Ураження нейронів вірусом герпесу
дипломна робота студентки кафедри біофізики
фізичного факультету БДУ Хайнової О. В.
за темою: "Морфологічні дослідження залежності структури головного мозку (поле IV) від ступеня ураження вірусом простого герпесу (ВПГ) і побудова за отриманими даними математичної моделі захворювання"
Старший науковий співробітник лабораторії Інформаційно-комп'ютерних
технологій ЦНДЛ МДМІ Недзьведь О.М.
Серед відомих науці 500 різновидів хвороботворних для людини вірусів вірус простого або звичайного герпесу (ВПГ) - один з найпоширеніших. Останніми роками герпетична інфекція, обумовлена ВПГ, привертає дедалі більшу увагу як медичної, і немедичної громадськості. Це пов'язано з тим, що герпес, відомий з давніх-давен як малопоширене і малозначне захворювання, що характеризувалося висипанням на губах і крилах носа хворобливих бульбашок, останнім часом значно розширив своє значення в патології людини. Підвищений інтерес до герпетичної інфекції обумовлений також низкою інших причин і насамперед тим, що нині вона поширена в різних районах світу, вражаючи до 95% відсотків населення, а вірус, що викликає її, здатний вражати практично всі органи і системи людського організму і викликати різні форми інфекції-гостру, латентну та хронічно рецидивуючу. Клінічно герпес протікає як різноманітне, складне та нерідко тяжке захворювання з ураженням багатьох органів та тканин, що дозволяє розглядати його як загальне системне захворювання організму. В останні роки стали накопичуватися дані про можливу участь ВПГ у розвитку деяких онкологічних та серцево-судинних захворювань людини.
Одним зПерспективними напрямами є дослідження геометричних характеристик клітин, уражених ВПГ. Використання традиційних проекційних методів не дає якісних результатів, тому більш точною та ефективною є комп'ютерна обробка зображень.
У наш час у медицині та наукових дослідженнях широко використовують комп'ютери, які стали неодмінним атрибутом різних технічних комплексів. Ідеться і сучасних систем управління та збору даних, контрольно-вимірювального і лабораторного устаткування, тобто. будь-яких комплексів, основним завданням яких є обробка та інтерпретація інформації, що надходить із "зовнішнього світу". Більшість цих пристроїв має справу із зображеннями, одержуваними тим чи іншим чином, тому актуальною стає завдання обробки та аналізу зображень. Методи обробки зображень зараз відіграють значну роль, особливо при розробці систем штучного інтелекту та технічного зору.
Процес обробки зображень складається з трьох основних кроків: введення, обробка та аналіз зображення. Введення зображення включає поліпшення форми сигналу зменшення шуму, перетворення сигналу з аналогової форми в цифрову і запам'ятовування зображення. Після етапу введення починається етап обробки зображення. Аналіз зображення є ідентифікацією об'єктів та отримання їх кількісних і якісних характеристик.
В основу роботи було покладено дослідження ураження вірусом простого герпесу ЦНС методом комп'ютерного аналізу зображень. Метою є вивчення геометричних характеристик уражених клітин, вимірювання залежності цих характеристик від тривалості захворювання. Також ставилося завдання на основі отриманих результатів отримати систему рівнянь, що описує модель перебігузахворювання.
У першому розділі дипломної роботи дано коротка характеристика властивостей вірусу, описано його роль патології людини. Розглянуто особливості ураження вірусом простого герпесу нервової системи.
У другій главі описуються основні методи вивчення нервових тканин, розглядається методика дослідження клітин, уражених ВПГ. Наводяться основні принципи та методи математичної обробки зображень, надається опис системи введення зображень “Біоскан-АТ”
У третьому розділі описано методику експериментів, наведено результати та проведено їх аналіз. На основі отриманих результатів побудовано систему рівнянь, що описує модель перебігу захворювання.
ГЛАВА 1. Герпес та її роль патології людини.
Серед вірусних захворювань герпес посідає одне із провідних місць. Це обумовлено повсюдним поширенням вірусу простого герпесу, різноманіттям клінічних проявів захворювання і, як правило, хронічним його перебігом, а також різними шляхами передачі збудника інфекції. Герпес може супроводжуватися ураженнями ЦНС (енцефаліт, мієліт, енцефаломієліт), очей (кератит, кератокон'юнктивіт, увеїт), печінки (гепатит новонароджених і дорослих), слизових оболонок (стоматит, афтозні виразки, ураження геніталій) та шкірних покривів; . За даними Всесвітньої організації охорони здоров'я (ВООЗ), захворювання, зумовлені ВПГ, посідають друге місце (15,8%) після грипу (35,8%) як причина смертності від вірусних інфекцій. Слід зазначити вже виявлену етіологічну та патогенетичну роль ВПГ 2 – ВПГ2) при раку шийки матки, що зумовлює онкологічний аспект проблеми.
На території колишнього СРСР за даними, зібраними вірусологами та фахівцями з шкірних, очних тастоматологічним захворюванням, кількість лише госпіталізованих до стаціонарів хворих перевищує 2,5 млн. на рік. Значно більше хворих лікуються в амбулаторіях та поліклініках.
Герпес (від грец, herpes – лихоманка) – найпоширеніша вірусна інфекція людини, що тривало існує в організмі, переважно в латентній формі. Було встановлено, що, крім вірусу, що вражає людину, вдається виділити з органів та матеріалів від хворих тварин подібні за морфологією та фізико-хімічними властивостями віруси, що вражають лише тварин
Вперше ВПГ було виявлено в рідині елементів герпетичних уражень у 1912 році, а умови його пасування на чутливих видах лабораторних тварин та культур клітин відпрацьовані пізніше. Це дозволило отримувати досить велику кількість вірусу для вивчення структури та властивостей ВПГ, а також розробити методи індикації збудника для встановлення епідеміологічних особливостей цієї інфекції.
1.1. Коротка характеристика властивостей вірусу.
Віріон ВПГ має форму, близьку до сферичної, і характеризується вираженим плеоморфізмом та значними коливаннями у розмірах (170-210 нанометрів). Він містить безперервну лінійну дволанцюжкову ДНК (6,5%), білок (70%), фосфоліпіди (20%), вуглеводи (1,6%) і має масу приблизно 10 -15 грамів. Структура геному ВПГ є незвичайною для ДНК-вірусів. У складі ДНК виявлено 2 типи повторів (кінцеві та внутрішні), які поділяють її на два унікальні ковалентно пов'язані сегменти (короткий і довгий). Вірусні геном та асоційовані з ним білки (нуклеоїд) укладені в ікосаедричну білкову капсулу (капсид), що складається зі 162 капсомерів, яка у свою чергу має зовнішню ліпопротеїдну оболонку, що походить з модифікованої мембрани.ядра клітини-хазяїна. У ліпопротеїдну оболонку вбудовано 5-6 вірусних глікопротеїдів, які відсутні в ядерній та цитоплазматичній мембранах неінфікованих клітин. Глікопротеїди забезпечують прикріплення до клітини, проникнення до неї. Вони змінюють антигенний склад поверхні інфікованої клітини, що важливо у патогенезі інфекції та для індукції імунної відповіді (рис. 1).
Фізико-хімічна характеристика ВПГ вивчена досить повно. Вірус чутливий до висушування і теплової дії: він інактивується при 50-52 0 С протягом 30 хвилин, а при 37 ° С протягом 10 годин. Однак є дані, що ряд штамів вірусів першого і другого типів не повністю інактивується навіть при 56 0 С протягом 1 години при 70 ° С протягом 30 хвилин. При вивченні різних факторів, що впливають на термостабільність вірусу, показано, що при додаванні в середу Na2 SO4, Na2 HPO4, збільшується термостабільність, а при додаванні MgCl2, MgSO4, NaCI, КН2 РО4 і KCI вона різко зменшується. Вірус, ресуспендований у водному середовищі, що містить амінокислоти або білок, був більш стабільним. Найбільша термостабільність вірусу спостерігалася при рН 65-69.
З іншого боку, ВПГ стійкий до дії низьких температур і зберігає біологічну активність 1-2 роки при -24 0 С. Вірус стійкий при 4°С 5% розчині гліцерину. Застосування знятого молока дозволяє зберегти інфекційний титр вірусу без зміни протягом 5 міс. за -70°С. У зв'язку з тим, що віріони ВПГ більш ніж на 20% складаються з ліпідів (при чому всі ліпіди локалізовані в оболонці), вони легко руйнуються під дією ефіру, спирту та інших органічних розчинників (ацетон, хлороформ та ін), детергентів, протеолітичних ферментів (Наприклад, трипсину). Вірус дуже стійкий до ультразвуку, а також до повторногозаморожування та відтавання. Наявність дивалентних катіонів та рН середовища менше 6,8 збільшує інактивацію штамів ВПГ при дії теплом.