Особенности кристаллогенеза биологических сред человека и животных в норме и при патологии

В настоящее время не вызывают сомнений представления о функциональной морфологии органов и тканей (Успенский В. М., 1986; Ивашкин В. Т., Васильев В. Ю., Северин Е. С., 1987; Быков В. Л., 1998). Этот термин подразумевает наличие четкой взаимосвязи между структурной организацией органов и систем и их функциональной нагрузкой в рамках объединения отдельных частей в функциональные системы (Анохин П. К., 1971; Судаков К. В., 1999) Однако в последние 30−40 лет появляются сведения о применении морфологического подхода к анализу жидких биологических субстратов, основанного на использовании кристаллографических методов исследования.

Точкой отсчета учения о кристаллах следует считать 1804 г., когда впервые была опубликована работа ученика М. В. Ломоносова Т. Е. Ловица, посвященная изучению состава растворов. Описанный в ней в числе других «метод высушенных солей» и является прообразом современной кристаллографии. Первоначально областью применения кристаллов стали технические дисциплины, в частности, металлургическая промышленность (Саратовкин Д. Д., 1953). Итогом деятельности в этом направлении явилось создание профильного НИИ кристаллографии им. А. В. Шубникова, в спектр задач которого входят преимущественно работы над монои олигокомпонентными кристаллами технического назначения. Данным институтом под эгидой РАН издается специализированный журнал «Кристаллография», содержащий статьи соответствующей тематики.

Более 60 лет кристаллографические исследования являются составной частью аналитической химии (Бубон Н. Т., Пузыревский К. Я., 1965), а также активно применяются в фармации (Никольская М. Н. с соавт., 1965). Кроме того, они нашли свое место в судебной медицине, где с их помощью производится изучение образцов биологического материала, что необходимо для проведения судебно-медицинских экспертиз (Белова А. В., 1960; Тахер

М. А. Ассад, 1995). При этом кристаллогенезу биологических субстратов до последнего времени практически не уделялось надлежащего внимания.

Первые работы по раскрытию медико-биологической значимости кристаллообразования биологического материала на примере жидких и полужидких сред глаза человека и животных были выполнены Е. Г. Рапис (1972;1975). Впоследствии сформировались несколько научных школ, предметом изучения которых стала биокристаллизация. Наибольшую известность получили работы академика В. Н. Шабалина, профессора С. Н. Шатохиной (1985;2006) и их последователей. На основании этих исследований была сформулирована теория «функциональной морфологии биологических жидкостей» (2004), базирующаяся, прежде всего, на выделении качественных маркеров, специфичных для определенного заболевания или патологического процесса. Вторая теория, посвященная раскрытию закономерностей кристаллогенеза биологического материала, была предложена профессором Е. Г. Рапис (2003). Она касается физико-химических основ и математического описания кристаллизации белка и получила название «Протос». Важным представляется отметить, что данные работы направлены на описание и интерпретацию «свободного» кристаллообразования биологической жидкости, т. е. особенностей кристаллоскопической картины (фации), образуемой самой биосредой. Значимый вклад в развитие медицинского направления кристаллографии внесли ученые Москоского областного научно-исследовательского клинического института (МОНИКИ) им. М. Ф. Владимирского (JI. А. Мороз, Д. Б. Каликштейн, Г. В. Плаксина, И. JI. Теодор, Н. Н. Квитко и др.). Этими авторами впервые в России показана информативность принципиально нового подхода в изучении кристаллогенеза биосубстратов — тезиграфии, основанной на оценке результатов их сокристаллизации с базисным веществом (1979;1990, 1998, 2002, 2003), что позволило подтвердить результаты, опубликованные W. F. Daems (1963, 1964, 1977). Впоследствии Г. А. Тарусиновым (1994) были введены некоторые количественные критерии оценки результатов тезиграфии. Кроме вышеназванных, существуют исследовательские центры в Краснодаре (JI. В. СавинаГ. Г. Коротько), Нижнем Новгороде (А. В. Воробьев), Екатеринбурге (Е. В. КононенкоИ. П. Антропова, Я. Л. ГабинскийЛ. М. МатюшевЮ. Ю. Тарасевич), Архангельске (П. И. Сидоров, А. Л. Волчецкий), Самаре (А.

A. Девяткин), Москве (А. Б. Денисов, Г. М. Барер), Сарове (М. Э. Бузоверя, Ю. П. Потехина) и другие. Их результаты составляют основу современных представлений о биокристаллизации.

