Исследование газовыделений у больных с острыми вирусными гепатитами методом оптико-акустической лазерной спектроскопии
На правах рукописи
ГОМБОЕВА Саяна Сергеевна ИССЛЕДОВАНИЕ ГАЗОВЫДЕЛЕНИЙ У БОЛЬНЫХ С ОСТРЫМИ ВИРУСНЫМИ ГЕПАТИТАМИ МЕТОДОМ ОПТИКО-АКУСТИЧЕСКОЙ ЛАЗЕРНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ 03.01.02 биофизика 14.01.09 инфекционные болезни
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук
Саратов – 2013
Работа выполнена в ФГБУН «Институт оптики атмосферы им. В.Е Зуева» Сибирского отделения РАН (г. Томск).
доктор физико-математических наук, Научные руководители:
профессор Кистенев Юрий Владимирович доктор медицинских наук, профессор Чуйкова Кира Игоревна
Официальные оппоненты: Петров Владимир Владимирович, доктор физико-математических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный университет имени Н.Г.Чернышевского», кафедра приклад ной физики, профессор Хохлова Наталья Игоревна, кандидат медицинских наук, доцент, ГБОУ ВПО «Новосибирский государ ственный медицинский университет», кафедра инфекционных болезней, доцент Ведущая организация ФГАОУ ВПО «Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта»
Защита состоится 28 июня 2013 г. в 15 часов 30 минут на заседании диссер тационного совета Д212.243.05 на базе ФГБОУ ВПО «Саратовский государ ственный университет имени Н.Г. Чернышевского » по адресу 410012, Сара тов, ул. Астраханская, 83, корп. 3, ауд. 34.
С диссертацией можно ознакомиться Зональной научной библиотеке имени В.А. Артисевич Саратовского государственного университета имени Н.Г.
Чернышевского».
Автореферат разослан 21.05.
Ученый секретарь диссертационного совета, д.ф.-м.н., профессор В.Л. Дербов ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ Актуальность исследования В настоящее время проблема диагностики и лечения вирусных ге патитов является чрезвычайно актуальной ввиду роста инфицированно сти населения вирусами гепатитов, частой хронизации процесса при ге патитах В и С и возникновения отдаленных последствий в виде онколо гических заболеваний, ранней инвалидизации населения, а также доро говизны лечения хронических форм [Михайлов, 2003;
Шаханина, Раду то, 2009;
Соринсон, 1998;
Майер, 1999;
Вирусные гепатиты …, 2012].
Анализ официальных статистических материалов позволяет указать на эпидемиологическую значимость вирусных гепатитов в структуре ин фекционной патологии [Инфекционные болезни …, 2009;
Шаханина, Радуто, 2009;
Статистические данные о гепатитах, 2009;
Якимов, 2010;
Онищенко, 2009;
Вирусные гепатиты …, 2012]. При этом приоритет стандартизации оказания медицинской помощи отдан хроническим ви русным гепатитам, отраженный в приказах Минздравсоцразвития РФ от 23.11.2004 N 260 "Об утверждении стандарта медицинской помощи больным хроническим гепатитом B, хроническим гепатитом C";
N от 13.10.2005 "Об утверждении стандарта медицинской помощи боль ным с хроническим активным гепатитом в сочетании с хроническим гепатитом С";
N 571 от 21.07.2006 "Об утверждении стандарта медицин ской помощи больным хроническим вирусным гепатитом", что указыва ет на высокую значимость хронических вирусных гепатитов, являю щихся в большинстве случаев продолжением развития острого процесса при неправильной тактике ведения пациента, в том числе при несвое временной диагностике. Преобладание иннапаратных, стертых и без желтушных форм острых гепатитов, а также инвазивность методов ла бораторного подтверждения диагноза у потенциально контагиозных пациентов определяют необходимость разработки новых методов ран ней диагностики вирусных гепатитов.
Проведенные ранее работы доказали возможность диагностики за болеваний различных органов и систем с помощью анализа газовыделе ний [Chen, 1970;
Хышиктуев, 1999;
Phillips, 2003;
Kharitonov, 2004;
Сте панов, 2005;
Identification of ammonia …, 2005]. В гепатологии теорети ческими предпосылками этого направления послужили данные о нали чии специфических газообразных веществ при заболеваниях печени (цирроз печени различной степени тяжести и этиологии, хронический активный гепатит, жировая дистрофия, алкогольную болезнь печени, лекарственный гепатит, пересадка печени): аммиак, алканы (бутан, пен тан и др.), серосодержащие вещества (меркаптаны, диметилсульфид и др.) и прочие [Chen, Zieve, Mahadevan, 1970;
Hiroshi, Masaya, Nariyoshi, 1978;
Патологическая физиология …, 1994;
Pat. 7247137 …, 2007;
Pat.
7261692 …, 2007;
Степанов, 2005;
Identification of ammonia …, 2005;
Awano, Ansai, Takata, 2008;
GC–MS analysis …, 2008]. При этом основ ная часть исследований отводится хроническим заболеваниям печени, анализу отдельных высококонцентрированных компонентов в выдыха емом воздухе. При этом большинство летучих молекул – маркеров не являются специфичными, и анализ профиля маркеров существенно ин формативнее. Выбор изучаемого диапазона 9-11 мкм обоснован, тем, что фундаментальные колебательно-вращательные переходы молекул маркеров, описанных выше, находятся в этой области.
Все вышеизложенное послужило поводом для изучения обобщен ной оценки многокомпонентных газообразных биопроб в области 9- мкм у пациентов с ОВГ с последующим обоснованием возможности внедрения данного метода исследования как одного из диагностически ценных неинвазивных инструментов.
