Частотная зависимость импеданса позволяет оценить жизнеспособность тканей организма. Это важно знать при пересадке органа.
Реальная ткань обладает конечным сопротивлением постоянному току, поэтому зависимость импеданса от частоты, если пренебречь немонотонностью кривой, имеет вид, показанный на рис.24.
Если в мертвой ткани разрушены все мембраны, «живые конденсаторы», то ткань обладает лишь активным сопротивлением R. Если мембраны клеток сохранены хотя бы частично, то на низких частотах импеданс будет выше, чем на высоких за счет емкостной составляющей импеданса.
Например, кривая 1 характеризует ткань, годную к пересадке, кривая 3 -ткань негодную, т.к.
разрушено слишком много клеточных мембран.
Обычно измеряют импеданс на двух частотах vнч = 100Гц и vвч > 10 6 Гц.
Отношение импеданса на низкой частоте к импедансу на высокой частоте называется коэффициентом поляризации или коэффициентом дисперсии импеданса.
Существуют предельные значения Кп для различных видов тканей, ниже которых ткань считается нежизнеспособной.
Дата добавления: 2014-12-20 ; просмотров: 4132 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Импедансный метод оценки жизнеспособности живой ткани коэффициент поляризации
В настоящее время методы, основанные на измерении активной и реактивной составляющей импеданса тканей, широко используются в медико-биологическом эксперименте и клинической практике. Как правило, клинические исследования ограничиваются анализом лишь одной характеристики импеданса, связанной с кровенаполнением исследуемого участка тела. Однако феномены взаимодействия тканей с внешним переменным электрическим током являются более тонкими индикаторами происходящих в них морфофункциональных процессов. Отечественные работы до недавнего времени были посвящены изучению информативности и механизмов формирования электрического импеданса тканей. Зарубежные ученые основное внимание уделяли прикладным исследованиям: импедансной компьютерной томографии и анализу компонентного состава тела (процентное содержание воды в тканях, клеточной, жировой и тощей массы).
На основании анализа отечественной литературы и результатов собственных исследований мы полагаем, что показатели двухчастотной электроимпедансометрии могут быть с успехом использованы и для определения степени склерозирования тканей, соотношения стромальных и паренхиматозных компонентов, изменения межклеточных пространств, появления атипичных клеток [2, 4, 6, 13]. Известно, что при воздействии неблагоприятных факторов нарушаются многие корреляционные связи в организме, что может привести к дизадаптации и даже гибели индивида. Какова цена перестроек, позволяющих сохранить жизнь, каковы механизмы интегрального взаимодействия функциональных систем – все это является весьма актуальной проблемой. Помочь в ее разрешении, по нашему мнению, может комплексное исследование показателей электрического импеданса и данных световой и электронной микроскопии образцов тканей внутренних органов при эндо- и экзогенных воздействиях и некоторых патологиях.
Унифицированной аппаратуры и общепринятого метода регистрации электропроводящих свойств тканей, кроме стандартных реографов, несмотря на значительное число авторских разработок и патентов, в настоящее время не существует. Тем не менее, в медико-биологическом эксперименте и клинике в последние годы получил распространение метод измерения импеданса внутренних органов на нескольких частотах с использованием игольчатых электродов (c диаметром кончика 60–70 мкМ) при эндоскопии или во время оперативного вмешательства. Наиболее перспективным, по нашему мнению, является метод оценки электрического импеданса биопсийного материала или изолированных образцов переживающих тканей внутренних органов размерами 1×1×1 мМ, подкрепленный данными световой и электронной микроскопии препаратов.
Как правило, электропроводящие свойства тканей представляются как в абсолютных величинах импеданса, так и в виде коэффициента поляризации (Кп), равного отношению импедансов на двух фиксированных частотах, например, 10 кГц и 1 мГц, предложенных Б.Н. Тарусовым [1938 г.]. Некоторые исследователи используют другие частоты, например, 2 и 200 кГц, 20 и 200 кГц, 10 и 500 кГц. Показатель Кп поэтому различается по уровню в зависимости от приборно-методического решения, избранного авторами, и количественное сравнение данных, полученных ими, не всегда возможно. В качестве информативных иногда используют относительные показатели (в %), характеризующие изменения электропроводности тканей при внешних воздействиях, или сравнивают показатели пораженного и интактного участков ткани одного органа. Такое представление материала позволяет избавиться от ряда артефактов (температурный дрейф, индивидуальный разброс показателей, влияние параметров электродов, их контакта с тканью, выбранных частот и др.), что облегчает трактовку материала.
