %), значительно сократить
количество послеоперационных осложнений и сроки лечения. В нашей стране
подавляющее большинство литотрипторов представлены моделями зарубежных фирм, что
делает их эксплуатацию дорогостоящей и полностью зависящей от поставок запасных
частей и деталей, а также необходимого ремонта, тем самым, затрудняя применение ДЛТ
в клинической практике. Поэтому, возникает крайняя необходимость в разработке
отечественных литотрипторов, что будет способствовать более широкому внедрению
этого высокоэффективного и наименее травматичного метода лечения мочекаменной
болезни, а также позволит значительно снизить расходы на приобретение и эксплуатацию
таких аппаратов.
В урологической клинике МОНИКИ совместно с фирмами “ЛГК” и “МИТ” был
разработан и прошёл клинические испытания новый отечественный литотриптор с
ультразвуковой системой наведения “ЛГК-Компакт”, после чего началось его серийное
производство. Особенность этого литотриптора заключается в применении нового типа
генератора ударных волн, принципиально отличающегося от зарубежных аналогов своей
надёжностью, простотой технического решения, высокой стабильностью характеристик
импульса и экономичностью в эксплуатации. Тип генератора ударных волн у аппарата
“ЛГК-Компакт” – электродинамический, с непосредственным формированием ударной
волны излучателем, что является основным отличием от других электромагнитных
генераторов, где преобразование электрической энергии в энергию ударной волны
осуществляется через промежуточное фокусирующее устройство (акустическую линзу
или параболоид), которое значительно снижает силу ударной волны. Литотриптор “ЛГККомпакт” применяется в урологической клинике МОНИКИ в течение 5 лет. За это время
на аппарате было произведено более 500 сеансов ДЛТ почти у 300 больных с камнями
почек, нижнего отдела мочеточника и мочевого пузыря. У подавляющего большинства
пациентов камни удалось разрушить, и их фрагменты отошли самостоятельно, без какихлибо осложнений. За весь период применения в урологической клинике института
генератор ударных волн литотриптора “ЛГК-Компакт” произвёл более 2000000 импульсов
без выраженного снижения эффективности дробления и с высокой стабильностью
характеристик импульсов. Необходимо подчеркнуть, что за это время также не
потребовалось какого-либо серьёзного ремонта аппарата. В настоящее время такие
аппараты успешно функционируют в урологических стационарах Московской области (гг.
Жуковский, Коломна, Красногорск, Подольск, Одинцово и Серпухов). Для координации
их действий и выработки единой тактики лечения с применением ДЛТ при урологической
клинике МОНИКИ создан Областной центр литотрипсии.
118
РАЗРАБОТКА МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЛАЗЕРНЫХ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ
КОМПЛЕКСОВ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ: СИСТЕМНЫЙ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЙ И
БИОТЕХНИЧЕСКИЙ ПОДХОДЫ К ПРОБЛЕМЕ
Рогаткин Д.А., Лапаева Л.Г., Быченков О.А., Великанов Е.В., Шумская О.В.
МОНИКИ им. М.Ф.Владимирского, Москва,
E-mail: laserrog@mtu-net.ru
Одним из новых, наукоемких и многообещающих инновационных направлений в
современной медицинской диагностике является лазерная неинвазивная диагностика
(лазерная неинвазивная спектрофотометрия) [1]. Сегодня существует уже целый ряд
хорошо известных методов оптической неинвазивной диагностики в медицине: лазерная
доплеровская флоуметрия, тканевая оксиметрия, флюоресцентная биопсия и т.п. [1,2].
Однако вплоть до последнего момента все эти методы рассматривались как отдельные и
независимые диагностические технологии. Представленная работа раскрывает научно
обоснованный путь объединения этих технологий и создания многофункциональных
лазерных неинвазивных диагностических комплексов (МЛНДК), сочетающих на едином
оборудовании одновременно возможности всех наиболее эффективных неинвазивных
спектрофотометрических диагностических методов. Для этих целей в МОНИКИ были
сформулированы основы комплексного, системного и междисциплинарного подхода к
проблеме на основе классического биотехнического подхода [3]. Были разработаны и
сформулированы научно-обоснованные требования к функциональному составу узлов и
блоков МЛНДК, разработана и исследована структурно-функциональная модель
обобщенного МЛНДК, сформулированы принципы блочно-модульного построения
аппаратных и программных средств диагностических систем данного класса.
Представленная работа, выполненная при финансовой поддержке грантов РФФИ (№ 0508-33354а) и Роснауки (контракт 02.442.11.7269), является хорошим базисом для будущих
инновационных проектов в области медицины и медицинского приборостроения.
[1] Рогаткин Д.А., Лапаева Л.Г. // Медицинская техника, № 4, 2003. – с.31-36.
[2] Тучин В.В. Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях. – Саратов: СГУ,
1998. – 384с.
[3] Биотехнические системы: Теория и проектирование. // Уч. Пособ. / под ред. В.М.Ахутина. - Л.:
ЛГУ. 1981. - 220с.
DEVELOPMENT OF MULTIFUNCTIONAL LASER DIAGNOSTIC SYSTEMS FOR
MEDICINE: SYSTEM INTERDISCIPLINARY AND BIO-TECHNICAL APPROACH
Rogatkin D.A., Lapaeva L.G., Bychenkov O.A., Velikanov E.V., Shumskaya O.V.
MONIKI named after M.F.Vladimirskiy, Moscow, Shepkina str., 61/2, E-mail: laserrog@mtu-net.ru
One of the new, high-tech and much promising innovational fields in modern medical diagnostics is
the laser noninvasive diagnostics (laser noninvasive spectrophotometry) [1]. At present time there are
already a number of well-known optical noninvasive diagnostic techniques in medicine: laser Doppler
flowmetry, tissue oximetry, fluorescent biopsy, etc. [1,2]. Up to now all these methods are usually
taken into consideration as separated diagnostic techniques [2]. This work opens the scientific-based
way to unify these techniques and to develop multifunctional laser noninvasive diagnostic systems
(MLNDS), which will combine in a united diagnostic equipment all of the most effective diagnostic
methods, mentioned above. For this purpose we formulated the basic scientific principles of complex
interdisciplinary and system approach to this problem on the basis of classical bio-technical approach
[3]. The scientific-based requirements to functional units and blocks composition of MLNDS,
structure-functional model of generalized MLNDS, principles of blocks & modules composition of
multifunctional diagnostic systems’ hardware and software were investigated, developed and
formulated as well. This project, supported by RFBR (grant No. 05-08-33354a) and Rosnayka
(contract No. 02.442.11.7269), is a good model of new innovations for future medicine.
[1] Rogatkin D.A., Lapaeva L.G. // Meditcinskaya technika, No. 4, 2003. – p.31-36.
[2] Tuchin V.V. Lasers and fiber optics in biomedical research. – Saratov: SGU, 1998.
[3] Biotechnical systems: Theory and projecting. // Ed. by V.M. Ahutin. - L.: LGU. 1981.
119
ВЛИЯНИЕ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ДЛИНОЙ
ВОЛНЫ 602 НМ НА НЕКОТОРЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ОРГАНИЗМА ЖИВОТНЫХ
С ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМИ ОПУХОЛЯМИ
Кулакова К.В., Щербатюк Т.Г., Чернов В.В.*
Нижегородская государственная медицинская академия,
Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород*
E-mail: kulakova-k@yandex.ru
Цель представленной работы - изучение действия лазерного излучения с длиной волны
602 нм на интенсивность хемилюминесцентного и сонолюминесцентного свечения, а
также особенности структурной организации плазмы крови животных-опухоленосителей.
Исследование выполнено на белых нелинейных крысах, самцах. Модель неоплазии
создавалась путем подкожного введения клеток опухолевого штамма лимфосаркомы
(ЛФС) Плисса в область правого бедра. Животные экспериментальной группы на
следующий день после перевивки опухоли начинали подвергаться ежедневному
воздействию непрерывного низкоинтенсивного лазерного излучения (НИЛИ) с длиной
волны 602 нм в течение 15 минут. На момент эвтаназии под эфирным наркозом срок роста
опухоли составил 14 дней. В плазме крови экспериментальных животных оценивалась
свободно-радикальная активность методом индуцированной перекисью водорода и
сульфатом железа хемилюминесценции на приборе БХЛ-06М [1,2], уровень
сонолюминесцентного
свечения
на
приборе
ДИС-1
[3],
особенности
структуропостроения - методом клиновидной дегидратации [4].
В ходе исследования было показано, что уровень свободно-радикальной активности
плазмы крови крыс-опухоленосителей, подвергавшихся ежедневному воздействию
НИЛИ, достоверно ниже, чем в группе контрольных животных с ЛФС Плисса. Сумма
сонолюминесцентного свечения у опухолевых крыс без воздействия значительно ниже,
чем у здоровых животных; воздействие НИЛИ с длиной волны 602 нм приближает
значения суммы соносвечения плазмы крови животных экспериментальной группы к
таковому у интактных крыс. Результаты структуропостроения выявили, что облучение
опухоли в процессе роста НИЛИ с длиной волны 602 нм приводит к значительному
улучшению морфологической картины плазмы крови по сравнению с опухолевыми
крысами без воздействия: увеличивается ширина и прозрачность периферической зоны
фации, а форма и ход трещин восстанавливается.
1. Ермолин С.В., Родичев Б.С., Кожаков М.Ю., Кузьмина Е.И. Устройство для
контроля биохемилюминесценции БХЛ-06М. // Материалы III Всесоюзного
совещания по хемилюминесценции. Рига; 1990; с.128.
2. Кузьмина Е.И., Нелюбин А.С., Щенникова М.К. Применение индуцированной
хемилюминесценции для оценки свободно-радикальных реакций в биологических
субстратах. // Межвузовский сборник биохимии и биофизики микроорганизмов.
Горький; 1983; с. 179-183.
3. Chernov V.V., Zhadnov V.Z., Mishanov R.F., Shirokova I.A. The application of
sonoluminescence in medical diagnostics. Nonlinear Acoustics at the beginning of the
21-th Century 2002; 1: 477-479.
4. Шабалин В.Н., Шатохина С.Н. Морфология биологических жидкостей человека.
М.: Хризостом. 2001.- 304 с.
120
ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЛЕЧЕНИИ И РЕАБИЛИТАЦИИ
БОЛЬНЫХ С ОПУХОЛЯМИ ГОЛОВЫ И ШЕИ
Решетов И.В., Чиссов В.И., Панченко В.Я., Макаров В.Н., Гулый Р.В., Левашов Е.А.,
Данилейко Ю.К., Тычинский В.П.
МНИОИ им.П.А.Герцена, ИПЛИТ РАН, ИОФАН, СНИИП, НПО «Торий», МГУСиС, ГУ МИРЭА
E-mail: reshetoviv@mail.ru
Проблема лечения и реабилитации больных опухолями головы и шеи (ОГШ) характеризуется
ростом числа заболевших и высокой частотой среди них местнораспространенных форм рака. Это диктует
необходимость поиска новых диагностических и лечебных методик, которые бы способствовали наиболее
успешному лечению онкологических больных. С учетом высокой стоимости медицинского оборудования и
техники, взято направление на отечественные разработки как источник новых методик, с прицелом на
дальнейшую их инновацию в качестве альтернативного или импортзамещающего продукта на рынке
медицинского оборудования.
В содружестве онкологического и технических институтов разработана инновационная программа.
Инновационная программа включала в себя различные направления поисковых исследований в области
диагностики и лечения опухолей головы и шеи. Проведен целенаправленный поиск дополнительных
источников финансирования на проведение НИОКР с патентованием предложенных методик и технологий,
в результате чего в течении трехлетнего цикла подготовлен к инновационному циклу целый ряд разработок.
В аспекте поиска новых методов диагностики ОГШ произведена разработка базового модуля
«рабочее место ЛОР-онколога», который позволил оптимизировать первичный осмотр пациента за счет
расширения возможностей эндоскопической визуализации изображения всех вариантов расположения
первичных опухолей на голове и шее, при этом врач получил возможность одновременно производить
малоинвазивные диагностические биопсии с использованием высокоэнергетического оптоволоконного
лазера и высокочастотной коагуляции. Вместе с сокращением времени работы врача повышено качество
первичной диагностики опухолей.
На решение актуальных задач уточняющей диагностики ОГШ
направлены методика
морфологической оценки рака щитовидной железы фазовокогерентной микроскопией, которая
дополнительно к световой микроскопии и иммуноцитохимии позволяет охарактеризовать индивидуальные
биологические особенности поведения опухолевой клетки в аспекте функциональной активности клеточных
органелл. В случае их повышенной активности отмечается более агрессивное течение опухолевого
процесса.
Объем и сроки удаления лимфатических узлов на шее при ОГШ остается нерешенным вопросом,
имеющим две полярные точки зрения: от тотального удаления лимфатических узлов с двух сторон до их
оставления под динамическим наблюдением. Опыт ведущих клиник говорит о правомерности концепции
«сторожевого узла» для ОГШ. Для реализации этой методики разработан гамма-детектор РИГ-10,
подготовленный к серийному производству.
Местно-распространенный и рецидивный характер роста ОГШ требует разработок
дополнительных к радио и химиотерапии методик комбинированного лечения. Наиболее перспективным
считается в этом направлении метод локальной и внутритканевой гипертермии. Прибор для внутритканевой
ВЧ-гипертермии серии «Метатом» поступает в серийное производство как импортзамещающая технология с
трехкратной разницей в цене по сравнению с зарубежными аналогами.
Широкое привлечение новых методов лечения повлекло за собой излечение подавляющего
большинства больных ОГШ, а это поставило задачу наиболее полной медицинской реабилитации
онкологических пациентов. Полное ортотопическое восстановление тканей головы и шеи создает основу
для дальнейшей функциональной реабилитации. Центральное место в ортотопической реконструкции
занимают технологии планирования. Наиболее близкой к реальности является технология
стереолитографии, позволяющая хирургу получить в руки реальный прототип тканей пациента для
выполнения пробной операции. Накопленный опыт более 200 пациентов позволяет предложить эту
методику в государственный реестр медицинских технологий.
Для устранения дефектов тканей после удаления ОГШ широко используются различные
имплантаты, среди которых нет «идеального», обеспечивающего полное приживление и долговременную
пожизненную эксплуатацию. Поиск материалов и форм идет в направлении создания композитных
материалов, которые обеспечивали бы новые улучшенные качества. Ведущей технологией в этом поиске
является наноструктурирование, которое позволяет добиваться искомых качеств, что делает реальной
перспективу налаженной продукции индивидуальных имплантов.
Таким образом, тесная кооперация медицинских и технических специалистов на всех фазах
научного поиска создает возможность получения реальных инновационных продуктов медицинского
назначения, улучшающих показатели оказания помощи онкологическим больным.