В соответствии с актуальностью работы была определена цель ра боты – изучить специфичность газовыделений (выдыхаемый воздух, ис парения с поверхности кожи, испарения соскоба с языка и испарения мочи) у больных с ОВГ А, В, С методом оптико-акустической лазерной спектроскопии.
На основании поставленной цели последовательно решались следу ющие задачи:
1. Провести анализ спектров поглощения газовыделений в области 9 11 мкм (выдыхаемый воздух, испарения с поверхности кожи, испарения соскоба с языка, испарения мочи) методом оптико-акустической лазер ной спектроскопии у больных ОВГ А, В и С в желтушный период и у здоровых респондентов.
2. Выявить взаимосвязь спектров поглощения газовыделений в обла сти 9-11мкм с клинико-биохимическими показателями у больных ОВГ.
3. Оценить диагностическую информативность спектров поглощения газовыделений у больных ОВГ в области 9-11 мкм.
4. Разработать методику для дополнительной диагностики ОВГ по данным спектрального анализа.
Научная новизна Показана идентичность спектров поглощения газовыделений (выды хаемый воздух, испарения соскоба с языка, испарения мочи) в области 9 11 мкм у больных с ОВГ средней степени тяжести в желтушный период вне зависимости от этиологии гепатита и их отличие от спектров погло щения газовыделений у здоровых добровольцев. Спектры поглощения испарений с кожных покровов живота, груди и спины у пациентов с ОВГ в области 9-11 мкм различаются в зависимости от выявления маркеров вирусных гепатитов (анти HAV IgM, HBsAg и суммарные анти HCV).
Установлена взаимосвязь спектров поглощения газовыделений у па циентов с ОВГ в области 9-11 мкм с клиническими синдромами (син дром желтухи и интоксикации), а также с биохимическими показателями крови (билирубин, АЛТ, АСТ, общий белок, ПТИ).
Получены высоковалидные математические модели, позволяющие диагностировать ОВГ в период желтухи, на основе коэффициентов по глощения выдыхаемого воздуха (диагностическая эффективность – 85%), испарений с кожных покровов груди (диагностическая эффектив ность – 86,25%), испарений с кожных покровов живота (диагностиче ская эффективность – 85%), испарений с кожных покровов спины (диа гностическая эффективность – 87,5%) в области 9-11 мкм.
Научно-практическая значимость работы На основании результатов анализа вероятности распределения ре спондентов на здоровых добровольцев и пациентов с ОВГ по коэффици ентам поглощения газовыделений (выдыхаемого воздуха, испарений с поверхности кожи, испарений соскоба с языка и испарений мочи) на раз ных длинах волн в области 9-11 мкм, предложены математические моде ли, позволяющие оперативно неинвазивным методом диагностировать ОВГ в период желтухи по данным спектрального анализа газовых проб в области 9-11 мкм.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Спектры поглощения газовыделений (выдыхаемого воздуха, кож ных покровов груди, спины и живота, испарений с налета языка и испа рений мочи) в области 9-11 мкм у пациентов с ОВГ и у условно здоро вых респондентов достоверно различаются.
2. Установлена идентичность спектров поглощения газовыделений (выдыхаемый воздух, испарения соскоба с языка, испарения мочи) в об ласти 9-11 мкм у пациентов с ОВГ, инфицированных вирусами гепати тов: А, В, С, что позволяет судить об однотипности метаболических нарушений у данных пациентов, сопровождающихся выделением легких молекул – маркеров, в частности, связанных с оксидативным стрессом, нарушением кислотно-основного равновесия и образованием серосодер жащих веществ. Спектры поглощения испарений с кожных покровов живота, груди и спины в области 9-11 мкм у пациентов с ОВГ различа ются в зависимости от выявления маркеров вирусных гепатитов (анти HAV IgM, HBsAg и суммарные анти-HCV).
3. Установлены взаимосвязи между степенью интоксикации, выра женностью желтухи и спектрами поглощения испарений мочи в области 9-11 мкм. Спектры поглощения газовыделений (выдыхаемого воздуха, кожных покровов и испарений с налета языка) в области 9-11 мкм у па циентов с ОВГ не зависят от пола, возраста, интенсивности желтухи и интоксикации, клинических симптомов заболевания (гепатомегалия, спленомегалия) и результатов УЗИ печени.
4. Выявлена взаимосвязь основных биохимических показателей у больных ОВГ со спектрами поглощения газовыделений в области 9- мкм: положительная корреляция – уровня общего билирубина со спек трами поглощения выдыхаемого воздуха, испарений с кожи живота и испарений мочи, а также уровня активности АЛТ и спектров поглощения испарений с кожи спины и испарений мочи и активности АСТ и спектров поглощения испарений мочи;
отрицательная корреляция – количества общего белка и спектров поглощения выдыхаемого воздуха, испарений с кожи спины, живота, груди и испарений мочи, а также уровня ПТИ и спектров поглощения испарений с кожи живота.
5. Получены высоковалидные математические модели, позволяющие диагностировать ОВГ в период желтухи, на основе коэффициентов поглощения выдыхаемого воздуха (диагностическая эффективность – 85%), испарений с кожных покровов груди (диагностическая эффективность – 86,25%), испарений с кожных покровов живота (диагностическая эффективность – 85%), испарений с кожных покровов спины (диагностическая эффективность – 87,5%) в области 9-11 мкм.
Апробация и публикации. Основные материалы диссертации до ложены и обсуждены на 64-й Всероссийской научно-практической кон ференции молодых ученых и студентов с международным участием «Актуальные вопросы современной медицинской науки и здравоохране ния» (г. Екатеринбург, 2009), XV Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (г. Томск, 2009г.), VIII Российско-германской научно практической конференции «Инновации в медицине. Социально значи мые инфекции» (г. Новосибирск, 2009г.), 15-ой Российской конференции «Гепатология сегодня» (г. Москва, 2010г.), школе-конференции «Лазеры и лазерные технологии» (г. Томск, 2010г.), IV Всероссийской научно практической конференции с международным участием «Биомедицин ская инженерия и биотехнология» (г. Курск, 2011г.), XVII Международ ном симпозиуме «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы» (г.
