Проведено літературний аналіз інноваційних фізичних методів гематологічних досліджень,
що використовуються або знаходяться на стадії впровадження у сучасну клінічну практику. Розглянуто основні напрямки сучасних тенденцій дослідження крові
Розробка нових діагностичних методів є актуальним завданням медичного приладобудування (Солдаткин В.В., Солдаткин В.М., 2009). Для ранньої діагностики онкологічних захворювань перспективний метод, заснований на вимірюванні електрофізичних параметрів крові (Романов А.Н., 2011). Незважаючи на успіхи в дослідженні реологічних властивостей крові актуальним залишається завдання розробки методів аналізу гемореології, що об’єктивно відтворюють агрегаційні й реологічні властивості крові. Поява будь-якого принципово нового методу завжди означає розширення можливостей дослідника та створення передумов для висвітлення проблеми з нової сторони. Сучасні методи гематологічних досліджень досить різноманітні. З фізичних властивостей крові важливе діагностичне значення має визначення її питомої ваги, в’язкості й швидкості згортання (R. Tao, K. Huang, 2011; Markandey M. Tripathi [et al.], 2014), а також реакції осідання еритроцитів. В основі реологічних вимірів у медицині лежить саме вимірювання в’язкості крові, яка залежить від: гематокриту, концентрації білка в плазмі, швидкості кровотоку та інших зовнішніх факторів.
Вивчення залежності процесів агрегації у рухомій крові від електричних параметрів клітин (Kizilova N. , 2012) на основі дослідження електромагнітної взаємодії поляризованих клітин з урахуванням просторового розділення заряду потребує відповіді на питання про характер розподілу клітин в рухомому потоці.
На даний час багато дослідників приділяють велику увагу вивченню реологічних властивостей крові на рівні мікроциркуляції (Pries A. R. , 2008; Медведєв А. Е. , 2011; Рахимов А. А., 2012), проте використання різних методів визначення гемореологічних параметрів не дозволяє знайти стандарти кількісного контролю, що необхідно для клінічної практики. Розроблено мікрорідинні динамічні системи для вимірювання швидкості і в’язкості біологічних рідин (наприклад, крові в коронарних артеріях) (K. Dimov, Lourdes Basabe-Desmonts, Jose L. Garcia-Cordero, et all, 2011). Проте слід відзначити, що на даний час не існує єдиної методики вивчення в’язкості крові.
Проте сучасні пристроїв та методи віскозиметрії не дозволяють проводити аналіз в’язкості крові в умовах in vivo. Це спонукає до пошуку нестандартних підходів під час розробки нетривіальні приладів та методів дослідження біологічних рідин.
Зменшення відносної в’язкості пояснюють сепарацією еритроцитів до центру кровоносної судини і утворенням близько стінки вільного від еритроцитів шару плазми, в якому в’язкість менша. У процесі руху по судинах еритроцити деформуються, повертаються, злипаються, утворюють конгломерати. Всі ці процеси необхідно враховувати в математичній моделі течії крові. Реологічні властивості крові проявляються при течії по судинах менше 300 мікрон – при зменшенні діаметра судини відносна спостережувана в’язкість ηвід зменшується (Медведев А. Е., 2011). Це явище відоме як ефект Фареуса-Ліндквіста – залежність в’язкості крові від діаметра кровоносної судини рис. 1.
Для розрахунку відносної та ефективної в’язкості крові відомий цілий ряд емпіричних залежностей, наведених у роботах (Медведев А. Е., 2011; A. R. Pries, T. W. Secomb, 2008; E. R. Damiano, D. S. Long, M. L. Smith, 2004).
В’язкість крові визначається наявним вмістом еритроцитів, у свою чергу, відомо, що магнітні властивості еритроцита в цілому визначаються співвідношенням наявних у ньому форм гемоглобіну Hb. Найбільш сильно парамагнітні властивості виражені у metНb, зміст якого в нормальній крові менше 4% (залежно від віку еритроцита), але значно зростає при деяких патологічних станах. З огляду на це важливим є оцінка величини магнітного моменту та магнітної сприйнятливості еритроцита. У роботі (Kizilova N., 2012) приведено величину магнітного моменту еритроцита: Мs=χVw0H=-6,334·10-17, де χV – об’ємна сприйнятливість внутрішньоклітинного розчину. У перших роботи по оцінці величини магнітного моменту еритроцита (Sheppard A. R., 1977) визначено його магнітну сприйнятливість: χ=-4π·0,736·10-6 . Експериментально встановлено, що магнітна сприйнятливість крові залежить від величини прикладеного магнітного поля. В артеріях спостерігається зменшення, а в венах навпаки збільшення магнітної сприйнятливості зі зростанням величини прикладеного магнітного поля.