121
ИССЛЕДОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ ЧЕЛОВЕКА В НОРМЕ И
ПАТОЛОГИИ. ЯМР-СПЕКТРОСКОПИЯ ВЫСОКОГО РАЗРЕШЕНИЯ
А.А. Степанов, В.П. Кутышенко, В.С. Христофоров
Институт Теоретической и Экспериментальной Биофизики РАН, Пущино
E-mail: nmr_sp@rambler.ru
Investigations of biofluids can help to solve the problem of norm and pathology. Urine samples from
three adult patients with cardiovascular diseases and one healthy male volunteer were obtained for
studying with NMR spectroscopy. It has been shown decreasing amount of metabolites on pathology,
especially citrate which dynamics correlates with physiological state of patients.
Исследование биологических жидкостей человека является важным аспектом в
решении проблемы нормы и патологии [1]. Наиболее информативными и удобными для
отбора проб являются традиционные для медицины объекты исследования - моча и кровь,
состав которых отражает текущее состояние каждого органа в отдельности и всего
организма в целом [3].
Методом ЯМР высокого разрешения проведено исследование состава мочи
условно здорового молодого человека. Анализировались хорошо известные и достаточно
интенсивные сигналы в спектрах ЯМР [2]. Зависимости интегральных интенсивностей от
времени для всех указанных компонентов имели колебательный характер с произвольно
меняющимся периодом и амплитудой.
Исследуя мочу трех кардиологических больных с диагнозом: острая сердечная
недостаточность, мы обратили внимание, что интенсивность сигналов большинства
метаболитов в спектрах 1Н-ЯМР была значительно меньше, чем у здорового человека.
На основании полученных данных можно сказать, что этой патологии
соответствует крайне низкий уровень всех метаболитов, присутствующих в моче.
Особенно это касается цитрата, уровень которого при патологии снижается настолько, что
его сигналы пропадают. Относительное содержание цитрата может служить объективным
показателем состояния организма больного: чем оно ниже от средних значений «в норме»,
тем тяжелее состояние больного. Если после нескольких дней лечения относительное
содержание цитрата начинает расти и попадает «в норму», то можно говорить о
положительном терапевтическом эффекте, если этого не происходит, лечение не
эффективно. Объективным показателем полного выздоровления пациента является
приближение к «норме» как абсолютного, так и относительного содержания цитрата.
1.
Holmes E., Foxall P.J.D., Nicholson J.K., Neild G.H., Brown S.M., Beddell C.R.,
Sweatman B.C., Rahr E., Lindon J.C., Spraul M., Neidig P. 1994. Automatic data reduction and
pattern recognition methods for analisys of 1H nuclear magnetic resonance spectra of human
urine from normal and pathological states. Analytical biochemistry. 220, 284-296.
2.
Zuppi C., Messana I., Forni F., Rossi C., Pennacchietti L., Ferrari F., Giardina B. 1997.
1
H NMR spectra of normal urines: Reference ranges of the major metabolites. Clinica Chimica
Acta. 265, 85-97.
3.
Bollard M.E., Stanley E.G., Lindon J.C., Nicholson J.K., Holmes E. 2005. NMR-based
metabonomic approaches for evaluating physiological influences on biofluid composition. NMR
Biomed. 18, 143-162.
122
ВЛИЯНИЕ МНОГОКРАТНОГО РАССЕЯНИЯ НА ЦВЕТОВЫЕ
ХАРАКТЕРИТИКИ СЛОИСТЫХ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ ПРИМЕНИТЕЛЬНО
К МОДЕЛИ РАДУЖНОЙ ОБОЛОЧКИ ГЛАЗА
Скапцов А.А., Максимова И.Л.
Саратовский государственный университет, E-mail: maksimova@optics.sgu.ru
The purpose of this work is the build-up of optical model of iris. It enables to reveal dependence
between structural features of a biotissue and colour of an eyes .
Цвет дисперсных систем, к которым можно отнести большинство биотканей,
является очень важной и легко наблюдаемой характеристикой, содержащей информацию
о свойствах и структуре рассеивающего объекта. На цветовые характеристики дисперсных
систем, помимо спектральной зависимости оптических постоянных образующих их
веществ, существенно влияют такие факторы, как размер и оптические постоянные
рассеивающих частиц и базового вещества, концентрация рассеивателей и оптическая
толщина слоя. Последний параметр определяет преимущественный тип рассеяния в
системе – однократное или многократное. Цвет может также различаться в зависимости от
условий освещения (направленное или диффузное) и наблюдения (прямо прошедшее,
рассеянное в заданном направлении и или диффузно рассеянное).
Целью данной работы является построение оптической модели радужной оболочки
глаза, позволяющей выявить зависимость между структурными особенностями данной
биоткани и ее цветовыми оттенками, определяющими цвет глаз человека. Решение данной
задачи имеет как фундаментальное значение, так и различные прикладные
диагностические аспекты.
Радужная оболочка при расчетах моделировалась системой плоских слоев,
содержащих дискретные рассеивающие центры, погруженные в однородное вещество с
другими оптическими постоянными. Характерные размеры рассеивателей определялись
согласно данным электронной микроскопии, их форма в первом приближении
предполагалась сферической. Рассмотрены многослойные системы, содержащие
поглощающие и непоглощающие в видимой области рассеивающие частицы.
Спектральная зависимость коэффициента поглощения определяется экспериментально
измеренным спектром меланина. На основе прямого имитационного моделирования
методом Монте Карло получены численные значения спектральных зависимостей
колимированного и диффузного обратного рассеяния. Обоснована возможность
проведения расчетов для усредненных поляризационных характеристик, что позволило
существенно сократить затраты машинного времени.
На основе полученных спектральных характеристик рассчитаны цветовые
координаты и проанализированы закономерности изменения цвета в зависимости от
параметров дисперсных систем. Разработана программа для наглядной демонстрации
цвета рассеивающих систем на экране монитора компьютера. Проведены оценки
диапазона изменения цветовых оттенков и чистоты цвета. Проанализировано влияние
размеров рассеивающих частиц, их концентрации и глубины залегания слоя меланиновых
гранул на наблюдаемый цветовой оттенок.
123
ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПУЧКОВ ФОТОНОВ И ЭЛЕКТРОНОВ НА
КОНФОРМНОСТЬ ОБЛУЧЕНИЯ
Белоусов А.В., Черняев А.П.
Физический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова
E-mail: chernyaevopk@rector.msu.ru
Несмотря на большие технические усовершенствования последних лет, попрежнему остро стоит вопрос о повышении эффективности радиационной онкологии.
Важным подходом к решению этой проблемы является увеличение эффективности
облучения мишени – соотношения дозы, переданной мишени1, к величине дозы,
приходящейся на окружающие ее здоровые ткани. Для этой цели достаточно широкое
распространение для различных видов ионизирующих излучений получили методы
облучения мишени с разных сторон, например применение встречных пучков,
многопольного облучения и др.
К современному направлению повышения эффективности лучевого лечения
онкологических больных относится достижение наибольшего совпадения контуров
пространственного распределения высокой дозы с поверхностью мишени.
Использование комбинаций пучков [1], например, взаимно перпендикулярных
пучков электронов и позитронов уменьшает дозовую нагрузку на ткани, расположенные
перед мишенью, а также градиент изменения дозы за ней. В этой работе моделируется
облучение мишени одиночными пучками, противоположно направленными и взаимно
перпендикулярными друг другу. В работе указывается на возможность эффективного
использования в лучевой терапии комбинаций пучков: электронный – электронный,
фотонный – фотонный, электронный – фотонный. В частности использование
взаимоперпендикулярных пучков фотонов энергии 15 МэВ и электронов энергии 150-200
МэВ позволяет получить сходные по форме пространственные распределения доз с тем
отличием, что в случае использования пучков электронов доза на поверхности и за
мишенью оказывается ниже. При этом величина дозы, передаваемая мишени возрастает
в ~ 1.5-2 раза. Недостатком такого подхода остается существенная доза, передаваемая
тканям, расположенным за мишенью.
Также в работе моделируется облучение мишени пучками следующими в одном и
том же направлении, но имеющие различные энергии при этом варьируется время, в
течении которого подается пучок каждой энергии. Иными словами идет моделирование
варьирования пучка по интенсивности во время сеанса облучения, причем варьируется
как энергия пучка, так и его интенсивность. Результаты моделирования показывают, что
таким образом можно изменить дозу, переданную области близкой к поверхности при
сохранении почти постоянного значения с увеличением глубины 15-20 %.
Использование продольных и поперечных магнитных полей приводит к
перераспределению энергии (дозы) в облучаемом объеме. Широкий спектр выполненных
исследований [2] (экспериментов и модельных расчетов) показывает, что максимум в
глубинном распределении дозы сдвигается на большую глубину, причем для пучков
электронов сдвиг более существенен, чем для пучков фотонов.
Литература
1. Черняев А.П. «Развитие новых методов повышения эффективности лучевой терапии
пучками фотонов и легких заряженных частиц». НТ., 2004, № 5, с. 3-14.
2. Белоусов А.В., Куракин А.А., Черняев А.П. Экспериментальное исследование
глубинных распределений доз на пучке электронов. ПТЭ, № 2, 2006.
Под термином «передача дозы» здесь имеется в виду передача энергии пучка ионизирующего излучения
единице объема вещества или биологических тканей.
1
124
СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР
ДЛЯ МЕДИЦИНСКОЙ ДИГНОСТИКИ
Поплавский Ю.А., Сердюков В.И., Синица Л.Н., Щербаков А.П.
Институт оптики атмосферы СО РАН
В Институте атмосферы СО РАН разработан Спектрофотометрический анализатор
с быстрым вращением дифракционной решетки. По таким характеристикам, как
спектральный диапазон 400-1700 нм (может быть увеличен до 200-2500 нм), точность
установки длины волны (2 нм), предлагаемый спектрофотометр соответствует
спектрофотометру среднего класса Cary-50 фирмы Varian – признанному лидеру в области
создания спектрофотометров. Эти характеристики предлагаемого спектрофотометра
совпадают с аналогичными параметрами спектрофотометра Cary-50, по остальным
параметрам предлагаемый прибор значительно превосходит Cary–50. Время регистрации
спектра 1 с, отношение сигнала к шуму при накоплении 1000 реализаций достигает 10000.
Главное достоинство предлагаемого спектрометра заключается в оригинальной
диалоговой системе, использующей алгоритмы распознавания образов, применяемых в
робототехнике. Эта система позволяет пользователю самостоятельно выявлять наличие
связи между искомым параметром жидкости и регистрируемыми спектрами, создавать
банки данных, проводить автоматический поиск функциональной зависимости между
набором спектральных кривых образцовых растворов и определяемым параметром.
Получение спектральных характеристик, поиск информативных признаков в спектрах и
их производных, построение математических моделей для анализа качественного и
количественного состава растворов проводятся в автоматическом режиме. При этом
существенно ускоряется анализ и значительно снижается вероятность ошибочной
интерпретации при работе с реальными многокомпонентными смесями.
Спектрофотометрический анализатор был эффективно использован для решения
ряда задач медицинской диагностики:
1. Измерение содержания йода в органических и неорганических жидкостях, в моче в
диапазоне 0,0000002 % - 0.05 %.
2. Измерение концентрации газов (метана, ацетона, ацетальдегида, этана и др) в
выдыхаемом пациентом воздухе.
125
СИСТЕМА КЛИНИЧЕСКОЙ ДОЗИМЕТРИИ И РАДИАЦИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
ДЛЯ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ
Семенов Ю.В., 2Хмелев А.В., 3Белов С.А, 2Костылев В.А.
1
Московский инженерно-физический институт
2
Институт медицинской физики и инженерии
3
Московская городская онкологическая больница №62
1
Соnception of the system designed for the measurement of therapeutic beams and radiation field
characteristics, absorbed doses in the phantoms and on the patients, scattered radiation fields and
absolute doses is developed. The main system device is the universal clinical dosimeter. It is created
on the basis of the personal computer with the built-in interface plate and completed by the set of
native ionization chambers and phantoms.
Перспективы развития современной лучевой терапии (ЛТ) онкологических больных
заключаются в повышении ее эффективности, главным образом, за счет создания
системы, позволяющей управлять терапевтическими пучками излучений, радиационными
и дозиметрическими измерениями (с погрешностью, не превышающей +-2%), и
одновременно обрабатывать большой объем информации и оптимизировать процедуру
облучения. Используемые в клинической практике зарубежные дозиметры – автономные
одноканальные приборы - не могут быть использованы для решения этой задачи в силу
своих ограниченных аппаратно-программных возможностей.
Работа посвящена разработке отечественной системы клинической дозиметрии и
радиационных измерений в ЛТ путем объединения программно-аппаратных средств
современной вычислительной и измерительной техники, а также методик и протоколов
дозиметрических измерений международного стандарта в единую информационноизмерительную технологию. Система предназначена для измерений характеристик
терапевтических пучков и радиационных полей, поглощенных доз в фантомах и на
больных, абсолютных доз и полей рассеянного излучения.
Концепция системы разработана в соответствии с критериями создания
информационно-измерительных технологий, к ее положениям, в частности, относится:
- модульная компоновка функциональными блоками электроники и детекторами
при максимальном использовании аппаратно-программных средств IBM совместимых
компьютеров - за счет встраивания в системную магистраль специализированных
многофункциональных интерфейсных плат к шине ISA или РСI компьютера;
- многоканальный электрометрический преобразователь;
- компьютеризированное управление измерениями, обработкой и протоколированием результатов в соответствии со стандартом МАГАТЭ TRS-398;
- база данных с протоколами измерений.
Создан базовый прибор системы – универсальный клинический дозиметр модульной
структуры на базе ПК со встроенной интерфейсной платой, обладающий
конкурентоспособными характеристиками. Дозиметр удовлетворяет требованиям
стандарта TRS-398 к проведению измерений и протоколированию результатов
клинической дозиметрии с возможностью перехода на другой стандарт. Программное
обеспечение
(ПО)
системы
позволяет
осуществлять
автоматизированные
дозиметрические измерения, обработку результатов, автоматическую генерацию
протоколов измерений и управление аппаратурой. База данных ПО является частью
системы управления дозиметром и служит для накопления и организации информации о
средствах, методиках, результатов измерений. Дозиметр комплектуется отечественными
ионизационными камерами для измерений характеристик
радиационных полей,
поглощенной дозы фотонных (60 кэВ – 50 МэВ) и электронных (1 – 50 МэВ) пучков,
контроля радиационной безопасности, а также твердотельным и водным фантомами.
Установлено хорошее согласие данных сравнительных клинических измерений
глубинных доз в пучке фотонов и профиля пучка электронов на воздухе и в воде с
помощью разработанного и эталонного дозиметров.