Томск, 2011г.), Межрегиональной научно-практической конференции, посвященной 85-летию Новокузнецкого государственного института усовершенствования врачей «Актуальные вопросы инфекционной пато логии у взрослых и детей» (г. Новокузнецк, 2011г.), конференции «Ин фекционные болезни» (г. Томск, 2011г.), Юбилейной научно практической конференции, посвященной 115-летию первой в России кафедры инфекционных болезней военно-медицинской академии им.
С.М. Кирова «Инфекционные болезни: проблемы, достижения и пер спективы» (г. Санкт-Петербург, 2011г.), Межрегиональной научно практической конференции «Актуальные вопросы бактериологии» (г.
Томск, 2011г.), IV Ежегодном всероссийском конгрессе по инфекцион ным болезням (г. Москва, 2012г.), XVIII Международном симпозиуме "Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы" (г. Иркутск, 2012г.), Всероссийской конференции «Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине» (г. Саратов, 2012г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, из них 2 в рецензируемых изданиях, входящих в перечень, рекомендованных ВАК при защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук по тематике работы.
Достоверность результатов и выводов диссертации подтверждается большим объемом проанализированного материала исследования и ис пользованием методов анализа в среде Statistica 6.0, SPSS 11.5, VidaEx pert, ICSM, ICSM_IND.
Личный вклад соискателя. Результаты, составившие основу дис сертации, получены лично автором. Им подготовлен аналитический об зор зарубежных и отечественных источников литературы, осуществлен отбор методов исследования и статистической обработки полученных материалов, подобраны группы обследуемых, статистически обработан и интерпретирован полученный материал, сформулированы выводы. В совместных публикациях вклад автора составил 25-33,3%.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 120 страни цах печатного текста, состоит из введения, обзора литературы, характе ристики материалов и методов исследования, результатов собственных исследований и их обсуждения, выводов. Работа иллюстрирована 9 ри сунками, 15 таблицами. Библиографический указатель включает 117 ис точников, из которых 46 – публикации иностранных авторов.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Материалы и методы исследования Работа с исследуемыми пациентами с ОВГ проводилась на базе ин фекционного отделения МКЛПМУ «Городская больница №3» г. Томска.
Набор материала осуществлялся с 2009 по 2012 гг. Объект исследования – газовыделения у больных ОВГ А, B, С в период желтухи.
В ходе исследования было обследовано 80 человек, мужчины и женщины в возрасте 18-45 лет (средний возраст составлял 26,71±5, лет). Для представителей контрольной группы в количестве 30 человек (20 женщин и 10 мужчин в возрасте от 21-45 лет) основополагающим критерием было отсутствие в крови анти-HAV IgM, HBs-Ag или анти HBs, анти-HBcor-IgM, HBe-Ag, анти-HBe-Ag, анти-HCV, анти-HCV-IgM при соматическом благополучии испытуемого. Основную группу соста вили 50 пациентов (26 женщин и 24 мужчины в возрасте от 18-41 лет) с диагнозом – ОВГ (А, В, С) средней степени тяжести в период разгара заболевания (2 неделя желтушного периода), из них 22 человека имели клинический диагноз ОВГ А, 16 – ОВГ В и 12 – ОВГ С.
Диагноз ОВГ устанавливался на основании стандартных клинико лабораторных критериев. Лабораторные и инструментальные методы исследования больных ОВГ включали в себя: общий анализ крови;
био химический анализ крови (содержание общего и прямого билирубина, общего белка, активность АЛТ, АСТ, щелочной фосфатазы, уровень ти моловой пробы и др.);
общий анализ мочи;
УЗИ печени, желчного пузы ря, поджелудочной железы, селезенки;
анализ крови на маркеры вирус ных гепатитов методом ИФА (анти-HAV IgM, HBs-Ag или анти-HBs, анти-HBcor-IgM, HBe-Ag, анти-HBe-Ag, анти-HCV, анти-HCV-IgM, ан ти-HDV IgM, анти-HEV IgM), для исключения паразитарной инвазии (описторхоз и др.) проводилось били- и копроовоскопическое исследо вание. Оценка интоксикационного синдрома проводилась по специально разработанной шкале в баллах, где количество симптомов интоксикации соответствовало числу баллов. Для оценки интенсивности желтухи при ОВГ была разработана шкала по уровню общего билирубина в крови.
У всех участников исследования был проведен забор следующих проб по модифицированной методике: выдыхаемый воздух, испарения с поверхности кожи в области грудины, межлопаточной области, передней поверхности живота, испарения соскоба с языка и испарения мочи.
Для анализа газовых проб использовался внутрирезонаторный ла зерный оптико-акустический сенсор ILPA-1 (производство ЗАО "ЭльСи Эс Фасилити Менеджмент", г. Новосибирск) на основе СО2 лазера с диа пазоном перестройки 9,2 – 10,8 мкм. Принцип действия сенсора основан на использовании оптико-акустического эффекта, который заключается в возникновении акустических колебаний в газовой смеси вследствие пре образования части резонансно поглощенной смесью энергии повторяю щихся импульсов лазерного излучения в тепловую. Регистрация акусти ческих колебаний осуществляется микрофоном [Приложения лазеров …, 2007;
Оптико-акустическая спектроскопия, 2012]. Для уменьшения влия ния случайных погрешностей проводилось 10-кратное сканирование каждой пробы в области перестройки лазера.