Несмотря на существующие значительные разработки в области физики кристаллического и жидкокристаллического состояния вещества и исследования «функциональной морфологии биологических жидкостей» (по.

B. Н. Шабалину, С. Н. Шатохиной), многие аспекты данной проблемы остаются недостаточно изученными. Все это подчеркивает актуальность исследований в области биокристаллизации, его фундаментального обоснования и применения.

Цель исследования: обосновать характер свободного и инициированного кристаллообразования биосубстратов человека и животных в норме и при патологии. Задачи исследования:

1. Разработать систему визуальной количественной оценки результатов свободного и инициированного кристаллообразования биологических субстратов.

2. Экспериментально изучить «поведение» биологического материала при его дегидратации на стекле.

3. Составить тезиокристаллоскопические паттерны биосред здоровых людей и животных.

4. На основании анализа вариаций тезиокристаллоскопического портрета жидких сред практически здорового человека дать его характеристику при физиологических состояниях.

5. Оценить патофизиологические особенности кристаллогенеза биоматериала при патологических состояниях.

Положения, выносимые на защиту:

1. Каждая биологическая среда обладает определенной информационной емкостью, которая зависит от функционального состояния организма человека или животного и от состава биосубстрата. Для наиболее полного извлечения данной биоинформации оценка результата кристаллогенеза жидкости производится путем анализа как качественных (наличие в текстуре фации тех или иных элементов), так и количественных морфометрических характеристик.

2. Биологические среды в совокупности образуют тезиокристаллоскопический «портрет», складывающийся из трансформации их свободного и инициированного кристаллогенеза и отражающий функционирование отдельных систем и организма в целом.

3. При заболеваниях картина дегидратации биологических жидкостей выходит за пределы физиологических изменений и отличается от исходного паттерна (состояние покоя у практически здоровых лиц), в связи с чем представляется возможным выделить совокупность значений оценочных параметров, характерную для конкретного патологического процесса.

Научная новизна и теоретическая значимость работы.

Впервые показано, что специфический кристаллогенез — свойство биологических сред, позволяющее производить их дифференциацию на основании исследования процессов их кристаллизации по единым критериям и показателям. Предложен новый алгоритм качественно-количественного описания и анализа результатов свободного и инициированного кристаллогенеза биологических жидкостей, которой создает основу для математического и пространственного моделирования биокристаллизации.

Впервые представлены сведения об особенностях кристаллообразования биосубстратов с учетом микрои макроокружения: введении веществ, измененной осмоляльности и рН.

Составлен целостный тезиокристаллоскопический «портрет» организма, являющийся совокупностью тезиграфических и кристаллоскопических картин биосред организма человека.

Впервые выполнен сравнительный анализ кристаллогенеза некоторых биосубстратов лабораторных животных (моча и копрофильтрат здоровых мышей и крыс) и показано межвидовое их отличие.

Получены новые данные о морфологии высушенных микропрепаратов слюны человека при физической и эмоциональной нагрузке, различном биологическом возрасте индивида и изучены особенности тезиокристаллоскопической картины при патологии желудочно-кишечного тракта — сформирован качественно-количественный паттерн свободной и инициированной кристаллизации биосред при хроническом гастрите, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки с учетом обсемененности слизистой оболочки желудка Helicobacter pylori (Hp).

Практическая значимость работы.

Результаты работы могут служить базисом для создания, методов: мониторинга функционального состояния организма здорового человека.

Исследование морфологии биологических сред здоровых животных предполагает возможность использования этой технологии в работах экспериментального характера с применением подобных биологических моделей в оценке различных воздействий.

Составление тезиокристаллоскопического «паттерна» для некоторых патологических состояний органов пищеварения позволяет производить скрининг в гастроэнтерологии.

Результаты работы могут быть применены в клинико-биохимических лабораториях медицинского и ветеринарного профиля, в специализированных научно-исследовательских учреждениях и лабораториях.

Полученные в исследовании данные внедрены в учебный процесс кафедр нормальной и патологической физиологиимикробиологии, вирусологии и иммунологиигоспитальной терапии Кировской государственной медицинской академии, кафедры анатомии, гистологии и патофизиологии Вятской государственной сельскохозяйственной академии, а также в практическую деятельность отделения абдоминальной хирургии Кировской областной клинической больницы.

На основании результатов работы во Всероссийском институте гельминтологии им. К. И. Скрябина был утвержден технологический регламент по постановке и учету кристаллизации биосред при диагностике трихинеллеза (заседание секции Всероссийского общества гельминтологов им. К. И. Скрябина № 2 от 25.05.07 г.).

Апробация диссертационного материала.

Результаты исследований, вошедших в диссертационную работу, были доложены и обсуждены на VII-ой, VIII-ой, IX-й и Х-й итоговых открытых научно-практических конференций молодых ученых и студентов «Молодежь и медицинская наука в XXI веке» (2001, 2003, 2005, 2007), на «Национальных днях лабораторной медицины России» (2002), на 76-й, 78-й, 79-й и 80-й Всероссийских студенческих научных конференциях Казанского государственного медицинского университета (2002, 2004, 2005, 2006), на I, II и III Санкт-Петербургских медицинских ассамблеях «Врач — ПровизорПациент» (2003, 2004, 2005) — на III-й международной научно-практической конференции молодых ученых и студентов «Санкт-Петербургский научный форум — 2003», на VI, VII, VIII и IX Славяно-Балтийских научных форумах «Санкт-Петербург — Гастро» (2004, 2005, 2006, 2007) — на IV и VII Съезде научного общества гастроэнтерологов России (2004, 2007) — на IV-й и V-й Молодежных научных конференциях «Физиология человека и животных: от эксперимента к клинической практике» (Коми НЦ УрО РАН, 2005, 2006), на Всероссийской конференции молодых исследователей «Физиология и медицина» (Санкт-Петербург, 2005) — на научно-практической конференции «Методы восстановительной медицины и рефлексотерапии при мультифакторной патологии и стрессовых воздействиях» (Киров, 2005) — на V и VI Международных научных конференциях студентов и молодых ученых «Актуальные вопросы спортивной медицины, лечебной физической культуры, физиотерапии и курортологии» (2006, 2007), на Международном симпозиуме «Biological motility: basic research and practice» (2006), на заседании Кировского отделения Российского физиологического общества им. И. П. Павлова (2006).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 34 работ, из которых в журналах, рекомендуемых ВАК России 24 работы, в прочих журналах — 1, изданы 2 методических рекомендации, 2 работы на иностранном языке.

Объем работы.

Диссертация включает следующие разделы: «Введение», обзор литературы, «Материал и методы исследования», 3 главы, посвященные описанию результатов собственных исследований, «Заключение», «Выводы», «Практические рекомендации», «Приложение». Материал диссертационной работы изложен на 162 страницах машинописи, содержит 30 таблиц и 26 рисунков.

Список литературы

состоит из 304 наименований источников, из которых 201 принадлежат отечественным, а 103 — иностранным авторам.

Выводы:

1. Исследование кристаллогенеза биологических жидкостей — способ оценки их информационной емкости, позволяющий получить значительный объем сведений о состоянии организма человека и животных.

2. Разработан единый алгоритм интерпретации результатов свободного и инициированного кристаллообразования биосубстратов человека и животных, позволяющий оценить кристаллизуемость (инициаторный потенциал) биосреды и «правильность» кристалогенеза.

3. На результат дегидратации биологической жидкости, кроме ее компонентного состава, оказывают существенное влияние факторы микроокружения (сокристаллизуемое с биосубстратом базисное вещество, рН и осмоляльность среды).

4. Происхождение и видовая принадлежность биоматериала определяют специфичность его кристаллообразования и инициации кристаллогенеза базисных веществ. Эти характеристики совокупности биосред формируют тезиокристаллоскопический «портрет» организма, зависящий от функционального состояния последнего.

5. Наличие патологического процесса трансформирует свободный и инициированный кристаллогенез биожидкостей в специфический «паттерн», выходящий за пределы физиологических показателей. При этом наибольшие по выраженности сдвиги наблюдаются в биосредах, функционально или анатомически связанных с морфологическим субстратом заболевания.

Практические рекомендации:

1. При изучении результатов свободного и инициированного кристаллогенеза биологических сред организма человека и животных необходимо использовать единые качественно-количественные критерии и разработанные алгоритмы.

2. Выделенный тезиокристаллоскопический «паттерн» некоторых биологических жидкостей организма человека (слюна, моча, слеза, пот) и животных (моча и копрофильтрат) может быть использован в качестве ориентира для дальнейших научных кристаллоскопических исследований и при практическом применении данных методов.

3. Тезиокристаллоскопический мониторинг может являться способом динамической оценки состояния организма в процессе различных воздействий (например, у спортсменов в оценке их готовности, у больных для контроля эффективности терапевтических и хирургических схем лечения и т. д.).

4. В диагностике хеликобактериозов технология кристаллографии может быть применена как дополнительный подход в оценке клинической ситуации и контроле за лечебным процессом.