СПОСОБ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ГОМЕОСТАЗА ОРГАНИЗМА Российский патент 1999 года по МПК G01N33/48 

Изобретение относится к области исследования физико-химического состояния биологической среды при изучении механизма воздействия внешних и внутренних факторов на организм. Изобретение может быть использовано:
- в медицине при ранней диагностике заболеваний и терапии с индивидуальным подбором эффективной дозы воздействия внешних и внутренних факторов при оценке индивидуальных особенностей водно-структурного воздействия:
- в экологии для оценки действия факторов окружающей среды;
- в радиобиологии и других областях.

Известен способ оценки состояния материалов, например полимеров (М.Н.Карякина "Физико-химические основы процессов формирования и старения покрытий", М. , Химия, 1980 г., гл. 7, стр. 152). Способ заключается в выделении морфотипов на микрофотографиях в исходном состоянии, в воздействии на них внешних факторов (свет, температура, химические агрессивные среды, механические нагрузки, электромагнитные излучения и т.п.) в сравнении и оценке состояния (старения) по изменению надмолекулярной структуры (НМС). В органических покрытиях при старении протекают процессы структурообразования на надмолекулярном уровне. Старение покрытия приводит к агрегированию структурных элементов и образованию более сложных морфологических форм, образуется более рыхлая система, более крупные надмолекулярные структуры. По микрофотографиям дисперсий полимеров определяют изменения морфологии поверхности, а надмолекулярные структурные изменения среды являются оценкой ее физического (структурного) состояния. Недостатком известного способа является отсутствие информации о биосистемах, так как исследования проводились только с использованием синтетических высокомолекулярных соединений.

Наиболее близким к заявляемому является способ оценки состояния гомеостаза организма (В.Н.Шабалин и др. "Способ оценки состояния гомеостаза организма", патент РФ N 2007716, кл. МПК⁵ G 01 N 33/48, опубликованный в БИ N 3, 1994 г). Способ заключается в исследовании физико-химического состояния биологической среды. На организм пациента воздействуют внешним или внутренним фактором (лечебное воздействие по коррекции гомеостаза) и исследуют физико-химический состав биологической жидкости (биосреды) в поляризованном свете. Выделено и описано 6 морфотипов. При наличии 1, 2, 3 и 4 морфотипов оценивают гомеостаз компенсированным, а при появлении дополнительно 5, 6 морфотипов - нарушенным. Недостатком прототипа является сужение объема информации и отсутствие информации о структуре биологической среды в целом и взаимодействии всех структурных элементов.

Данное изобретение решает задачу получения информации о структурном состоянии организма, так как устойчивость и надежность функционирования организма основана на принципе его самоорганизации, когда функция элемента формирует его структуру, а структура определяет его функцию.

Технический результат при решении данной задачи - это расширение объема информации о состоянии гомеостаза организма, т.е. получение интегральной информации, а также возможность прогнозирования поведения организма при воздействии и управлении структурой биосред.

Указанный технический результат достигается тем, что по сравнению с известным способом оценки состояния гомеостаза организма, заключающемся в исследовании физико-химического состояния биологической среды, новым является то, что оценку осуществляют по отклику организма на воздействие внешних и внутренних факторов по изменению надмолекулярной структуры биологической среды.

Надмолекулярная структура (НМС) - это взаимное расположение, внутреннее строение и характер связи между единичными элементами. Надмолекула - это структурная единица вещества высшего порядка, чем молекула и макромолекула. Надмолекулярный уровень - конечный уровень структрообразования системы. Он очень мобильный, так как представляет собой физически связанные молекулы. Он первый реагирует на все изменения в организме. Оценка состояния гомеостаза организма по изменению НМС основной матрицы - структурного каркаса вещества позволяет получить информацию о:
- текстуре (ориентации) всей биосреды:
- взаимодействии структур, их энергетической связи;
- изотропных и анизотропных элементах структуры.

