СПОСОБ ОЦЕНКИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ПЕЧЕНИ

Изобретение относится к медицине, а именно - к лабораторной диагностике патологических состояний печени, в основе которых лежит системный анализ изменений, происходящих при заболеваниях печени, и может быть использовано для оценки фазы патологического процесса. Способ базируется на анализе изменений и динамики отдельных показателей состояния в рамках системно организованных процессов: липопероксидации (ДК, МДАг), функциональной активности (АлАТ, БИЛ, Рж, ЦП) и состояния гисто структур органа (МИТ, ГЕП, СТ), и позволяет на стадии развития заболевания определять фазу патологического процесса. Данные, отображающие изменения и особенности динамики, позволяющие определять фазы для изменений отдельных показателей, сведены в таблицы (табл. 1-5).

Обобщенные данные, где за базовую фазность приняты результаты исследования митотической активности органа, сведены в специальную таблицу значений сравниваемых параметров (табл. 6), подтверждаемых клиническими данными (табл. 7).

В основе предложенного подхода к оценке состояния органа лежит принцип организации живой системы, согласно которому она стремится сохранить свою функциональную целостность, пока не исчерпан запас внутреннего противоречия. С этих позиций можно объяснить как состояние гомеостаза, так и возникновение компенсаторных явлений, роль адаптации [3, 4, 5]. Используя такой подход можно не только объективно определить фазу развития патологического процесса и оценить напряжение регуляторных систем, а также сформировать наиболее эффективный терапевтический комплекс, ускоряющий процесс выздоровления или выхода в состояние ремиссии.

Печень - самая крупная железа организма, она является важнейшим посредником в энергетическом и пластическом обмене организма с внешней средой. Именно в ней и происходит основная часть процессов, направленных на поддержание гомеостаза всего организма.

В силу высокой компенсаторной способности печени патологический процесс часто диагностируется уже на хронической стадии его течения и сопровождается значительными морфологическими изменениями. Поэтому задача лечения зачастую состоит в стимуляции восстановительных процессов, которые нередко заключаются в обратном развитии тех изменений, которые по ходу заболевания сложились как компенсаторные и адаптивные [6, 7].

Патологические изменения могут быть обусловлены различными факторами, как эндогенного, так и экзогенного характера: это гипоксия, нарушение оттока желчи в экстрапеченочных желчевыводящих протоках, эндогенная интоксикация при обширных травмах, воспалительных процессах, бактериальная эндотоксемия, поражение панкреа-тодуоденальной зоны, гепатотоксическое влияние фармпрепаратов, экзогенных токсинов, органических растворителей, алкоголя, гепатотропных вирусов и др. [8]. В структуре заболеваний значительная часть принадлежит гепатитам вирусной этиологии [9].

Однако, как свидетельствуют исследования, независимо от причин вызывающих патологический процесс, реакция организма на повреждение на тканевом и органном уровнях во многом однотипна [1; 2]. Объяснятся это универсальностью механизма повреждения клеток печени и системного ответа на нарушение функций органа [10-13].

Основными базисными параметрами, позволяющими судить о состоянии органа и его потенциальных возможностях, являются: состояние клеток и объемная доля соединительной ткани, число гепатоцитов, пролиферативная активность, обеспечивающая способность органа к регенерации. Для доказательства данного положения необходимо подчеркнуть, что любая реакция в самоорганизующейся живой системе направлена на стабилизацию состояния (гомеостаз) и на обеспечение ее функциональной активности. Причем эта реакция в зависимости от состояния структурной организации печени и в силу ограниченности энергетических ресурсов, не линейна. Поскольку в основе метаболических процессов в живой системе лежит сохранение жизни, то нелинейность и детерминированность ее реакции, по существу, являются основой, предопределяющей формирование нового стационарного состояния, например, хронического. Стационарность живой системы формируется на базе антагонистических влияний, как повреждающих факторов, так и восстановительных процессов, поэтому в условиях действия патогенного фактора такой анализ позволяет оценить возможность сохранения ее функциональной активности [3,5].

