Роль інфрачервоної спектроскопії сироватки крові у комплексній діагностиці раку легені
А.М.Федунь, М.В.Кукош, А.С.Гордецов
Державна медична академія, Нижній Новгород
Роль інфрачервоної спектроскопії сироватки крові у комплексній діагностиці раку легені
Щорічно в Україні хворіють на рак легені (РЛ) понад 63000 чоловік, у тому числі 53000 чоловіків. Більш ніж у 20 000 виявляється IV стадія захворювання. Вмирає щорічно від РЛ понад 60 000 чоловік, що становить понад 20% від усіх померлих від злоякісних новоутворень [1]. Практично у 2/3 первинно виявлених хворих діагностується РЛ ІІІ та ІV стадій. Протягом першого року помирають 80%, лише близько 10% хворих мають шанс прожити понад 5 років [2], а при дрібноклітинному раку цей показник становить лише 1-3% [3]. РЛ має найгірший прогноз серед усіх ракових захворювань [4]. Успіхи його хірургічного лікування тісно пов'язані із проблемою ранньої діагностики.
Велика кількість хворих, що виявляються в III і IV стадіях захворювання на РЛ, і низька п'ятирічна виживання після радикальних операцій свідчать про те, що методи діагностики цієї хвороби, що застосовуються, ще недостатньо ефективні. Важливість ранньої діагностики підтверджується даними п'ятирічної виживання після радикальних операцій. Так, цей показник становить за першої стадії – 63,5%, за другої – 43,5% і за третьої – 22,9% 5 .
Низький показник п'ятирічної виживання після радикальних операцій навіть за I стадії свідчить про наявність у низки хворих метастазів, виявлення яких на етапі розвитку науки викликає великі труднощі. Відповідно хворим визначається неправильна стадія хвороби та призначається неадекватне лікування. Складність проблеми полягає ще й у тому, що надійних методів ранньої діагностики РЛ нині немає 6 . Найбільш ефективним методом є рентгено-ендоскопічне дослідження 7 .
Останніми роками дедалі більшого значення набувають дослідження, створені задля вивчення біологічної активності пухлини 8, 9 .
Перспективним, але дуже маловивченим напрямом наукових пошуків у діагностиці захворювань легень є дослідження фізико-хімічних характеристик сироватки 10 .
Мета дослідження – розробка нового, додаткового методу виявлення хворих на РЛ на основі інфрачервоної (ІЧ) спектроскопії сироватки крові та визначення його ролі в комплексній діагностиці захворювання.
ІЧ-спектроскопія є одним із типів коливальної спектроскопії, що досліджує коливання молекул.
За будь-якої температури вище абсолютного нуля всі маленькі прості гармонічні осцилятори, з яких складається молекула, дуже енергійно коливаються. ІЧ-світло має той же частотний діапазон, що і молекула, що коливається. Тому, якщо ІЧ-світло потрапляє на молекулу, що коливається, то вона поглине ті частоти цього світла, які в точності збігаються з частотами власних різних гармонічних осциляторів. Після поглинання цього світла маленькі осцилятори в молекулі продовжуватимуть коливатись на тій самій частоті, але амплітуда їх коливань збільшиться. Світло, що залишилося, яке не поглинулося жодним з осциляторів молекули, проходить через зразок на детектор. Комп'ютер аналізує минуле світло та визначає, які частоти були поглинені.
Групи атомів молекули коливаються у своїх власних частотах, та його відмінності цим обмежуються. Існує шість різних способів, якими може коливатися молекула. Кожен з них може реалізуватися в будь-якій молекулі, але всі ці способи характеризуються різними частотами, тому виходить дуже багато різних коливань. ШляхомВимірювання безлічі ІЧ-спектрів у великої кількості відомих хімічних сполук і з'ясування, на якій частоті поглинає кожна з груп, визначили, де проявляється поглинання, що відповідає різним групам. З цього було складено еталонні таблиці.
Коливальні спектри мають дуже високу специфічність і є унікальною фізичною характеристикою речовини. І оскільки немає двох речовин з абсолютно однаковими ІЧ-спектрами, це широко використовується для ідентифікації індивідуальних хімічних сполук, кожному з яких відповідає свій неповторний спектр. Тому не випадково коливальний спектр порівнюють з дактилоскопічним відбитком. Області «відбитків пальців» виступає область частот ІЧ-спектру нижче 1500 см-1, в якій загальна картина спектра найбільш чутлива до найменших змін у структурі молекули та речовини 11 .
Теоретичним обґрунтуванням проведених нами досліджень стала гіпотеза про наявність у крові речовин, що несуть інформацію про порушення хімічного гомеостазу системи дихання.
Як досліджуваний матеріал ми використовували суху сироватку крові. Зразок готувався у вигляді суспензії у вазеліновому маслі. Реєстрація спектрів проводилася на спектрофотометрі ф. Carl Ceiss Jena Specord 75 IR, в діапазоні хвильових чисел 1170-1025 см-1, який охоплює довжини хвиль від 8,55 до 9,76 мкм і, відповідно, відноситься до середньої області (2,0-50 мкм) ІЧ -спектри. На отриманій спектрограмі вимірювали висоту 8 піків смуг поглинання, відповідних певним хвильовим числам (1170, 1165, 1150, 1140, 1130, 1100, 1070, 1025 см-1). За ІЧ-спектроскопічні параметри приймали приватні, отримані в результаті розподілу висот піків смуг поглинання один на одного, як дільник такожвикористовувалося середнє значення висот всіх визначених піків - Ср (табл. 1): X = 1125 / Ср, S = 1100 / Ср, R = 1165/1070. Крім того, використовували наступні параметри: М - значення висоти найбільшого з піків поглинання, що вивчаються, а ММАL - відповідно найменшого; за параметр приймали середнє значення всіх визначених приватних.
Клінічного вивчення піддався 71 пацієнт (63 чоловіки та 8 жінок) у віці від 40 до 76 років з РЛ. Периферична кров було отримано в них до хірургічного втручання. Діагноз у всіх пацієнтів був підтверджений гістологічно, у 95% хворих на злоякісну неоплазію був недрібноклітинний рак легені. У 25% хворих на РЛ була діагностована I стадія хвороби, у 15% - II, у 52% - III, і у 8% - IV стадія. Для порівняння ми використовували ІЧ-спектри 33 зразків сухої сироватки крові, взятих у людей, які вважають себе здоровими.
Статистична обробка отриманих даних проводилася параметричними методами з використанням комп'ютерних програм статистичної обробки «Exсel 7» і «STATISTIСA 99», оскільки після аналізу виду розподілу ознак, що вивчаються методом побудови 2М-гістограм з'ясувалося, що вони підпорядковуються нормальному розподілу в кожній з груп порівняння.
Оцінюючи структури взаємозв'язку показників ІЧ-спектрів в осіб контрольної групи було встановлено пряма кореляція між показниками М і З (r=0,97), інші мали певні елементи кореляції між собою і тому були самостійно значимими.
При аналізі ІЧ-спектрів сироватки крові хворих на РЛ без урахування гістологічної форми та ступеня поширеності процесу зазначено, що у 6 з 8 параметрів середнє арифметичне відхиляється від середнього арифметичного однотипного референтного показника у бік зменшення (R, X, S, Q, MMAL, C) , адля двох інших коефіцієнтів характерне збільшення його порівняно зі значеннями у групи осіб без патології у бронхолегеневій системі (Z, M) (див. табл. 1).