Читайте также: Шерстяная ткань с добавлением химических волокон называется
К настоящему времени установлено, что по показателям импеданса можно оценить жизнеспособность тканей организма, определить границы злокачественных опухолей, некротических изменений при термических ожогах, острой кишечной непроходимости и др. По снижению коэффициента поляризации тканей трупа (почка, эпидермис, стекловидное тело) имеется возможность определить время наступления смерти [3, 12, 14, 15]. При сопоставлении данных электроимпедансометрии и гистологической картины препаратов в оценке течения экспериментального инфаркта миокарда установлено снижение на 30 % коэффициента поляризации миокарда после окклюзии коронарной артерии и постепенное восстановление его уровня при благоприятном течении процесса. В проведенном нами эксперименте выявлено снижение коэффициента поляризации тканей сердца в пределах 15 % под действием алкогольной нагрузки, связанное с изменением гемодинамики и наличием отека, что подтверждалось данными световой микроскопии. Метод электроимпедансометрии в комплексе с последующим гистологическим анализом препаратов был применен для оценки повреждающего действия на миокард экспериментальных животных этилового спирта, иммобилизационно-болевого стресса и кардиопротекторного действия мексидола. Авторами показана возможность выявления функциональных нарушений в работе миокарда по изменению показателей импеданса в условиях алкогольной интоксикации (снижение на 20–25 %) и их коррекции мексидолом, диосмином и гесперидином (приближение показателей к норме). В случае иммобилизационно-болевого стресса, напротив, наблюдали рост показателей в среднем на 20 %, а при воздействии доксорубицином ‒ до 30 %. Авторы полагают, что он может быть обусловлен неодинаковым влиянием экзогенных факторов на процессы гидратации и водно-солевой баланс в миокарде [9, 13].
Показатели электрического импеданса легкого впервые исследованы нами в условиях комплексного эксперимента при воздействии этанола и изменении рациона питания. Выявлено снижение Кп (в среднем на 10 %) и рост сопротивления токам высокой частоты (на 12 %) тканей легкого под действием алкогольной нагрузки.
Анализ импеданса почки впервые был проведен нами при воздействии этанола и низкохолиновой диеты. Установлено достоверное снижение относительно контроля электропроводности почки на низких частотах (на 14 %), вызванное изменением кровообращения в органе. Рост сопротивления почки токам высокой частоты (в среднем на 12 %), по нашему мнению, следует связывать с вариабельностью размеров почечных клубочков и мелкоочаговой атрофией дистальных канальцев. В последующем другими авторами и на других частотах была проведена оценка импеданса паренхимы почки при почечной недостаточности и показано, что экспериментальная острая почечная недостаточность характеризуется снижением абсолютных показателей электрического импеданса коркового слоя почки (до 30 %) и ростом Кп мозгового слоя. Снижение полного электрического сопротивления коркового слоя почки, по мнению авторов, имеет место за счет увеличения концентрации электролитов в межклеточном пространстве, стаза в микроциркуляторном русле, интерстициального отека и некроза эпителиоцитов [2].
Электропроводность и поляризационные свойства печени исследованы нами в эксперименте по моделированию цирроза печени [5]. Зарегистрированные изменения сопротивления печени токам низких частот (рост на 23 %), по нашему мнению, определяются началом фиброзирования центральных вен и огрублением портальной стромы. Рост сопротивления печени токам высоких частот (в среднем на 35 %) – мелковезикулярной липидной инфильтрацией гепатоцитов и наличием клеток в состоянии инвалютно-клеточной дистрофии.
Импеданс и Кп селезенки впервые исследованы при воздействии алкогольной нагрузки. Изменение Кп связывается со снижением почти на 30 % сопротивления селезенки току низкой частоты, что обусловлено расширением и полнокровием трабекулярных сосудов [16]. Впоследствии этот метод был успешно использован другими авторами для оценки кровоснабжения органа и апробирован в клинике [8, 10].
Показатели импеданса надпочечника исследованы в условиях комплексного эксперимента по оценке влияния алкоголя и изменения рациона питания. Выявлено, что этаноловая нагрузка и дефицитная к холину и метионину диета вызывают снижение Кп надпочечника в среднем на 37 % за счет роста сопротивления току высокой частоты (на 56 %), которое сопровождается характерными для стресс-реакции структурными изменениями в коре [7]. Зарегистрированное нами снижение электропроводности и рост Кп надпочечника в процессе онтогенеза (фиксированные образцы ткани) позволило установить связь между изменением сосудисто-паренхиматозных отношений в коре надпочечника и показателями импеданса. При этом определяющее влияние на динамику импеданса оказывает сосудистый компонент [6, 17].
