способ определения динамики изменений интенсивности транспорта веществ в превалирующих направлениях между кровью и неминерализованными органами

Формула изобретения

Способ определения динамики изменений интенсивности транспорта веществ в превалирующих направлениях между кровью и неминерализованными органами, характеризующийся тем, что животным вводят радиоизотоп, далее многократно через заданные промежутки времени определяют % включения радиоизотопа в крови и в неминерализованном органе, рассчитывают относительную радиоактивность ОРА для исследованного в каждом сроке животного как отношение % включения радиоизотопа в неминерализованном органе к % включения радиоизотопа в крови, после чего для каждого срока исследования определяют интенсивность транспорта в превалирующем направлении с помощью коэффициента разности ОРА (КР_ОРА), вычисляемого как разность между последующим и предыдущим значениями ОРА, и по изменению полученных значений коэффициента КР _ОРА определяют временные колебания интенсивности и направления транспорта радиоизотопа для каждого органа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области биологии и медицины, может применяться биохимиками, физиологами, патофизиологами, специалистами по лабораторной диагностике, длительным космическим полетам в состоянии невесомости и клиницистами.

Известен способ определения направления транспорта и интенсивности обмена веществ между минерализованной тканью и контактирующей с ней биологической жидкостью, характеризующийся тем, что вводят радиоизотоп одной паре подопытных животных, получающей стандартный корм, и второй паре подопытных животных, получавших сахарозный кариесогенный рацион, определяют % включения радиоизотопов в минерализованную ткань и контактирующую с ней биологическую жидкость в промежуток времени до 24 ч, рассчитывают относительную радиоактивность ОРА у каждого животного - ОРА ₁, ОРА₂, ОРА₃ и ОРА₄ по формуле

и при значениях ОРА>1 делают вывод о направлении транспорта вещества из биологической жидкости в минерализованную ткань; при ОРА<1 делают вывод о направлении транспорта радиоизотопа в противоположном направлении, а при ОРА, равной 1,0, делают вывод о том, что оба направления уравновешены между собой; после чего для этих групп подопытных животных вычисляют интенсивность транспорта в превалирующем направлении с помощью коэффициента разности ОРА КР_ОРА по формулам КР _ОРА1=ОРА₂-ОРА₁ и КР_ОРА2=ОРА₄-ОРА ₃; при этом КР_ОРА больше нуля обозначают знаком +, КР_ОРА меньше нуля обозначают знаком -; если значения сравниваемых КР_ОРА имеют противоположные знаки, то более высокая интенсивность транспорта радиоизотопа из биологической жидкости в минерализованную ткань будет при КР_ОРА с большим значением независимо от знака (патент №2242007 РФ. Способ определения направления транспорта и состояния обмена веществ между минерализованной тканью и контактирующей с ней биологической жидкостью. Петрович Ю.А., Подорожная Р.П., Киченко С.М. /Моск. гос. медико-стомат. ун-т. Опубл. 2004, №34).

Однако при выполнении методики прототипа только однократно сравнивается интенсивность и направленность транспорта радиоактивных веществ в превалирующем направлении между биологической жидкостью и минерализованной тканью через 3 и через 24 ч для [³⁵Se]метионина либо только через 6 и через 24 ч для [⁷⁵Se]селената после инъекции радиоактивного вещества. С помощью способа-прототипа не выявляется, что происходит с радиоизотопом до и после указанного времени, а также в промежутке между двумя определениями. Так как ткани костей и зубов, содержащие до 60-90% минеральных компонентов от своей массы, в сотни и тысячи раз отличаются от неминерализованных органов высокой спецификой химического состава, метаболизма, проницаемости, опыты с определением транспорта веществ в превалирующем направлении между кровью и минерализованными органами не могут свидетельствовать о том, что происходит с транспортом веществ между кровью и неминерализованными органами. Кроме того, с помощью однократного определения, предложенного в способе-прототипе, вообще нельзя выявить возможные противоположно направленные изменения транспорта веществ в превалирующих направлениях между кровью и органами. Для этого нужны многократные последовательные анализы на протяжении длительного времени.

Вместе с тем, знание возможных различий интенсивности транспорта веществ в превалирующих направлениях между кровью и органами при многократных последовательных определениях может представить экспериментаторам совершенно новые сведения о закономерностях транспорта и метаболизма, а клиницистам может наметить новые подходы к диагностике и лечению различных заболеваний.

Кроме того, выявление времени максимальной и «адресной» доставки конкретных веществ, в том числе терапевтических, в определенный орган (или органы) на протяжении длительного времени, а не только в пределах одних суток, может иметь большое значение для диагностики и терапии.

Подавляющее большинство практически доступных для исследования соединений мечены -излучателями ³H, ¹⁴С, ³²P с низкой энергией излучения, полностью поглощаемым мягкими тканями толщиной до 1-3 мм, и лишь несколько доступных соединений помечены -излучателями, радиация которых проникает из глубоких слоев через ткани, расположенные более поверхностно. Кроме того, -сканирование не может заменить предлагаемый нами способ еще и потому, что оно определяет суммарное излучение разных органов и крови, а не раздельно только крови и одного органа, как в нашем способе.