Таким образом, оценка состояния живой системы и наличия у нее мобилизационных резервов позволяют не только обоснованно прогнозировать дальнейшее развитие событий, но и предложить превентивные меры по стабилизации состояния. Предлагаемый подход существенно повышает чувствительность анализа и позволяет выявить не только способность системы реагировать на нарушение стационарности (ее подвижность), но и определять направленность и интенсивность такой реакции. Кроме того, рассмотрение динамики процессов позволяет оценить интенсивность выраженности сдвигов реакции органа при нарушении гомеостаза, определить его состояние и ту грань, после которой начинает формироваться новое стационарное состояние - новый гомеостаз.

Известен способ определения стадии патологического процесса в тестах оценки функциональной активности лимфоцитов в реакции Е-розеткообразования (РОК), отличающийся тем, что используют инкубацию выделенной из крови лимфоцитарной взвеси в течение 90 мин. с лекарственным препаратом иммуномодулирующего действия, содержащим естественные пептиды химического или костно-мозгового происхождения, а затем, после 2-минутного центрифугирования, инкубацию продолжают с эритроцитами барана в течение 18 ч, после чего рассчитывают индекс чувствительности (ИЧ) по формуле:

Причем чем выше значение ИЧ, тем активность считают менее выраженной, а при ИЧ меньше 1,0-2 констатируют активный патологический процесс, при этом, чем меньше значение ИЧ, тем активность процесса считают более выраженной, а при значении ИЧ равном 1,02 констатируют отсутствие чувствительности к лекарственному препарату, где - стандартная ошибка, равная 0,02. [14]. Однако, данный способ определяет активность патологического процесса и реакцию органа на применение лекарственного препарата. Он не позволяет определить фазу патологического процесса, скорость и направленность происходящих в органе изменений.

Известен также способ оценки функционального состояния печени у больных хроническим гепатитом и циррозом печени [15]. Способ заключается в регистрации вязкостных характеристик свертывающейся крови периода реакции r, максимальной амплитуды МА, времени формирования сгустка t, суммарного показателя ретракции и спонтанного лизиса сгустка F, причем исследование проводят дважды до и после "манжеточной пробы", дополнительно определяют интенсивности спонтанной агрегации тромбоцитов Ar, показателя активности тромбина Кк, причем при увеличении показателя r на 25-30%, снижении Ar на 30-40%, увеличении t на 20-30%, снижении Кк на 35-40%, снижении МА на 15-20%, увеличении F на 40-50% определяют отсутствие печеночно-клеточной недостаточности или компенсированную стадию цирроза печени; при укорочении показателя r на 50-100%, увеличении Ar на 20-40%, повышении Кк на 20-40%, увеличении t на 25-30%, повышении МА на 30-50%, при отсутствии статистически значимого изменения F определяют субкомпенсированную стадию цирроза; при укорочении показателя r на 25-30%, снижении Ar на 20-40%, снижении Кк на 50-100%, увеличении t на 30-50%, снижении МА на 10-20%, при отсутствии увеличения F определяют декомпенсированную стадию цирроза печени.

Способ осуществляют с помощью портативного анализатора реологических свойств крови АРП-01 "Меднорд", предназначенного для исследования реологических характеристик крови и регистрирующего самые незначительные изменения агрегатного состояния крови, которые отражают внутренние процессы, протекающие в крови при ее свертывании и лизисе сгустка. В течение всего исследования строится кривая, отражающая процесс, рассчитываются амплитудные и хронометрические константы r, Ar, t, Kk, МА, F, характеризующие основные этапы гемокоагуляции и фибринолиза [16, 17].

Построение графика изменений агрегатного состояния крови осуществляют в системе координат, где по оси абсцисс отражается время исследования в минутах, а по оси ординат - амплитуда в относительных единицах.

Наиболее близким к предлагаемому является способ оценки функционального состояния печени у больных хроническим гепатитом и циррозом печени, заключающийся в определении вязкостных характеристик свертывающейся крови периода реакции r, суммарного показателя ретракции и спонтанного лизиса сгустка F, отличающийся тем, что дополнительно определяют показатель активности тромбина Кк и при увеличении периода реакции r на 25-30%, снижении Кк на 35-40%, увеличении F на 40-50% определяют компенсированную стадию цирроза, при снижении r на 50-100%, увеличении Кк на 20-40% и увеличении F определяют субкомпенсированную стадию цирроза, при уменьшении r на 25-30%, снижении Кк на 50-100% и отсутствии увеличения F определяют декомпенсированную стадию цирроза печени [18].