НМС биосреды показывает ее физическое состояние в момент исследования, а именно по агрегированию структурных элементов и образованию более сложных морфологических форм судят о развитии патологического процесса и наоборот по структурированию, ориентации структур и исчезновению крупных сложных агрегатов судят об улучшении физического состояния. При исследовании биологических сред в основном разделяют органическую и неорганическую составляющие, тем самым разрушая исходную структуру среды, что ведет к потере части информации: об исходных морфологических признаках, составляющих среду элементов; пространственной композиции среды; типе связей между элементами (энергетическая составляющая). Это имеет важное значение, так как нарушение структурных и динамических характеристик мембран приводит к возникновению заболеваний. Биосреды (кровь, слеза, урина и т.п.) находятся в непосредственном контакте с нервными окончаниями, клеточными мембранами. Основным компонентом жидких биосред является вода, имеющая особое структурированное состояние в организме. Установлено, что состояние воды имеет существенное значение для функционирования биологических структур в живом организме.

Одной из основных функций воды является передача сигналов в процессах с обратными связями. Биосреды организма, являясь многокомпонентными коллоидными растворами, имеют определенную внутреннюю структуру как на молекулярном, так и на надмолекулярном уровнях. Известно, что свойства материалов, в том числе и дисперсий высокомолекулярных соединений (жидкие биосреды) можно отнести к этому типу материалов, закладываются на молекулярном уровне, а реализуются на надмолекулярном, т. е. комплекс свойств материала зависит от НМС. Поэтому изменения в клеточных мембранах найдут отражение в состоянии воды в жидкой биосреде. Особенностью коллоидных дисперсий, в данном случае биосреды, является то, что НМС формируется в растворе и наследуется пленкой из этого раствора. Поэтому изменения, произошедшие в дисперсии (жидкой биосреде) находят отражение в морфологической структуре пленки, полученной из этой дисперсии. Жидкую биосреду можно рассматривать как систему "кристалл-среда". Поэтому в конечном морфологическом типе содержится информация о растворителе (воде) (pH, ионной силе, растворенных веществах и т.п.), внутри- и межмолекулярных взаимодействиях составляющих среды, адсорбционных силах и т. п. , т.е. вся неразделенная на неорганическую и органическую составляющие биосреды, информация. Это и есть интегральная информация о физико- химическом состоянии организма, а НМС жидкой биосреды - источник этой интегральной информации. По изменению НМС основной матрицы, т.е. структурного каркаса, основы вещества, осуществляют оценку отклика организма на воздействие внешних и внутренних факторов.

НМС растворов наблюдается методами:
- светорассеивания;
- рентгеноструктурным анализом;
- лазерным корреляционным анализом;
- электронной микроскопии;
- оптической микроскопии.

На фиг. 1 представлена оценка состояния гомеостаза организма по заявляемому способу с использованием биосреды (урины) практически здоровых людей при возрастных изменениях.

На фиг. 2 представлена оценка состояния гомеостаза организма по заявляемому способу с использованием биосреды (урины) онкологических больных.

На фиг. 3 представлена оценка состояния гомеостаза организма по заявляемому способу с использованием биосреды (урины) онкологических больных после воздействия электромагнитного поля (ЭМП).

На фиг. 4 представлена оценка состояния гомеостаза организма по заявляемому способу и по прототипу с использованием биосреды (урины) онкологических больных.

Заявляемый способ оценки состояния гомеостаза организма состоит в исследовании физико-химического состояния биологической среды. В качестве биологической среды исследуется плазма или сыворотка крови, урина, слеза и т.п. При этом имеют информацию до воздействия внешних или внутренних факторов. Далее организм подвергается этим воздействиям. Ими могут быть лекарственные воздействия или воздействия электромагнитных полей. При сравнении основной матрицы биосреды по изменению НМС осуществляют оценку отклика организма на воздействие внешних и внутренних факторов.