Для анализа спектров поглощения газовыделений обследуемых ис пользовались различные методы обработки данных, в том числе, метод интегральной оценки состояния биообъектов, метод главных компонент, методы статистической обработки данных.
Анализ спектров поглощения газовыделений больных проводился с помощью метода интегральной оценки состояния (ИО). Оценка состоя ния биосистемы производилась по отношению к ее эталонному состоя нию [Фокин, 2004]. В соответствии с ГОСТом Р 53022.3-2008 в качестве последнего для человека было выбрано состояние здорового организма.
Однако в связи со спецификой используемого метода анализа, на первом этапе работы при проведении сравнительного анализа ИО спектров по глощения газовыделений у пациентов с ОВГ разной этиологии и у «условно» здоровых респондентов нами в качестве референтного состо яния была принята совокупность спектров поглощения газовыделений пациентов с ОВГ А. Основанием к такому формированию референтной группы является особенность этиопатогенетических механизмов данного патологического состояния, детерминирующего направленность метабо лических нарушений у этих пациентов и, соответственно, специфичность газовыделений в данной выборке в отличие от газовыделений «условно» здоровых респондентов. Расчет ИО состояния реализовывался с помо щью программного продукта ICSM и ICSM_IND, разработанного на ка федре медицинской и биологической кибернетики ГБОУ ВПО СибГМУ Минздрава России [Фокин, 2009].
Для ранжирования факторов с выделением ведущих, в наибольшей степени влияющих на описание состояния пациентов, страдающих ОВГ разной этиологии, нами применен метод главных компонент, который позволяет оптимально уменьшить размерность исходных многомерных данных путем перехода к новым переменным (главным компонентам), являющимся некоррелированными нормированными линейными комби нациями исходных наблюдаемых переменных [Метод главных …, 2009;
Электронный учебник …, 2001]. Для обработки данных использовалась программа VidaExpert.
Статистическая обработка результатов проведена по общепринятой методике вариационной статистики с использованием пакета приклад ных программ «Statistics for Windows®» версия 6,0 и SPSS версия 11.5.
Результаты и обсуждение На первом этапе нашей работы показано, что ИО спектров поглоще ния газовыделений в области 9-11 мкм у пациентов с ОВГ и у условно здоровых респондентов достоверно различаются. Установлена идентич ность спектров поглощения выдыхаемого воздуха, испарений с поверх ности кожи спины, испарений соскоба с языка и мочи в области 9-11 мкм у пациентов с ОВГА, В, С, что позволяет судить об однотипности мета болических нарушений у данных пациентов, сопровождающихся выде лением легких молекул – маркеров, в частности, связанных с оксидатив ным стрессом, нарушением кислотно-основного равновесия и образова нием серосодержащих веществ.
В табл. 1 представлены различия ИО спектров поглощения испаре ний с кожных покровов живота, груди и спины у пациентов при наличии и отсутствии маркеров ОВГ (анти-HAV IgM, HBsAg, суммарные анти HCV).
Таблица Значения ИО спектров поглощения газовыделений в зависимости от выявления маркеров ОВГ методом ИФА анти HAV IgM HBsAg Сумм. антитела к HCV “+” “-“ “+” “-“ “+” “-“ р р р N=22 N=28 N=16 N=34 N=12 N= 1,97 1,17 2,02 1, ИО спек- 1,07 1, в диапазоне -1 (1,35- (1,07- 0,04 (1,06- (1,13- 0, тров погло- (0,98- (1,22- 0,02* 933-954см 3,45) 1,67) 2,97) 2,83) щения 1,10) 3,00) испарений с 1,65 1,24 2,17 1,34 1,19 1, в диапазоне кожи живо- -1 (1,24- (1,05- 0,3 (1,45- (1,09- 0,8 (1,12- (1,09- 0, 966-982см та 2,99) 1,89) 2,89) 2,49) 1,24) 2,70) 2,78 2,11 2,06 2,55 2,19 2, в диапазоне ИО спек -1 (2,23- (1,63- 0,23 (1,85- (2,03- 0,08 (2,02- (1,95- 0, 933-954см тров погло 3,76) 3,57) 2,28) 3,82) 2,75) 3,63) щения 4,13 2,84 3,54 3, 2,18 3, испарений с в диапазоне -1 (2,89- (2,18- 0,30 (2,11- 0,05* (2,38- (2,46- 0, (2,55 кожи груди 966-982см 5,69) 5,25) 3,82) 5,69) 2,25) 5,74) 4,13 3,10 2,45 4,13 4,63 3, в диапазоне ИО (2,77- (2,13- 0,59 (1,66- (2,49- 0,11 (3,54- (2,16- 0, 933-954см- спектров 5,27) 4,82) 3,24) 4,93) 5,21) 4,82) поглощения 4,36 6,31 4,18 6, 6,33 4, испарений с в диапазоне 0,03* (2,68- (2,29- 0,36 (3,05- (2,61- 0, (5,40- (2,35 966-982см- кожи спины 6,05) 7,15) 5,81) 7,13) 8,19) 5,33) Примечание: p- уровень значимости, *р0, Спектры поглощения испарений с кожных покровов живота, груди и спины в области 9-11 мкм у пациентов с ОВГ различаются в зависимости от выявления маркеров вирусных гепатитов (анти HAV IgM, HBsAg и суммарные антитела к HCV).
Сравнительный анализ ИО спектров поглощения выдыхаемого воз духа, испарений с кожных покровов и испарений соскоба с языка у муж чин и женщин с ОВГ показал отсутствие различий по гендерному при знаку, и только ИО спектров поглощения испарений мочи у мужчин и женщин имеют статистически значимые различия (4,35 (3,32-8,53) и 2, (1,84-3,65), p0,05).