Крім магнітних сил між еритроцитами діють ще сили молекулярного притягання і електростатичного відштовхування. Під час дослідження балансу сил агрегації клітин в зовнішньому магнітному полі, необхідно враховувати їх взаємодію як наведених магнітних диполів. Реальне ж індуковане поле клітини буде відрізнятися від поля диполя і сильно залежить від форми еритроцита.
Експериментально виявлено вплив МП на гемодинаміку, причому найбільш значні зміни відбуваються на рівні мікроциркуляції. Дія МП (B=0,5 Тл) викликала помітну зміну електричних властивостей клітин крові (Sosa M., Bernal–Alvarado J., Jimenez–Moreno M. et al, 2005). У магнітному полі (МП) еритроцити здатні орієнтуватися і агрегувати в ланцюжки подібно магнітним частинкам (R. Tao, K. Huang, 2011).
Встановлено, що осмотична стійкість еритроцитів лінійно залежить від індукції магнітного поля. Слабкі поля активують утворення активних форм кисню в нейтрофілах, а сильніші поля призводять до загибелі еритроцитів. Експериментуючи з величиною магнітної індукції та тривалістю впливу, автори (R. Tao, K. Huang, 2011) підібрали такі параметри, при яких червоні кров’яні тільця поляризуються і починають злипатися в дуже короткі ланцюжки, більш важчі ланцюжки еритроцитів спрямовуються до середини судинного русла, завдяки такому ефекту в’язкість крові знижується на 20-30%. Цього ефекту вдалося досягти, помістивши кров всього на одну хвилину в поле з індукцією в 1,3 тесла – приблизно такий же, як у апарату магнітно-резонансної томографії. Еритроцити згрупувалися в ланцюжки після впливу магнітних імпульсів (1,33 Tл), зображення отримане за допомогою оптичного мікроскопа.
Експериментальні дані досить суперечливі: частина з них вказує на те, що МП викликає розширення кровоносних судин, а інша частина – що залежно від початкового стану організму МП призводить або до розширення, або до звуження судин (McKay J. C., Prato F. S., Thomas A. W, 2007). У серії експериментів виявлено, що уповільнення руху крові досягає 25 %, якщо величина прикладеного поля становить 10 Tл (Haik Y., Pai V., Chen Ch–J., 2001). При значенні поля в 1 Тл (характерна величина для МРТ – пристроїв), в’язкість змінюється менш ніж на 0,3 % .
Важливим діагностичним пока-зником також є час згортання крові. Для дослідження згортання крові необхідно застосовувати велику кількість дорогих лабораторних тестів, що вимагають тривалого часу.
Проте інноваційна розробка вчених (Markandey M. Tripathi et al., 2014), дозволила отримати максимум інформації в ході лабораторного тестування методом лазерної спекл-реології (laser speckle rheology).
При цьому властивості крові (текучість, в’язкість, здатність до коагуляції) досліджуються за допомогою лазера. В ході пропущеного лазерного променя через зразок утвориться спекл-структура. Зразок крові просвічують лазерним променем, при цьому клітини крові й, зокрема, тромбоцити розсіюють світло, формуючи спекл.
У крові зі звичайними показниками згортання об’єкти, що розсіюють світло, переміщаються вільно. У крові з підвищеними показниками в’язкості, з високою концентрацією фібриногену рух клітин крові сповільнений, обмежений, що зменшує мерехтіння спекла в порівнянні зі спеклом звичайної крові.
Спекл кривої інтенсивності автокореляції, g2(τ), виміряний при 0, 6, 10 і 12 хвилин у процесі згортання крові зі зразка крові людини представлено на рис. 5.
Спостерігається зменшення інтенсивності g2(τ) із збільшенням процесу згортання крові.
У пацієнтів з нормальним аРТТ і РТ спостерігали коротший час згортання у порівнянні із збільшеними аРТТ і РТ значеннями (рис.6 (а)). Максимальний час утворення згустку (τMax) визначають на кривій залежності τ(t) (рис.6 (б)). Зростання τMax спостерігали для зразків крові пацієнтів з високим рівнем фібриногену і зменшення для зразків крові пацієнтів з нормальним вмістом фібриногену.
На агрегацію еритроцитів також впливають імуноглобуліни всіх класів, імунні комплекси й компоненти комплементу (Wilson P.W.F., Grandy S.M. , 2008; Петроченко Е. П. , 2009; Шилов А.М., Мельник М.В., 2005; Пурло Н. В., Попова О. В., Бирюкова Л. С. и др., 2005).
Висновок
На жаль, накопичені знання не одержали поки що належного застосування в практичній діяльності лікаря через відсутність надійних і доступних методів діагностики. Порівняння методів дослідження крові оптичних, електрофізичних та ін., спонукає до пошуку нових ідей розробки комплексу пристроїв, які б задовольняли широкому спектру вимог сучасної медицини.
Матеріал підготувала асистент кафедри біологічної фізики та медичної інформатики Гуцул О.В.