Однако, при определении компенсированной, субкомпенсированной и декомпенсированной стадии патологического процесса, способ не позволяет определить фазу и направленность патологического процесса.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является определение фазы и направления патологического процесса при заболеваниях печени.

Поставленный технический результат достигается тем, что оценка функционального состояния печени базируется на системном анализе показателей интенсивности процессов липопероксидации, функциональной активности и гистоструктуры органа, при этом состояние печени оценивается на основании математического анализа непрерывной функциональной зависимости, полученной путем аппроксимации эмпирических данных сплайном, изменений изучаемых показателей от интенсивности патогенного фактора, сведенных в таблицу:

где:

МИТ - митотический индекс;

МДАг - малоновый диальдегид гомогената печени;

АлАТ - аланинаминотрансфераза;

БИЛ - билирубин;

Рж - относительная плотность жировых включений (в ткани печени);

ГЕП - число гепатоцитов в поле зрения;

ЦП - церулоплазмин;

СТ - объемная плотность соединительной ткани;

С - фаза, соответствующая физиологической норме;

А - фаза хронического состояния, соответствующая началу хронического процесса;

АА - фаза хронического состояния, соответствующая активному хроническому процессу;

ААХ - фаза хронического состояния, соответствующая терминальной стадии процесса (необратимых изменений).

Оценка функционального состояния печени производится на базе анализа зависимостей от интенсивности патогенного фактора системно связанных показателей: интенсивности процессов липопероксидации, функциональной активности и состояния гистоструктур органа: состояние печени может быть оценено на основании данных отдельных показателей (табл. 1-5; фиг. 2-11) или обобщенных данных, сведенных в специальную таблицу 6.

где:

МИТ - митотический индекс;

МДАг - малоновый диальдегид гомогената печени;

АлАТ - аланинаминотрансфераза;

БИЛ - билирубин;

Рж - относительная плотность жировых включений (в ткани печени);

ГЕП - число гепатоцитов в поле зрения;

ЦП - церулоплазмин;

СТ - объемная плотность соединительной ткани;

С - фаза, соответствующая физиологической норме;

А - фаза хронического состояния, соответствующая началу хронического процесса;

АА - фаза хронического состояния, соответствующая активному хроническому процессу;

ААХ - фаза хронического состояния, соответствующая терминальной стадии процесса (необратимых изменений);

И - число инъекций тетрахлорметана;

при этом стадию патологического процесса определяют по величине количественных изменений, указанных в таблице показателей;

Фаза - стационарное состояние (гомеостаз) печени, отличающееся соотношением гистоструктур, биохимическими показателями и ее функциональными возможностями (активностью).

Предлагаемый способ поясняется чертежами, где на фиг. 1 показаны изменения митотической активности (МА) гепатоцитов в зависимости от числа инъекций CCl₄; на фиг. 2 - зависимость числа митозов (МИТ) от степени интоксикации CCl₄ (аппроксимация сплайнами); на фиг. 3 - влияние тетрахлорметана на динамику митотической (МИТ) активности: d(MHT)/d(CCl₄) и d²(МИТ)/d(CCl₄)²); на фиг. 4 - зависимость числа гепатоцитов (ГЕП) от степени интоксикации CCl₄ (аппроксимация сплайнами); на фиг. 5 - влияние тетрахлорметана на динамику числа гепатоцитов (ГЕП): d(ГЕП)/d(CCl₄) и d²(ГЕП)/d(CCl₄)²; на фиг. 6 - зависимость содержания малонового диальдегида в гомогеннате печени (МДАг) от степени интоксикации CCl₄ (аппроксимация сплайнами); на фиг. 7 - влияние тетрахлорметана на динамику содержания малонового диальдегида в гомогеннате печени (МДАг): d(МДАг)/d(CCl₄) и d²(МДАг)/d(CCl₄)² на фиг. 8 - зависимость содержания билирубина в плазме крови (БИЛ) от степени интоксикации CCl₄ (аппроксимация сплайнами); на фиг. 9 - влияние тетрахлорметана на динамику содержания билирубина (БИЛ) в плазме крови: d(БИЛ)/d(CCl₄) и d²(БИЛ)/d(CCl₄)² на фиг. 10 - зависимость плотности соединительной ткани (СТ) от степени интоксикации CCl₄ (интерполяция сплайнами); на фиг. 11 - влияние тетрахлорметана на динамику плотности соединительной ткани (СТ): d(CT)/d(CCl₄) и d²(СТ)/d(CCl₄)², а также таблицами 1-5.

