Тимурзиева А.Б.

Кафедра болезней уха, горла и носа ГБОУ ВПО "Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова", Москва

Никифорова Г.Н.

Кафедра оториноларингологии МОНИКИ им. М.Ф. Владимирского

Свистушкин В.М.

ЛОР-клиника Московского областного научно-исследовательского клинического института им. М.Ф. Владимирского, Москва

Герасимов А.Н.

ГБОУ ВПО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова» Минздрава России, Москва, Россия

Александров М.Т.

ФГАОУ ВО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова» Минздрава России, Москва, Россия

Обоснование применения лазерно-флюоресцентной спектрометрии в идентификации воспалительных заболеваний глотки

Журнал: Вестник оториноларингологии. 2020;85(3): 36-42

Просмотров : 211

Загрузок : 1

Как цитировать

Тимурзиева А. Б., Никифорова Г. Н., Свистушкин В. М., Герасимов А. Н., Александров М. Т. Обоснование применения лазерно-флюоресцентной спектрометрии в идентификации воспалительных заболеваний глотки. Вестник оториноларингологии. 2020;85(3):36-42.
Timurzieva A B, Nikiforova G N, Svistushkin V M, Gerasimov A N, Alexandrov M T. Argumentation for use of laser fluorescence spectrometry in identification of inflammatory diseases of pharynx. Vestnik Oto-Rino-Laringologii. 2020;85(3):36-42.
https://doi.org/10.17116/otorino20208503136

Авторы:

Тимурзиева А.Б.

Кафедра болезней уха, горла и носа ГБОУ ВПО "Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова", Москва

Все авторы (5)

Сокращения:

ЛФС — лазерно-флюоресцентная спектрометрия;

ХТ КФ — хронический тонзиллит, компенсированная форма;

ХТ ДФ — хронический тонзиллит, декомпенсированная форма;

ГФ — гранулезный фарингит;

ЛОР (лор-) — оториноларингология (-гический);

НПФ — нормированный показатель флюоресценции;

ИА — индекс аэробности;

ИФ — интенсивность флюоресценции;

ИТ — интактная точка;

ИИФ — интегральная интенсивность флюоресценции;

ПФ — порфирины;

Т1, Т2, Т3 — точка 1, 2, 3;

НМ — небные миндалины.

Abbreviations:

LFS — laser-fluorescence spectrometry;

ChT — chronic tonsillitis;

ChP — chronic pharyngitis;

ENT — otorhinolaryngology;

NFI — normalized fluorescence index;

AI — aerobic index;

IF — intensity of fluorescence;

IP — intact point;

IFI — integral intensity of fluorescence;

PPh — porphyrins;

T1, T2, T3 — point 1, 2, 3;

PT — palatine tonsils.

Цель исследования — изучить возможность применения метода лазерно-флюоресцентной спектрометрии в диагностике воспалительных заболеваний глотки.

Введение

Воспалительные заболевания глотки являются одной из наиболее актуальных медицинских проблем, в том числе и в связи с достаточно высоким риском развития местных и системных осложнений [1]. На сегодняшний день в клинике рекомендовано использовать термин «тонзиллофарингит», так как изолированное поражение лимфоидных образований или слизистой оболочки глотки встречается достаточно редко [2—4]. Тем не менее для обозначения хронической воспалительной патологии глотки в отечественной научной литературе в основном применяются термины «хронический фарингит» (ХФ) и «хронический тонзиллит» (ХТ) [1]. Хронические заболевания глотки являются одними из наиболее распространенных патологических процессов лор-органов [1, 5—7].

Диагностика заболеваний глотки на современном этапе предполагает сбор и анализ жалоб и анамнеза, данных стандартного лор-осмотра и результатов дополнительных методов обследования — микробиологического, биохимического, цитологического и других [8—12]. Однако универсального экспресс-метода, позволяющего с высокой чувствительностью и специфичностью оценивать различные характеристики воспалительного процесса в глотке, включая этиотропный фактор, в оториноларингологии на сегодняшний день не существует. Современные способы диагностики не только должны быть высокочувствительными, высокоспецифичными, неинвазивными и доступными, но и должны позволять в экспресс-режиме оценивать весь комплекс морфометрических, метаболических, функциональных изменений в патологическом очаге в динамике. В этом аспекте определенный интерес представляют лазерно-флюоресцентная спектрометрия (ЛФС) (неинвазивный оптический метод исследования) и раман-флюоресцентная спектрометрия, которые, по данным литературы, соответствуют вышеуказанным характеристикам [13—18]. ЛФС успешно используется в ряде направлений клинической медицины — челюстно-лицевой хирургии, стоматологии, гинекологии, онкологии, урологии и других [18—20]. В лор-практике применение ЛФС мало изучено, в связи с чем и было выполнено наше исследование.

