СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ НА БИОЛОГИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТ Российский патент 2000 года по МПК G01N33/483 G01N33/48 

Изобретение относится к способам биоиндикации преимущественно малых доз (менее 0,05 гр.) излучения и может найти применение в медицине и радиобиологии.

В настоящее время в медицинской экологии сформировалось новое направление исследований - воздействие малых доз неионизирующего излучения на биологические объекты. Примерами такого излучения в жизни являются: телебашня, СВЧ-печи, мониторы компьютера, радиотелефоны. В связи с новыми проводимыми исследованиями появилось понятие "электронный смог".

Впервые проблема изучения влияния малых доз возникла с Чернобыльской аварией. Биомедицинские исследования показали, что ключевым звеном нарушения биосистем являются внутриклеточные нарушения и межклеточная передача информации. Как известно из биофизических и биохимических исследований - основой информационного перехода является конформационный переход в основаниях ДНП (интерфазный хроматин) и биомембран. Изучение этих процессов - необходимый этап определения воздействия неионизирующего излучения.

Наиболее близким по технической сущности является "Способ диагностики воздействия радиации", заключающийся в определении повреждения генома, основанный на определении разрывов связей в ДНК(1). Однако быстрая и эффективная репарация повреждений ДНК уже в течение 1-го часа после воздействия излучения затрудняет его практическое применение.

Сущность способа заключается в том, что в качестве части биологического объекта используют надмолекулярные структуры в составе интактной клетки, а именно эритроцита. В качестве параметров для выявления воздействия излучения выбирают форму и объемы эритроцитов до и после воздействия излучения, т.е. количество диско- и сфероцитов, а также их соотношение. Кроме того, основным биоиндикатором в эритроците выбрана его биологическая мембрана и ее 3-х мерная морфоденситометрическая (МДМ) реконструкция, воспроизведенная путем выявления статистического соответствия характеристик изображения 2-х мерной структуры на плоскости наблюдения и самой 3-х мерной структуры биологического объекта за счет измерения на плоскости наблюдения и ниже приведенных зависимостей:


где R - расстояние элемента мембраны эритроцита (например, спикулы) до центра эритроцита;
ϕ - угол в полярных координатах ориентации радиуса вектора относительно нормальной плоскости;
θ - угол ориентации элемента мембраны в плоскости падения и преобразование этих измерений в количественные характеристики структуры.

При изменении субпопуляций эритроцитов после воздействия, задают представительский ряд субпопуляций, например, диско- и сфероциты, и по его изменению определяют воздействие. Также воспроизводят 3-х мерную МДМ реконструкцию всех субпопуляций эритроцитов до и после воздействия, возможна также частичная (выборочная), например, представительского класса.

Технический результат выражается в рассмотрении диапазона выявления воздействия, повышении достоверности и точности информации и т.д.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где: на фиг. 1 представлены зафиксированные ОЭС субпопуляции эритроцитов и их расположения в контрольных и облученных мазках крови 1 и 2 мышей, на фиг. 2 - трехмерная реконструкция мембраны дискоцита, на фиг. 3 и 4 - трехмерная реконструкция мембраны с частичным отклонением от нормы в соответствующих системах координат.

Способ был опробирован следующим образом.

В качестве основного биоиндикатора воздействия малых доз излучений на биологический объект предлагается использовать эритроцит, а более конкретно его биологическую мембрану. Это связано с тем, что данная клетка:
1) присутствует в большинстве структур биологического объекта, т.е. она является "вездесущей", например, в течение суток в каждом участке крови она присутствует три раза.

2) в силу своей структуры, а именно, наличием гемоглобина, являющимся носителем кислорода.

Целью эксперимента является оценка изменений:
1) формы эритроцита;
2) его реологических свойств.

Кроме того, попытаться оценить насыщенность кислородом гемоглобина до и после воздействия на биологический объект, в частности кровь, малых доз излучений (порядка 0,05 Дж/кг), например, излучаемых компьютером.

Таким образом, создать тест-систему для оценки воздействия физиотерапии на организм человека.

В качестве исходного биологического материала для исследований использовалась кровь 2-х экспериментальных мышей. Для морфоденситометрического анализа кровь каждой мыши помещалась в два капиллярных сосуда, а для реологического анализа - в две пробирки.

В помещении перед проведением в нем эксперимента определялся существующий естественный фон излучения, находилась зона его наименьшего воздействия, где устанавливались контрольные пробы (исходные 2 капиллярных сосуда и 2 пробирки с кровью по одной от каждой мыши).

При включенном мониторе компьютера впереди экрана на уровне расположения оператора при помощи "рамки" определялась зона воздействия от монитора, где впоследствии устанавливалась аналогичная контрольным пробам, оставшаяся партия по 2 капиллярных сосуда и 2 пробирки с кровью (по одной от каждой мыши).

Воздействие от монитора на кровь осуществляли в течение 10 минут. Из крови в 4-х капиллярных сосудах, подвергшихся и не подвергшихся воздействию, изготавливались мазки, а кровь в 4 пробирках исследовалась на реологические свойства.

После изготовления мазков крови до и после воздействия производилось их исследование на опто-электронной морфоденситометрической системе (ОЭС).

Контрольные мазки и мазки, подвергшиеся воздействию, помещали в ОЭС, где по специальной методике проводились исследования эритроцитов, находящихся в них, а именно, состава (субпопуляции).

На фиг. 1 в верхнем ряду (слева направо) представлены зафиксированные ОЭС субпопуляции эритроцитов и их расположение субпопуляций эритроцитов контрольной пробы, соответственно 1 и 2 мыши. Там же, в нижнем ряду аналогично облученных.

Были определены представительские субпопуляции, а именно, диско- и сфероциты.

Из картины, приведенной на фиг. 1, выявлено, что после воздействия излучения значительно сократилось количество дискоцитов и резко увеличилось количество сфероцитов. Кроме того, после воздействия увеличилось количество мышеневидныx клеток и появились лептоциты.

Таким образом, можно предположить, что часть дискоцитов преобразовалось в сфероциты. На основании вышеизложенного анализа была произведена статистическая обработка полученных данных с использованием ϕ - преобразования Фишера и построены эритроцитограммы для каждого случая.

После этого каждая субпопуляция (можно только представительских эритроцитов) по морфоденситометрическому методу обрабатывалась и строились трехмерные реконструкции мембран каждого эритроцита. Это позволило выявить с более значительной достоверностью характер воздействия излучения, т.е. определить даже незначительные отклонения профиля мембран.

Далее, аналогичные исследования проводились на компьютерах с различным фоном излучения и были получены соответствующие результаты.

Способ трехмерной МДМ реконструкции основан на статическом соответствии характеристик изобретения структуры на плоскости наблюдения и самой структуры морфообъекта. Для его осуществления производят измерения на плоскости наблюдения и с помощью формул:


где R - расстояние элемента мембраны эритроцита (например, спикулы) до центра эритроцита;
ϕ - угол в полярных координатах ориентации радиуса вектора относительно нормальной плоскости;
θ - угол ориентации элемента мембраны в плоскости падения.

Данный способ был испытан в зоне с малым фоном излучения после аварии на ЧАС, и было подтверждено у людей, проживающих в зонах незначительного загрязнения. Существует дисбаланс между диско- и сфероцитами крови (изменение биологической мембраны эритроцита), что привело к значительному увеличению роста заболеваемости (II).

Предположенный способ позволяет выявить изменения биологических мембран эритроцитов на ранних стадиях заболеваний, а также представляет собой тест-систему для оценки воздействия физиотерапии на организм человека.

Источники
1. "Радиобиология", Михайлов В.Ф., Потемкин Л.А., т. 25, вып. 6., стр. 54-55, 1985 г. - прототип.

2. "Изменения пула периферических лимфоцитов у детей, проживающих на радиационно загрязненных территориях", Буякин В.М., "Автореферат диссертации кандидата мед. наук", стр. 26, Москва, 1994 г.

Изобретение относится к медицине, в частности к способам биоиндикации преимущественно малых доз излучения, и может найти применение в медицине и радиологии. Определяют представительский ряд субпопуляций эритроцита, воспроизводят морфоденситометрическую реконструкцию всех субпопуляций и выявляют воздействие излучения по соответствию характеристик изменения их структуры на плоскости наблюдения и самой структуры части биологического объекта. В качестве представительского ряда субпопуляций эритроцита используют диско и сфероциты. Способ обеспечивает повышение достоверности и точности информации. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ выявления воздействия излучения на биологический объект, включающий сравнение структур части биологического объекта и их параметров до и после воздействия на него излучения, и определение их изменений, отличающийся тем, что в качестве части биологического объекта используют эритроцит, определяют представительский ряд его субпопуляций, после чего воспроизводят морфоденситометрическую реконструкцию представительского ряда субпопуляций и выявляют воздействие излучения по соответствию характеристик изменения их структуры морфоденситометрической реконструкции характеристикам, полученным до воздействия. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве представительского ряда субпопуляций используют диско- и сфероциты. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что используют количественные показатели диско- и сфероцитов. 4. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что используют соотношение диско- и сфероцитов. 5. Способ по пп.1 - 4, отличающийся тем, что в качестве части биологического объекта используют мембрану эритроцита, а воздействие выявляют по изменению ее профиля. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что воспроизводят 3-мерную морфоденситомебрическую реконструкцию всех субпопуляций эритроцитов до и после воздействия. 7. Способ по пп.5 и 6, отличающийся тем, что воспроизводят 3-мерную морфоденситометрическую реконструкцию субпопуляций представительского ряда. 8. Способ по пп.5 - 7, отличающийся тем, что 3-мерную морфоденситометрическую реконструкцию воспроизводят путем выявления статического соответствия характеристик изображения двухмерной структуры на плоскости наблюдения и самой 3-мерной структуры биологического объекта за счет измерения на плоскости наблюдения и нижеприведенных зависимостей:


где R - расстояние элемента мембраны эритроцита (например, спикулы) до центра эритроцита;
ϕ - угол в полярных координатах ориентации радиуса вектора относительно нормальной плоскости;
θ - угол ориентации элемента мембраны в плоскости падения и преобразованием этих измерений в количественные характеристики структуры.