Читайте также: Оборудование для производства стеновых панелей из ткани
Электроимпедансометрия слизистой оболочки желудка успешно применена для диагностики форм гастритов, доброкачественных и злокачественных опухолей и определения границ их распространения. Был установлен интервал Кп, характерный для злокачественных опухолей (снижение от 15 до 40 % по сравнению с данными нормальной слизистой оболочки) и возможность их дифференциации по уровню Кп. В последующем данные импедансометрии слизистой оболочки желудка были использованы в качестве диагностических критериев при разработке электрохирургической аппаратуры [1].
Показатели электрического импеданса опухолей щитовидной и молочной желез в диагностических целях использовали при плановых операциях. Кп злокачественных опухолей щитовидной железы (папиллярный рак) был снижен в среднем на 15 % относительно здоровой ткани, в то время как доброкачественные опухоли (узловой нетоксический зоб), напротив, характеризовались повышенным уровнем Кп (p
Импедансный метод оценки жизнеспособности живой ткани коэффициент поляризации
В настоящее время существует множество нерешенных биологических проблем, связанных с микроорганизмами, которые способны, как помогать жизнедеятельности человека, так и наносить вред. Созданы различные средства по борьбе с заболеваниями, которые вызывают микроорганизмы. Однако, прежде чем использовать эти разработки для борьбы с микробами, нужно исследовать их влияние на клетки человека. Это возможно благодаря методам определения жизнеспособности клеток. Данные методы можно применять как к микроорганизмам, так и к клеткам человека.
Цель исследования – провести сравнительную оценку методов определения жизнеспособности клеток.
МТТ-тест. Это колориметрический тест для оценки метаболической активности клеток. НАДФ-H-зависимые клеточные оксидоредуктазные ферменты могут, при определенных условиях, отражать количество жизнеспособных клеток. Эти ферменты способны восстанавливать тетразолиевый краситель 3-(4,5-диметилтиазол-2-ил)-2,5-дифенил-тетразолиум бромид в нерастворимый формазан, который имеет пурпурное окрашивание. ХТТ — (2,3-бис-(2-метокси-4-нитро-5-сульфофенил)-2H-тетразолиум-5-карбоксанилид) был предложен в качестве замены MTT, давая большую чувствительность и более высокий динамический диапазон. Образующийся формазановый краситель растворим в воде, это позволяет избежать последнюю стадию растворения. Растворимые в воде соли тетразолиума – более поздние альтернативы MTT: они были разработаны путём введения позитивного или негативного заряда и гидроксильных групп в бензольное кольцо тетразолиевой соли или, ещё лучше, сульфонатных групп, которые добавляют бензольное кольцо прямо или опосредованно [9]. Восстановление тетразолиевого красителя зависит от НАДФ-H-зависимых оксидоредуктазных ферментов большей частью в цитозоле клетки. Именно поэтому восстановление МТТ и других тетразолиевых красителей зависит от клеточной метаболической активности из-за тока НАДФ-H. Клетки с низким уровнем метаболизма, как, например, тимоциты (клетки вилочковой железы) и селезёночные макрофаги восстанавливают очень мало MTT. Напротив, быстро делящиеся клетки показывают высокую степень восстановления MTT. MTT-тесты обычно выполняются в темноте, так как реагенты MTT чувствительны к свету [2, 8].
Метод суправитальной окраски раствором трипановой сини. Суправитальная окраска – окраска тканей, выделенных из организма и помещенных в условия, обеспечивающих протекание в них основных жизненных процессов. Hа предметное стекло наносят каплю взвеси клеток и 1 каплю 0,1% раствора трипановой сини. Через 30-60 с окрашенную каплю взвеси покрывают покровным стеклом. Избыток суспензии удаляют промакиванием фильтровальной бумагой и под микроскопом подсчитывают число живых (неокрашенных) и погибших (синих) клеток на 100 кариоцитов. Выводят процент гибели клеток. Раствор трипановой сини готовят заранее. Порошок растворяют в бидистиллированной воде из расчета получения 0,2% раствора, который фильтруют. Это маточный раствор. Рабочий раствор приготовляют перед опытом: маточный раствор разбавляют 4,25% раствором хлористого натрия до нужной концентрации (1 капля гипотонического физиологического раствора и 3 капли трипановой сини) [3, 4].