У всех обследуемых больных ОВГ отмечались синдром желтухи (100%) и интоксикации (100%) разной степени выраженности. Корреля ция ИО спектров поглощения газовыделений диапазонах частот 933- и 966-982 см-1 со степенью выраженности этих синдромов у больных с ОВГ представлены в табл. 2.
Таблица Корреляция ИО спектров поглощения газовыделений со степенью выраженности симптомов желтухи и интоксикации (в баллах) Синдром Синдром желтухи в интоксикации в баллах баллах в диапазоне ИО спектров -0,10 -0, 933-954см- поглощения выдыхаемого в диапазоне 0,30 0, 966-982см- воздуха в диапазоне ИО спектров 0,32 0, 933-954см- поглощения испарений с кожи в диапазоне 0,01 -0, 966-982см- живота в диапазоне 0, ИО спектров 0,58* 933-954см- поглощения в диапазоне испарений мочи 0,46* 0,67* 966-982см- в диапазоне ИО спектров -0,3 -0, 933-954см- поглощения испарений с кожи в диапазоне -0,01 0, 966-982см- груди в диапазоне ИО спектров -0,24 -0, 933-954см- поглощения испарений с кожи в диапазоне 0,05 0, 966-982см- спины в диапазоне 0,20 0, ИО спектров по 933-954см- глощения испарений в диапазоне соскоба с языка -0,13 0, 966-982см- Примечание: p- уровень значимости, *р0, Из табл. 2 видно, что имеется умеренная взаимосвязь между степе нью интоксикации и значением ИО спектров поглощения испарений мо чи в диапазоне 933-954см-1 (r=0,58) и в диапазоне 966-982см-1 (r=0,67).
Также выявлена зависимость ИО спектров поглощения испарений мочи в диапазоне 966-982см-1 со степенью выраженности желтухи (r=0,46). ИО спектров поглощения выдыхаемого воздуха, испарений с поверхности кожи и испарений соскоба с языка не зависят от степени выраженности синдромов желтухи и интоксикации.
Статистически значимые различия в показателях ИО спектров по глощения газовыделений в диапазонах 933-954 и 966-982 см-1 у пациен тов с разными клиническими симптомами ОВГ, а именно нали чие/отсутствие гепатомегалии, спленомегалии, а также диффузных изме нений печени и увеличенных подпеченочных ЛУ (данные УЗИ), не опре делялись. При этом имеется тенденция к увеличению ИО спектров по глощения мочи в диапазоне 966-982см-1 у пациентов с гепатомегалией, однако данная закономерность не является статистически значимой.
Результаты изучения корреляционных зависимостей значений ИО спектров поглощения газовыделений с биохимическими показателями у пациентов с ОВГ представлены в табл. 3.
Таблица Корреляция значений ИО спектров поглощения газовыделений с биохимическими показателями у пациентов с ОВГ Общий Общий АЛТ АСТ ТП ПТИ билирубин белок в диапазоне ИО спектров 0,08 -0,03 -0,26 -0,80* -0,02 -0, 933-954см- поглощения выдыхаемого в диапазоне 0,13 -0,04 -0,66* 0,06 -0, 0,46* 966-982см- воздуха в диапазоне ИО спектров 0,48* -0,05 -0,09 -0,57* 0,22 -0,49* 933-954см- поглощения испарений с в диапазоне 0,10 -0,33 -0,41 -0,65* 0,20 -0, 966-982см- кожи живота в диапазоне ИО спектров -0,22 -0,26 -0,24 -0,71* -0,24 -0, 933-954см- поглощения испарений с в диапазоне 0,29 -0,16 0,00 -0,32 0,16 -0, 966-982см- кожи груди в диапазоне ИО спектров -0,23 0,44* -0,30 -0,37 0,28 -0, 933-954см- поглощения испарений с в диапазоне 0,10 0,43 -0,38 -0,59* 0,14 -0, 966-982см- кожи спины в диапазоне 0,33 0,51* 0,32 -0,41 -0,08 -0, ИО спектров 933-954см- поглощения в диапазоне испарений мочи 0,53* 0,63* 0,55* -0,82* 0,19 -0, 966-982см- в диапазоне ИО спектров 0,28 0,24 0,11 -0,50 0,06 -0, 933-954см- поглощения испарений в диапазоне 0,07 0,03 0,02 -0,43 0,08 -0, соскоба с языка 966-982см- Примечание: p- уровень значимости, * р0, Как видно из табл. 3, у больных ОВГ установлены статистически значимые корреляции уровня общего билирубина со значениями ИО спектров поглощения выдыхаемого воздуха в диапазоне 966-982 см- (r=0,46), испарений с кожи живота в диапазоне 933-954 см-1 (r=0,48) и испарений мочи в диапазоне 966-982 см-1 (r=0,53);
активности АЛТ и значений ИО спектров поглощения испарений с кожи спины в диапазоне 933-954 см-1 (r=0,44) и испарений мочи в диапазонах 933-954 и 966- см-1 (r=0,51 и r=0,63);
активности АСТ и значений ИО спектров поглоще ния испарений мочи в диапазоне 966-982 см-1(r=0,55);
уровня общего белка и значений ИО спектров поглощения выдыхаемого воздуха в диа пазонах 933-954 и 966-982 см-1 (r= -0,80 и r= -0,66), испарений с кожи живота в диапазонах 933-954 и 966-982 см-1(r= -0,57 и r= -0,65), груди в диапазоне 933-954 см-1 (r=-0,71), спины в диапазоне 966-982 см-1 (r=-0,59) и испарений мочи в диапазоне 966-982 см-1 (r=-0,82), а также ПТИ с ИО спектров поглощения с кожи живота в диапазоне 933-954 см-1 (r=-0,49).
Необходимо отметить, что при анализе корреляционных зависимо стей ИО испарений соскоба с языка с биохимическими показателями не было выявлено ни одной статистически значимой корреляции.
