RU2254805C1 - Способ выбора тактики лечения хронического и острого риносинусита - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к медицине, а именно к оториноларингологии, и может найти применение при лечении заболеваний верхних дыхательных путей. Выявляют нарушения мукоцилиарного транспорта (МЦТ) путем измерения параметров движения ресничек мерцательного эпителия, по меньшей мере, скорости мукоцилиарного транспорта, включающий взятие материала для исследования в виде реснитчатых эпителиальных клеток и регистрацию колебательных движений ресничек в дыхательных путях человека посредством прижизненной телевизионной микроскопии. Материал для исследования берут с поверхности слизистой оболочки дыхательных путей, а тактику лечения определяют в зависимости от скорости движения кончика реснички, полученной на основании математического моделирования с последующими расчетами по формуле:

где V_c - скорость кончика реснички [мкм·с¹]; K₁, К₂, α - вычислены в качестве средних величин, характерных для каждого из рассматриваемых состояний организма человека: здоровые, больные острой или хронической формами синусита по разработанной модели движения ресничек; K₁ - кривизна рабочей длины реснички, константа равна 1/38 мкм^-1; К₂ - кривизна реснички от рабочей длины до кончика [мкм^-1]; α - угол наклона реснички относительно вертикального положения [град]; π=3.1417 - константа; L, Т_р и Т_е - параметры, измеряемые индивидуально у каждого больного; L - длина реснички [мкм]; Т_р - время от начала движения до максимального распрямления кончика реснички [с]; Т_е - время эффективного удара [с]. При этом значение V_c=9,6-11,3 мм/мин соответствует нормальному функционированию МЦТ. Для больных хроническим гнойным синуситом вне обострения, сопровождающимся нарушением МЦТ, назначают комплексное лечение: хирургическое и консервативная терапия, препаратами, обладающими секретолитическим и секретомоторным действием. Для больных хроническим гнойным синуситом вне обострения, не сопровождающегося нарушением МЦТ, назначают хирургическое лечение. Всем больным с острым синуситом с нарушением МЦТ назначают комплексную консервативную терапию препаратами, обладающими секретолитическим и секретомоторным действием. Способ позволяет установить оптимальное лечение, обусловленное научно-обоснованными показаниями обследования с учетом индивидуальных особенностей пациента. 5 ил., 2 табл.

Description

Изобретение относиться к медицине, а именно к оториноларингологии, и может найти применение при лечении заболеваний верхних дыхательных путей.

В последние годы отмечен существенный рост заболеваний носа и околоносовых пазух. Число случаев синусита на 1000 населения выросло с 4,6 до 12 за период с 1981 до 2003 года (Пискунов Г.З., Пискунов С.В., Козлов B.C., Лопатин А.С., 2003).

Несмотря на существование множества консервативных и хирургических методов лечения хронических синуситов достигнуть полного излечения удается редко, рецидивы же заболевания приходится наблюдать достаточно часто.

Радикальные методы хирургического вмешательства нарушают нормальную анатомическую структуру и основные защитные физиологические функции носа и околоносовых пазух и не всегда приводят к излечению, например, от хронического синусита.

В настоящее время общепризнано, что наиболее перспективно сочетание хирургического лечения с консервативным лечением, направленным на восстановление защитных функций слизистой оболочки носа и околоносовых пазух. До настоящего времени выбор способа консервативного лечения производят в соответствии с общими теоретическими представлениями о патогенетических механизмах хронических синуситов. Лечение обычно направлено на их основные звенья. В то же время известно, что проявление воспалительного процесса в околоносовых пазухах в каждом конкретном случае имеет свои индивидуальные особенности и морфо-функциональную характеристику.

Для постановки диагноза и назначения адекватного лечения заболевания очень важной является оценка состояния слизистой оболочки дыхательных путей или так называемой мукоцилиарной системы. В мукоцилиарной системе осуществляется взаимодействие секреторных процессов и двигательной активности ресничек (цилий) на поверхности мерцательного эпителия. Эти компоненты составляют единую морфо-функциональную систему.

Несмотря на то, что многочисленными работами (см. Пискунов С.З. Физиология и патофизиология носа и околоносовых пазух. Российская ринология №1, 1993, стр.19-39) доказана важность функционирования системы мукоцилиарного клиренса в патогенезе хронических и острых синуситов, в их лечении роль транспортной функции мерцательного эпителия не учитывается.

Мукоцилиарный транспорт (далее МЦТ) является одним из важнейших механизмов мукоцилиарного клиренса. В переводе на русский язык слово “клиренс” означает “очищение”. Дыхательные пути с помощью слизи очищаются от продуктов тканевого распада, микроорганизмов, чужеродных частиц органического и неорганического происхождения (пыли) посредством фагоцитоза и МЦТ.

Физиологически важное мукоцилиарное очищение обеспечивается функционированием ресничек мерцательного эпителия, а также оптимальным качеством, количеством и транспортабельностью слизи. Тонкий (около 2 мкм) слой слизевого секрета (слой гель), покрывающий эпителий, вырабатывается в основном бокаловидными клетками - железами слизистой оболочки. Синхронные биения ресничек приводят в движение слой слизи (слой гель) над ними с находящимися в нем частицами и удаляют их из дыхательных путей.

Мукоцилиарный транспорт осуществляется путем координированных ударов ресничек в перицилиарном (слой золь) слое, и складывается из эффективного удара и восстановительного. Во время эффективного удара реснички достигают слоя геля и перемещают его наружу. Реснички, окружающий слой слизи (золь) и слой гель образуют биологически функциональное единство. Повышение вязкости и адгезивности, уменьшение эластичности слизи при воспалении ведет к изменению ее реологических свойств, что вызывает нарушение двигательной активности ресничек.

Известно, что нарушение МЦТ является одной из первых и главных причин возникновения хронических воспалительных заболеваний дыхательных путей, в том числе и синуситов. Экологическое неблагополучие, связанное с загрязнением воздуха промышленными отходами, радиоактивными веществами, профессиональные вредности, а также вредные привычки (табакокурение), генетическая предрасположенность приводят к нарушениям как в мукоцилиарной транспортной системе, так и мукоцилиарного транспорта.

Вследствие хронического синусита нарушается равновесие между продукцией секрета в бокаловидных клетках и серозно-слизистых железах и эвакуацией секрета клетками мерцательного эпителия, что приводит к снижению эффективности физиологически важного мукоцилиарного очищения.

Прием лекарственных препаратов с дифференцированным действием на продукцию секрета, или на уменьшение вязкости слизи, или на функцию ресничек позволяет восстановить нарушенное мукоцилиарное очищение.

Таким образом, включение адекватной коррекцией лекарственными препаратами нарушений мукоцилиарного транспорта в комплексный способ при хроническом или остром синусите позволяет значительно повысить эффективность лечения заболевания. Однако выбор консервативного лечения должен быть обусловлен научно-обоснованным методом, позволяющим дать достоверную и объективную характеристику нарушениям мукоцилиарного транспорта.

В клинической практике наиболее распространены способы, позволяющие определить время МЦТ. Это время, в течение которого специальное вещество - маркер, помещенное на слизистую оболочку верхних дыхательных путей, пройдет определенный участок. Маркер - вещество в виде частиц угольной пыли или красителя (метиленовый синий, кармин, тушь) помещают на слизистую оболочку полости носа (передних отделов носовой перегородки или нижней носовой раковины), отступя 1-1,5 см кзади, затем каждые 2 минуты производят осмотр глотки и определяют время, в течение которого вещество достигнет носоглотки.

Однако маркеры на основе красителей не достаточно эффективны, поскольку образуют неустойчивые зоны окрашивания и связываются с компонентами слизи.

И маркеры в виде порошка угольной пыли также неэффективны из-за ускоренного попадания частиц пыли в носоглотку, так как ее нанесение сопровождается распылением.

Широко применяется в клинической оториноларингологической практике для диагностики “сахариновый” тест (Puchelle E., Zahm J.M., Quemada D. Rheological properties controlling mucociliary frequency and respiratory mucus transport//Biorheology. 1987. Vol.24. P.557-563).

В качестве частиц-маркеров используют частицы сахарина (3 мм³ и массой 14 мг). Регистрируют время с момента нанесения частицы сахарина на слизистую оболочку полости носа до появления сладкого вкуса во рту. Для этого обследуемому пациенту каждую минуту необходимо делать глотательные движения. Время от момента нанесения сахарина на слизистую оболочку полости носа до появления сладкого вкуса во рту и представляет время МЦТ.

По сахариновому и угольному тестам время МЦТ в норме составляет 10-15 минут, а при патологии увеличивается до 20-40 минут.

Перечисленные выше способы исследования МЦТ имеют существенные недостатки. Во-первых, точность определения времени МЦТ невелика, а тем более определить скорость МЦТ не представляется возможным. Это обусловлено тем, что анатомическое строение полости носа и расстояние между местом нанесения маркера и носоглоткой индивидуально, а данные способы не учитывают особенности носового цикла конкретного пациента. Во-вторых, при воспалительных процессах внутри полости носа проходимость носовых ходов уменьшается.

Известен радионуклидный способ исследования МЦТ, который позволяет определить скорость МЦТ в нижних и верхних дыхательных путях (см. Као С.Н., Jiang R.S., Wang S.J.. Yeh S.H. Influence of age gender and ethnicity on nasal mucociliary clearance function //Clinical Nuclear Medicine. 1994. Vol.l9.N9. P. 813-816).

Радиоактивный препарат вводят в верхнечелюстную пазуху или ингаляционно в трахею. При этом соблюдают все меры радиационной безопасности. Содержание радиоактивного препарата в исследуемом органе измеряют гамма-камерой, сопряженной с компьютером. Исследование проводят в течение заданного времени (например, 1 час) непрерывно или через определенные интервалы.

Динамика показателей позволяет оценить скорость выведения радиоактивного препарата из любого полого органа, выстланного реснитчатым эпителием (верхнечелюстная пазуха, легкие).

Однако применение способа ограничено из-за дороговизны и технических трудностей обеспечения данных исследований.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ исследования МЦТ путем телевизионной микроскопии, при котором изучают двигательную активность ресничек, (цилий) наблюдая за биениями ресничек (Шабалин В.В., Бигдай А.Н., Комаров А.Н. Биофизические методы исследования мукоцилиарного транспорта верхних и нижних дыхательных путей в норме и при патологии. В кн. "Проблемы терапевтической и хирургической пульмонологии", сб. материалов конф. С-Пб, 1997, стр.44-45).

Для этого используют биоптат слизистой оболочки верхних дыхательных путей. Биоптат помещают в питательную среду, обеспечивающую прижизненное изучение тканей. Движения ресничек (частота и амплитуда колебаний) оценивают с помощью метода телевизионной микроскопии (метод прижизненной телевизионной микроскопии препаратов в переживающих тканях). При этом в световом микроскопе окуляр заменяют портативной видеокамерой, сопряженной с компьютером.

Достоинством способа телевизионной микроскопии является возможность исследования в живых тканях как функции, так и структуры реснитчатого аппарата. Преимущество телевизионной микроскопии состоит еще и в том, что использование вместо глаза человека видеокамеры с приемником излучения в виде ПЗС-матрицы, позволяет преодолеть ограничение на полезное увеличение микроскопа. Это обеспечивается за счет большей (в 2 - 4 раза в зависимости от типа видеокамеры) разрешающей способности ПЗС-матрицы по сравнению с человеческим глазом.

Недостатком данного способа является то, что для получения материала реснитчатого эпителия слизистой оболочки дыхательных путей используют биопсию. Это вмешательство травмирует эпителий, приводит движущиеся реснички в состояние стресса. Взятие биопсии требует использования обезболивающих средств, как правило, местных анестетиков, которые значительно замедляют частоту биения ресничек мерцательного эпителия. Кроме того, визуальный осмотр в телевизионном микроскопе не позволяет дать углубленную характеристику движениям ресничек, вычислить их параметры и взаимосвязь со средой - слизью.

Таким образом, этот способ может быть использован главным образом для установления наличия нормы или глубокого нарушения в системе мукоцилиарного аппарата и не позволяет верифицировать более тонкие особенности цилиарного аппарата для нормы и при патологии.

Целью нашей работы была разработка выбора тактики лечения больных острыми и хроническими гнойными синуситами.

Технический результат предложения заключается в диагностике нарушений мукоцилиарного транспорта у больных хроническими и острыми синуситами, основанной на полной и достоверной характеристике состояния практически всех параметров движения ресничек мерцательного эпителия, полученной путем математического моделирования и компьютерной обработки, и позволяющей оценить главный интегральный показатель эффективности мукоцилиарного транспорта, а именно скорость движения кончика реснички.

Этот результат достигается тем, что в способе выбора тактики лечения хронического и острого риносинусита, состоящем в определении нарушений мукоцилиарного транспорта (МЦТ) путем измерения параметров движения ресничек мерцательного эпителия, по меньшей мере, скорости МЦТ, включающем взятие материала для исследования в виде реснитчатых эпителиальных клеток и регистрацию колебательных движений ресничек в дыхательных путях человека посредством прижизненной телевизионной микроскопии, согласно изобретению, материал для исследования берут с поверхности слизистой оболочки дыхательных путей, а тактику лечения определяют в зависимости от скорости движения кончика реснички, полученной на основании математического моделирования с последующими расчетами по формуле:

где V_c - скорость движения кончика реснички [мкм·с^-1];

K₁, К₂, α - вычислены в качестве средних величин, характерных для каждого из рассматриваемых состояний организма человека (здоровые, больные острой или хронической формами синусита) по разработанной модели движения ресничек (фиг.5);

K₁ - кривизна рабочей длины реснички, константа равная 1/38 мкм^-1;

К₂ - кривизна реснички от рабочей длины до кончика [мкм^-1];

α - угол наклона реснички относительно вертикального положения [град];

π=3.1417 - константа;

L, Т_р и Т_е - параметры, измеряемые индивидуально у каждого больного;

L - длина реснички [мкм];

Т_р - время от начала движения до максимального распрямления кончика реснички [с];

Т_е - время эффективного удара [с],

после чего, учитывая, что значение V_c, равное 9,6-11,3 мм/мин, соответствует нормальному функционированию МЦТ, для больных хроническим гнойным синуситом вне обострения, сопровождающимся нарушением МЦТ, назначают комплексное лечение: хирургическое и консервативная терапия, препаратами, обладающими секретолитическим и секретомоторным действием; для больных хроническим гнойным синуситом вне обострения, не сопровождающегося нарушением МЦТ, назначают хирургическое лечение; всем больным с острым синуситом с нарушением МЦТ назначают комплексную консервативную терапию, препаратами, обладающими секретолитическим и секретомоторным действием.

Наличие отличительных признаков, а именно то, что материал для исследования берут с поверхности слизистой оболочки дыхательных путей, а тактику лечения определяют в зависимости от скорости движения кончика реснички, полученной на основании математического моделирования с последующими расчетами по формуле:

свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности “новизна”.

Однако при использовании этого способа необходимо применение достаточно кропотливых и трудоемких методик. В частности, определение времени выделения бронхиального секрета требует собирания больным мокроты отдельными порциями каждые 6 часов, с последующей ее длительной обработкой с фотоколоримитрированием. Оценка интенсивности кашля производиться авторами при помощи туссографии, что также требует 8-часового периода наблюдения с последующей обработкой полученных результатов. Таким образом, этот метод требует дополнительного (около суток) присутствия больного в исследовании, сложного получения и обработки полученных результатов. Кроме того, при выводе математической формулы полученная частота колебаний ресничек не учитывает фазы движения ресничек, траекторию их движения, длину ресничек, не относится ни к одной из фаз ресничек (эффективной или возвратной). Поэтому частота колебаний представляет некий усредненный неопределенный параметр, который не связан с определенным специфическим движением ресничек. В том числе авторы при выводе формулы используют законы гармонического колебательного движения, в то время, как движение ресничек представляет собой негармонический процесс. Последнее не позволяет использовать параметры энергии (W) для “приближения”, что также делает результаты, полученные этим способом, недостаточно точными.

Модель движения (математическая или физическая) авторами не рассматривается. Если вести речь о энергии колебательного движения реснички, то кроме кинетической энергии всех точек реснички (W, что, видимо, и имели в виду авторы), необходимо учитывать потенциальную энергию изгиба реснички (П), сопротивление среды (вязкоупругие силы), описать механизм заставляющий ресничку совершать колебательные движения (за счет внутренних или внешних сил). Все это авторами также не учитывается.

В своей работе мы учитываем характер движения реснички и тем более связываем наши расчеты с практическими результатами.

У нас речь идет о скорости транспорта слизи, которая определяется скоростью кончика реснички, вычисленной с помощью построенной математической модели, описывающей форму движения ресничек у здоровых и больных синуситом. Это дает возможность получить достоверную информацию о нарушениях мукоцилиарного транспорта с учетом индивидуальных особенностей человека.

Таким образом, совместное использование известных существенных признаков с вышеуказанными отличительными признаками в одном техническом решении позволяет определить характер нарушений мукоцилиарного транспорта у больных хроническими и острыми синуситами по достоверным показателям состояния практически всех параметров движения ресничек мерцательного эпителия и выбрать эффективное лечение с последующим его контролем.

Из вышесказанного следует, что технический результат достигается новой совокупностью существенных признаков, что свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности “изобретательский уровень”.

Предложение поясняется чертежами, где:

- на фиг.1 схематично изображен аппаратный комплекс для исследования МЦТ;

- на фиг.2 представлен пример выделения области интереса с работающими ресничками с фильтрацией изображения;

- на фиг.3 представлен пример определения параметров движения ресничек;

- на фиг.4 изображена форма движения ресничек в норме и при патологии;

- на фиг.5 изображены формы движения реснички в норме (I) - эксперимент (эффективный и восстановительный удар) и (II) - модель (эффективный удар;

Представлена таблица 1 результатов исследований скорости МЦТ (Vc) по кинематической модели у здоровых и больных с острым и хроническим риносинуситом;

Представлена таблица 2 главными параметрами МЦТ, определяющими алгоритм патологического процесса.

Нами было исследовано состояние мукоцилиарного транспорта у 40 больных хроническим гнойным синуситом вне обострения, у 20 больных острым синуситом, у 20 здоровых добровольцев.

Исследования проводились в 1997-2003 годах на базе Санкт-Петербургского НИИ уха, горла, носа и речи и Государственного научного центра пульмонологии Минздрава России (ГНЦП).

На основании полученных данных о состоянии МЦТ у обследованных больных определяли тактику лечения больных хроническим гнойным и острым катаральным синуситом, используя варианты консервативного и хирургического лечения, а также их сочетание, например:

1. Консервативное лечение общепринятое (антибиотикотерапия, десенсибилизирующая терапия, местная разгрузочная и противовоспалительная терапия).

2. Консервативное общепринятое лечение + назначение препаратов, восстанавливающих работу мукоцилиарного транспорта.

3. Микрохирургическое эндоскопическое вмешательство на околоносовых пазухах.

4. Микрохирургическое эндоскопическое вмешательство + курс консервативного лечения препаратами, восстанавливающими работу мукоцилиарного транспорта.

Аппаратный комплекс для исследования МЦТ включает следующие элементы, представленные на фиг.1: световой микроскоп 1 тип “БИМАМ Р-13”, видеокамеру 2 (черно-белого изображения высокого разрешения 580 TVL и чувствительностью 0,01 люкс) СРТ-8360 Р, плату 3 записи и сжатия

Таблица 1
Исследуемые группы			Число лиц		Vc, мм/мин
Здоровые			20		9,6
Больные хроническим гнойным синуситом			40		4,8
Больные острым синуситом			20		6,72
Таблица 2
	Норма	Острый синусит		Хронический синусит
Kt (Тr/Те)	1,62	1,25		1,00
Vc, мм/мин	9,6-1 1,3	6,6-7,1		4,8-6,5

видеоизображения на компьютере FPS-60 (Fast Multimedia AG), компьютер 4, внешнее видеоконтрольное устройство 5.

Предложенный комплекс позволяет исследовать характер двигательной активности реснитчатых эпителиальных клеток, взятых с поверхности слизистой оболочки верхних дыхательных путей, и вычислить основные параметры движения ресничек, характеризующих МЦТ, затем на базе полученной кинематической модели движущейся реснички в норме и при патологии рассчитать траекторию движения реснички и оценить скорость МЦТ.

Полученные результаты дают возможность оценить степень хронического воспалительного заболевания верхних дыхательных путей и выбрать соответствующую данному пациенту тактику лечения его заболевания.

Способ используют следующим образом.

Пациент находится в положении сидя, как при обычной передней риноскопии. Образец материала для исследования берут без применения каких-либо средств местной анестезии специальным приспособлением, представляющим собой щеточку для браш биопсии из бронхоскопического набора. При этом делают несколько легких движений в переднем и заднем направлении по поверхности носовой перегородки и нижней носовой раковины, отступя внутрь около 1-1,5 см от их переднего края. Приспособление представляет собой тонкую гибкую проволоку из никелевого сплава диметром 0,8 мм и длиной 50 см с жесткой капроновой щеткой в виде ершика диметром 2,5 мм и длиной 1 см на конце. Сразу после получения образца материала щеточку погружают в питательную среду №199.Основу среды 199 составляет раствор Хенкса для теплокровных с рН 7,12±0,18 и осмолярностью 300±20 мосмоль·кг^-1 и (Тартаковский А.Д. Питательные среды для культивирования клеток млекопитающих // Методы культивирования клеток: Сб. научных трудов. - Л.: Наука, 1988. - С.56-57).

После взбалтывания жидкости полученный материал переходит со щеточки в питательную среду. Перед исследованием материал отмывают от избытка слизи физиологическим раствором с помощью шприца. С помощью специальной градуированной пипетки (с дозатором) несколько капель среды 199 с полученным материалом помещают на предметное специальное стекло с “лункой” - углублением в центре, покрывают покровным стеклом и исследуют под световым микроскопом 1. Стекла предварительно очищают спиртом либо смесью Никифорова. Объем лунки обеспечивает свободное движение ресничек.

Затем проводят исследование образца материала с помощью метода телевизионной микроскопии. Исследования подвижности ресничек мерцательного эпителия осуществляют непосредственно после взятия материала и проводят в течение 30 минут. Для исследования под световым микроскопом 1 выбирают участки мерцательного эпителия, наиболее свободные от сгустков слизи. Предварительное исследование состоит в общей оценке активности реснитчатого аппарата мерцательного эпителия. При патологических изменениях исследуют участки с различной активностью ресничек.

Увеличение светового микроскопа 1 комплекса достигает 4500х (за счет использование объектива с увеличением 45^х и апертурой 0,65, а также дополнительного увеличения фотонасадки к микроскопу). Это позволяет увидеть реснички на кусочках материала мерцательного эпителия, а также наблюдать колебательные процессы отдельных ресничек и отдельные области, где происходит транспорт слизевого секрета. Используя эти возможности, проводят наблюдения за процессом МЦТ в реальном времени, производя помимо визуального мониторинга непосредственную запись на компьютер 4 или видеомагнитофон.

Видеозапись движущихся ресничек, выполненная на компьютере 4, представляет собой последовательность цифровых изображений (кадров). Комментарии во время работы записывают как звуковой сигнал вместе с видеозаписью. Видеозапись сохраняют в цифровом формате. Запись видеосигнала производят в черно-белом изображении при разрешении 768×576 пикселей (система PAL) и частоте кадров 25 кадров/с. Нами использована плата 3 ввода видеоизображения FPS-60 фирмы FAST Multimedia AG.

Регистрацию видеосигнала осуществляют видеокамерой 2 типа СРТ-8360Р с разрешением по горизонтали 580 телевизионных линий (TVL), минимальной освещенностью на объекте 0,01 люкс. Отношение сигнал/шум при номинальной освещенности составляет 46 дБ.

Регистрацию двигательной активности ресничек проводят с помощью телевизионной камеры как на видеопленку, так и через плату 3 ввода видеоизображения на жесткий диск компьютера 4. Кроме того, ведут параллельное наблюдение на экране внешнего видеоконтрольного устройства (ВКУ) 5. Время регистрации от одного объекта составляет порядка 15-30 с. Каждый кадр видеоизображений обрабатывают посредством как специальной программы ввода (поставляемой вместе с платой 3 ввода FPS-60), так и стандартным набором программ по обработке видеоизображений (см. Ланцов А.А., Захарова Г.П., Шабалин В.В. Современная оценка нарушений мукоцилиарного транспорта в диагностике хронических риносинуситов// Вестник оториноларингологии. 1998. №4. - С.53-55).

Запись осуществляют в стандарте PAL или SECAM с частотой 25 кадров в секунду.

Обработку видеозаписей движущихся ресничек проводят:

1) для определения времени эффективного и восстановительного удара ресничек;

2) для построения формы движения реснички (ее траектории) и определения угловых и линейных отклонений реснички от вертикального положения.

Из первого полного видеокадра размером 768×576 пикселей выделяют область интереса с работающими ресничками размером 101×101 пикселей и сохраняют ее расположение на полном кадре. Или весь видеофайл разрезают на отдельные кадры, включающие только эту область интереса, что существенно уменьшает объем математических вычислений в дальнейшем (фиг.2).

Каждый кадр сохраняют в графическом формате BMP на жестком диске компьютера 4. С помощью встроенного языка макрокоманд программы обработки изображений ("Image Pro Plus" фирмы Media Cybernetics (США)) каждый кадр последовательно отфильтровывают (фиг.2, 3). При этом используют сглаживающие фильтры LoPass, Sharpen и краевые фильтры Собеля, Робертса и Лапласа с размерами матрицы 5×5 и 7×7 пикселей.

При измерениях решается задача максимального выделения колеблющихся ресничек от окружающего фона. Для этого используют различные фильтры компьютерной графики, улучшающие изображение и повышающие разрешающую способность установки (фиг.3).

Обработку видеозаписи проводят в режиме ручных измерений с помощью фиксации положения отдельных ресничек в разные моменты времени. Нами рассматривались 200-250 кадров видеозаписи в течение 10 секунд.

Это позволило построить форму движения реснички (фиг.4) и определить время эффективного и восстановительного удара ресничек, амплитуды отклонения реснички от вертикального положения.

В наших исследованиях рассматривались нарушения МЦТ (в основном скорости транспорта слоя геля) связанные с изменением следующих параметров: параметров движения ресничек (Т_е (А_е) и Т_r (А_r) - время (амплитуда колебаний) эффективного и восстановительного удара), с длиной реснички L. В эффективном и восстановительном ударе длина реснички может быть различной, поэтому мы вводим L_e и L_r. Эти параметры и измеряют в ходе клинических исследований на материале эпителиальной ткани.

Нами были измерены частота, амплитуда, длина ресничек и время эффективного и восстановительного удара, а также их отношения. Для пациентов всех трех групп были составлены следующие критерии k_t=T_r/Т_е, k_A=A_r/А_е и k_L=L_e/L_r.

У здоровых лиц отношение <k_t> составляло в среднем 1,62±0,24. Данное соотношение близко к так называемой золотой пропорции, равной 1.618. Для больных острыми риносинуситами <k_t>=1,25±0,36 и достоверно отличается от нормы (р<0.001 по критерию Вилкоксона). Для больных с хронической формой риносинусита наблюдались еще более достоверные (р<0.001 по критерию Вилкоксона) отличия <k_t>=1,00±0,19. Эти отношения явно могут служить критерием нормы в диагностических целях.

Так как силы, действующие в данных условиях, практически неизвестны, а массу реснички измерить не представляется возможным, строят кинематическая модель движения реснички. При построении кинематической модели движения реснички мы полагали, что скорость транспорта слизевого секрета (слой гель) равнялась средней скорости кончика реснички за время эффективного удара в тот момент, когда ресничка касается слоя гель.

В модели ресничка представлялась тонким гибким "стержнем", осевая линия которого - пространственная кривая, в силу того, что длина реснички L почти в 100 раз больше ее диаметра (диаметр реснички ~ 0,1 мкм много меньше ее длины 5-10 мкм). Этот тонкий однородный по своим физическим свойствам стержень закреплен у основания (апикальный участок клетки мерцательного эпителия) и совершает немалые гребковые (угловые отклонения отвертикали больше 10°) периодические движения в слое золь.

Эти движения можно отнести к комбинации двух типов движения. Одним из них является маятникообразное движение, при котором ресничка перемещается вперед и назад, сгибаясь у основания. Эффективный и восстановительный удар отличаются по времени. Второй тип движение - сгибание, которое может быть вызвано скольжением фибрилл относительно друг друга.

В наших исследованиях было установлено, что осевая линия реснички по длине имеет две разные по своей кривизне (величина, которая характеризует искривленность линии в рассматриваемой точке) области (фиг.5). Область на ресничке от основания до примерно половины длины (точка s=S^*, где s - текущая длина реснички) соответствует практически "распрямленной" ресничке и имеет малую кривизну К₁, а область от точки s=S^* до кончика реснички (s=L) изогнута сильнее и кривизна в этой области больше К₂>К₁. Было замечено, что точка s=S^* не имеет постоянного положения и "перемещается" по осевой линии реснички. Возникающие колебания реснички могут быть вызваны именно периодическим изменением одного из параметров реснички, а именно "рабочей длины реснички" или областью 0<s<S^*(t).

В норме (фиг.5.I-A) во время эффективного удара точка s=S^*=S^*(t) перемещается примерно от середины длины реснички до ее кончика, при этом ресничка все больше распрямляется. За счет внутренней перестройки, составляющих ресничку белковых структур динеиновых ручек и тубулиновых микротрубочек ресничка становится довольно "жесткой" практически по всей своей длине, что позволяет ей осуществить проталкивание слоя геля своим кончиком. Во время восстановительного удара ресничка двигается в обратном направлении и тогда ее жесткость начинает уменьшаться от кончика реснички к ее основанию (точка s=S^*(t) перемещается от кончика реснички вдоль длины реснички к основанию). Появляется область (S^*(t)<s<L), где жесткость реснички значительно уменьшается (пассивная область), что может быть объяснено опять же внутренней перестройкой белковых структур.

На фиг.5, где представлены формы движения реснички, жирная точка соответствует s=S^*. Стрелки показывают радиус кривизны реснички на данном участке вдоль длины реснички. Пунктирными стрелками показано направление каждого удара и приведено значение времени, δ и α - углы поворота системы координат (z,y) в эффективном ударе, β - угол отклонения реснички от оси Z в восстановительном ударе.

В условиях такого движения реснички область около ее кончика не оказывает на слой гель силового воздействия, двигаясь под ним. В отличие от движения ресничек простейших ресничка эпителия дыхательных путей человека во время восстановительного удара не может изгибаться столь сильно за счет более тесного расположения ресничек относительно друг друга (~ 0,5 мкм) на основании клетки. Поэтому, чтобы не соприкасаться со слоем гель, она вынуждена отклоняться от вертикальной плоскости (Z, Y), в которой происходит эффективный удар.

Патологические процессы в дыхательных путях у исследуемых пациентов приводят к существенному изменению физических свойства (плотность и вязкость) слоев золь и гель, а также к увеличению толщины слоя геля. Эти изменения сказываются на характере движения реснички и движении слоя гель при МЦТ. При этом ресничка имеет практически постоянную кривизну вдоль всей своей длины и во время своего движения не может протолкнуть слой геля, т.к. во время восстановительного удара своим кончиком она касается это слоя. Когда вязкость слоя золь повышается настолько, что ресничка "увязает" в нем и форма ее сохраняется, движение становится замедленным, время эффективного и восстановительного удара остается одинаковым, что останавливает продвижения слоя гель.

Для построения модели было поставлено еще одно условие, что движение реснички осуществляется в результате кинематического возбуждения, т.е. заданного в виде явной функции времени принудительного движения какой-либо точки (точек) реснички (механической системы). В кинематической модели реснички такое принудительное движение задается как поворот точек реснички относительно основания реснички на угол α=α(t).

В кинематической модели движение реснички рассматривается в пространстве относительно неподвижной декартовой системы координат (Z,Y,X). Ось Z направлена перпендикулярно основанию клетки мерцательного эпителия с ресничками, а оси Y и Х лежат в плоскости совпадающей с основанием этой клетки, причем ось Y соответствует направлению движения реснички. Положение реснички относительно неподвижных осей (Z, Y, X) можно описать как последовательность поворотов подвижной системы координат (y,z), связанной с ресничкой, относительно неподвижной системы координат (фиг.5.II).

Произведен расчет скорости движения реснички (Vc) по кинематической модели, описывающей форму движения реснички у здоровых и больных синуситом. Скорость перемещения любой точки реснички определялась только для эффективного удара, при этом движение рассматривалось только в плоскости (Z,Y) и Vc=Vy=dY/dt (скорость в направлении оси Y). Средняя скорость перемещения кончика реснички <Vc> в эффективном ударе определялась как скорость реснички, которая полностью “распрямившись” проталкивает слой гель. По времени это соответствует S^*=L.

Движение реснички моделировалось при вычисленных при исследованиях параметрах: Т_е, - время эффективного удара (с); Т_р, - время когда ресничка максимально распрямляется; L - длина реснички (мкм); К₁ - кривизна рабочей длины реснички, от основания до S^* (мкм^-1); К₂ - кривизна реснички от S^* (от рабочей длины) до ее кончика (в мкм^-1); α - угол отклонения от исходного состояния реснички во время эффективного удара (град).

Статистическую обработку результатов проводили по программе STATISTICA 6 с расчетом средних и стандартных отклонений. Достоверность различий результатов исследования оценивают при помощи t-критерия Стьюдента и критерия Вилкоксона.

Были измерены параметры:

- амплитуды колебаний А;

- длины ресничек L;

- время эффективного T_e и восстановительного удара Т_r, их соотношения K_t=Т_r/Т_е.

У здоровых лиц K_t составляло в среднем 1,62±0,24, р<0,001.

При острой форме синусита K_t=1,25±0,36 р<0,001.

Хронический синусит K_t=1,00±0,19, р<0,001.

Таким образом, K_t служит критерием нормы и патологии в диагностике (таб. 7).

После установления временных характеристик движения реснички была выведена формула взаимозависимости параметров движения реснички и произведен расчет скорости движения кончика реснички по кинематической модели, описывающей форму движения реснички у здоровых и больных синуситом:

где V_c - скорость движения кончика реснички [мкм·с^-1];

К₁, К₂, α - вычислены нами в качестве средних величин, характерных для каждого из рассматриваемых состояний организма человека (здоровые, больные острой или хронической формами синусита) по разработанной модели движения ресничек;

K₁ - кривизна рабочей длины реснички [мкм^-1], в эксперименте выяснилось, что величина постоянная для любой фазы движения реснички, равная 1/38;

К₂ - кривизна реснички от рабочей длины до кончика [мкм^-1];

α - угол наклона реснички относительно вертикального положения [град];

π=3.1417 - константа;

L, Т_р и Т_е - параметры, измеряемые индивидуально у каждого больного;

L - длина реснички [мкм];

Т_р - время от начала движения до максимального распрямления кончика реснички [с];

Т_е - время эффективного удара [с].

Результаты исследований скорости МЦТ (Vc) по кинематической модели у здоровых и больных с острым и хроническим риносинуситом приведены в таблице, представленной на фиг.6 (в скобках приведено число больных и здоровых лиц).

В связи с тем, что определение и расчет основных параметров движения реснички (длинна L, кривизна К, амплитуда колебаний (А) и их соотношение КА, время эффективного Т_е и восстановительного Т_r, их соотношение K_t и др.) выявили, что главными определяющими показателями достоверно отличающимися друг от друга в норме и при патологии являются: время эффективного удара Т_е, время восстановительного удара Т_r, их соотношение K_t=T_r/T_e, скорость движения кончика реснички V_c (фиг.7), на основании чего был составлен алгоритм для диагностики патологического процесса.

На основании определения основных параметров МЦТ у больных с клинически выраженным гнойным и острым синуситом производят выбор способа их лечения.

Для больных хроническим гнойным синуситом (вне обострения), сопровождающегося нарушением МЦТ назначают комплексное лечение:

1. Хирургическое лечение с помощью эндоскопической микрохирургии околоносовых пазух;

2. Применение препаратов (геломиртол), обладающих секретолитическим и секретомоторных действием.

Для больных хроническим гнойным синуситом (вне обострения), не сопровождающимся нарушением МЦТ назначают хирургическое лечение с помощью эндоскопической микрохирургии околоносовых пазух.

Всем больным острым синуситом с нарушением МЦТ в составе комплексной консервативной терапии назначают нормализующие МЦТ секретолитические и секретомоторные препараты.

Контроль эффективности лечения производят по клиническим критериям и по результатам исследования МЦТ, предлагаемым в нашем изобретении.

В качестве иллюстрации ниже приводятся примеры лечения больных острым и хроническим синуситом.

Пример 1.

Больной X, 45 лет, история болезни №364, поступил 12.02.2002 г. Диагноз: Хронический гнойный синусит. Для планового хирургического вмешательства на околоносовых пазухах.

Кроме обычного клинического предоперационного обследования было произведено исследование двигательной функции мерцательного эпителия слизистой оболочки носа в соответствии с предложенным способом.

Для расчетов применяли формулу:

Были измерены соответствующие параметры:

L - длина реснички - 6,5 мкм.

Т_е - время эффективного удара - 0,22 с.

Т_р - время от начала движения до максимального распрямления кончика реснички - 0,12 с.

K₁ - кривизна рабочей длины реснички, константа равная 1/38 мкм^-1;

К₂ - кривизна реснички от рабочей длины до кончика [мкм^-1];

α - угол наклона реснички относительно вертикального положения 25°;

Таким образом, скорость МЦТ явно была меньше нормы. После проведения хирургического вмешательства в послеоперационном периоде больному было назначено консервативное лечение препаратом геломиртол-Форте, в течение 20 дней.

Через 30 дней после операции было произведено повторное исследование двигательной функции мерцательного эпителия по нашей методике. Были получены следующие параметры: L - 8 мкм, Т_р - 0,06 с, Т_е - 0,09 с, К₁ - 1/38 мкм^-1, К₂ - 1/6 мкм^-1, α - 55°.

Соответственно,

Таким образом, у больного вследствие проведенного комплексного лечения скорость V_c МЦТ явно увеличилась до 11,12 мм·мин^-1.

Пример 2.

Больной Y, история болезни №499, поступил 11.03.2002 г. на стационарное лечение с диагнозом: острый двусторонний катаральный синусит. Для определения состояния двигательной функции мерцательного эпителия слизистой оболочки носа и околоносовых пазух было произведено исследование по нашей методике: L - длина реснички - 8 мкм.; Т_е - время эффективного удара - 0,12 с; Т_р - время от начала движения до максимального распрямления кончика реснички - 0,09 с; K₁ - 1/38 мкм^-1; К₂ - 1/9 мкм^-1, α - 40°.

Больному было произведено консервативное лечение, в состав которого входил муколитический препарат геломиртол-Форте, в течение 20 дней. Было получено клиническое выздоровление.

После курса лечения было произведено повторное исследование двигательной функции мерцательного эпителия. Были получены следующие параметры: L - 8 мкм.; Т_е - 0,10 с; Т_р - 0,07 с; K₁ - 1/38 мкм^-1, К₂ - 1/9 мкм^-1, α - 55°.

Таким образом, в результате проведенного консервативного лечения с использованием муколитического препарата геломиртол было получено полное клиническое излечение с восстановлением двигательной функции мерцательного эпителия.

Пример 3.

Был обследован здоровый доброволец Z, 30 лет, на состояние двигательной функции мерцательного эпителия слизистой оболочки носа с помощью предлагаемой нами методики. L - длина реснички - 8 мкм., Т_е - время эффективного удара - 0,10 с, Т_р - время от начала движения до максимального распрямления кончика реснички - 0,06 с K₁ - 1/38 мкм^-1, К₂ - 1/6 мкм^-1; α - 55°.

Таким образом, двигательная функция мерцательного эпителия носа у обследуемого здорового добровольца соответствовала показателям нормы по данным большинства авторов.

Из вышесказанного следует, что предлагаемый способ обеспечивает технический результат, не вызывает затруднений, предполагает использование освоенных материалов и стандартного оборудования, что свидетельствует о соответствии заявляемого технического решения критерию патентоспособности “промышленная применимость”.

Claims (1)

1. Способ выбора тактики лечения хронического и острого риносинусита, состоящий в определении нарушений мукоцилиарного транспорта (МЦТ) путем измерения параметров движения ресничек мерцательного эпителия, по меньшей мере, скорости мукоцилиарного транспорта, включающий взятие материала для исследования в виде реснитчатых эпителиальных клеток и регистрацию колебательных движений ресничек в дыхательных путях человека посредством прижизненной телевизионной микроскопии, отличающийся тем, что материал для исследования берут с поверхности слизистой оболочки дыхательных путей, а тактику лечения определяют в зависимости от скорости движения кончика реснички, полученной на основании математического моделирования с последующими расчетами по формуле

   

   где V_c - скорость кончика реснички [мкм·с¹];

   K₁, К₂, α вычислены в качестве средних величин, характерных для каждого из рассматриваемых состояний организма человека: здоровые, больные острой или хронической формами синусита по разработанной модели движения ресничек; K₁ - кривизна рабочей длины реснички, константа равна 1/38 мкм^-1; К₂ - кривизна реснички от рабочей длины до кончика [мкм^-1]; α - угол наклона реснички относительно вертикального положения [град];

   π=3.1417 - константа;

   L, Т_р и Т_е - параметры, измеряемые индивидуально у каждого больного; L – длина реснички [мкм]; Т_р - время от начала движения до максимального распрямления кончика реснички [с]; T_е - время эффективного удара [с],

   после чего, учитывая, что значение V_c=9,6-11,3 мм/мин соответствует нормальному функционированию МЦТ, для больных хроническим гнойным синуситом вне обострения, сопровождающимся нарушением МЦТ, назначают комплексное лечение: хирургическое и консервативная терапия, препаратами, обладающими секретолитическим и секретомоторным действием; для больных хроническим гнойным синуситом вне обострения, не сопровождающимся нарушением МЦТ, назначают хирургическое лечение; всем больным с острым синуситом с нарушением МЦТ назначают комплексную консервативную терапию препаратами, обладающими секретолитическим и секретомоторным действием.

Images