Материал и методы

Работа выполнена на базе клиники болезней уха, горла и носа Первого МГМУ им. И.М. Сеченова. В исследовании принимали участие добровольцы без патологии глотки (n=70), пациенты с ХТ компенсированной формы (n=131), ХТ декомпенсированной формы (n=75) и гранулезным фарингитом (ГФ) (n=58), которые были обследованы с использованием aппаратно-программного комплекса для ЛФС (сертификат для клинического применения №РЗН 2015/2419), включающего лазер с длиной волны излучения λ=405 нм, спектрометр с дифракционной решеткой 1200 штрихов/мм и спектральным разрешением 4 см–1, оптическую систему фокусировки и фильтрации сигнала, CCD-матрицу, контроллер и компьютер с программным обеспечением для записи спектров. Измерения проводились контактным способом с соблюдением правил антисептики. При анализе данных мы использовали такие показатели и особенности спектров в норме и при патологии, как интенсивность флюоресценции (ИФ), нормированный показатель флюоресценции (НПФ), индекс аэробности (ИА), наличие/отсутствие характерных пиков на определенных длинах волн, характеристика пиков.

Известно, что тело человека имеет метамерное строение, симметричные области иннервируются из одних и тех же ганглиев, а смежные анатомические зоны имеют взаимное влияние на кровоток и иннервацию, поэтому в качестве интактной точки (ИТ) была выбрана асимметричная точка на коже внутренней поверхности предплечья [18]. Нормирование (сравнение) сигнала во всех точках проводилось на ИТ пациента. Если обозначить регистрируемый с поверхности биологического объекта спектр функцией интенсивности от длины волны F=F (x), то интегральный индекс флюоресценции (по всему спектральному диапазону) для функции Intact (ИТ) будет рассчитываться следующим образом:

где Intact — ИТ, в данном случае — кожа внутренней поверхности предплечья исследуемого. При регистрации сигнала от биообъекта у пациентов с патологией глотки мы получили основной (зондирующий) и дополнительный сигналы на длине волны флюоресценции. Последний иллюстрирует характерные изменения, происходящие в тканях при воспалительном процессе. У здоровых добровольцев данный показатель зарегистрирован не был. Помимо характера основного и дополнительного сигналов нами оценивалась также ИФ в диапазоне длин волн от 665 нм (S1) до 700 нм (S2), интегральная интенсивность флюоресценции (ИИФ) в относительных единицах (F). Данные длины волн и показатели были нами выбраны на основании результатов ранее проведенных исследований возможности применения метода ЛФС в различных направлениях клинической медицины и экспериментальной практике [18, 21, 22]. Именно в этом диапазоне длин волн (665—700 нм) регистрируются изменения спектров, характерные для протопорфиринов, в частности протопорфирина IX — флюорохрома, содержащегося в клетках микробов и индикатора микробной обсемененности патологического очага, что позволяет контролировать изменения при воспалительном процессе, проводить качественный и количественный анализ микробного пейзажа патологического очага в конкретный момент времени, оценивать эффективность лечения [18, 23]. В ходе исследований было выявлено, что изучаемые показатели меняются синхронно как в ИТ, так и в исследуемых точках.

Известно, что при хроническом воспалении в тканях изменяется pH и концентрация эндогенных флюорофоров — порфиринов (ПФ), при воспалении их количество может возрастать [21—23]. Повышению количества ПФ в тканях может способствовать повышение не только кислотности среды, но и одного из компонентов, необходимых для синтеза ПФ, — сукцинила СоА, образующегося в ходе катаболизма белков, жиров и углеводов [24]. На рис. 1 приведены

Рис. 1. Диапазоны длин волн, на которых регистрируются наиболее характерные спектры природных флюорохромов (приведено по [23] с любезного согласия автора).
диапазоны длин волн, на которых регистрируются наиболее характерные спектры природных флюорохромов. Согласно данным литературы [23], диапазон флюоресцентной эмиссии ПФ относительно изолирован от такового у других видов флюорохромов, что можно использовать с целью диагностики (см. рис. 1).