Для ранжирования факторов с выделением ведущих, в наибольшей степени влияющих на описание состояния пациентов с ОВГ, нами до полнительно применен метод главных компонент (табл. 4).
Таблица Анализ вклада 3-х главных компонент и их составляющих у больных ОВГ по показателям газовыделений Анализ выдыхаемого Анализ испарений Анализ испарений мочи воздуха соскоба с языка 55,9% общей дисперсии 68,2% общей дисперсии 55,47% общей дисперсии выборки выборки выборки Показатель Вклад Показатель Вклад Показатель Вклад РСА1 – 50,9% РСА1 – 53,8% РСА1 – 50,4% КП на =973,52 0,204 КП на =978,76 0,20 КП на = 935,19 0, КП на =981,16 0,203 КП на = 973,52 0,20 КП на = 970,78 0, КП на =970,78 0,2 КП на = 969,37 0,199 КП на = 966,56 0, КП на =947,96 0,2 КП на = 981,16 0,199 КП на = 947,96 0, РСА2 –2,6% РСА2 –7,3% РСА2 –2,7% Прямой билирубин 0,436 Прямой билирубин 0,389 АСТ 0, АСТ 0,435 АСТ 0,383 Прямой билирубин 0, Общий билирубин 0,424 АЛТ 0,365 АЛТ 0, АЛТ 0,417 Общий билирубин 0,355 Общий билирубин 0, РСА3 – 2,4% РСА3 –7,1% РСА3 – 2,4% Гемоглобин 0,436 Тромбоциты 0,375 Гемоглобин 0, Эритроциты 0,364 Гемоглобин 0,344 Лимфоциты 0, Нейтрофилы Тромбоциты 0,316 Лимфоциты 0,335 0, сегментоядерные Лимфоциты 0,314 Моноциты 0,289 Эритроциты 0, Анализ испарений с Анализ испарений с Анализ испарений с кожи живота кожи груди кожи спины 56% общей дисперсии 57,3% общей дисперсии 56,4% общей дисперсии выборки выборки выборки Показатель Вклад Показатель Вклад Показатель Вклад РСА1 - 49,2% РСА1 – 50,5% РСА1 – 51,5% КП на = 947,96 0,206 КП на = 937,03 0,206 КП на = 940,82 0, КП на = 967,96 0,205 КП на = 953,11 0,204 КП на = 970,78 0, КП на = 969,37 0,204 КП на = 940,82 0,204 КП на = 972,2 0, КП на = 954,84 0,203 КП на =954,84 0,204 КП на = 973,52 0, РСА2 –4,0% РСА2 – 4,2% РСА2 – 2,6% АСТ 0,404 АСТ 0,486 Лимфоциты 0, АЛТ 0,345 АЛТ 0,404 Лейкоциты 0, Прямой билирубин 0,325 Прямой билирубин 0,394 Эритроциты 0, Общий билирубин 0,308 Общий билирубин 0,286 Моноциты 0, РСА3 – 2,9% РСА3 –2,5% РСА3 –2,4% Эритроциты 0,394 Эритроциты 0,350 Прямой билирубин 0, Моноциты 0,348 Моноциты 0,331 АЛТ 0, Гемоглобин 0,338 Гемоглобин 0,297 АСТ 0, Примечание. – длина волны, PCA-principal components analysis По результатам проведенного анализа для всех точек забора газовых проб (выдыхаемый воздух, испарения с кожи живота, груди, спины, ис парения соскоба с языка и испарения мочи) было выделено 3 обобщен ных компоненты, с помощью которых можно объяснить наблюдающиеся взаимосвязи между отдельными показателями: совокупность КП газовы делений, биохимические показатели крови и показатели общего анализа крови. Из выделенных компонент наибольший вклад в общую диспер сию выборки (49,2-53,8%) осуществляется компонентой, которая была обозначена как «совокупность КП газовыделений». На эту компоненту наибольшее влияние оказывали такие характеристики, как КП газовых проб на разных длинах волн. Следующие по величине вклада в суммар ную дисперсию выборки были компоненты, идентифицированные как «биохимические показатели крови» (2,6-7,3%) и «показатели общего анализа крови» (2,4-7,1%). Последние два хорошо известны и широко используются в клинической практике для оценки состояния пациентов, в том числе, с заболеваниями печени. Поэтому наиболее интересным ре зультатом проведенного анализа следует считать выделение у пациентов самостоятельного и наиболее значимого фактора, обусловленного соче танием КП газовыделений на разных длинах волн в области 9-11 мкм.
Далее с помощью метода бинарной логистической регрессии были построены соответствующие уравнения. Для этого из каждой группы (500 сканов пациентов с ОВГ из основной группы и 300 сканов здоровых добровольцев из контрольной группы) были случайным образом взяты 80 сканов (40 сканов пациентов с ОВГ из основной группы и 40 сканов здоровых добровольцев из контрольной группы) для формирования те стовой выборки. На основе остальных данных (460 сканов пациентов с ОВГ и 260 сканов здоровых добровольцев) были рассчитаны параметры моделей, верификация моделей проводилась на основе тестовых данных.
Ввод значений КП на соответствующих длинах волн у конкретного индивидуума позволяет рассчитать вероятность наступления события (болен ОВГ/здоров) по формуле1.
P= 1 + e z (1) где z= а+b1*X1 + b2*Х2 +...+ bn*Xn, X1…Xn – значения независимых переменных, b1…bn – коэффициен ты регрессии, а – некоторая константа. Если P0,5, то можно предполо жить, что обследуемый болен ОВГ;
если P0,5 – обследуемый здоров.