Читайте также: Модные платья из тканей с цветочками
Метод проточной цитометрии. Проточная цитометрия – это уникальный метод определения жизнеспособности клеток, обеспечивающий качественный анализ клеток, который получил широкое применение в таких областях медицины, как иммунология, фармакология, цитология и др. Для изучения физиологического состояния клеток применяется оценка степени апоптоза. Данный метод позволяет проводить количественный подсчет апоптотических клеток. Поскольку не все типы клеток проявляют классические особенности апоптоза для того, чтобы проанализировать и определить механизм гибели, необходимо исследование множественных аспектов. Тем более, мультипараметрическая природа проточной цитометрии предусматривает сложный анализ, который предполагает возможность изучения нескольких апоптотических характеристик путем комбинирования соответствующих красителей в одном образце [1]. Проточная цитометрия осуществляется на специальных аппаратах – сортерах и проточных цитометрах. При проведении проточной цитометрии суспензия, приготовленная из клеток, предварительно помеченных флуоресцирующими моноклональными антителами или флуорохромами, помещается в поток дисперсионной среды, пропускаемый через проточную ячейку. Гидродинамическое фокусирование струи клеточной суспензии в струе дисперсионной среды приводит к тому, что исследуемые клетки или их ядра выстраиваются поодиночке и в таком порядке пересекают пучок сфокусированных световых лучей (обычно лазерных). Под воздействием определенных световых волн происходит одновременное возбуждение молекул разных флуоресцирующих красителей, что делает возможным анализ сразу нескольких параметров клеточных структур. Свет, исходящий из флуорохромов, фокусируют при помощи оптической системы, состоящей из нескольких зеркал и линз, а затем раскладывают на определенные компоненты. Полученные световые сигналы подвергают анализу и преобразованию в электрические импульсы, а затем – в определенные формы, приемлемые для компьютерной обработки и хранения полученной информации [5,7].
Биолюминесцентный метод определения внутриклеточного АТФ. Аденозинтрифосфат (систематическое название 9-β-D-рибофуранозиладенин-5’-трифосфат) – нуклеотид, трифосфорный эфир аденозина, который является производным аденина и рибозы, служит главным носителем химической энергии в клетках всех живых организмов. Содержание внутриклеточного АТФ является основным индикатором жизнеспособности клеток. При гибели клеток, в первую очередь, прекращается синтез АТФ, в то время как гидролиз АТФ может некоторое время продолжаться, поэтому содержание внутриклеточного АТФ быстро падает вплоть до нулевых значений. Существуют различные методы измерения концентрации АТФ: ферментативные со спектрофотометрической детекцией, радиоактивные, хроматографические и др. Однако, наиболее чувствительным, быстрым и специфичным является метод биолюминесцентной АТФ-метрии. Для регистрации биолюминесценции используются специальные приборы – люминометры. В современных приборах используется счетчик фотонов в комбинации с высокопроизводительными фотоумножителями (ФЭУ). Важно отметить, что сигнал, регистрируемый люминометром, пропорционален, но не равен числу фотонов, испускаемых образцом [6]. Следует отметить, что концентрация внутриклеточного АТФ в клетке может варьировать в зависимости от природы и размера клеток, и энергетического состояния. В зависимости от условий содержания культуры концентрация АТФ также может изменяться.
Заключение. Таким образом, среди рассмотренных методов самым простым в использовании является метод суправитальной окраски 0,1% раствором трипановой сини, т.к. он не требует наличия определенного оборудования, специальных навыков и позволяет получить результат в данный момент времени. Однако он не свидетельствует об истинной жизнеспособности клеток, а лишь отражает проницаемость плазматических мембран для этого красителя. Следовательно, метод суправитальной окраски 0,1% раствором трипановой сини нельзя применить ко всем клеткам и ко всем видам исследования. Также при проведении исследования с помощью МТТ-теста важно помнить, что, условия проведения теста могут изменять метаболическую активность клетки и таким образом получать восстановление тетразолиевых красителей без влияния на жизнеспособность клетки. Следует также отметить, что при использовании метода биолюминесцентного определения внутриклеточного АТФ важно помнить, что любые стрессовые факторы, например, температура, будут сильно влиять на количество внутриклеточного АТФ. Для наиболее точного определения жизнеспособности клеток желательно комбинировать различные методы и учитывать специфику каждого из них.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом