ИСТИНА

Для диагностики и лечения многих заболеваний важно иметь возможность постоянно контролировать такую характеристику крови как распределение эритроцитов по деформируемости [1, 2]. В принципе, это можно делать с помощью фотографирования эритроцитов в сдвиговом потоке. Однако этот метод, предложенный в 2002 году [3], и называемый методом реоскопии, пока не нашел широкого практического применения. Поэтому актуальным остается поиск альтернативных решений. Мы полагаем, что измерение статистических характеристик деформируемости эритроцитов возможно на основе метода лазерной дифрактометрии эритроцитов в сдвиговом потоке (эктацитометрии) при его соответствующей модификации. Лазерная эктацитометрия представляет собой метод измерения индекса деформируемости эритроцитов, основанный на регистрации и обработке дифракционных картин. Дифракционные картины возникают при рассеянии лазерного пучка на разбавленной суспензии эритроцитов, деформированных в сдвиговом потоке силами вязкого трения. В ротационном эктацитометре такой поток создается с помощью ячейки Куэтта. Анализ дифракционной картины проводят, используя понятие линии изоинтенсивности. Так называется линия на экране наблюдения, на которой интенсивность рассеянного света имеет некоторое постоянное значение. Обычно линию изоинтенсивности аппроксимируют эллипсом и измеряют отношение полуосей этого эллипса. Это отношение служит мерой деформации эритроцитов в сдвиговом потоке. Деформация как функция сдвигового напряжения характеризует деформируемость эритроцитов, которая и измеряется в подобных экспериментах. Исследования показывают, что деформируемость эритроцитов, сильно влияющая на микроциркуляцию крови, с одной стороны зависит от состояния организма человека, а с другой – во многом его определяет. Например, у пациентов с острым нарушением мозгового кровообращения деформируемость эритроцитов заметно ниже, чем у здоровых людей такого же возраста [4]. В этом и в других случаях лазерная эктацитометрия помогает выявить реологическое нарушение, оценить его степень и подобрать адекватное лечение. Лазерная эктацитометрия эритроцитов была предложена в 1975 году [5], и с тех пор используется без существенных изменений, позволяя оценивать лишь среднюю деформируемость эритроцитов в исследуемом образце крови. Возникает вопрос: можно ли этим методом измерить распределение эритроцитов по деформируемости или хотя бы оценить основные параметры этого распределения? Наши исследования показывают, что это возможно [6, 7]. В частности, мы разработали алгоритмы измерения таких параметров, как дисперсия деформируемости ( ) и асимметрия распределения эритроцитов по деформируемости ( ). Внедрение этих методик в практику означало бы существенное расширение функциональных возможностей метода. При развитии этого подхода возникают новые задачи. К их числу относятся: подавление спекл-структуры дифракционных картин, выбор рабочей точки на профиле интенсивности рассеянного света, калибровка эктацитометра, измерение кривизны линии изоинтенсивности в полярных точках, тестирование новых алгоритмов обработки данных. В докладе мы обсуждаем возможные пути решения этих проблем. В частности, для тестирования новых алгоритмов обработки данных мы провели эксперименты, в которых использовали специально подготовленные образцы крови крыс. В этих экспериментах были приготовлены суспензии эритроцитов крысы, которые содержали в разных пропорциях клетки двух типов: нормальные (деформируемые) эритроциты и эритроциты с пониженной деформируемостью. Последние были получены путем обработки клеток раствором глютаральдегида. На рисунке 1 показаны линии изоинтенсивности, полученные для четырех разных образцов крови. Все линии получены при одинаковых сдвиговых напряжениях и при одном и том же уровне интенсивности рассеянного света. Разные кривые соответствуют разным концентрациям клеток, обработанных глютаральдегидом. Содержание таких клеток в образцах крови характеризуется цифрами (в процентах): 0 (а), 20 (б), 50 (в) и 100 (г). Для таких образцов крови параметры и можно определить двумя способами. При вычислении первым способом считаются известными формы частиц при данном сдвиговом напряжении и соотношение их концентраций. При вычислении вторым способом считается известным распределение интенсивности света в дифракционной картине, возникающей при рассеянии лазерного пучка на рассматриваемом ансамбле частиц. В частности, мы полагаем известной Рисунок 1. Линии изоинтенсивности для четырех разных образцов крови. форму линии изоинтенсивности, лежащей вблизи границы центрального дифракционного максимума и соответствующей некоторой определенной интенсивности рассеянного света. Сравнивая результаты, полученные двумя указанными способами, можно оценить точность измерения параметров и с помощью разработанных нами методик. Проведенные исследования показывают, что новые алгоритмы позволяют получать достоверные данные. Так, анализ линии изоинтенсивности, показанной на рисунке 1(б), позволил определить параметры и для второго образца крови с погрешностью менее 15%. Мы полагаем, что точность измерения параметров и на меньших сдвиговых скоростях должна быть еще более высокой. Таким образом, мы разработали алгоритмы обработки данных лазерной дифрактометрии эритроцитов в сдвиговом потоке (эктацитометрии), позволяющие оценивать статистические параметры деформируемости эритроцитов, а именно, дисперсию деформируемости и асимметрию распределения эритроцитов по деформируемости. Эксперименты, проведенные со специально подготовленными образцами крови крыс, показывают, что погрешность измерения указанных параметров с помощью новых алгоритмов обработки данных не превышает 15%. Литература 1. M. Musielak. Red blood cell-deformability measurement: Review of techniques. Clinical Hemorheology and Microcirculation, 2009, v. 42, p. 47–64. 2. Фирсов Н.Н., Джанашия П.Х. Введение в экспериментальную и клиническую гемореологию. Москва, РГМУ, 2008. 3. J.G.G. Dobbe, G. J. Streekstra, M. R. Hardeman, et al. Measurement of the distribution of red blood cell deformability using an automated rheoscope. Cytometry (Clinical Cytometry), 2002, v. 50, p. 313–325. 4. S.Yu. Nikitin, A.V. Priezzhev, and A.E. Lugovtsov. Laser diffraction by the erythrocytes and deformability measurements. In: Advanced Optical Flow Cytometry: Methods and Disease Diagnoses. Edited by Valery V. Tuchin. Published by Wiley-VCH Verlag GmbH & Co., 2011, p. 133-154. 5. M. Bessis, N. Mohandas. A diffractometric method for the measurement of cellular deformability. Blood Cells, 1975, v. 1, p. 307-313. 6. С.Ю. Никитин, М.А. Кормачева, А.В. Приезжев, А.Е. Луговцов. Рассеяние лазерного пучка на неоднородном ансамбле эллиптических дисков, моделирующих красные клетки крови в эктацитометре. Квантовая электроника, 2013, т. 43, с. 90-93. 7. S.Yu. Nikitin, A.V. Priezzhev, A.E. Lugovtsov. Analysis of laser beam scattering by an ensemble of particles modeling red blood cells in ektacytometer. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 2013, v. 121, p. 1-8.