Задачей изобретения является определение различия интенсивности транспорта веществ в превалирующих направлениях между кровью и органами, что должно повысить объективность исследования за счет многократных определений в крови и в органах радиоактивного либо нерадиоактивного вещества в течение длительного времени после его введения подопытным животным.

Это достигается тем, что группе животных однократно внутрибрюшинно инъецируют радиоизотоп, спустя разное время крыс последовательно выводят из опыта, вычисляют % включения метки в крови и неминерализованном органе (например, печени или почки), рассчитывают относительную радиоактивность (ОРА) кровь/неминерализованный орган по формуле 1:

,

после чего вычисляют интенсивность транспорта в превалирующих направлениях с помощью коэффициента разности ОРА (КР_ОРА) по формуле 2: KP _ОРA1=ОРА₂-ОРА₁ , КР_ОРА2=ОРА₃-ОРА ₂, КР_ОРА3=ОРА₄ -ОРА₃ и т.д.; при значении КР _ОРА выше нулевой линии, когда числовое значение следующего ОРА больше предыдущего, в заданный промежуток времени между их определениями превалирует транспорт радиоизотопа из крови в орган, либо когда числовое значение следующего ОРА меньше предыдущего, превалирует транспорт радиоизотопа в противоположном направлении; при значении КР_ОРА ниже нулевой линии, когда числовое значение следующего ОРА еще ниже предыдущего, превалирует транспорт радиоизотопа из органа в кровь, либо когда числовое значение следующего ОРА выше предыдущего, превалирует транспорт радиоизотопа в противоположном направлении; большая интенсивность транспорта радиоизотопа будет при большем различии значений двух ближайших КР _ОРА; различие интенсивности транспорта вычисляют при сопоставлении величин двух ближайших КР_ОРА с одинаковыми знаками (+либо -), вычитая значение меньшего КР _ОРА из большего КР_ОРА; при сопоставлении величин двух КР_ОРА с разными знаками суммируют их значения; аналогично способ можно применить при исследовании интенсивности транспорта между кровью и минерализованными органами, а также в наблюдениях с нерадиоактивными веществами.

Представленный новый способ позволяет определить различие интенсивности и ритма флюктуации транспорта потоков веществ в превалирующих направлениях между кровью и органом и количественно его охарактеризовать.

Способ осуществляется следующим образом: группе животных однократно внутрибрюшинно инъецируют радиоизотоп, спустя разное время крыс последовательно выводят из опыта, вычисляют % включения метки в крови и неминерализованном органе (например, печени или почки), рассчитывают относительную радиоактивность (ОРА) кровь/неминерализованный орган по формуле 1:

после чего вычисляют интенсивность транспорта в превалирующем направлении с помощью коэффициента разности ОРА (КР_ОРА) по формуле 2: КР _ОРА1=ОРА₂-ОРА₁ , КР_ОРА2=ОРА₃-ОРА ₂, КР_ОРА3=ОРА₄ -ОРА₃ и т.д.; после чего для каждого срока исследования определяют интенсивность транспорта в превалирующем направлении с помощью коэффициента разности ОРА (КР _ОРА), вычисляемого как разность между последующим и предыдущим значениями ОРА. По изменению полученных значений коэффициента КР_ОРА определяют временные колебания интенсивности и направления транспорта радиоизотопа для каждого органа.

В зависимости от задач исследования можно увеличить количество исследуемых органов, методов анализа и животных, приходящихся на каждый срок, а также изменить длительность и число промежутков времени между определениями.

Исследования % включения, ОРА, КР_ОРА и различия интенсивности транспорта после инъекции [⁷⁵Se]селената показаны на примерах 1, 2 с печенью и на примерах 3, 4 с почкой, и на фиг.1 [⁷⁵Se]селенат вводили крысам месячного и трехмесячного возраста внутрибрюшинно из расчета 20000 имп/мин на 1 г массы животного.

Пример 1. Изменения флюктуации КР_ОРА печень/кровь у крыс месячного возраста (табл.1, фиг.1) имели вид трехгорбой кривой. КР _ОРА от момента введения до 1 ч составлял +7,5, от 1 к 3 ч снизился до +2, от 3 к 6 ч несколько увеличился почти до +2,5, от 6 до 12 ч резко упал до -5,6, с 12 до 24 ч возвратился к слабоположительному значению +0,36, с 24 до 48 ч снова резко упал ниже -4, с 48 ч до 192 ч повысился до -0,78.

Пример 2 (табл.1, фиг.2). У трехмесячных крыс флюктуации КР_ОРА печень/кровь были двугорбыми. От момента введения до 1 ч КР _ОРА резко повышен до +9, с 1 до 3 ч и с 3 до 6 ч значительно снижен почти до -7, в период с 6 до 12 ч повышен до +4 и постепенно снижен до -1 к концу эксперимента.