Указанные выше рисунки, для лучшего восприятия, выполнены как в цветном, так и в черно-белом виде при сохранении одной и той же нумерации фигур.

Наши исследования выполнены на крысах-самцах линии Wistar. Патология печени моделировалась введением тетрахлорметана (CCl₄) в дозе 0,3 мл 66%-ного масляного раствора на 100 г массы тела животного 4 раза в неделю через день. Одной группе животных проводили 4 инъекции CCl₄, другой - 8 инъекций, третьей - 20 инъекций и четвертой - 64 инъекции. Таким образом, моделировали острый гепатит (4 и 8 инъекций), хронический гепатит (20 инъекций) и цирроз печени (64 инъекции). Животных выводили из эксперимента через 10 суток. Морфометрическими методами на гистологических препаратах печени, окрашенных гематоксилином и эозином, определяли количество непаренхиматозных клеток (НПК) и их объемную плотность (Р_нпк). При окраске препаратов по Фельгену определяли митотическую активность гепатоцитов (МА), при окраске по Ван-Гизону определяли объемную плотность соединительнотканных волокнистых структур (Р_ст). Измерения проводили с помощью адаптивной окулярной сетки с равномерным шагом. Подсчет структур проводили с учетом правила разрешенных фигур. Доверительный интервал колебаний средней арифметической величины при Р+0,05 определяли по формуле и таблицам Стрелкова Р.Б., 1998). В сыворотке крови исследовали содержание МДА и билирубина.

При остром гепатите (4 и 8 инъекций CCl₄) значительно увеличивается митотическая активность гепатоцитов, особенно у животных, получивших 8 инъекций CCl₄ (фиг. 1).

Сразу после окончания введения тетрахлорметана МА возрастала до 9,5±1,9 (в норме 0,27±0,12), но через 10 суток она снижалась до 1,43±0,20. На стадии хронического гепатита (20 инъекций CCl₄) подъем МА наблюдался на 10 сутки после окончания введения CCl₄, на стадии цирроза печени (64 инъекции CCl₄) МА гепатоцитов резко увеличилась на 1 сутки.

Предварительная оценка имеющихся экспериментальных данных свидетельствует о невозможности выразить их в виде простых элементарных функций, что свидетельствует о сложности и многообразии реализующих определенное состояние органа процессов. При проведении анализа отдельных показателей, исходят также из того, что каждый из них отражает часть единого процесса, поэтому в той или иной степени они могут коррелировать между собой. Для построения непрерывных функций на основании имеющихся экспериментальных данных использованы возможности системы Mathcad. Один из подходов, для решения этой проблемы - аппроксимация экспериментальных данных сплайнами (фиг. 2, 4, 6, 8, 10), с помощью которого были проанализированы данные по митотической активности гепатоцитов (фиг. 2), по количеству гепатоцитов в поле зрения микропрепарата (фиг. 4), объемной плотности соединительной ткани (фиг. 10), МДА (фиг. 6), билирубина (фиг. 8) и зависимость полученных значений от степени интоксикации CCl₄.

Полученные графики, отображающие зависимости исследуемых параметров, подтверждают сложность процессов, вызванных действием на систему различных доз CCl₄. Для оценки динамики зависимостей использовался аппарат математического анализа - производные первого и второго порядков (фиг. 3, 5, 7, 9, 11).

Производные первого порядка (df/d(CCl₄)) позволяют исследовать динамику процесса - чувствительность исследуемого параметра «f» к введению CCl₄. Точки, где выражение (df/d(CCl₄)) максимально, представляют области доз, вызывающих наиболее выраженные изменения исследуемого параметра, точки в которых первая производная мала или обращается в нуль - (в математике такие точки называются точками экстремумов) представляют область доз, в которой реакция системы на вводимые дозы CCl₄ минимальна или полностью отсутствует. При этом важным является факт поведения графика зависимости в окрестности точки экстремума: либо это точка перехода от возрастания к убыванию (экстремум - max), либо наоборот (экстремум - min).