126
ОПИСАНИЕ ВЕРОЯТНОСТЕЙ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ЛУЧЕВЫХ ОСЛОЖНЕНИЙ
(ВЛО) В ПЕЧЕНИ С ПОМОЩЬЮ
МОДИФИЦИРОВАННОЙ ЛИНЕЙНО-КВАДРАТИЧНОЙ МОДЕЛИ
(зависимость ВЛО от методов фракционирования дозы и объема облучения)
Л.Я. Клеппер*, Е.В. Молчанова**
* Центральный экономико-математический институт РАН (ЦЭМИ РАН),
E-mail: klepper@m9com.ru
** Петрозаводский государственный университет (ПетрГУ),
E-mail: molchanova@karelia.ru
ABSTRACT. The purpose of our research consists of developing of mathematical models (MM) and
program systems (PS) for calculation of tolerant doses depending on volumes of the irradiated tissue
and schemes fractionation of doses and also opportunities of their application for calculation of tissue
complication probability (TCP).
On LQ-model basis we have been developed MLQ model (the modified linearly-square-law model)
which allows to count TCP as functions from three parameters: a single dose, a total dose and volume
of the irradiated tissue.
Цель нашего исследования заключалась в разработке математической модели
(ММ) для расчета вероятности возникновения лучевого осложнения (ВЛО) как функции
от объема облученного органа или ткани и схемы фракционирования дозы во времени.
Созданная нами Модифицированная линейно-квадратичная (MLQ) модель основана на
использовании традиционной LQ-модели. В нее в качестве параметра введена
однократная доза и, исходя из здравого смысла и соображений размерности,
постулированы зависимости параметров ММ от объема облученного органа или ткани.
Приведенная к единичному объему MLQ модель имеет следующий вид:
1/ A
2/ A
A1 (1) Ln(Q)
 A12 Ln(Q)
1/ A
.
(1)
D(Q, d , V ) 
V b , D R (Q,1)  A1 Ln(Q)
 (1)  d (1)
где D(Q, d ,V ) – толерантная доза уровня ВОЛО=Q (вероятность отсутствия лучевого
осложнения), d(1) – приведенная разовая доза, V – объем облученной ткани;  (1), b, A1 , A2 , –
параметры модели. D R (Q,1) – приведенная однократная толерантная доза уровня Q .
С помощью ММ (1) любой из пяти радиологических параметров: D, d , DR ,V , Q
может быть выражен, как функция четырех остальных. Для определения параметров MLQ
модели был разработан специальный программный комплекс, который позволяет
настраивать MLQ модель на заданную клиническую информацию. В таблице 1 приводятся
исходные клинические данные, систематизированные Lyman, и результаты определения
параметров MLQ модели для печени (лучевые осложнения – острый и хронический
гепатит).
2
2
2
Таблица 1. Приведенные параметры MLQ – модели, b,  (1), DR ( P,1) , для печени
 (1)
P
V
Откл (%)
Dтеор
b
Dкл
DR (P,1)
(%)
(от.ед.)
(%)
5
1/3
46,4
46,43
0,05
0,341
3,402
10,764
(Гр)
(Гр)
5
2/3
34,1
34,04
0,18
5
1
28,2
28,23
0,1
50
1/3
57,1
57,82
1,27
0,288
3,458
12,767
50
2/3
46
44,45
3,37
50
1
37,2
37,95
2,02
Результаты проведенных исследований показали, что MLQ модель хорошо
описывает клинические данные и может быть использована в практической радиологии для
планирования лучевой терапии (максимальное отклонение в значениях СОД не превышает
3,37 %).
127
ЭРИДИФРАСКОПИЯ – ОПТИЧЕСКИЙ МЕТОД МОНИТОРИНГА
ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА ОРГАНИЗМА
С.Д. Захаров
Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, 119991 Москва
E-mail: stzakhar@sci.lebedev.ru
Медицина испытывает острый недостаток диагностических методов, которые
позволяли бы контролировать функциональное состояние не отдельных органов, а
целостного организма. Известно, что большинство заболеваний начинается с общего
ослабления энергетики и иммунной защиты. Тканевые клетки могут испытывать
недостаток кислорода даже при его избытке в окружающей среде. Причины гипоксии
разнообразны, но проявляются, как правило, одинаково - в снижении эластичности
эритроцитов крови. Физиология организма такова, что эритроциты «выгружают»
запасенный кислород в артериальных капиллярах с просветом 3–7 микрон, тогда как
диаметр диска красных клеток заметно больше, почти 8 микрон. Чтобы проникнуть в
сужения, эритроцитам необходима способность к обратимым деформациям, т.е. к
растяжению в одном направлении и сжатию в двух других. Это достигается благодаря их
двояковогнутой дискоидной форме, гибкости мембраны и подпору артериального
давления. В случае ужесточения мембраны им трудно проходить сквозь мельчайшие
капилляры, и, помимо повышения артериального давления, в окружающих тканевых
клетках возникает дефицит кислорода. В результате в них уменьшается наработка АТФ, и
энергетический потенциал организма падает - создаются условия для возникновения
заболеваний с разными симптомами, хотя их природа едина.
Медицинская наука давно обратила внимание на важность количественного
контроля деформируемости эритроцитов, однако при разработке подходящих устройств
возникли большие сложности. Степень деформируемости - чисто динамическая
характеристика: ее невозможно определить биохимическими тестами и даже посредством
изучения ультраструктуры мембраны в электронном микроскопе, а только на живых
клетках и только в движении. Наибольшую известность получило техническое решение
проблемы, воплощенное в эктацитометре (Bessis M., Mohandas N., 1981): сдвиговое
течение суспензии эритроцитов создается в зазоре 0,5 мм между двумя прозрачными
коаксиальными цилиндрами, внешний из которых вращается, а возникающая при этом
деформация красных клеток измеряется оптическим (дифракционным) методом. К
сожалению, клиницисты так и не смогли воспользоваться прибором: малейшие
нарушения соосности цилиндров, толчки и вибрации нарушают его работу, из-за чего он
доступен ныне лишь нескольким исследовательским лабораториям мира.
В докладе будет описано оригинальное устройство для быстрого и точного
определения деформируемости эритроцитов – эридифраскоп, и приведены примеры его
применения в научных исследованиях и медицинской диагностике. Проточный принцип
действия и оптический метод регистрации позволяют прогнозировать широкую сферу
использования прибора в клинической практике.
THE ERYDIFRASCOPY AS AN OPTICAL TECHNIQUE OF MONITORING
THE ORGANISM ENERGETIC POTENTIAL
S.D. Zakharov
P.N. Lebedev Physical Institute of RAS, Moscow; E-mail: stzakhar@sci.lebedev.ru
In the report will describe an original technique of determining a deformability of red blood cells and
examples of its applications for scientific researches and the medical diagnostics. A flowing operation
and optical measurement method open wide perspectives of an array use in clinics.
128
НАНОКОНСТРУКЦИИ НА ОСНОВЕ ДВУХЦЕПОЧЕЧНЫХ
НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ - ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
В БИОТЕХНОЛОГИИ И МЕДИЦИНЕ
Ю.М.Евдокимов
Институт молекулярной биологии им. В.А.Энгельгардта РАН, Москва
E-mail: yevdokim@eimb.ru
Нанотехнология направленного создания сложных пространственных структур с
регулируемыми свойствами с использованием двухцепочечных нуклеиновых кислот
(дцНК) в качестве „строительных блоков“ находится в центре внимания многих
исследователей. В докладе рассмотрена технология создания наноструктур на основе
дцНК и их комплексов с различными биологически активными соединениями, которая в
принципе отличается от всех вариантов предложенной ранее [1] технологии
последовательной („step-by-step“) модификации исходных молекул НК.
Новая технология основана на использовании не изотропных молекул дцНК (ДНК
или РНК), а молекул дцНК, фиксированных в пространственной структуре частиц
холестерических жидкокристаллических дисперсий (ХЖКД), получаемых разными
способами. В одном из способов ХЖКД получают в результате фазового исключения
дцНК из водно-солевых растворов полимеров (“энтропийная конденсация“).
Альтернативу ему составляет прием, основанный на так называемой “энтальпийной
конденсации“ дцНК. Для реализации этого способа использован биодеградируемый,
биосовместимый полиаминосахарид - хитозан, аминогруппы которого обеспечивают
нейтрализацию около 90% отрицательных зарядов фосфатных групп дцНК, достаточную
для спонтанного фазового исключения этих молекул из раствора. При определенных
условиях, при таком фазовом исключении получаются ХЖКД дисперсии комплексов
(дцНК-хитозан).
В докладе показано, как направленное формирование плоских наномостиков,
состоящих из чередующихся молекул антибиотика и ионов металла типа «антибиотик ион металла - антибиотик», между соседними молекулами дцНК или молекулами
хитозана, которые входят в состав комплекса с молекулами дцНК в структуре ХЖКД,
приводит к формированию новых наноконструкций с уникальными свойствами [2]:
а) Частицы наноконструкций имеют жесткую (не “жидкостную”!) трехмерную
структуру, их форма и размер наблюдаемы с помощью атомно-силового микроскопа.
б) Наноконструкции сохраняют аномальную оптическую активность, характерную
для окрашенных холестериков, т.е. в спектре кругового дихроизма сохраняются
интенсивные полосы, расположенные в области поглощения как дцНК, так и антибиотика.
в) Стабильность наноконструкций определяется не осмотическим давлением
растворителя, а зависит от числа и энергии наномостиков между соседними
упорядоченными молекулами НК (или хитозана).
г) Структура каждой наноконструкции может рассматриваться как комбинация двух
“вставленных друг в друга” холестериков: первый сформирован из молекуд дцНК, а
второй - из молекул, образующих наномостики.
Созданные наноконструкции (биоматериал) на основе дцНК весьма перспективны
для применений в биотехнологии, медицине, экологии - в качестве полифункционального
биодатчика микроскопического размера для обнаружения биологически значимых
соединений, которые могут разрушать наномостики, а также в молекулярной биологии и
медицине - в качестве носителя генетического материала или биологически активного
соединения, входящего в структуру наномостиков.
[1]. Seeman N.C., DNA in a material world, Nature, 43, p.427-431 (2003).
[2]. Евдокимов Ю.М., Захаров М.А., Скуридин С.Г., Нанотехнологии на основе нуклеиновых кислот,
Вестник РАН, 76, с.112-120 (2006).
129
МЕДИЦИНСКИЕ МИКРОТРОНЫ ДЛЯ РАДИАЦИОННОЙ ТЕРАПИИ
А.Р. Мирзоян*, В.М. Алешин,* С.П. Капица**, Г.Д. Богомолов** †,В.И. Чиссов***, Ю.А. Рахманин***
*ФГУП “НПО ”Агат”, **ИФП им. П.Л. Капицы РАН, ***МНИИОИ им. П.А.Герцена
E-mail: bogomolov@kapitza.ras.ru
Обсуждаются требования, в том числе и международные, предъявляемые к
электронным ускорителям, в частности, микротронам, предназначенным для
радиотерапии опухолевых и неопухолевых патологий. Это касается в первую очередь
стабильности и воспроизводимости таких параметров, как энергия излучения,
равномерность и симметричность полей облучения, а также характеристик
дозиметрического контроля и радиационной безопасности пациента. Клиническая
реализация преимуществ высокоэнергетических пучков фотонов и электронов
представляет собой сложную комплексную проблему, одной из основных которой
является задача стабилизации параметров ускорителя электронов, активных элементов
системы транспортировки пучка, устройств формирования полей облучения и мониторирования отпускаемой дозы.
Проводится сравнение технических, эксплутационных и экономических
характеристик радиотерапевтических аппаратов на основе линейных электронных
ускорителей и микротронов обычного типа.
Обобщен опыт использования медицинских микротронов российского
производства для лечения онкологических заболеваний, начиная с 1985 года.
Обсуждаются перспективные методики радиотерапии – интраоперационная терапия
облучение, конформационная лучевая терапия, томотерапия.
Показано состояние разработок медицинских микротронов в России,
анализируются возможности разработок аппаратов на основе микротрона с улучшенными
терапевтическими, техническими и эксплутационными характеристиками.
MEDICAL MICROTRONS FOR RADIATION THERAPY
A.R. Mirzoyan*, V.M. Alyoshin,* S.P. Kapitza**, G.D.Bogomolov**†, V.I. Chissov***, Yu.A. Rakhmanin***
*State Corporation “NPO AGAT”, **Kapitza Institute for Physical Problems RAS,
*** Hertzen Moscow Research Institute of Oncology




Medical microtron parameters. General requirements
Would status of the microtrons for radiology
State of microtron development and the prospects in Russia
Radiotherapy clinic experience using the medical microtrons
130
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
ЛАЗЕРНОЙ ГИПЕРТЕРМИИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ТКАНИ
Д.В. Кулешова*, В.Б. Лощенов*, С.А. Шевчик*, В. В. Барун**, А. П. Иванов**
*Центр устественно-научных исследований ИОФ РАН
**Институт физики НАН Беларуси
Laser hyperthermia of biological tissues is studied both experimentally, and theoretically. In
experiments, a semiconductor laser beam (wavelength 810 nm) heated a palm of a volunteer and a
thermo vision camera recorded temperature dynamics. The temperature rise was also calculated. To do
so, we used our analytical procedure in combination with optical and thermal model of skin. The
measurements and calculations are shown to often be in a very good agreement.
В настоящее время активно изучаются различные варианты применения
гипертермической терапии в разных областях медицины и, в частности, в онкологии. Ряд
исследований показал, что гипертермия может применяться для лечения злокачественных
опухолей. Кроме того, она используется перед хирургическими вмешательствами для
повышения операбельности и уменьшения необходимого объема операции при хирургии
рака. В ходе доклинических исследований было продемонстрировано, что гипертермия
может оказаться полезной при уничтожении злокачественных клеток после
хирургического вмешательства.
Данная работа посвящена экспериментальному исследованию динамики нагрева
биологических тканей лазерным излучением и сопоставлению результатов измерений с
расчетами температурной кинетики. Ладонь человека облучали полупроводниковым
лазером АЛОД-01 (длина волны 810 нм). Диаметр пучка можно было варьировать от 0.5
до 5 мм. По оптоволокну излучение доставлялось к ладони. Температуру измеряли с
помощью тепловизионной камеры CEDIP серия JADE (Франция). Ее технические
характеристики: спектральный диапазон 3.6 – 5 мкм, температурный диапазон 30 – 700С,
матрица 320х240 пикселей, частота кадров 50 Гц. Камера регистрировала температуру
поверхности кожи как функцию времени после начала облучения. В результате измерений
получено, что температура стабилизировалась через 100 – 150 с после начала облучения.
При использованных мощностях светового пучка она возрастала на 10 – 120 относительно
начальной. Были проведены также эксперименты на кролике. Облучали кровеносный
сосуд его уха. Здесь имеет место рост температуры ткани, а затем – падение вследствие
перфузии крови.
Расчеты температурной кинетики выполнены по разработанной нами
аналитической методике с использованием оптико-теплофизической модели
биологических
тканей.
Методика
учитывает
многослойность
кожи,
ее
многокомпонентный состав, теплообмен с внешней средой и сосудов с окружающей их
тканью, перенос тепла по глубине среды и в радиальном направлении, перфузию крови.