Пример 3 (табл.1, фиг.1). У месячных крыс кривая флюктуации КР_ОРА почки/кровь также была трехгорбой. С 0 до 3 ч значения составляли +3,53 - +3,39, с 3 до 6 ч резкое снижение до -1,30, с 6 до 12 ч большое повышение до +2,2, а с 12 до 24 ч еще более резкое падение до -4,4, с 24 до 48 ч вновь отмечено повышение до +2 и с 48 ч и до 192 ч вновь существенное снижение до -2,76.

Пример 4 (табл.1, фиг.1). Двугорбые флюктуации КР _ОРА почки/кровь у трехмесячных крыс тоже имели противоположно направленные перепады, но с иным ритмом транспорта. К 1 ч после введения ⁷⁵Se КР_ОРА выше +3,0, далее от 1 до 3 ч умеренное снижение до +1,5 и резкое снижение до -4 от 3 до 6 ч, сменяющееся существенным подъемом до +5,5 с 6 до 12 ч, далее с 12 ч и до конца эксперимента плавное снижение почти до -2. Изменения КР_ОРА в почках трехмесячных крыс с 3-6 ч до 24-48 ч отличались от месячных крысят меньшей частотой флюктуации.

Трехгорбая кривая в печени и почках месячных крыс и двугорбая у трехмесячных крыс, вероятно, объясняется более интенсивным метаболизмом в молодом возрастем, чем у более взрослых крыс.

На фиг.2 сопоставлены флюктуации возрастных изменений различия интенсивности транспорта [⁷⁵Se]селената, во-первых, между кровью и печенью (А), во-вторых, между кровью и почками (Б). У трехмесячных крыс в первой половине опыта небольшое увеличение различия интенсивности транспорта между кровью и печенью; у месячных крыс в первой половине опыта отмечается резкое снижение, затем значительный подъем, после чего в двух возрастных группах отмечается снижение до конца опыта. В почках в двух возрастных группах в первой половине опыта отмечается повышение различия интенсивности транспорта, во второй половине опыта - снижение, но более умеренное, чем в печени.

На фиг.3 сопоставлены флюктуации изменения различия интенсивности транспорта радиоактивного изотопа между кровью и печенью или кровью и почками у месячных животных (А), при этом в течение всего опыта, за исключением последнего интервала. Они противоположно направлены. У трехмесячных крыс (Б), напротив, в начале и середине опыта изменения были параллельны в виде подъема и следующего снижения и только на последних сроках они стали противоположными.

На фиг.4 приведены % включения в сыворотке крови и в неминерализованном органе, ОРА и КР_ОРА. Отчетливо видны флюктуации КР_ОРА, начиная с 0-1 ч и кончая 48-192 ч после инъекции, на которые указывают тонкие стрелки. Жирными стрелками дополнительно показаны 4 возможных примера направления флюктуации транспорта веществ. При исходном значении КР _ОРА выше нулевой линии и большем значении следующего КР _ОРА, чем предыдущее, превалирует транспорт радиоизотопа из крови в минерализованную ткань (А); при исходном значении КР_ОРА выше нулевой линии и меньшем значении следующего КР_ОРА, чем предыдущее, превалирует транспорт в обратном направлении (Г); при исходном значении КР _ОРА ниже нулевой линии и меньшем значении следующего КР _ОРА, чем предыдущее, превалирует транспорт радиоизотопа из минерализованной ткани в кровь (Б); при исходном значении КР_ОРА ниже нуля и большем значении следующего КР_ОРА, чем предыдущее, превалирует транспорт радиоизотопа из крови в минерализованную ткань (В).

Предлагаемый способ определения динамики изменений интенсивности транспорта веществ в превалирующих направлениях между кровью и неминерализованными органами обладает высокой объективностью, что дает возможность применить его в эксперименте и в клинике при выяснении возможности «адресной» доставки радиоактивного вещества либо стабильного вещества, которого раньше не было в организме, в орган с целью диагностики и лечения. Так, например, количественное определение временной динамики ОРА и КР_ОРА можно применить при выборе радиоизотопа для дифференциальной диагностики злокачественных и доброкачественных новообразований, когда злокачественные новообразования и метастазы больше накапливают радиоизотоп, чем доброкачественные опухоли и здоровые органы. Очевидно, более подходящим для диагностики и лечения окажется радиоизотоп с большим КР_ОРА с превалированием транспорта из крови в орган.

Таким образом, при исследовании КР_ОРА и различий интенсивности транспорта в превалирующих направлениях между кровью и органами крыс обнаружены при сопоставлении ближайших КР _ОРА возрастные отличия их амплитуды и частоты.

Основываясь на полученных нами фундаментальных сведениях и на физическом законе интерференции флюктуации различных видов волн, представляется возможным проводить коррекцию дефицита вещества в определенное время в конкретном органе с помощью дополнительного введения вещества так, чтобы максимум концентрации после повторного введения вещества пришелся на время его минимального уровня в ткани до введения.