Производные второго порядка (d²f/d(CCl₄)²) являются аналитическим инструментом, позволяющим проследить соотношение действующих в системе сил, обеспечивающих стационарное состояние. Точки, в которых вторая производная равна нулю, характеризуются как точки перегиба графика зависимости. В нашем случае это точки, позволяющие оценить момент наступления явления декомпенсации для сложившейся структурной организации системы, которая отражающаяся в нелинейности ответной реакции и характеризует начало выхода системы из сложившегося стационарного состояния. Причем это может быть характерно как для физиологического, так и для хронического состояния. Таким образом, использование второй производной позволяет не только установить начало появления недостаточности компенсаторной реакции сложившегося стационарного состояния, но и, на основании исследования состояния, оценить наличие ресурса для возникновения стационарного состояния. Наиболее показательными для такого анализа являются результаты исследований, характеризующие состояние тканевых структур: количество гепатоцитов, их митотическую активность и объемную долю соединительной ткани. Из представленных на фиг. 1, 2 и 4 данных следует, что введение тетрахлорметана вызывало сложную реакцию живой системы, сопровождавшуюся изменением числа гепатоцитов и митотической активности. При этом, используя математические представления (равенство нулю второй производной) можно выделить несколько зон, отражающих реальное состояние системы (табл. 1 и 2; фиг. 2-5). Как следует из представленных данных (число гепатоцитов - ГЕП, митотическая активность - МИТ), с ростом степени интоксикации первая недостаточность компенсаторной реакции возникает при нарушении физиологического состояния (зона С) - при степени интоксикации от 4 до 5 инъекций CCl₄. Практически это тот рубеж, после которого начинает формироваться новое стационарное состояние системы - хроническое (зона А - адаптивная реакция). Стабильность этого состояния, характеризующегося тем, что на фоне снижения в 1.4 раза (р<0.05) числа гепатоцитов, функция органа обеспечивается возрастающей более чем в 30 раз их митотической активностью. Так как процесс деления клетки требует значительного количества энергии, то без значительного ущерба для организма обеспечить высокую митотическую активность гепатоцитов за счет углеводного обмена уже не возможно. Следовательно, на этой стадии развития патологии рост содержания нейтрального жира в гепатоцитах, является закономерной реакцией системы, направленной на обеспечение энергетических потребностей процессов восстановления [19].

Предлагаемый способ оценки функционального состояния печени позволяет существенно повысить точность и объективность при диагностике состояния печени, прогнозировать характер и динамику направленности сдвигов метаболизма для перехода системы в оптимальное стационарное состояние, а также контролировать лечебное воздействие.

Полученная экспериментальная модель патологического процесса в печени под влиянием тетрахлорметана соответствует клиническим формам гепатита [20-22].

Данный способ подтверждается клиническими наблюдениями [22]. Исследование метаболизма соединительной ткани было проведено у 72 ребенка в возрасте от 5 до 14 лет, из них 25 детей здоровых, 25 детей с хроническим персистирующим гепатитом, 12 детей с хроническим активным гепатитом и 10 детей с циррозом печени. В сыворотке крови детей определяли содержание пептидносвязанного и белковосвязанного гидроксипролина и гексозаминов. По результатам исследования пептидносвязанного и белковосвязанного гидроксипролина крови вычисляли гидроксипролиновый показатель (ГОПП - отношение пептидносвязанного гидроксипролина к белковосвязанному). Средние данные по группам больных представлены в таблице 7.

Оценка состояния печени производится по полученным на основании математического анализа (производные 1-го и 2-го порядка) зависимостей показателей (МИТ - митотический индекс; МДАг - малоновый диальдегид гомогената печени; АлАТ - аланинаминотрансфераза; БИЛ - билирубин; Рж - относительная плотность жировых включений (в ткани печени); ГЕП - число гепатоцитов в поле зрения; ЦП - церулоплазмин; СТ - объемная плотность соединительной ткани) от степени интоксикации в таблице, приведенной в формуле изобретения. В таблице приведены диапазоны изменения показателей для состояний печени: С - фаза, соответствующая

Литература:

1. Буеверов А.О. Оксидативный стресс и его роль в повреждении печени // Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. - 2002. - №4. - С. 21-25.

2. Блюгер А.Ф. Основы гепатологии / Под ред. проф. А.Ф. Блюгера. - Рига: Звайгзне, 1975. - 470 с.

3. Горский Ю.М., Степанов A.M., Теслинов А.Г. Гомеостатика: гармония в игре противоречий. - Иркутск: Репроцентр Α1, 2008. - 634 с.

4. Николис Г., Пригожий И. Самоорганизация в неравновесных системах. М., 1979.

5. Блюменфельд Л.А. Информация, термодинамика и конструкция биологических систем // Соросовский образовательный журнал. 1996, №7. - С. 88-92.

6. Воронцова М.А., Лознер Л.Д. Физиологическая регенерация. М., Советская наука, 1955, 408 с.

7. Саркисов Д.С. Регенерация и ее клиническое значение. М.: Медицина, 1970, 284 с.

8. Титов В.Н. Биохимические методы диагностики патологии печени // Терапевтический архив. - 1993. - №2. - С. 85-89.

9. Бондаренко И.Г. Молекулярные механизмы формирования цитолиза в печеночной паренхиме при острых вирусных гепатитах: Автореф. дис. … канд. мед. наук. - Л. - 1988.

10. Блюгер А.Ф. Основы гепатологии / Под ред. проф. А.Ф. Блюгера. - Рига: Звайгзне, 1975. - 470 с.

11. Блюгер А.Ф., Майоре А.Я. Молекулярно-биологический этап изучения патологии печени // Успехи гепатологии. - Рига, 1978. - Вып. 4. - С. 7-38.

12. Нисевич Н.И., Марчук Г.И., Зубикова И.И., Погожев И.Б. Математическое моделирование вирусного гепатита. - М.: Наука, 1981. - 352 с.

13. Буеверов А.О. Оксидативный стресс и его роль в повреждении печени // Российский журнал гастроэнтерологии, гепатологии, колопроктологии. - 2002. - №4. - С. 21-25.

14. Способ определения стадии патологического процесса в тестах оценки функциональной активности лимфоцитов в реакции Е-розеткообразования (Патент RU №2175769. Дата публикации: 2001.11.10; Тузанкина И.А., Шершнев В.Н.).

15. Способ оценки функционального состояния печени у больных хроническим гепатитом и циррозом печени (Патент RU №2194280. Опубликовано: 2002.12.10; Белоббродова Э.И.; Шписман М.Н.; Гайсаев P.O.; Каблукова И.Б.).

16. Новый способ интегративной оценки функционального состояния системы гемостаза / Тютрин И.И., Пчелинцев О.Ю., Шписман М.Н. и др. // М., 1994. - 6. - С. 26-27.

17. Способ оценки функционального состояния системы гемостаза. Патент на изобретение РФ №2063037, опубл. 1996 г., Тютрин И.И.; Паршин А.Н.; Пчелинцев О.Ю.

18. Способ оценки функционального состояния печени у больных хроническим гепатитом и циррозом печени. Патент на изобретение РФ №2194280, опубл. 2002 г. Белобородова Э.И., Шписман М.Н., Гайсаев P.O., Каблукова И.Б.

19. Козвонин В.Н. Морфофункциональные особенности регенерации нормальной и патологически измененной печени под влиянием озона / Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук. – Саранск, 2005. - 18 с.

20. Солопаева И.М., Косых А.А., Жданова Т.Ф., Малюгин Г.В. и др. Сравнение хронической патологии печени в эксперименте и клинике // Биологическая характеристика лабораторных животных и экстраполяция на человека экспериментальных данных. - М., 1980. - С. 276-278.

21. Блинова Т.В., Косых А.А., Коваленко И.А., Жарикова Г.В. Сравнительная Характеристика лизосомальных ферментов мышей, крыс и морских свинок // Биологическая характеристика лабораторных животных и экстраполяция на человека экспериментальных данных. - М., 1980. - С. 150-151.

22. Косых А.А. Закономерности нарушений метаболизма соединительной ткани печени при хронических заболеваниях в эксперименте и клинике // Генетика и селекция. Тр. НИИСХ Северо-Востока. - Киров, 1989. - С. 16-21.