Радиус облучающего пучка, длину волны, мощность, площадь зоны регистрации
температуры и многие другие параметры задачи можно было варьировать произвольным
образом. В ряде случаев получено хорошее согласие экспериментальных и теоретических
результатов. Для диаметра светового пучка 5 мм указанные выше время стабилизации
температуры и ее абсолютное увеличение в расчетах и измерениях совпадают с
погрешностью 5 – 10%. При меньших размерах пучка, где более существенно влияние
пространственных макронеоднородностей структуры ткани, расхождение несколько
больше.
131
СОБСТВЕННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ЦЕЛЬНОЙ КРОВИ ОТРАЖАЕТ
ЕЕ ИММУННЫЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Воейков В.Л., Асфарамов Р.Р., Виленская Н.Д., Новиков К.Н.
Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова,
Биологический факультет, кафедра биоорганической химии
E-mail: vvl@soil.msu.ru
Исследовали спонтанное и инициированное активаторами окислительного взрыва
(ОВ) излучение цельной неразведенной крови человека в отсутствие и в присутствии
усилителей хемилюминесценции: маркера образования Н2О2 люминола (ЛМ-ХЛ) или
маркера образования О2-люцигенина (ЛЦ-ХЛ). Установлено, что свежая неразведенная
кровь здоровых доноров обладает высокой и длительной ЛЦ-ХЛ, что свидетельствует о
постоянной продукции в ней активных форм кислорода (АФК); ЛМ-ХЛ в отсутствие
активаторов ОВ наблюдается лишь через 10-12 час. после выделения крови, но при
активации ОВ наблюдался значительный рост интенсивности излучения, продолжавшийся
в течение многих часов. При различных патологических состояниях наблюдались
существенные изменения этой картины. В частности, при ИБС ЛМ-ХЛ многократно
превышает таковую в крови здоровых доноров, а при добавлении активаторов ОВ может
даже снижаться. Интенсивность ЛЦ-ХЛ также существенно зависит от состояния
пациента. Исходя из ранее установленных закономерностей при анализе низкоинтенсивной люминесценции цельной крови человека мы полагаем, что параметры
излучения крови в присутствии различных зондов на АФК отражают характер
потребления ею кислорода для обеспечения собственных энергетических нужд, а также
состояние иммунных клеток, отвечающих за неспецифический иммунитет (нейтрофилов и
эозинофилов). Совокупность полученных результатов позволяет заключить, что в цельной
неразведенной крови благодаря разнообразным формам взаимодействия ее различных
компонентов могут наблюдаться явления, недоступные для исследования в очищенных
препаратах отдельных компонентов, что открывает новые возможности для
гематологических исследований, в частности, с использованием быстрого и высоко
чувствительного хемилюминесцентного метода.
LOW-LEVEL PHOTON EMISSION FROM WHOLE BLOOD AS AN INDICATOR
OF ITS IMUUNE AND ENERGY PROPERTIES
Voeikov V.L., Asfaramov R.R., Vilenskaya N.D., Novikov C.N.
Lomonosov Moscow State University,
Faculty of Biology, Department of Bioorganic Chemistry,
E-mail: vvl@soil.msu.ru
Registration of low-level photon emission from non-diluted whole blood of healthy donors and
patients amplified with fluorescent probes for generation of reactive oxygen species allows to
differentiate energy potential of blood and its responsiveness to immune stimulus. This may help to
monitor the process of patients treatment using fast and sensitive chemiluminescent method revealing
properties ob bloos as an integral system.
132
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРЕХМЕРНЫХ СТРУКТУР
ФЛУОРЕСЦЕНТНЫХ БЕЛКОВ
Вржещ Е. П., Дмитриенко Д. В., Вржещ П. В.
Факультет биоинженерии и биоинформатики МГУ им. М.В.Ломоносова
E-mail: evrzheshch@rambler.ru
Белки из семейства флуоресцентных привлекают внимание благодаря наличию
окраски и флуоресценции, что позволяет использовать их для решения проблемы
визуализации процессов, происходящих в живых клетках. Отличительным свойством
белков этого семейства является наличие флуорофора - фрагмента белковой цепи,
образующегося из трех последовательно расположенных аминокислот в результате
посттрансляционной, автокаталитической реакции и отвечающего за окраску и
флуоресценцию в видимом диапазоне. Флуоресцентные белки как объект изучения в
настоящее время очень популярны, поскольку на их основе создают сенсоры, датчики и
таймеры для биологических систем, они используются как партнеры при
безызлучательном резонансном переносе энергии флуоресценции с другими
флуоресцентными белками или веществами небелковой природы. Многие исследователи
методами сайт-направленного и случайного мутагенеза генов белков этого семейства
ведут работы по получению новых флуоресцентных белков с целью улучшения их
свойств: изменения окраски, увеличения квантового выхода, коэффициента экстинкции,
фото- и pH-стабильности и т.д. Однако, не до конца выяснен механизм возникновения
флуоресценции и влияние на флуоресцентные свойства аминокислотных замен в
структуре флуорофора и его окружения.
Одним из методов, позволяющих предсказать структуру сложных органических
молекул (белков, липидов, нуклеиновых кислот и пр.), является метод молекулярной
динамики, в котором энергия молекулы описывается как суперпозиция потенциалов
составных частей молекулы (в случае белков – аминокислотных остатков). Данный метод
дает возможность проводить симуляцию динамического поведения
молекулы в
произвольной среде.
Для моделирования поведения флуоресцентного белка DsRed в водном растворе
нами была рассчитана топология нейтральной формы флуорофора как единого
аминокислотного остатка. Получены параметры флуорофора белка DsRed в силовом поле
OPLS-AA с использованием квантово-механических ab initio расчетов (RHF/6-31G**)
методом плотностного функционала (B3LYP). С описанным флуорофором методом
молекулярной динамики проведена симуляция поведения белка DsRed в водном растворе
при 3000K (4 нс). Показана адекватность применения параметров флуорофора белка
DsRed путем сравнения полученной в результате моделирования структуры со
структурами, полученными по данным рентгеноструктурного анализа (PDB ID: 1ZGO,
1G7K и 1GGX) и квантово-механическим расчетом.
133
КОГЕРЕНТНАЯ ФАЗОВАЯ МИКРОСКОПИЯ НА МОДЕЛИ РАКА
МОЛОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ
¹В.И. Чиссов, ²В.П. Тычинский, ¹Н.Н. Волченко, ¹И.В. Решетов, ²А.В. Кретушев,
³Т.В Вышенская, ¹Е.Н. Славнова, ³В.В. Барыгина, ²И.В.Клемешов
¹Московский научно-исследовательский онкологический институт им. П.А.Герцена,
²Московский институт радиотехники, электроники и автоматики,
³МГУ им. М.В. Ломоносова
E-mail: mnioict@mail.ru
Цель настоящего исследования: изучение возможностей метода когерентной
фазовой микроскопии на модели рака молочной железы.
Материалы и методы исследования
Материалом для исследования послужили 55 препаратов: 43 препарата рака
молочной железы и 12 препаратов окружающих тканей, полученные от 11 больных раком
молочной железы. Материал для исследования представлял собой суспензию клеток,
которая наносилась на специальную кремниевую подложку..
Для анализа морфологии и изучения прижизненной динамики клеток использован
когерентный фазовый микроскоп (КФМ) «Эйрискан». Он обеспечивал представление
локальной разности хода лучей в цифровом виде, пригодном для обработки на
компьютере. Локальное искривление волнового фронта, обусловленное оптическими
свойствами клетки, измерялось в каждой точке изображения компенсационным методом
путем сравнения с плоским волновым фронтом опорной волны. В КФМ «Эйрискан»
клетка представлена фазовым изображением, подобным изображению рельефа на
гипсометрических географических картах. Более плотные органеллы клетки (ядро и
ядрышки) в фазовом изображении представлены участками большей фазовой толщины.
Высокая точность и воспроизводимость измерений фазовой толщины позволяет
обнаружить ее систематические изменения, связанные с внутренним метаболизмом или
внешними факторами.
Одно из достоинств метода когерентной фазовой микроскопии (КФМ) состоит в
возможности получить количественные данные о профиле фазовой толщины и ее
локальных флуктуациях.
Суспензия неокрашенных клеток в растворе помещалась в камеру с покровным
стеклом (зазор 20 мкм), которая располагалась на предметном столе микроскопа
(модифицированного микроинтерферометра). В качестве источника света использовался
гелий-неоновый лазер (632,8 нм). Для регистрации интерференционного сигнала и его
аналого-цифрового преобразования в локальные значения фазы использовался
координатно-чувствительный фотоприемник (ЛИ-620) и электронный блок. Анализ
фазовых изображений и флуктуаций оптической разности хода проводился на
компьютере.
Обсуждение результатов и выводы
Одно из основных преимуществ метода КФМ состоит в возможности
объективизировать
данные
морфологического
исследования
с
получением
количественных значений морфологических параметров и на их основании делать
статистически более достоверные выводы о патологическом процессе.
Использование сравнительно простого критерия фазовой толщины
для
неокрашенной клетки позволило обнаружить различия между раковой и нормальной
клеткой молочной железы. Кроме того, метод когерентной фазовой микроскопии
предоставляет дополнительную возможность использования для диагностики нового
набора параметров, связанных с флуктуациями фазовой толщины, которые характеризуют
функциональное состояние клеток. Среди этих параметров отметим характерные частоты
доминирующих спектральных компонент. Для нормальных клеток характерные частоты
наиболее интенсивных спектральных компонент в интервале F = 0,2-6 Гц были 0,8 и 1,6
Гц. Для клеток рака характерны компоненты на более высоких частотах: F = 8-17.3 Гц.
134
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОГЕРЕНТНОЙ ФАЗОВОЙ МИКРОСКОПИИ ДЛЯ
ИССЛЕДОВАНИЯ ПАПИЛЛЯРНОГО РАКА ЩИТОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЫ
²В.П.Тычинский, ¹Н.Н.Волченко, ¹И.В.Решетов, ²А.В..Кретушев, ²И.В.Клемашов, ³Т.В. Вишенская,
¹Е.Н.Славнова, ¹ А.В.Борисова
¹Московский научно-исследовательский онкологический институт им.
П.А.Герцена, ²Московский институт радиоэлектроники и автоматики, Москва,
³МГУ им. М.В.Ломоносова,
E-mail: mnioict@mail.ru
Разработка новых методов морфологической диагностики и определения факторов
прогноза опухолевых заболеваний является весьма актуальной задачей. В существующих
на сегодня методах имеется ряд недостатков, связанных с методикой приготовления
препаратов, несовершенством аппаратуры, субъективизмом визуальной оценки
морфологических признаков. Уникальность метода когерентной фазовой микроскопии
заключается в том, что он не только позволяет изучать строение отдельных клеток и их
органелл с высоким пространственным разрешением (50-100 нм), но и следить за
изменением функционального состояния с временным разрешением 1-10 мс. Метод
когерентной фазовой микроскопии не требует трудоемкой подготовки препаратов,
окрашивания и фиксации, изучаются живые неокрашенные клетки.
Цель исследования: оценить возможность метода когерентной фазовой микроскопии
для сравнительного изучения клеток папиллярного рака и нормальных клеток
щитовидной железы.
Материалом для исследования послужили соскобы с опухолей и окружающей ткани
щитовидной железы от 19 больных папиллярным раком щитовидной железы. Методом
КФМ исследовано 95 клеток: 50 клеток папиллярного рака щитовидной железы, 45 –
«нормальных» клеток. Для анализа морфологии и прижизненной динамики клеток
использовали когерентный фазовый микроскоп (КФМ «Эйрискан»).
В результате проведенных исследований разработан уникальный программноаппаратный комплекс ( КФМ «Эйрискан», РС), позволяющий изучать изменение
функционального состояния клетки в динамике. Для этого клетка исследуется в
объективе с микросеткой, где каждая точка имеет свои координаты. В каждой из
выделенных точек измеряют флуктуации фазовой толщины, изменяющиеся во времени в
зависимости от
метаболических процессов, протекающих в клетке.
Измерения
проводились на ядрышках, ядре и цитоплазме. В «нормальных» клетках и клетках рака
наблюдались периодические изменения функциональной активности в ядрышке, ядре и
цитоплазме: при снижении метаболических процессов в ядре они увеличивались в
цитоплазме, и наоборот. Эти изменения сопровождались явлениями секреции.
Определены спектры колебаний флуктуаций фазовой толщины для «нормальных» клеток
и клеток папиллярного рака щитовидной железы. Различия получены как в значении
частот колебания, так и в их интенсивности, поскольку «нормальные» клетки и часть
клеток папиллярного рака гормонально активны.. При папиллярном раке интенсивность
флуктуаций может в несколько раз превышать этот показатель для «нормальных» клеток.
Это объясняется тем, что метаболические процессы в клетках папиллярного рака
проходят более интенсивно, чем в «нормальных» клетках. Проведение дальнейших
исследований возможно покажет, что по интенсивности процессов метаболизма в клетках,
сопровождающихся явлениями секреции можно будет судить о прогнозе течения
папиллярного
рака щитовидной железы. Разработаны уникальные компьютерные
программы, позволяющие проводить морфометрические исследования клеточных
элементов, получать не только двухмерные, но и объемные параметры клеток, которые в
дальнейшем могут быть использованы для объективизации цитологических исследований.
135
КЛЕТОЧНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ЛАЗЕРНОЙ ФОТОТЕРАПИИ
Т.Й. Кару
Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН, Московская обл., Троицк
E-mail: tkaru@isan.troitsk.ru
На основе анализа различных спектров действия (зависимости биологических
откликов клеток от длины волны) и спектров поглощения делается вывод, что клеточные
эффекты лазерной фототерапии являются следствием электронного возбуждения
хромофоров CuA и CuB в молекуле терминального фермента дыхательной цепи цитохромс-оксидазы. На основе результатов экспериментов многоканальной регистрации спектров
поглощения живого клеточного монослоя в видимом-ближнем ИК диапазонах, в качестве
основного механизма биостимуляции рассматривается изменение степени окисленности
цитохром-с-оксидазы и ускоренная передача электронов в каталитический центр
фермента. Обсуждаются также другие возможные первичные механизмы с участием
ферментов дыхательной цепи и последующие каскады реакций передачи и усиления
фотосигнала в клетке. На основе предлагаемого механизма редокс регуляции
метаболической активности клетки объясняются основные противоречия клеточных
эффектов низкоинтенсивной лазерной терапии.
CELLULAR MECHANISMS OF LASER PHOTOTHERAPY
T. Karu
Institute of Laser and Information Technologies of RAS
Troitsk, Moscow Region
The terminal enzyme of the mitochondrial respiratory chain cytochrome c oxidase is discussed as the
photoacceptor for different cells. Primary mechanisms connected with electronic excitation of Cu A and
CuB chromophores as well as photosignal transduction and amplification chains in a cell are discussed.
136
РАЗВИТИЕ АДРОННОЙ ТЕРАПИИ В МИРЕ И В РОССИИ
С.В. Акулиничев1), Г.И. Кленов2), В.С. Хорошков2)
1) Институт ядерных исследований РАН
2) Институт теоретической и экспериментальной физики
В настоящее время преимущества использования протонов в лучевой терапии уже
доказаны и протонная лучевая терапия (ПЛТ) в мире переживает период бурного
развития.. В 1988 г. Россия (тогда СССР) занимала ведущие позиции в области ПЛТ (3
центра из 11 действующих и 28 % мирового клинического опыта), но к 2004 она потеряла
свои позиции (те же 3 центра, но уже на фоне 23 иностранных и 14% мирового опыта).
Например, только один клинический центр ПЛТ в Лома-Линда (США) на сегодняшний
день облучил протонами около 9600 больных, т.е. в 2 раза больше, чем всего в России.
Рост числа новых клинических центров особенно заметен в Японии, где
реализуется национальная программа развития ПЛТ. Накопив необходимый опыт с
помощью трех центров, действующих в физических институтах, в 1994 г. в Японии был
введен в действие уникальный ускорительный комплекс HIMAC. Впоследствии был
открыт целый ряд региональных центров адронной терапии. К 2010 г. такие центры будут
построены в каждой из 15 префектур. Используя большой опыт физического центра в
Дармштадте, где в течение нескольких лет проводилось облучение ионами углерода, в
Германии начато строительство клинического комплекса в Гайдельберге со сроком ввода
в эксплуатацию в 2007 г. Впервые в мире там будет установлено уникальное гэнтри на
ионах углерода, имеющее вес 600 т и длину 25 м. В октябре 2004 г. Австрия также
открыла финансирование своего национального проекта по адронной терапии,
опирающегося на результаты исследований ученых Европейского центра ядерных
исследований (Женева). Аналогичные проекты реализуются и во многих других странах.
В соответствии с решением мэра Москвы Ю.М. Лужкова, в Москве началась
разработка проекта и сооружение первого в России клинического центра ПЛТ, в состав
которого должны входить: специализированный медицинский ускоритель, 4 лучевые
протонные установки, современный аппаратно-программный комплекс планирования
облучения, установки конвенциальной лучевой терапии и другие системы. Особенностями
московского проекта являются: параллельная работа трех лучевых установок, что
повышает производительность центра, экономная схема размещения оборудования и
малая по сравнению с зарубежными аналогами стоимость центра.
Институт ядерных исследований РАН также ведет активные работы по сооружению
центра лучевой терапии на базе линейного ускорителя протонов, в состав которого кроме
протонной лучевой установки включен уже смонтированный медицинский линейный
ускоритель электронов на энергию 6 МэВ. Можно ожидать, что первый больной в
указанном центре ПЛТ будет облучен в 2006 г.
В Протвино в Физико-техническом центре ФИАН имени Лебедева уже многие годы
ведется разработка ускорителя протонов и лучевой установки для облучения больного в
положении стоя. Для этих целей при местной поликлинике построено помещение для
размещения разрабатываемого оборудования.
В заключение заметим, что развитые страны разрабатывают и сооружают
собственные клинические центры ПЛТ. В России пока еще имеются подготовленные
коллективы специалистов и производственные и технические возможности для
изготовления нестандартного оборудования для таких центров. Если же не встать на путь
создания российской техники, то, несмотря на громадный опыт, Россия наравне с
неразвитыми странами окажется вынуждена покупать оборудование ПЛТ у Японии или в
Европе. Так уже было с медицинскими линейными ускорителями электронов и другим
медицинским оборудованием.
137
ДИАГНОСТИКА ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ЖИВОЙ КЛЕТКИ
И ЕЁ ОРГАНЕЛЛ МЕТОДОМ КОГЕРЕНТНОЙ ФАЗОВОЙ МИКРОСКОПИИ
1
Кретушев А.В. 1, Вышенская Т.В. 2, Клемяшов И.В. 1, Тычинский В.П. 1
Московский институт радиотехники электроники и автоматики (технический университет),
2
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
E-mail: kretushev@mirea.ru
.
Метод когерентной фазовой микроскопии (КФМ) основан на модуляционном
принципе определения оптической разности хода (ОРХ) в микроинтерферометре
Линника. Разработанный в МИРЭА под руководством проф. В.П. Тычинского
когерентный фазовый микроскоп «Эйрискан» позволяет получать фазовые изображения
клетки и ее органелл с высоким пространственным и временным разрешением.
Фазовые изображения оказались весьма информативны при изучении внутренней
структуры прозрачных, оптически неоднородных клеток. В методе КФМ не требуется
дополнительного окрашивания и других способов повышения контраста, являющихся
потенциальными причинами артефактов.
Нормированные на длину волны значения ОРХ позволяют производить
количественный анализ фазовых изображений и реализовать их ранее неизвестные
свойства (сверхразрешение, чувствительность, вычитание фона). Разработка новых
программ позволила реализовать метод динамической фазовой микроскопии (ДФМ),
перспективный для диагностики на клеточном и субклеточном уровнях. Нами была
показана возможность регистрации малых (до 1 нм) изменений положения объекта, как в
аксиальном, так и латеральном направлении.
Непосредственно измеряемая с помощью КФМ «Эйрискан» величина фазовой
толщины связана с рефрактерностью объекта (разностью показателей преломления среды
и объекта). Приводятся примеры диагностики физиологических состояний цианобактерий
(Anabaena variabilius, Synechocystis sp. PCC 6803) и опухолевых клеток молочной железы
(НСТ 116). Корреляция между рефрактерностью и физиологическим состоянием клетки и
её органелл позволит создать принципиально новые методы экспресс-диагностики
различных заболеваний на клеточном уровне.
DIAGNOSTICS OF FUNCTIONAL STATE OF LIVING CELL AND ITS ORGANELLES
BY THE METHOD OF COHERENT PHASE MICROSCOPY
Ph.D. Kretushev1 A.V., Ph.D. Vyshenskaya T.V. 2, Klemjashov I.V. 1, Prof. Tychinsky V.P. 1
1
Moscow Institute of Radiotechnics, Electronics and Automation (Technical University), kretushev@mirea.ru
2
Moscow State University of M.V. Lomonosov, Moscow
The method of coherent phase microscopy is based on modulation principles of optical path difference
(OPD) measurement in Linnik microinterferometer. CPM Airyscan developed in MIREA under the
direction of prof. Tychinsky allows one to obtain phase images of a cell and its organelles with a high
time-spatial resolution.
OPD values normalized according to the wavelength enable us to perform quantitative analysis of
phase images and to make use of their properties, unknown before. The possibility to register small (<
1nm) changes of an object position in both axial and lateral directions was shown. The value of phase
thickness measured directly by means of Airyscan depends on an object refractivity (i.e. the difference
between the refractivity indices of the surrounding medium and the object). The correlation between
the refractivity and the physiological state of a cell and its organelles will lead to creating entirely new
methods for express diagnostics of different diseases on the cell level.
138
ПРИМЕНЕНИЕ НЕРАВНОВЕСНОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПЛАЗМЫ
АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ СТЕРИЛИЗАЦИИ БАКТЕРИЙ
Ю.С.Акишев1, М.Е.Грушин1, В.Б.Каральник1, Н.И.Трушкин1,
В.П.Холоденко2, В.А.Чугунов2, Н.А.Жиркова2, И.А.Ирхина2, Е.Н.Кобзев2
1
ГНЦ РФ ТРИНИТИ, Троицк, Московская обл.,
E-mail: trushkin@triniti.ru
2
ГНЦ ПМ, Оболенск, Московская обл.
The results of experimental investigations on sterilization of different kinds of bacteria by using of
non-thermal plasma at atmospheric pressure are presented.
Низкотемпературная плазма (НТП) представляет большой научный и практический
интерес вследствие ее сильной термодинамической неравновесности. Наличие в НТП
энергичных электронов приводит к интенсивным процессам образования химически и
биологически активных частиц в окружающем газе, остающемся при комнатной
температуре. Отмеченное обстоятельство делает НТП весьма привлекательным,
технически несложным, энергетически дешевым и экологически безопасным
инструментом для холодной стерилизации различных микроорганизмов на поверхностях,
в газах и в жидкостях. В данной работе исследовались различные источники НТП при
атмосферном давлении для стерилизации бактерий. Разрушение бактерий на поверхности
агара проводилось импульсно-периодической струей холодной плазмы. Обработка
бактерий в физиологическом растворе осуществлялась разрядом, создаваемым в газовых
пузырьках, вводимых в жидкость. В экспериментах с плазменной струей исследовалось
также разрушение биопленок на металлических и пластмассовых поверхностях. Были
выполнены эксперименты по разрушению бактерий в аэрозолях в воздухе. Установлено,
что плазма, создаваемая в газовых пузырьках внутри физиологического раствора, является
эффективным инструментом инактивации микроорганизмов в жидкой среде. Так,
вегетативные клетки удается полностью уничтожить в течение нескольких минут.
Воздействие струи НТП на поверхность бактериального газона также оказалось весьма
эффективным. Обработка плазмой микроорганизмов приводила к формированию на
поверхности округлых зон поражения, диаметр которых намного превосходил диаметр
плазменной струи. Исследования показали, что зоны поражения микроорганизмов от
плазменной струи, действующей несколько десятков секунд, оказались сходными с
зонами поражения, образующимися при точечном, но длительном (часы) воздействии на
бактериальный газон химических биоцидов или антибиотиков. Высокоэффективной
является воздействие струи плазмы на биопленки::в сравнении с многочасовой
стерилизацией химическими биоцидами, микроорганизмы биопленки погибали после 20секундной (!) обработки струей НТП, а 30-секундная обработка приводила к полной
стерилизации купона. Разрушение бактерий, вводимых воздушным потоком в зону
разряда внутри мелких капелек физиологического раствора, оказалось чрезвычайно
эффективным по интенсивности. В экспериментах по инактивации B. subtilis происходило
снижение количества клеток с 3,0∙104 кл./мл до 1,3∙103 кл./мл за время пролета аэрозоля
через зону разряда (2,0∙10-2с), т.е. интенсивность разрушения -1,5∙106 кл./мл сек. Высокая
интенсивность разрушения клеток связана с зарядкой и поляризацией капелек в зоне
разряда и их последующим разрывом. При этом бактерии оказываются в газовой фазе в
окружении активных и заряженных частиц НТП, а также под действием сильного
электрического поля, способного осуществить электропорацию клеточной стенки.
Объединение всех указанных поражающих факторов обладает синергетическим
действием, что и обуславливает высокую интенсивность разрушения бактерий в аэрозоле.
139
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТЕНД ДЛЯ
НЕИНВАЗИВНОЙ ДИАГНОСТИКИ БИОЛОГИЧЕСКИХ СРЕД
Воробьёва Е.В., Захаров В.П., Козлов Р.В., Синдяева А.Р., Тимченко П.Е., Яковлева С.В.
Самарский Государственный Аэрокосмический Университет им. академика С.П.Королёва, Самара
E-mail: Timpavel@mail.ru
Создан многофункциональный экспериментальный стенд для диагностики живых
биотканей in vivo, использующий метод дифференциального обратного рассеяния с
независимыми волоконными излучателями и волоконными каналами регистрации. В
качестве источника в канале излучателя использовался тепловой источник со
сканированием излучения в диапазоне 450-850 нм и мгновенным выделением
спектрального интервала шириной ~3 нм, либо лазерные полупроводниковые излучатели
с длинами волн 680 нм, 760 нм и 830 нм. Мощность излучения управлялась в диапазоне
от 0.5 мВт до 50 мВт. Стенд предназначен как для регистрации интегральных
характеристик рассеянного излучения, так и пространственного распределения
интенсивности рассеянного излучения.
Программное обеспечение включает программный модуль математического
моделирования на основе метода Монте-Карло. Данный модуль реализует
модифицированную схему Монте-Карло, позволяющую вести расчет рассеянного
излучения в сложных многослойных средах с произвольной топологией. Разработанное
программное обеспечение позволяет рассчитывать и планировать эксперименты и
обеспечивает работу стенда в режиме реального времени, что позволило исследовать
кинетику спектральных характеристик рассеяния и динамические процессы в
исследуемой биоткани.
Показано, что переход к регистрации относительных изменений существенно
повышает помехоустойчивость системы в условиях вибрации. Установлено, что характер
кинетических процессов в пределах максимума диаграммы рассеяния слабо зависит от
угла наблюдения, что позволяет использовать для их регистрации волоконные приемники
излучения. В серийных экспериментах исследованы различные адаптационные реакции
организма человека на слабое внешнее воздействие.
Разработанный стенд использован для отработки методики пространственной
локализации оптических неоднородностей в биотканях. В качестве модельных сред
использовались образцы свиной кожи с естественными и искусственно
имплантированными неоднородностями. Показано, что развитый дифференциальный
метод может быть успешно использован для локализации устойчивой регистрации
поглощающих и рассеивающих неоднородностей вплоть до глубины 4-5 мм при
эффективных размерах неоднородностей вплоть до 0,5 мм.
MULTIFUNCTIONAL EXPERIMENTAL TEST BENCH FOR
NONINVASIVE BIOTISSUE DIAGNOSTICS
Vorobjeva E.V., Zakharov V.P., Kozlov R.V., Sindjaeva A.R., Timchenko P.E., Jakovleva S.V.
Samara State Aerospace University, Moskovskoye Shosse 34, Samara 443086, Russia
The outcomes of the differential backscatter spectroscopy technique application for the human body
microcirculation system control are submitted. The monitoring of the microcirculation system changes
allow to explore the process kinetics in a tissue. Observed effects characterized structural, biochemical
and biophysical processes initiated by the low level external fields and may serve for the efficiency
control of bioprocess kinetics and determination of structural heterogeneity in tissue, pathological
process discovery on early stage.
140
ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
РАСТИТЕЛЬНОЙ ТКАНИ МЕТОДОМ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО ОБРАТНОГО
РАССЕЯНИЯ
В.П.Захаров1, Е.В.Воробьёва2, Р.В.Козлов1, С.П.Котова2, П.Е.Тимченко1, В.В.Якуткин2
Самара, Самарский государственный аэрокосмический университет имени С.П.Королева
2
Самара, Самарский филиал Физического института им. П.Н. Лебедева РАН
E-mail: vorobjeva.82@mail.ru
1
Регистрация реакции растительной ткани на воздействие низкоинтенсивного
лазерного излучения проводилась с помощью метода обратного рассеяния.
Экспериментальные исследования проводились с помощью волоконнооптической установки в спектральном диапазоне длин волн от 430 нм до 830 нм. В
качестве
источника
воздействия
использовался
полупроводниковый
лазер
инфракрасного (830 нм) диапазона с регулируемой выходной мощностью до 50 мВт.
Распределение лазерного излучения на поверхности листа растения было
квазиоднородным и варьировалось в диапазоне 5 – 20 м Вт/см2. Суммарная мощность
зондирующего излучения канала регистрации составляла не более 0,1 % от
мощности лазерного излучения воздействия, что исключало влияние зондирующего
излучения на процесс возмущения оптического состояния исследуемого биобъекта.
Все эксперименты проводились по единой методике, включающей в себя три
стадии: до воздействия – работает только канал регистрации; воздействие – работают оба
канала (воздействия и регистрации); после воздействия – работает только канал
регистрации.
Обработка и анализ данных осуществлялась в программном пакете MathCad.
В результате проведенных исследований установлено, что:
- низкоинтенсивное лазерное излучение приводит к изменению оптического
состояния растительной среды и проявляется во всем видимом спектральном диапазоне;
наибольшая реакция растительной ткани на низкоинтенсивное лазерное
воздействие наблюдаются в спектральном диапазоне 607 - 720 нм, соответствующем
полосам поглощения хлорофилла «а», который играет ключевую роль в биофизических
процессах фотосинтеза.
- качественно схожий характер кинетики реакций растительной и живой ткани
позволяет предположить, что в основе механизмов изменения оптического состояния
как растительной, так и живой ткани лежит один и тот же биофизический процесс –
структурная перестройка мембран.
DIFFERENTIAL BACKSCATTERING INVESTIGATION OF
VEGETABLE TISSUE OPTICAL PROPERTIES KINETICS
V.P.Zakharov1, E.V.Vorobiova2, R.V. Kozlov1, P.E. Timchenko1, S.P. Kotova2, V.V.Yakutkin2
1
Samara State Aerospace University, Moskovskoye Shosse 34, Samara 443086, Russia
2
Samara Branch of Physics Institute named for P.N. Lebedev of Russian Academy of Sciences, Novo-Sadovaya
Street 221, Samara 443011, Russia
In vivo experiments on application of differential backscattered radiation method for investigation of
plant tissue response on external field disturbance are presented. It is shown that biological medium
optical state alteration depends on membranes structure changing. Spectral backscattered radiation
kinetics has qualitatively same bell-shaped appearance with saturation as for plant tissue as for living
tissue, but the maximum of backscattered spectral intensity corresponds to 690 nm. After saturation
and laser switch off the differential backscattered intensity level remain quasistable and not equal its
141
initial value. It is assumed that biological medium optical state alteration is a result of membranes
structure alteration, which produce changes in chloroplast membrane chlorophyll “a” of plant tissue.
ИССЛЕДОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОЙ СОВМЕСТИМОСТИ ПОРИСТЫХ
ПОЛИЛАКТИДНЫХ МАТРИЦ С ПОМОЩЬЮ ОПТИЧЕСКОЙ КОГЕРЕНТНОЙ
МИКРОСКОПИИ
Е.Н.Антонов, А.Н.Коновалов, А.Г.Орлова*, В.К.Попов, А.В. Попова, Н.М.Шахова*, В.Н.Баграташвили
ИПЛИТ РАН, Троицк Московской обл., E-mail: e_n_antonov@mail.ru>
*ИПФ РАН, г. Н.-Новгород
Abstract. Method of measurements of cell growing on porous materials using optical coherence
microscopy was proposed. Studying of mycelium spread on polylactic acid 3d-scaffolds showed its
biocompatibility to the scaffold material.
Введение. Одним из основных требований, предъявляемых к материалам
современной тканевой инженерии, является их биологическая совместимость. Поэтому
новые биомедицинские материалы проходят многоступенчатое тестирование, одним из
этапов которого является исследование реакции на них клеточных культур. После высева
культур и периода инкубации, различными методами определяются параметры клеточной
активности или степень токсичности материала. Для ряда методов тестирования
требуется сложная дополнительная обработка образцов и различные технологические
операции. Нами предложена простая и быстрая методика характеризации клеточного
отклика на биологические матричные структуры с использованием оптического
когерентного микроскопа (ОКМ).
Материалы и методы. Пористые матричные структуры является базовыми
элементами современной инженерии костных и хрящевых тканей. Матрицы, размером
3х3х2 мм, были изготовлены из порошка биорезорбируемого полимера, полилатида,
методом поверхностно селективного лазерного спекания. Для исследований клеточного
отклика на матричный материал использовался оптический когерентный микроскоп
(“ОКТ1300-У”, ИПФ РАН, г. Нижний Новгород, РФ). Размер исследуемой области
составлял 0,83х0,93 мм. Продольное и поперечное разрешение 4 мкм. Время получения
одного изображения 4 сек. Исследовался рост мицелиальных грибов Aspergillius niger
внутри матричных ячеек. Посев мицелиальных грибов производился на агаризированную
питательную среду Чапека-Докса. Через сутки на растущий мицелий помещалась
матрица, сверху покрытая пленкой для поддержания условий стерильности; чашка с
питательной средой закреплялась на столике микроскопа. Сразу же проводилось первое
сканирование одной из сквозных ячеек матрицы. Во время всех последующих
экспериментов решетка не сдвигалась. Проведено пять сканирований одной и той же
ячейки решетки: исходная матрица, ячейка влажной матрицы с растущими внутри нее
нитями мицелия через 6 часов, 24 часа, 36 часов и 144 часа.
Результаты и выводы. При увеличении времени инкубации наблюдалось как
увеличение слоя мицелия на поверхности матрицы, так и увеличение степени заполнения
объема ячейки. Через 6 суток ячейка оказывалась полностью заполнена мицелием, что
свидетельствовало о хорошей биологической совместимости мицелия и материала
матрицы.
Информация, получаемая с ОКМ, оцифрована. Поэтому, на основе данных сканов
легко строятся зависимости распространения клеток по 2 или 3 измерениям. Такие
зависимости нами были построены для нескольких участков матрицы. Отмечалась
корреляция в динамике роста клеток для этих участков. Таким образом, применение
ОКМ позволяет оперативно проводить сравнения роста клеток на пористых образцах, как
на поверхности, так и внутри объема. Предложенный метод может быть применен как
дополнительный, а в ряде случаев как альтернативный традиционным методам
определения клеточной активности.
142
Данная работа выполнялась при поддержке РФФИ (№04-02-16933, №05-0208069), Фонда поддержки ведущих научных школ РФ (грант НШ-1633.2002.2)
британского фонда The Wellcome Trust (№073913).
ЦВЕТОТЕРАПИЯ В ОЗДОРОВЛЕНИИ ЧАСТО БОЛЕЮЩИХ ДЕТЕЙ
Т.К. Марченко, С.В. Марченко
Научный Центр здоровья детей РАМН, г. Москва
Высокая заболеваемость среди дошкольников болезнями органов дыхания,
заболеваниями нервной и сердечно-сосудистой систем, диктует создание новых
подходов к организации мероприятий по оздоровлению и реабилитации.
В связи с этим группе из 156 часто болеющих детей в возрасте от 4 до 7 лет с
диэнцефальными изменениями (цефалгии, вертебробазилярная недостаточность,
лабильность тонуса и др.) помимо традиционных лечебно-профилактических мер, таких
как лечебная физкультура, плавание, массаж, назначали курс цветотерапии.
Цветотерапию осуществляли с помощью портативного аппарата (АЦЛ-01-Т).
Пациенту надевали очки со светоизлучателями (длина волны 400-600 нм), с помощью
которых воздействовали на зрительный анализатор попеременно на каждый глаз в
пульсирующем режиме. Продолжительность одного сеанса 8 мин. При этом в течение
одного сеанса осуществляли воздействие спектром оппонентных цветов: (зеленым-синим
или желтым-красным) по 4 мин каждым цветом. Курс лечения составил 10 процедур. До
начала лечения, в процессе и после наряду с клинико-лабораторным обследованием
исследовали мозговое кровообращение методом тетраполярной реоэнцефалографии
(РЭГ). Использовали фронто-мастоидальное и окципито-мастоидальное отведения.
В процессе терапии у 75 % обследуемых наблюдали реакцию мозговых сосудов уже
на третью процедуру. Исходная поликротия нисходящей части РЭГ, свидетельствующая
о напряжении тонуса сосудов и затрудненном оттоке крови из артерий в вены исчезала
после третьей процедуры цветотерапии с использованием желтого и синего цветов.
Одновременно происходило “выравнивание” в той или иной степени РЭГ кривых с
появлением четко выраженного дикротического зубца. У детей с гипотонусом и
явлениями венозного застоя при воздействии красным и зеленым цветами, дикротический
зубец, находящийся на изолинии, поднимался ближе к середине, что свидетельствовало о
нормализации сосудистого тонуса.
При количественном анализе было выявлено, что у группы часто болеющих
детей с диэнцефальными изменениями коэффициент межполушарной ассимметрии РЭГ
(Ка) до лечения был выше чем у здоровых детей (Р<0,05). По окончании курса лечения
Ка снизился до величин близким к нормативным показателям (Р<0,01), что
сопровождалось положительной динамикой клинических и физиологических
показателей.
Проведенное исследование позволяет сделать вывод о том, что данная методика
цветотерапии оказывает положительное влияние на мозговое кровообращение нормализует тонус артериальных сосудов крупного и среднего калибра и может быть
использована в комплексе оздоровительных и реабилитационных мероприятий у
часто болеющих детей.
THE COLORTHERAPY IN MEDICAL REHABILITATION FOR
CHILDREN WHO OFTEN IS ILL
T.K. Marchenko, S.V. Marchenko.
Scientific Centre of Children Health of Russia Medical Academy. spektr-a@mail.ru
143
The method of correction of vegetative vassals declinations for children is done in this article. The
high efficiency of this method is approved.
ЛАЗЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ БЫСТРОГО ПРОТОТИПИРОВАНИЯ ДЛЯ
ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ИМПЛАНТОВ И МАТРИЦ ДЛЯ
ТКАНЕВОЙ ИНЖЕНЕРИИ
В.К. Попов, Е.Н. Антонов, В.Н. Баграташвили, А.В. Евсеев, В.Я. Панченко
Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН, г.Троицк, Московской области
E-mail: popov@laser.ru
Abstract. In this paper we present the results of our development of advanced Laser
Stereolithography (LS) technique and novel Surface Selective Laser Sintering (SSLS) methodology
for fabrication of custom-designed implants and scaffolds for tissue engineering.
Технологии быстрого прототипирования (БП) все более интенсивно используются
сегодня для решения различных биомедицинских задач – от разработки трехмерных
биомоделей до изготовления индивидуальных имплантов и матриц для тканевой
инженерии [1]. В настоящем докладе представлены результаты работ по развитию новых
подходов в технологиях лазерной стереолитографии (ЛС) и селективного лазерного
спекания (СЛС) для этих целей.
Идея использования ЛС для синтеза новых композитных матриц и имплантов
основана на разработанном нами процессе фотополимеризации жидкой смеси
полифункциональных акриловых мономеров с порошком гидроксиапатита [2]. С
помощью этого метода был изготовлен целый ряд различных образцов, свойства которых
после их обработки в сверхкритической двуокиси углерода (удалявшей токсичные
примеси и обеспечивавшей формирование требуемой микропористой структуры) были
изучены различными физико-химическими и биологическими (in vitro и in vivo) методами
[3].
Нами был предложен и развит новый метод Поверхно-Селективного Лазерного
Спекания (ПСЛС), в котором (в отличие от традиционного СЛС, основанного на
объемном поглощении полимерным порошком излучения СО2 лазера с длиной волны
λ=10.6µm), происходит сплавление его частиц за счет поглощения лазерного излучения
ближнего ИК диапазона (λ=0.97µm) небольшим (≤ 0.1 вес%) количеством микрочастиц
углерода, равномерно распределенных по поверхности полимера [4]. ПСЛС позволяет
избежать перегрева внутренних областей полимерных частиц за счет деликатного
расплава только их поверхности. Данный метод был успешно пременен нами для
изготовления индивидуальных матриц из термически неустойчивых биорезорбируемых
полимеров (таких как, полилактиды и их сополимеры) без сколь-нибудь видимых их
структурных и химических изменений. Более того, этот подход дает возможность
осуществлять спекание полимерных частиц, содержащих биоактивные энзимы
(например, рибонуклеаза и каталаза), сохраняя при этом их высокую активность [5].
Разработанные нами методы позволяют проводить оперативное изготовление как
биостабильных, так и биорезорбируемыех минерал-полимерных индивидуальных
имплантов и матриц для тканевой инженерии на основе CAD/CAM данных.
Данная работа выполнялась при финансовой поддержке РФФИ (грант № 04-0216933), Фонда поддержки ведущих научных школ РФ (грант НШ-1633. 2002.2) и
британского фонда The Wellcome Trust (грант № 073913).
1.
2.
3.
4.
5.
D.W. Hutmacher, Biomaterials 2000, 21, 2529.
E.N. Antonov, et al., Optical Technique 1998, 13, 55.
V.K. Popov, et al., J. Materials Science: Materials in Medicine, 2004, 15, 123.
V.K.Popov, et al., Proc. MRS Fall Meeting 2003, Boston, USA, EXS-1, F5.4.1.
Е.N.Аntonov, et al, Advanced Materials, 2005, 17, 327.
144
ИНТЕГРАЦИЯ МЕДИЦИНСКОЙ ФИЗИКИ КАК ФАКТОР РАЗВИТИЯ
КЛИНИЧЕСКОЙ ОНКОЛОГИИ
В.И.Чиссов, Ю.А.Рахманин, И.В.Решетов, В.В.Соколов
МНИОИ им. П.А.Герцена
Современная клиническая онкология претерпевает активное развитие за счет обогащения
новыми методами диагностики и лечения, основанными на различных физических и
физикохимических феноменах. Наблюдается эволюционное развитие как ранее известных
направлений – радиологии, гипертермии, криологии, так и новых – фотодинамическая терапия,
ультразвуковая кавитация, информационные технологии. При этом медицинская физика,
отвечающая на запросами клиники, нередко сама порождает новые медицинские технологии.
С точки зрения биологии, современная онкология подразумевает этапное скачкообразное
развитие опухолевого процесса. Этапы развития злокачественного новообразования отличаются
определенными характеристиками, которые позволяют нацеливать методы диагностики и лечения
опухоли. В связи с этим проблемой становится не только излечение распространенной опухоли
путем разрушительного хирургического удаления или облучения жесткими источниками в
больших дозах, сопровождающегося нарушением анатомии и функции органов, инвалидизацией
пациентов, но и точечное, селективное воздействие на малый рак или предрак, реализующее
принцип органосохраняющего, функционально щадящего лечения опухолей – генеральной
концепции клинической онкологии.
Фотодинамическая терапия в течении последнего десятилетия изменила классическую
триаду методов противоопухолевого лечения: хирургия, лучевая терапия, химиотерапия. ФДТ
стало равноправным методом противоопухолевого лечения. Под руководством научной группы по
ФДТ МНИОИ им.П.А.Герцена накоплен клинический опыт лечения нескольких тысяч
онкологических больных. Перспективы этого направления значительно расширяются с
появлением новых фотосенсибилизаторов.
Существенно меняется лучевая терапия опухолей. Благодаря внедрению информационных
технологий управления процессом облучения и автоматизации стало возможным проведение
лучевой терапии до радикальных доз опухолей головного мозга, орбиты, средостения. Начинается
широкое клиническое применение нейтронной, протонной дистанционной терапии. Значительно
возрос интерес к брахитерапии, появились новые методы лечения, например, брахитерапия рака
простаты и др. Актуальным вопросом является открытие отделений открытых источников в связи
со значительной потребностью лечения значительной группы пациентов, страдающих метастазами
щитовидной, молочной, предстательной железы .
Онкохирургия с учетом фазового развития солидных опухолей предусматривает
промежуточную фазу метастазирования в первый «сторожевой» лимфатический узел, этот взгляд
отразился в клинической методике радиодетекции лимфатических узлов. Очень важно активное
участие в этих разработках и инновации отечественных медицинских физиков, что позволит
развить отечественную школу приборостроения и сэкономить на покупке и эксплуатации
оборудования зарубежных фирм.
Спираль технологического развития демонстрирует новые методы в таких направлениях, как
гипертермия опухолей. Идет широкое внедрение внутритканевой гипертермии. Локальное
воздействие на опухоль в ВЧ-диапазоне до температуры 50-60 градусов позволило разработать
методы лечения метастазов в печень, легкие и другие органы и ткани. Появилась возможность
оказания помощи ранее некурабельным больным.
Ультразвук является известным направлением в медицине. Вместе с тем предложен новый
метод лечения опухолей путем внутритканевой ультразвуковой деструкции под контролем
лучевой КТ или МРТ диагностики .
Информационные технологии в настоящее время самым активным образом используются в
медицинском приборостроении и клинических методиках. Кроме приведенных примеров, следует
отметить разработки по созданию «умных» хирургических лазеров, имеющих обратную связь с
хирургом, что способствует появлению новых методик удаления опухолей. Расширяется диапазон
применения стреолитографии в диагностике, лечении и реабилитации онкологических больных,
что позволяет отнести ее к медицинским технологиям.
145
Таким образом, медицинская физика является неотемлемым компонентом и фактором
развития клинической онкологии, ее активная интеграция в клинику способна еще больше
обогатить онкологию новыми методами диагностики и лечения опухолей.
ФЛУОРЕСЦЕНТНАЯ ДИАГНОСТИКА И ФОТОДИНАМИЧЕСКАЯ
ТЕРАПИЯ. МЕТОДЫ, ЭКСПЕРИМЕНТ, КЛИНИКА.
Лощенов В.Б.
ЦЕНИ ИОФ им. А.М.Прохорова РАН
В последние годы в мире активно используются фотосенсибилизаторы для
диагностики и лечения злокачественных опухолей. На практике некоторые виды
новообразований можно диагностировать только при помощи спектроскопических
методов, применяя фотосенсибилизаторы, которые избирательно накапливаются в
злокачественных опухолях. То же относится и к лечению. Некоторые виды опухолей
эффективно можно разрушить только при помощи света и доставленного в опухоль
фотосенсибилизатора. Как для диагностики, так и для лечения отраженный свет и
флуоресценция несут информацию о количественном содержании фотосенсибилизатора,
степени оксигенации гемоглобина в микроциркуляторном русле исследуемой ткани и
кровенаполненности органа. Таким образом, имеется принципиальная возможность точно
установить размеры опухоли, глубину инвазии и контролировать процесс лечения. В
данной работе рассматриваются пути решения основных задач в этой области, а именно:
Метод измерений, результаты экспериментальных исследований и алгоритм
обработки спектров флуоресценции и рассеяния различных по толщине слоев
биологических
тканей
для
количественного
измерения
концентрации
фотосенсибилизаторов на разработанной лазерно-волоконной спектроскопической
установке с использованием фотосенси-билизаторов.
Методы моделирования, алгоритм расчета и результаты исследований по
определению степени оксигенации крови с применением спектроскопии рассеяния в
видимом диапазоне спектра для определения степени оксигенации крови в
микроциркуляторном русле поверхностных слоев кожи и в слизистой оболочке органов,
доступных для подведения оптических зондов.
Физический принцип и техническое решение регистрации флуоресцирующих
участков биологической ткани, экранированных слоем нефлуоресцирующей
биологической ткани, для визуализации подкожного распространения опухоли или
распространения метастазов.
146
ФЛИККЕР-ШУМОВАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ В МЕДИЦИНСКОЙ ДИАГНОСТИКЕ
С.Ф. Тимашев
Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова, Москва
При медицинских обследованиях состояния организма, динамики изменения его
функциональных характеристик, в том числе, в условиях внешних воздействий (принятие
лекарств, различные виды стимуляции), возникают проблемы выделения информационно
значащих данных из измеряемых сложных сигналов, содержащих хаотически
изменяющиеся компоненты. Как в этих случаях следует отделять полезную информацию
от мешающего «шума», какие расчетные процедуры могут рассматриваться как адекватно
выделяющие полезный сигнал?
В докладе представлены основы фликкер-шумовой спектроскопии (ФШС) –
общего феноменологического подхода к анализу динамики и структуры сложных
нелинейных систем с целью извлечения информации, содержащейся в хаотических
сигналах разной природы, продуцируемых этими системами. Основная идея ФШС
состоит в придании информационной значимости корреляционным связям, которые
реализуются в последовательностях различных нерегулярностей (всплески, скачки,
изломы производных различных порядков) измеряемых динамических переменных на
всех
уровнях
пространственно-временнóй
иерархии
исследуемых
систем.
Соответствующая информация извлекается при анализе спектров мощности и
переходных разностных моментов разных порядков. Для указанных зависимостей в
случае стационарной и нестационарной динамики приведены расчетные формулы, на
основании которых находятся информационные параметры, характеризующие потерю
«памяти» (корреляционных связей) для нерегулярностей разного типа, а также
определяются индикаторы (факторы) нестационарности, позволяющие выявлять моменты
времени наиболее заметных изменений состояния исследуемой системы.
Возможности ФШС продемонстрированы на двух примерах – анализе влияния
медикаментозной терапии и электромагнитной стимуляция определенного участка
головного мозга пациента с болезнью Паркинсона на динамику тремора указательного
пальца, и выявлении специфических особенностей сигналов ЭЭГ, полученных при
медицинском обследовании ряда подростков 11-14 лет с предполагаемым расстройством
шизофренического спектра. Последний пример демонстрирует возможности ФШС в
установлении состояния «нормы» и «патологии» организма для ранней диагностики
болезней, связанных с нарушением функциональных связей между участками коры
головного мозга – шизофрении, болезней Альцгеймера и Паркинсона.
147
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ЛАЗЕРНЫЕ МЕДИЦИНСКИЕ СИСТЕМЫ
ДЛЯ КАРДИОХИРУРГИИ И ОНКОЛОГИИ
В.Я.Панченко, И.И.Беришвили *, В.В.Васильцов, Г.А.Варев**,
В.Г.Полушкин***, И.В.Решетов****, Самошенков Г.С.*****, В.А.Ульянов
Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН, Троицк
*Научный центр сердечно-сосудистой хирургии им. А.Н.Бакулева, Москва
** ООО “Русский инженерный клуб“, г. Тула
***Инженерный центр новых технологий ИЯИ РАН, Троицк
**** Московский научно-исследовательский онкологический институт
им. П.А.Герцена, Россия
***** Тульская областная больница, Россия
Современная тенденция развития лазерной медицины - создание и применение для
хирургических вмешательств интеллектуальных лазерных медицинских систем (smart
laser medical systems). Такие установки включают компъютеризированные системы
управления, средства оперативной диагностики
и управления процессом лазерного
воздействия на биоткань, запись и анализ лазерного хирургического вмешательства в
реальном масштабе времени.
В работе представлены результаты исследований и создания интеллектуальных
кардиохирургических установок на основе мощных импульсных СО2 - и Er:YAG лазеров
для лечения ишемической болезни сердца методом лазерной реваскуляризации миокарда.
Разработаны методики комплексной диагностики для определения степени
жизнеспособности миокарда; исследованы механизмы и динамика положительного
эффекта трансмиокардиальной лазерной реваскуляризации (ТМЛР). Изучены
непосредственные и отдаленные результаты более 500 операций ТМЛР с использованием
установки серии “Перфокор” на основе мощного импульсного СО2 лазера.
Создана интеллектуальная лазерная хирургическая установка на базе волноводного
СО2 лазера с ВЧ накачкой активной среды, включающая систему диагностики лазерного
испарения биотканей в реальном масштабе времени. В основе системы диагностики лежит
метод автодинного детектирования обратно рассеянного из зоны абляции излучения.
Функциональные возможности диагностической системы: детектирование автодинного
сигнала и выделение информационной компоненты; диагностика процесса лазерного
испарения определенного типа ткани; выдача управляющих воздействий на систему
управления лазера, звуковая
индикация при изменении
типа испаряемой ткани;
протоколирование лазерной операции в реальном масштабе времени. Представлены
результаты клинической апробации такой установки применительно к задачам
дерматологии, онкологии и нейрохирургии.
148
ОПТИЧЕСКИЙ БИОСЕНСОР
НА ОСНОВЕ ПОРТАТИВНОГО ДИХРОМЕТРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
БИОЧИПОВ НА ЖИДКИХ КРИСТАЛЛАХ ДНК
Гусев В.М1., Кольяков С.Ф1., Компанец О.Н. 1, Павлов М.А1.,
Евдокимов Ю.М.2, Скуридин С.Г. 2
1
Институт спектроскопии РАН (ИСАН)
2
Институт молекулярной биологии им.В.А.Энгельгардта РАН (ИМБ РАН)
A laboratory model of an optical biosensor on the base of a new type portable dichrometer with
light beam vertical transportation and of new type gel and film dsDNA biosensing elements has
been developed for BAS and drug detection in medicine, pharmacology and foodstuffs control.
В ИМБ РАН на основе двухцепочечных молекул ДНК созданы
жидкокристаллические молекулярные конструкции (ЖК МК) микроскопического размера
(~ 0,5 мкм), в которых образующие МК молекулы ДНК “сшиты” наномостиками,
разрушение которых под действием биологически активных соединений (БАС) и
лекарственных веществ (ЛВ) разной химической природы сопровождается исчезновением
характерного для ЖК МК аномального оптического сигнала кругового дихроизма (КД).
Новый тип биочувствительного материала в виде содержащих МК гелей или пленок
может быть использован для детекции в биопробах наличия и концентрации БАС и ЛВ,
“мишенью” которых являются структурные элементы наномостиков.
Особенности созданных молекулярных биочипов потребовали разработки новой
версии портативного спектрометра КД (дихрометра). Результатом разработки стала
оригинальная схема вертикального формирования светового потока и освещения
пленочного образца, удовлетворяющая противоречивым требованиям (рассеяние
биоматериала, низкие концентрации детектируемых соединений, малая длина
взаимодействия света с образцом и др.) и позволяющая в то же время существенно
уменьшить число оптических элементов и габариты дихрометра. С учетом оптической
схемы разработана общая компоновка прибора, изготовлены его узлы, осуществлены
запуск макета и первые эксперименты на образцах с оптической активностью.
При использовании биодатчика в виде геля или полимерной пленки он размещается
на перемещаемой горизонтальной платформе, размер освещаемой области образца от
0,6х3 до 0,6х0,6 мм. Фотодетектором прошедшего через образец модулированного
циркулярно поляризованного света служит ФЭУ, у которого обратная связь по
электрической цепи реализована так, что при любом изменении интенсивности светового
потока постоянная составляющая электрического напряжения на выходе ФЭУ остается
неизменной, при этом переменная составляющая пропорциональна величине оптического
сигнала КД определяемого вещества, провзаимодействующего с биодатчиком.
Макет дихрометра имеет спектральный диапазон от 230 до 750 нм, спектральное
разрешение ~4 нм, чувствительность регистрации КД 4∙10-6 /А, габаритные размеры
48х16х38 см, массу 14 кг и потребление энергии не более 300 Вт.
Действующий макет дихрометра используется для исследования оптических свойств
гелей и пленок с биочипами нового типа, а также аналитических возможностей
оптического биосенсора на основе портативного дихрометра с биочипами нового типа по
определению биологически активных соединений и лекарственных веществ. Созданный
лабораторный макет оптического биосенсора на основе портативного дихрометра с
вертикальной транспортировкой светового луча с использованием гелевых и пленочных
биодатчиков нового типа может стать прототипом современной тест-системы для
проведения массовых определений БАС и ЛВ в задачах медицины, фармакологии,
контроля пищевой продукции.
Разработка поддержана грантом РФФИ № 04-02-08227.
149
ИННОВАЦИОННЫЕ РАЗРАБОТКИ В ОБЛАСТИ БИОЦИДНЫХ СРЕДСТВ
Иванова Е.Б., Иванов А.М., Ковалев С.В.
Научно-производственное объединение «ВЕЛТ»
Одна из главных составляющих национальной безопасности страны является
биологическая безопасность населения РФ. Это обусловлено как возможностью
реализации различных рисков возникновения биокатастроф, так и целым рядом
негативных для страны социальных, экономических и санитарно-эпидемиологических
факторов. Организация медико-биологической защиты на современном уровне в целом и
обоснование путей ее совершенствования по линии дезинфекционного дела как его части,
является актуальной проблемой.
Примером современных отечественных достижений в области дезинфекционных
средств, соответствующих всем приоритетным требованиям комплексной оценки,
служит разработка, организация серийного промышленного производства и внедрение в
практическое применение биоцидных препаратов нового поколения серии «ВЕЛТ».
Препараты относятся к группе клатратов нового композиционного состава.
Препараты серии «ВЕЛТ» отличаются
широким спектром антимикробной
активности, экологической безопасностью, практической безвредностью для людей и
материалов обрабатываемых объектов, универсальными потребительскими свойствами,
приемлемыми экономическими показателями. Для удовлетворения различных запросов
потребителей
разработана
линия
дезинфицирующих средств в виде жидких
концентратов, гранул, таблеток, воздушно-механических пен, кожных антисептиков,
дезинфицирующих и реппелентно-антисептических салфеток, спреев с инсектицидным и
дезинфицирующим действием.
Все препараты запатентованы (более 30 патентов), их производство
крупномасштабное, сертифицировано международным стандартом ISO 9001-2001 и
основано исключительно на отечественных компонентах (от производства действующей
субстанции до готовых к применению препаративных форм). Препараты признаны на
отечественном и международном уровнях, награждены многочисленными дипломами и
медалями. Препараты зарегистрированы установленным порядком и разрешены к
применению, имеется надлежащим образом оформленная
нормативно-техническая
документация.
Свойства разработанных дезинфицирующих средств серии «ВЕЛТ» были
всесторонне и глубоко изучены в ведущих НИИ страны. Результаты проведенных
исследований подтвердили уникальность и универсальность средств «ВЕЛТ». Режимы
и способы применения препаратов (концентрации, температура растворов, экспозиция)
вписываются в принятую технологию дезинфекционных мероприятий, используются все
способы дезинфекции: протирание, орошение, погружение в раствор, создание аэрозолей
и пен. Для применения препаратов используется традиционная медицинская техника
Препаратам серии «ВЕЛТ» присущ спектр различных свойств, выгодно отличающих
их от традиционных. Препараты применяются при решении практически всего комплекса
задач по дезинфекции при неспецифической профилактике инфекционных заболеваний в
различных сферах деятельности: в практическом здравоохранении, в биотехнологии, на
транспорте, при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций, в ветеринарии (в том
числе для профилактики гриппа А птиц), в коммунально-бытовой сфере, в быту.
Инновационные разработки в данной области расширяют представления о средствах
неспецифической профилактики инфекционных заболеваний. Полученные биоциды
нового поколения серии «ВЕЛТ» позволяют планировать и реализовывать на новом и
современном уровне комплекс соответствующих задач
в области
обеспечения
биологической безопасности РФ.
150
ИНТЕРСТИЦИАЛЬНАЯ ЛАЗЕРНАЯ КОАГУЛЯЦИЯ КАК МЕТОД ЛЕЧЕНИЯ
ЛОКАЛИЗОВАННЫХ ОПУХОЛЕЙ ПОЧКИ И ПРЕДСТАТЕЛЬНОЙ ЖЕЛЕЗЫ:
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ IN VIVO
Д.Г.Кочиев1), В.А. Голубева2), А.В. Иванов2), С.В. Зонтов2), О.К. Кожин 3)
А.В. Лукин3), Д.Л. Ротин2), О.В. Теодорович3)
Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва; E-mail: david@kapella.gpi.ru
ГУ Российский Онкологический Научный Центр им. Н.Н. Блохина РАМН, Москва
3)
Кафедра эндоскопической урологии РМАПО, Москва
1)
2)
Целью работы являлось экспериментальное обоснование применения
интерстициальной лазерной коагуляции при лечении локализованных опухолей почки и
предстательной железы.
Проведено изучение действия высокоинтенсивного импульсно-периодического
лазерного излучения на ткани почки и предстательной железы собак in vivo.
Использовались беспородные кобели весом от 10 до 20 кг. Лазерная коагуляция
осуществлялась излучением скальпеля-коагулятора лазерного хирургического комплекса
«Лазурит». Выбор режима воздействия осуществлялся в серии из четырех собак на основе
анализа изменений в тканях через трое суток после воздействия. Средняя мощность
лазерного излучения с длиной волны 1,06 мкм на выходе волоконного катетера с
диаметром кварцевой жилы 600 мкм составляла 20 Вт. Воздействие проводилось в режиме
свободной генерации с частотой повторения импульсов - 100 Гц, общее количество
импульсов лазерного излучения в одном подходе составляло 1000, доза воздействия 200 Дж.
Выбранный для тканей почки и предстательной железы режим воздействия:
проверялся на повторной серии из четырех экспериментальных животных. Получена
динамика репаративных и адаптивных процессов в тканях при морфологическом
исследовании препаратов сразу после воздействия, а также на 3, 7, 14 и 35 сутки.
Изучалась динамика процессов в тканях при морфологическом исследовании
препаратов сразу после воздействия, на 3, 7, 14 и 35 сутки. Выявлено, что в зоне
поражения развиваются необратимые деструктивные изменения, выражающиеся в
развитии тотального коагуляционного некроза тканевых структур, достигающие
максимального размера на 7-е сутки. В тканях почки они имеют овальную форму
размерами до 17 мм в длину, вдоль канала ввода волокна, и до 9 мм в диаметре
поперечного сечения. Разрастание грануляционной ткани продолжает усиливаться на 7 и
14 сутки, что свидетельствует о тенденции к заживлению лазерной раны путем
рубцевания. В ткани предстательной железы развивается прямой коагуляционный некроз
на месте которого на 3 сутки происходит размягчение и разжижжение некротических масс
(вторичная колликвация). На 7 сутки развивается воспалительная реакция, на фоне
которой происходит пролиферация фибробластов, образование сосудов, регенерация
железистой ткани. На 14 сутки формируется полость диаметром до 10 мм, заполненная
детритом, лейкоцитами и макрофагами, стенка полости состоит из некротической массы и
имеет ширину около 2 мм.
Выбранный режим воздействия и результаты морфологического анализа
изменений в тканях могут быть использованы в качестве первоначальной основы для
разработки методики интерстициальной лазерной коагуляции локализованных
новообразований почки и предстательной железы.
151
ВЛИЯНИЕ АМФИФИЛЬНЫХ ПОЛИМЕРОВ НА ЦИТОТОКСИЧЕСКУЮ
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФОТОСЕНСИБИЛИЗАТОРОВ В СЕАНСАХ
ФОТОДИНАМИЧЕСКОЙ ТЕРАПИИ
*А.Б.Соловьёва, *Н.Н.Глаголев, **Ю.И.Кирюхин, **Д.К.Поляков, ***A.В.Иванов,
*****А.Г.Коноплянников, ***Е.Ю.Филинова,****Н.С.Мелик-Нубаров
*ИХФ им. Н.Н. Семенова РАН, **НИФХИ им. Л.Я. Карпова,
***ГУ РОНЦ им. Н.Н. Блохина РАМН, ****МГУ им. М.В. Ломоносова г. Москва
*****Медицинский радиологический центр РАМН, Обнинск
Основной проблемой фотодинамической терапии остается локализация эффекта в
пораженных тканях и органах. При внутривенном способе введения большинства
фотосенсибилизаторов (ФС) при проведении сеансов фотодинамической терапии (ФДТ)
новоообразований, накопление достаточной концентрации препарата в очаге поражения
обычно сопровождается его высоким содержанием во всем организме, что является
причиной длительного токсического эффекта и опасности экспозиции больного на свету.
Поэтому проблема снижения доз препаратов в ФДТ является актуальной и важной
задачей.
В данной работе показано, что использование фотосенсибилизаторов (фотодитазин
и димегин) в комплексах с некоторыми амфифильными полимерами увеличивает
фотоцитостатическую активность препаратов в 15-20 раз по сравнению со свободной
формой ФС. Тестирование фототоксического эффекта проводили на двух линиях
опухолевых клеток, обладающих различной пролиферативной активностью и
лекарственной чувствительностью: аденокарцинома молочной железы человека HBL-100
(ЛАК-фаза 22-24 часа) и карцинома яичника человека Skov-3 (ЛАК-фаза 26-30 часов).
Механизм
активации
фотоцитотоксичности
фотодинамических
агентов
амфифильными полимерами пока остается неясным, однако проведенные эксперименты
показали, что роль амфифильных полимеров не сводится к облегчению транспорта через
липидные мембраны ФС, активирующих при фотовозбуждении молекулярный кислород
до синглетного состояния. Возможно, сорбция амфифильных полимеров на
межклеточных границах приводит к блокировке биохимических процессов окислениявосстановления, способствуя гибели клеток при «запуске» процессов окисления
клеточных фрагментов синглетным кислородом, генерируемым при фотовозбуждении
ФС.
Работа выполнена при поддержке МНТЦ (Проект 2280).
АЛЬФА-ИММУНОТЕРАПИЯ И «МОЛЕКУЛЯРНЫЙ КОНСТРУКТОР»
ДЛЯ СОЗДАНИЯ РЕАГЕНТОВ НАЦЕЛЕННОГО ДЕЙСТВИЯ
С.М. Деев
Институт биоорганической химии им. М.М.Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН,
e-mail: deyev@ibch.ru
Развитие молекулярной медицины диктует необходимость создания препаратов для
нацеленного воздействия на клетки-мишени. Это в полной мере относится к
противоопухолевой терапии. Разрабатываемые соединения должны не только
обеспечивать высокоточное распознавание патогенных тканей, но и обладать
совокупностью заранее заданных характеристик: оптимальным временем циркуляции в
организме, низким накоплением в здоровых органах, стабильностью в крови. Для этого
путем рационального дизайна в соответствии с запрограммированными свойствами
следует конструировать соединения с нужной молекулярной массой, зарядом,
гидрофильностью, сродством к рецепторам клеток-мишеней. В дополнение к сказанному
152
надо учесть, что анализ исследований по противораковой терапии с помощью
цитотоксических агентов приводит к выводу, что наиболее эффективными являются
способы комбинированной терапии, когда используются агенты различной природы,
например,
радиоизотопы и химические препараты или радиоизотопы и белки,
обладающие цитотоксическим действием на раковые клетки. Следовательно, желательно
обеспечить возможность одновременной доставки с помощью одних и тех же адресующих
молекул различных терапевтических агентов.
Разрабатывается новый подход к диагностике и лечению опухолевых заболеваний,
базирующийся на использовании модуля рибонуклеазы барназы из Bacillus
amyloliquefaciens и ее природного ингибитора белка барстара, имеющих исключитеьно
высокое сродство друг к другу (KD=10-14 M), что позволяет получать на его основе
сложные белковые комплексы, обладающие одновременно несколькими функциями. Идея
состоит в том, что один компонент запрограммированного соединения присоединяется к
барназе, а другой – к барстару. Они могут быть независимо наработаны в
биотехнологических продуцентах, затем, если необходимо, модифицированы (например,
присоединением радиоизотопа), после чего путем их ассоциации получается стабильный
надмолекулярный комплекс, обладающий совокупностью требуемых свойств. Такие
соединения, с одной стороны, могут быть использованы для диагностики, а с другой - для
терапии злокачественных новообразований путем доставки либо визуализирующих, либо
действующих агентов к раковым клеткам.
HER2/neu – раковоассоциированный антиген клеточной поверхности, который
гиперэкспрессирован во многих человеческих карциномах, таких как рак молочной
железы, легких, желудка, яичников, простаты. Гомогенное распределение в опухолевой
массе и низкий уровень экспрессии в нормальной ткани позволяют рассматривать
HER2/neu как оптимальную мишень для иммунодиагностики и иммунотерапии
злокачественных новообразований.
На основе предложенного принципа были сконструированы генно-инженерные
мини-антитела, имеющие один, два или три участка (валентности), узнающие онкомаркер
HER2/neu. На модельных животных с опухолями рака груди и яичника человека показана
высокая избирательность накопления полученных противораковых рекомбинатных
антител: соотношение накопления мультивалентных мини-антител, несущих радиоизотоп
технеций-99m, в опухоли и в крови составило 27:1 (для природных антител ~ 2,5 : 1) [ 1 ].
При этом выяснилось, что присоединение барназы к фрагментам мини-антитела не только
не ухудшает их иммунохимические свойства, но и повышает их стабильность [ 2 ].
Сконструирован рекомбинантный белок, состоящий из одноцепочечного антиHER2/neu мини-антитела и двух молекул рибонуклеазы барназы. Установлено, что этот
иммуноконъюгат оказывает избирательное токсическое действие на раковые клетки,
гиперэкспрессирующие HER2/neu, - у модельных животных с опухолью рака молочной
железы наблюдалось 75%-ное торможение роста опухолей.
Для визуализации онкомаркеров сконструирован флуоресцирующий белок ЕGFPбарстар, который сам по себе не проявляет неспецифического связывания с клетками, но в
сочетании с белком анти-HER2/neu-мини-антитело–барназа надежно детектирует раковый
маркер на поверхности опухолевых клеток. Белок ЕGFP-барстар является универсальным
визуализирующим агентом для любого рекомбинантного белка, в состав которого входит
барназа. Таким образом, меняя специфичность антитела, слитого с барназой, можно
менять специфичность визуализирующей системы.
В настоящее время на основе «молекулярного конструктора» создаются
надмолекулярные комплексы для доставки к опухолям коллоидного золота, красного
флуоресцентного белка mRFP, экзотоксина А, альфа-излучателей.
Работа поддержана РФФИ (№ 05-04-48542а, 06-04-49686-а), SNSF (# IB73AO110842/1) и программой РАН «Фундаментальные науки – медицине».
153
1. Deyev S.М., Waibel R., Lebedenko E.N., Schubiger A.P., Plückthun A. Design of multivalent
complexes using the barnasebarstar module. Nature Biotechnology, v. 21, No 12, p. 1486-1492
(2003).
2. Martsev S.P., Tsybovsky Y.I., Stremovsky O.A., Odincov S.G., Balandin T.G., Arosio P.,
Kravchuk Z.I., Deyev S.M. Fusion of the antiferritin antibody VL domain to barnase results in
enhanced solubility and altered pH-stability. Protein Engineering Design and Selection, v. 17, p.
85-93 (2004).
Тезисы отсутствуют
Соколов Виктор Викторович
Московский научно-исследовательский онкологический институт им. П.А.Герцена
Устный доклад: ФДТ рака (название уточняется)
Каплан Михаил Александрович (Обнинск) - 30 мин.
<kaplan@mrrc.obninsk.ru>
NANOHYBRIDS FOR ANGIOGENESIS TARGETED POLONIUM-210 ALPHARADIOTHERAPY OF CANCER
Bruce R. Line1, Amitava Mitra2, Anjan Nan2, Sergey Baklanov3, Nikolay Marchenkov4, Hamid
Ghandehari2.
1
Division of Nuclear Medicine, Department of Radiology, University of Maryland School of
Medicine, Baltimore, MD, USA;
2
Pharmaceutical Sciences, University of Maryland School of Pharmacy, Baltimore, MD, USA;
3
American Russian Cancer Alliance, Philadelphia, PA, USA;
4
Russian Research Center “Kurchatov Institute”, Moscow, Russian Federation.
ABSTRACT:
New methods of delivering radiotherapy to sites of occult or disseminated cancer are needed to
control the disease and address the failure of conventional therapy. Because tumor cells rely on
angiogenesis for survival, we assessed the effectiveness of α-emitter radiotherapy delivered by
polymer-peptide conjugates that target tumor neovasculature. This molecularly targeted radiation
is intended to damage both the endothelial bed and surrounding neoplastic cells. Methods: N-(2hydroxypropyl) methacrylamide (HPMA), a biocompatible and water-soluble copolymer, was
derivatized to incorporate side-chains for 99mTc and 210Po chelation and was further conjugated
to a V3 integrin targeting peptide (RGD4C). The HPMA copolymer-RGD4C conjugate was
characterized by its side-chain content and its biodistribution and anti-tumor effectiveness in a
SCID mouse xenograft model of human prostate carcinoma. Results: The conjugate contained
about sixteen RGD4C moieties per polymer backbone. Tumor accumulation significantly
increased (p < 0.01) over time from 1.05 ± 0.03% injected dose (%ID)/g tissue at 1 h to 4.32 ±
0.32% at 72 h. The activity in major normal tissues significantly decreased (p < 0.05) during that
period. At 21 days, the control tumors increased 442% in volume from baseline. In contrast,
there was a clear reduction of tumor size during the first week after therapy with low and
intermediate doses of 210Po radiolabeled HPMA conjugate. Sustained depression of tumor
growth was noted for higher levels of therapy, but systemic toxicity may limit the dose
administered. Conclusion: This copolymer-peptide conjugate targets tumor angiogenic vessels
and delivers sufficient radiotherapy to arrest tumor growth.
154