Газета «Новости медицины и фармации» Гастроэнтерология (429) 2012 (тематический номер)

Вступ

Серед методів оптичної діагностики біологічних рідин та тканин людини значного поширення набули методи лазерної поляриметричної діагностики їх оптико­анізотропної структури. У результаті визначаються взаємозв’язки між набором таких параметрів та розподілами напрямів оптичних осей і величини двопроменезаломлення середовищ оптично ізотропних та оптично анізотропних компонентів шару біологічних рідин та тканин. З оптичної точки зору жовч являє собою багатокомпонентну фазово­неоднорідну рідину, до складу якої входять 3 основні фракції (рис. 1).

 Це оптично ізотропний — оптично гомогенний міцелярний розчин (І — рис. 1а) з невеликою кількістю клітин циліндричного епітелію, лейкоцитів, лейкоцитоїдів, слизу; оптично анізотропна — рідкокристалічна фаза (А — рис. 1б, 1в), що складається із сукупності рідких кристалів: голчасті кристали жирних кислот, кристали моногідрату холестерину, кристали білірубінату кальцію; оптично кристалічна (А — рис. 1г) — твердокристалічна фаза, що утворюється за рахунок дендритного та дисклінаційного механізмів кристалізації.

З моделі оптичних властивостей шару жовчі випливає, що він за фізико­хімічною природою є фазово­неоднорідним. Оптично анізотропна компонента шару жовчі формує поляризаційно­неоднорідну складову лазерного зображення [1].

Метою даного дослідження було вивчити біофізичні зміни жовчі у хворих на хронічний некалькульозний холецистит (ХНХ) на тлі цукрового діабету (ЦД) 2­го типу.

Матеріал та методи

На рис. 2 показано експериментальне розташування для вимірювання координатних розподілів фазових зсувів у площині лазерних зображень шарів жовчі людини [3].

Фазово­неоднорідні шари жовчі людини опромінювали паралельним пучком (Æ = 104 мкм) Hе­Nе лазера 1. За допомогою поляризаційного освітлювача (чвертьхвильова пластинка 3 і поляризатор 2) формували правоциркулярно (кут між оптично. віссю пластинки 3 і площиною пропускання поляризатора 2 становить +45°) поляризовану електромагнітну хвилю пучка, що освітлює. Поляризаційні зображення шарів жовчі людини формувалися в площині світлочутливої площадки (800 х 600) CCD­камери 8 за допомогою мікрооб’єктива 5. Перед цифровою камерою 8 розміщували поляризаційний аналізатор 6, 7, який пропускав лише лівоциркулярно поляризовані коливання (кут між оптичної віссю пластинки 6 і площиною пропускання поляризатора 7 становить –45°). У такому поляризаційному розташуванні координатний розподіл інтенсивності точок лазерного зображення є взаємопов’язаним із величинами локальних фазових зсувів [4].

Вираз (1) являє собою цифровий масив даних про фазову структуру лазерних зображень шарів жовчі людини.

Як аналітичний механізм для оцінки розподілів випадкових значень інтенсивності (I), що характеризують зображення зразків жовчі людини, використовували статистичні моменти першого (M₁ — середнє або математичне очікування), другого (M₂ — дисперсія), третього (M₃ — асиметрія) і четвертого (M₄ — ексцес) порядків [2].

Для характеристики координатних розподілів Dz(x, y) ми використовували метод автокореляції [3].

Фрактальний аналіз оцінювання ансамблів випадкових величин, що характеризують лазерні зображення шарів жовчі людини, проводили на основі розрахунку спектрів потужності координатних розподілів фаз лазерного зображення зразків жовчі людини [5].

Експериментально досліджувалися структури лазерних зображень шарів жовчі осіб таких груп:

— практично здорові особи — група 1 (n = 15);

— хворі на хронічний некалькульозний холецистит — група 2 (n = 25);

— хворі на хронічний некалькульозний холецистит на тлі цукрового діабету 2­го типу — група 3 (n = 25).

Для кожного типу зразку жовчі (групи 1–3) в оптичному розташуванні поляризаційного фазометра співвідношення визначалося відповідне фазове зображення j(x, y), пронормоване за максимальним значенням фазового зсуву j_мах = 2p.

Усі хворі отримували базову терапію згідно з діючими протоколами МОЗ України, а також препарати: діаліпон — 20 мл на добу внутрішньовенно краплинно протягом 10 днів, рафахолін Ц — 2 драже 3 рази на добу після їди протягом 14 днів.

Результати дослідження та їх обговорення 

Проаналізувавши результати клінічного обстеження, можна зробити висновок, що в осіб, хворих на хронічний некалькульозний холецистит та цукровий діабет 2­го типу, больовий синдром наявний у майже половини обстежених хворих із незначною інтенсивністю даного синдрому. У хворих на ХНХ був наявний больовий синдром у всіх обстежених, помірна його інтенсивність та поява больового синдрому через 1–1,5 години після їди, особливо після вживання жирної їжі. У хворих 3­ї групи вірогідно частіше переважало порушення випорожнення у виглядів запорів та метеоризму, що пов’язаною з наявною діабетичною автономною нейропатією. При аналізі астеновегетативного синдрому виявлено, що у хворих 3­ї групи переважали ознаки ваготонії, що свідчать про більш глибокі порушення гомеостазу організму в осіб даної категорії порівняно з хворими 2­ї групи.

На основі отриманих даних інструментальних методів дослідження встановлено, що у хворих на ХНХ та ЦД 2­го типу спостерігаються потовщення стінок, нерівність та наявність деформацій, збільшення розмірів жовчного міхура (ЖМ), зниження порогу больової чутливості при перевірці УЗД­симптому Мерфі, наявність гіпотонічно­гіпокінетичної дискінезії ЖМ та виражені мікро­ і макроскопічні зміни міхурової жовчі. У хворих на ХНХ виявлено всі 5 ехоскопічних ознак запалення жовчного міхура, гіпотонічно­гіпокінетичну дискінезію ЖМ та виражені мікро­ та макроскопічні зміни міхурової жовчі.

На рис. 3 наведені фазові зображення j(x, y)  шарів жовчі пацієнтів 1–3­ї груп (а); тривимірна реконструкція координатних розподілів j(x, y) (б); автокореляційні функції (в) та Log­log залежності спектрів потужності координатних розподілів фазових зсувів j(x, y) (г).

З одержаних даних про координатну, кореляційну і фрактальну структуру фазового зображення шарів жовчі здорової людини видно, що розподіл значень фазових зсувів (рис. 3а) характеризується максимально можливим діапазоном (рис. 3б) зміни власних значень —1,0 £ j(x, y) £ +1,0.

Автокореляційна функція розподілу j(x, y) лазерного зображення складається з двох ділянок — «стрімкого» і «повільного» падіння (рис. 3в). Інтегральним проявом таких особливостей автокореляційної функції є зменшення кореляційної площі до величини S(j) = 0,18.

Множина значень j(x, y) мультифрактальна — Log­log залежності спектра потужності (рис. 3в) розподілу значень фазових зсувів j(x, y) характеризуються трьома кутами нахилу (h₁ = 52°; h₂ = 64°; h₃ = 46°), яким відповідають фрактальні розмірності D₁ = 1,79; D₂ = 1,57; D₃ = 1,98 і дисперсія W = 0,07.

Автокореляційна функція (рис. 3з) і Log­log залежність спектра потужності (рис. 3ж, 3з) координатного розподілу фаз j(x, y) лазерного зображення шару жовчі групи 2 відрізняються. Так, кореляційна площа зменшується на 30 % і становить величину S = 0,12. Параметри апроксимуючої кривої Ф(h) (рис. 3і) близькі до ламаної. Дисперсія спектра потужності зростає до величини W = 0,09.