При этом эффективность моделей была оценена по модельными ( сканов пациентов с ОВГ и 260 сканов здоровых добровольцев) и тесто вым данным (40 сканов пациентов с ОВГ и 40 сканов здоровых добро вольцев). Процент объясненной дисперсии показывает общий вклад всех независимых переменных в модели на зависимую. Процентный показа тель согласия (С%) – показатель соответствия модельных данных урав нениям логит-регрессии. Для описания диагностической эффективности моделей были использованы операционные характеристики – чувстви тельность и специфичность, полученные на основе тестовых данных. Для удобства эти два показателя были представлены в виде индекса диагно стической эффективности, который представляет долю истинных резуль татов в общем количестве исследованных.
Используя коэффициенты регрессии, были построены соответству ющие уравнения:
Z выдыхаемый воздух =6,40+(-1470,22 *)+( -2803,45*)+( -2563, *)+( -2570,95 *)+(2936,87*)+ (1151,01* )+( -242,43*) Показатель согласия (C%) 98,7%.
Процент объясненной дисперсии составляет 94,4 %.
Чувствительность – 85% и специфичность – 85 % Индекс диагностической эффективности – 85%,,,,,, – КП на соответствующих длинах волн Zиспарения с кожи живота=11,28+(873,1*)+(434,82*)+(-733,13* )+ (-332,85*)+(459,20*) Показатель согласия (C%) 96,7%.
Процент объясненной дисперсии составляет 97%.
Чувствительность – 95% и специфичность – 75% Индекс диагностической эффективности – 85%,,,, – КП на соответствующих длинах волн Zиспарения с кожи груди=9,76+(-3205,28*)+(-1320,96*)+(1511,61* )+(647,95* )+(-1135,53* )+ (-172,22*)+(999,12* ) Показатель согласия (C%) 97,8%.
Процент объясненной дисперсии составляет 95%.
Чувствительность – 97,5% и специфичность – 75% Индекс диагностической эффективности – 86,25%,,,,,, – КП на соответствующих длинах волн Z испарения с кожи спины=13,94+(1934,63* )+(-4759,27* )+ (928,86*)+(-309,65*) Показатель согласия (C%) 99,3%.
Процент объясненной дисперсии составляет 98,5%.
Чувствительность – 100% и специфичность – 75% Индекс диагностической эффективности – 87,5%,,, – КП на соответствующих длинах волн Z испарения мочи=(1230,176*)+(1836,283*)+(1394,82*)+(-3362,52*) Показатель согласия (C%) 97,7%.
Процент объясненной дисперсии составляет 96,8%.
Чувствительность – 90% и специфичность – 100% Индекс диагностической эффективности – 95%,,, – КП на соответствующих длинах волн Z Испарения с языка=7,68+(-1476,33*)+(1294,87*)+(679,05*)+ (378,93*)+(-441,85*)+(-423,00*)+(-45,94*) Показатель согласия (C%) 96,4 %.
Процент объясненной дисперсии составляет 91,1%.
Чувствительность – 97,50% и специфичность – 67,5 % Индекс диагностической эффективности – 82,5%,,,,,, – КП на соответствующих длинах волн Высокий процент объясненной дисперсии (91,1–98,5%) указывает на высокий вклад используемых независимых переменных на зависимую и свидетельствует об адекватности используемых моделей.
Полученные нами модели обладают высокой чувствительностью (80–100%) и достаточной специфичностью (67,5–100%), которые форми руют в целом высокую диагностическую эффективность (82,5–95%) по лученных моделей и позволяют диагностировать ОВГ в период желтухи, на основе КП газовыделений в области 9-11 мкм.
Таким образом, выявленные изменения спектров поглощения выды хаемого воздуха, газовыделений с кожных покровов и мочи позволяют рассматривать спектральный анализ газовыделений с помощью оптико акустической лазерной спектроскопии как перспективный аналитиче ский метод неинвазивной экспресс-диагностики ОВГ в период желтухи.
Выводы 1. ИО спектров поглощения газовыделений в области 9-11 мкм (выдыхаемого воздуха, кожных покровов груди, спины и живота, испа рений с налета языка и испарений мочи) у пациентов с ОВГ и у условно здоровых респондентов достоверно различаются. Спектры поглощения испарений с кожных покровов живота, груди и спины в области 9-11 мкм у пациентов с ОВГ различаются в зависимости от этиологии (выявления маркеров анти HAV IgM, HBsAg и суммарные антитела к HCV).
2. Установлены взаимосвязи между степенью интоксикации, выра женностью желтухи и значением ИО спектров поглощения испарений мочи в области 9-11 мкм. ИО спектров поглощения газовыделений (вы дыхаемого воздуха, кожных покровов и испарений с налета языка) у па циентов с ОВГ не зависит от пола, возраста, интенсивности желтухи и интоксикации, клинических симптомов заболевания (гепатомегалия, спленомегалия) и результатов УЗИ печени.
3. У больных ОВГ установлены статистически значимые корреля ции уровня общего билирубина со значениями ИО спектров поглощения выдыхаемого воздуха, испарений с кожи живота и испарений мочи в об ласти 9-11 мкм;
активности АЛТ и значений ИО спектров поглощения испарений с кожи спины и испарений мочи в области 9-11 мкм;
активно сти АСТ и значений ИО спектров поглощения испарений мочи в области 9-11 мкм;
уровня общего белка и значений ИО спектров поглощения вы дыхаемого воздуха, испарений с кожи живота, груди, спины и испарений мочи в области 9-11мкм,а также ПТИ с ИО спектров поглощения с кожи.
4. Получены высоковалидные математические модели, позволяю щие диагностировать ОВГ в период желтухи, на основе КП выдыхаемого воздуха (диагностическая эффективность – 85%), испарений с кожных покровов груди (диагностическая эффективность – 86,25%), испарений с кожных покровов живота (диагностическая эффективность – 85%), ис парений с кожных покровов спины (диагностическая эффективность – 87,5%) в области 9-11 мкм.
Список сокращений, использованных в автореферате:
АЛТ - аланинаминотрансфераза АСТ – аспартатаминотрансфераза анти HAV IgM – антитела класса IgМ к вирусу гепатита А ИО – интегральная оценка КП - коэффициент поглощения ОВГ - острый вирусный гепатит ПТИ – протромбиновый индекс ТП – тимоловая проба HBsAg – hepatits B surface antigen (поверхностный антиген вируса гепатита В) HCV – hepatitis C virus (вирус гепатита С) Основное содержание работы
изложено в следующих публикациях:
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:
1. Кистенев Ю.В., Чуйкова К.И., Гомбоева С.С., Карапузиков А.А.
Изучение взаимосвязи спектров поглощения газовыделений пациентов с острыми вирусными гепатитами, полученных методами лазерной опти ко-акустической спектроскопии, с биохимическими показателями крови // Медицинская физика. 2011. № 4(52). C. 32-37.
2. Чуйкова К.И., Кистенев Ю.В., Гомбоева С.С. Применение газо анализа в диагностике заболеваний печени // Бюллетень сибирской ме дицины. 2012. № 6. С. 178-184.
Публикации в других изданиях:
1. Гомбоева С.С. Исследование спектра выдыхаемого воздуха у больных с острым вирусным гепатитом // Сборник трудов XV Междуна родной научно-практической конференции студентов, аспирантов и мо лодых ученых «Современные техника и технологии». В 3 томах. Томск:
Изд-во Том. политех. ун-та, 2009. Т. 1. С. 527-528.
2. Чуйкова К.И., Кистенев Ю.В., Гомбоева С.С., Фокин В.А. Иссле дование газовыделений у больных с острыми вирусными гепатитами ме тодом оптико-акустической лазерной спектроскопии // Материалы VIII российско-германской научно-практической конференции «Инновации в медицине. Социально значимые инфекции». Новосибирск, 2009.С. 187 188.
3. Чуйкова К.И., Кистенев Ю.В., Гомбоева С.С., Фокин В.А. Иссле дование газовыделений у больных с острыми вирусными гепатитами ме тодами газоанализа // Материалы 15-ой российской конференции «Гепа тология сегодня» (РЖГГК 2010;
№1, прилож. 35):. Москва, 2010. С.51.
4. Гомбоева С.С., Кистенев Ю.В., Чуйкова К.И., Карапузиков А.А.
Применение лазерного оптико-акустического спектрометра ilpa-1 для анализа газовыделений у пациентов с острыми вирусными гепатитами// Сборник материалов IV Всероссийской научно-практической конферен ции с международным участием: Биомедицинская инженерия и биотех нология. Курск, 2011. C. 35-38.
5. Кистенев Ю.В., Чуйкова К.И., Гомбоева С.С. Использование ме тодов лазерной оптико-акустической спектроскопии для анализа газовы делений у пациентов с острыми вирусными гепатитами // XVII Между народный симпозиум «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы»:
Сборник трудов [Электронный ресурс]. Электрон. текстовые, граф. дан ные. - Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2011. - 1 электр. опт. диск CD-ROM.
C. 209-212.
6. Чуйкова К.И., Кистенев Ю.В., Гомбоева С.С. Изучение спектров поглощения выдыхаемого воздуха и испарений мочи у пациентов с ост рыми вирусными гепатитами, полученных методами лазерной оптико акустической спектроскопии, в их взаимосвязи с печеночными пробами // Материалы Межрегиональной научно-практической конференции «Актуальные вопросы инфекционной патологии у взрослых и детей», посвященной 85-летию Новокузнецкого государственного института усовершенствования врачей. Новокузнецк, 2011. С. 145-147.
7. Гомбоева С.С., Чуйкова К.И., Кистенев Ю.В. Изучение спектров поглощения выдыхаемого воздуха и испарений мочи у пациентов с ост рыми вирусными гепатитами, полученных методами лазерной оптико акустической спектроскопии, в их взаимосвязи с биохимическими пока зателями крови // Материалы юбилейной научно-практической конфе ренции «Инфекционные болезни: проблемы, достижения и перспекти вы», посвященной 115-летию первой в России кафедры инфекционных болезней военно-медицинской академии им. С.М.Кирова. Санкт Петербург, 2011.С. 50.
8. Кистенев Ю.В., Чуйкова К.И., Гомбоева С.С. Исследование спек тров поглощения газовыделений у пациентов с острыми вирусными ге патитами с помощью оптико-акустической спектроскопии // Материалы межрегиональной научно-практической конференции «Актуальные во просы бактериологии». Томск, 2011. С. 45-46.
9. Чуйкова К. И., Кистенев Ю. В., Гомбоева С.С. Интегральная оценка спектров поглощения выдыхаемого воздуха у пациентов с ост рыми вирусными гепатитами и здоровых добровольцев // Материалы IV ежегодного всероссийского конгресса по инфекционным болезням.
Москва, 2012. С. 421-422.
10. Кистенев Ю.В, Чуйкова К.И., Гомбоева С.С. Выявление больных острыми вирусными гепатитами на основе анализа выдыхаемого воздуха методом лазерной оптико-акустической спектроскопии // Материалы XVIII Международного симпозиума "Оптика атмосферы и океана. Физи ка атмосферы". Иркутск, 2012. С. С-252–С-255.
11. Кистенев Ю.В, Чуйкова К.И., Гомбоева С.С. Выявление больных острыми вирусными гепатитами на основе анализа выдыхаемого возду ха, полученного методом лазерной оптико-акустической спектроскопии // Материалы Всероссийской конференции «Методы компьютерной диа гностики в биологии и медицине». Саратов, 2012. С. 160-162.