На начальном этапе исследования было выявлено, что спектры, полученные с поверхности небных миндалин (НМ) с обеих сторон, имеют практически идентичные характеристики, это свидетельствует о схожем характере кровотока в данной области и о вовлечении симметричных зон в патологический процесс. У каждого пациента с ХТ мы проводили измерения в 4 исследуемых точках, для 3 из них показатели лежали в одном спектральном диапазоне с двух сторон; было взято среднее значение — точка 1 располагалась в области верхнего полюса, точка 2 — в области нижнего полюса, точка 3 — в oбласти устья лакуны НМ, точка 4 — ИТ. У пациентов с ГФ первые 2 точки изменения были аналогичными, также оценивалось среднее значение, а третье измерение проводилось в oбласти наиболее выраженной гранулы лимфоидной ткани задней стенки глотки. У здоровых добровольцев измерение проводилось в тех же точках — в области НМ при сравнении с группой пациентов с ХТ и в области задней стенки глотки при сравнении с группой пациентов с Г.Ф. Нами был рассчитан НПФ — отношение интегралов (площади под спектральной кривой) в исследуемой точке к таковой в ИТ; ИА определялся как отношение интеграла — площади под спектральной кривой на величинах длин волн в диапазоне 665—675 нм одной исследуемой точки к интегралу — площади под кривой в диапазоне 685—695 нм этой же точки. Как И.А., так и НПФ рассчитывались во всех исследуемых точках и сравнивались между собой.

Статистическую обработку полученных данных проводили по общепринятому методу вариационной статистики с вычислением средней арифметической (М), среднего квадратического отклонения (s), ошибки средней арифметической (m). Сравнение непараметрических вариантов после предварительной оценки правильности распределения выборок (соответствия его нормальному распределению) проводилось на основе критерия Стьюдента (t) с вычислением вероятности ошибки (p). При использовании метода ЛФС воспроизводимость исследуемых спектров подтверждали путем регистрации 5—10 спектров, записываемых последовательно с интервалами в 5 с. Ошибка измерений интегральной мощности флюоресценции не превышала ±1,5%. При анализе с использованием методов статистики нами были получены следующие данные: величина «интенсивность флюоресценции в ИТ» распределена достаточно компактно и симметрично, коэффициент асимметрии равен 0,142, коэффициент эксцесса (Kurtosis) равен –0,234, однако наиболее информативными критериями проведения дифференциальной диагностики, согласно данным исследования, были нормированные показатели флюоресценции, а не абсолютные значения «интенсивности флюоресценции в ИТ».

В соответствии с полученными цифрами, обозначенными выше, мы использовали в работе для анализа показателей методы параметрической статистики.

После регистрации спектров проводилась статистическая обработка полученных данных с использованием программы SPSS.

Результаты и обсуждение

Результаты исследования показали, что интенсивность амплитудно-спектральных показателей флюоресценции, измеренная в отдельных точках НМ, разнородна (ткань не структурирована) и в различной степени близка к таковым показателям интактной кожи (рис. 2).

Рис. 2. Спектральные характеристики ткани небных миндалин. а — здорового добровольца; б — пациентки T., 29 лет, с хроническим тонзиллитом. ИТ — спектр в интактной точке, Т1, Т2, Т3-спектры в точках 1, 2, 3, соответственно. По оси абсцисс — ангстремы Å (1 Å=0,1 нм=100 пм; 10 000 Å=1 мкм); по оси ординат — показатели интенсивности флюоресценции (I) в относительных (условных) единицах (ОЕ). (Рисунок сделан А.Б. Тимурзиевой.)

Как видно из рис. 2б, интенсивность амплитудно-спектральных показателей флюоресценции, измеренная в разных точках НМ пациента с ХТ, разнородна (ткань не структурирована) и отличается от таковых же показателей интактных кожных покровов в разной степени. При Х.Т. отмечаются значительное повышение интенсивности флюоресценции, появление дополнительных пиков на величинах волновых чисел 6400 Å, нарушение структурированности ткани НМ по сравнению с нормальными значениями (см. рис. 2а). При статистической обработке величины ИФИ (интенсивности флюоресценции в интактной точке) и ИА в ИТ положительно коррелировали, коэффициент ранговой корреляции Спирмена равен 0,231 (p<0,001), то есть у конкретного индивидуума показатели интенсивности флюоресценции взаимосвязаны с ИА в И.Т. Достоверных сведений о зависимости величин ИФ и ИА от пола и возраста не выявлено.