Порівняльні дослідження статистичних, кореляційних і фрактальних параметрів, які характеризують фазові зображення зразків жовчі хворих групи 3, дали такі результати.

Кореляційна площа S(j) розподілу фаз j(x, y) лазерного зображення жовчі групи 2 (рис. 3к, 3л) становить величину S = 0,09.

Апроксимуюча крива Ф(h) (рис. 3м) характеризується статистичною (без визначеного кута нахилу) структурою практично для всього діапазону розмірів лазерного зображення (d = 2mm ¸ 2000mm), що реєструється CCD камерою 10.

Дисперсія розподілу екстремумів Log­log залежності спектра потужності фаз j(x, y) складає величину W = 0,12.

Кореляційна площа S(j) розподілу фаз j(x, y) лазерного зображення жовчі людини з об’єднаною патологією (рис. 3к, 3л) значно зменшується і становить величину S = 0,055. Апроксимуюча крива Ф(h) (рис. 3н) статистична з дисперсією розподілу екстремумів Log­log залежності спектра потужності фаз j(x, y) W = 0,17.

Результати порівняльного дослідження сукупності статистичних моментів 1–4­го порядків фазових зображень шарів жовчі всіх груп наведені в табл. 1.

З одержаних даних випливає, що найбільш діагностично інформативними для виявлення ознак холелітіазу виявилися дисперсія (групи 2–3); асиметрія (групи 2–3) та ексцес (групи 2–3). Установлені такі діапазони відмінностей між статистичними параметрами лазерних зображень жовчі групи практично здорових осіб (група 1) та хворих із різною патологією: дисперсія (збільшення в 1,5–2,1 раза); асиметрія (збільшення у 3–16 разів) і ексцес (збільшення у 3–12 разів).

Застосування статистичного аналізу фазових зображень жовчі різних типів патології дозволяє однозначно диференціювати властивості жовчі пацієнтів з поєднаною патологією.

У табл. 2 подані порівняльні дані про кореляційні і фрактальні параметри фазових розподілів лазерних зображень зразків жовчі всіх груп.

Висновки

На основі отриманих даних інструментальних методів дослідження встановлено, що у хворих на ХНХ та ЦД 2­го типу спостерігаються потовщення стінок, нерівність та наявність деформацій, збільшення розмірів ЖМ, зниження порогу больової чутливості при перевірці УЗД­симптому Мерфі, наявність гіпотонічно­гіпокінетичної дискінезії ЖМ та виражені мікро­ і макроскопічні зміни міхурової жовчі.

Визначення кореляційної площі S(j) координатних розподілів фаз рідкокристалічної фракції шарів жовчі дозволяє вірогідно діагностувати наявність ініціюючої стадії холелітіазу при різноманітних типах патології (групи 2–3): відмінності між значеннями S(j) фазових зображень жовчі групи практично здорових осіб (група 1) та хворих з різною патологією (групи 2–3) лежать у діапазоні від 1,3 до 3,0 раза. На відміну від мультифрактального розподілу фаз лазерного зображення шарів жовчі контрольної групи пацієнтів всі множини значень фазових зсувів шарів жовчі з різними типами патології статистичні. Значення дисперсії розподілу екстремумів Log­log залежностей спектрів потужності екстремальних значень фазових зсувів лазерних зображень жовчі пацієнтів 2–3­ї груп більші у 1,2–2,0 раза за величину аналогічного параметра спектра потужності фазових зображень зразків жовчі контрольної групи.

Після курсу лікування діаліпоном та рафахоліном Ц спостерігається наближення величин (у межах від 10 до 35 %) кореляційних і фрактальних параметрів фазових зображень зразків жовчі груп хворих пацієнтів до статистичних параметрів контрольної групи.

Перспективи подальших досліджень

Метод лазерної поляриметричної діагностики оптико­анізотропної структури жовчі людини дозволить на ранніх стадіях виявити зони кристалізації та віддиференціювати рідку чи твердокристалічну фазу, що надалі відіграє роль у призначенні того чи іншого лікувального алгоритму.