Возможность осуществления заявляемого способа приводится с использованием метода оптической микроскопии. Жидкая биосреда (урина) высушивается при определенном температурно-временном режиме. Полученная после испарения раствора "кристаллограмма" просматривается и изучается с помощью оптического микроскопа при увеличении X 60-150.

Фиг. 1. Для практически здоровых лиц (компенсированный гомеостаз) характерна плотная, равномерная надмолекулярная структура основного структурообразующего вещества биологической среды. На представленной фигуре основной структурной единицей является сферолитоподобное структурное образование, размер которого меняется в зависимости от возраста и индивидуальных особенностей организма от примерно 1,5 - 2 мкм до 20 - 25 мкм.

Фиг. 2. Для нарушенного гомеостаза, в частности больных раком, характерно наличие на фоне практически отсутствующей матрицы основного структурообразующего вещества данной биосреды либо рыхлых структурных многофазовых образований протяженностью ≥25-30 мкм, либо наличие сложной формы крупных разветвленных НМС протяженностью > 30 мкм, природа которых отлична от состава основной матрицы.

Фиг. 3. Представлены наиболее характерные виды структур, анализ которых позволяет прогнозировать стойкость организма к действию внешних или внутренних факторов. Крупные рыхлые структурные агрегаты, характерные для больного в исходном состоянии, после воздействия электромагнитным излучением исчезают: на бесструкторном фоне достаточно равномерно расположены мелкие сферические структурные единицы: наблюдается измельчение слипшихся агрегатов. Биосреда больной с опухолью молочной железы представлена устойчивыми разветвленными агрегатами (размер >30 мкм). Такой вид НМС может свидетельствовать об устойчивости данной среды к определенным параметрам ЭМП. Анализ структуры после воздействия ЭМП с данными параметрами показывает, что этот тип НМС практически не видоизменяется.

Фиг. 4. Представлены кристаллограммы больного раком в неполяризованном (по заявляемому способу) и поляризованном свете (по прототипу).

Показано, что в поляризованном свете возможна потеря информации о состоянии биосреды. Например, сравнение изображения п. 1 - 5 и 1 - 6 показывает, что в поляризованном свете выпадает информация об изотропной части биосреды.

Таким образом, заявляемый способ по сравнению с прототипом позволяет расширить объем информации о состоянии гомеостаза организма, дает возможность прогнозировать поведение организма при воздействии внешних и внутренних факторов, а также позволяет корректировать структуру биосреды.

Изобретение может быть использовано в медицине, а именно для исследования физико-химического состояния биологической среды при изучении механизма воздействия внешних и внутренних факторов на организм. Способ позволяет расширить объем информации о состоянии гомеостаза организма. Проводят исследование физико-химического состояния жидкой биологической среды организма с учетом воздействия на него внешних или внутренних факторов. При этом оценку осуществляют по изменению надмолекулярной структуры биологической среды в целом. Жидкую биосреду высушивают и после испарения раствора полученную кристаллограмму просматривают в неполяризованном свете. При наличии агрегированных структурных элементов по образованию сложных морфологических форм, судят о развитии патологического процесса и оценивают гомеостаз как нарушенный, а при их структурировании, ориентации и исчезновении крупных сложных агрегатов судят об улучшении физического состояния и оценивают гомеостаз как компенсированный. 4 ил.

Способ оценки состояния гомеостаза организма, включающий исследование физико-химического состояния жидкой биологической среды организма с учетом воздействия на него внешних или внутренних факторов, отличающийся тем, что оценку осуществляют по изменению надмолекулярной структуры биологической среды в целом, при этом жидкую биосреду высушивают и после испарения раствора полученную кристаллограмму просматривают в неполяризованном свете и при наличии агрегированных структурных элементов по образованию сложных морфологических форм судят о развитии патологического процесса и оценивают гомеостаз как нарушенный, а при их структурировании, ориентации и исчезновению крупных сложных агрегатов судят об улучшении физического состояния и оценивают гомеостаз как компенсированный.