В ходе исследования отмечено, что ИФ, НПФ, ИА в исследуемых точках в пределах групп пациентов взаимосвязаны, однако наиболее информативным параметром служит нормированный показатель флюоресценции, использование которого с целью проведения диагностики воспалительных заболеваний глотки является наиболее целесообразным. В каждой из исследуемых групп наблюдается взаимозависимость данных параметров различной силы. Наиболее сильная зависимость прослеживается в группе пациентов с ГФ.

В группах здоровых добровольцев, а также пациентов с ГФ наблюдается наименьший разброс значений показателей ИФ, НПФ, ИА в исследуемых точках.

В таблице

Таблица. Сравнение статистических параметров исследуемых величин в подгруппах НПФ1 — нормированный показатель флюоресценции в точке 1 в области верхнего полюса небной миндалины; НПФ2 — нормированный показатель флюоресценции в точке 2 в области нижнего полюса небной миндалины, ИА1 и ИА2 — индексы аэробности в точках 1 и 2 соответственно. Данные показатели представляют собой отношение величин, как было отмечено выше, а именно: НПФ — отношение интегралов (площади под спектральной кривой) в исследуемой точке к таковой в интактной точке; ИА — отношение интеграла — площади под спектральной кривой на величинах длин волн в диапазоне 665—675 нм одной исследуемой точки к интегралу — площади под кривой в диапазоне 685—695 нм этой же точки.
приведены статистические параметры НПФ и ИА у здоровых добровольцев и пациентов с ХТ компенсированной и декомпенсированной форм и гранулезным фарингитом.

Заключение

Таким образом, у здоровых добровольцев показатели НПФ в 1,7 (НПФ 1) — 1,9 (НПФ2) раза меньше, чем в тканях НМ при ХТ компенсированной формы. При Х.Т. декомпенсированной формы значения НПФ1 и НПФ2 превышают таковые показатели в норме в 2,28 и 2,59 раза соответственно; различия достоверны. В группе пациентов с ГФ по сравнению со здоровыми добровольцами отмечаются достоверные различия в показателях НПФ1 и НПФ2, которые при наличии заболевания превышают соответствующие значения в норме в 8,25 и 11,69 раза соответственно. Между соответствующими показателями при ХТ компенсированной формы и ГФ имеются достоверные различия во всех точках: ИА1, ИА2, НПФ1, НПФ2, и показатель НПФ1 при ГФ в 4,81 раза больше, чем при ХТ компенсированной формы, ИА 1 в 1,33 раза меньше при ГФ; НПФ2 в 6,25 раза больше при ГФ, чем при ХТ компенсированной формы, а также ИА2 в 1,279 раза больше при ХТ компенсированной формы, чем при Г.Ф. Отмечаются достоверные различия в соответствующих точках при ХТ декомпенсированной формы и ГФ, таким образом, НПФ1 в 3,623 раза больше при ГФ, чем при ХТ декомпенсированной формы. ИА1 в 1,37 раза больше при ХТ декомпенсированной формы, чем при ГФ, НПФ2 в 4,5 раза больше при ГФ, чем при ХТ декомпенсированной формы, ИА2 в 1,31 раза больше при ХТ декомпенсированной формы, чем при Г.Ф. Показатели НПФ в точке 3 — в oбласти наиболее выраженной гранулы лимфоидной ткани задней стенки глотки — НПФ3 у лиц с ГФ наблюдались в пределах от 0,219 до 8,38 со средним значением 2,66±0,67 и s=1,91. Мы также выявили при ГФ взаимосвязь средней степени выраженности между показателями ИА в точке 3 (ИА3) и НПФ3. Величины индексов аэробности ИА1, ИА2, ИА3 при ГФ достоверно различаются при сравнении их с таковыми величинами при ХТ компенсированной и декомпенсированной форм, а также с данными показателями у здоровых добровольцев.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflict of interest.

Сведения об авторах

Тимурзиева А.Б. — е-mail: alinko9977z@mail.ru; https://orcid.org//orcid.org/0000-0003-1817-3228

Никифорова Г.Н. — е-mail: galina.gnn@mail.ru; https://orcid.org/0000-0002-2892-6054

Свистушкин В.М. — е-mail: svvm3@yandex.ru; https://orcid.org/0000-0002-1257-9879

Герасимов А.Н. — е-mail: andr-gerasim@yandex.ru; https://orcid.org/0000-0003-4549-7172

Александров М.Т. — е-mail: alex1000@mail.ru; https://orcid.org/0000-0001-9325-3901

Автор, ответственный за переписку: Тимурзиева А.Б. — е-mail: alinko9977z@mail.ru

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail