УФ лазер-индуцированная аутофлуоресцентная спектроскопия для медицинской диагностики

• Автор: Салмин, Владимир Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.21, 03.01.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 301 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Клеточная люминесценция как индикатор метаболизма. Эндогенные флуорофоры и хромофоры

1.1.1 Триптофан, тирозин и фенилаланин

1.1.2 Коллаген и эластин

1.1.3 Пиридиновые нуклеотиды и флавопротеиды

1.1.4 Эндогенные порфирины

1.1.5 Витамины

1.2. Использование флуоресцентной спектроскопии i i в клинической диагностике флуоресцентная биопсия.

1.2.1. Гастроэнтерология.

1.2.2. Офтальмология.

1.2.3. Диагностика атеросклеротических бляшек
1.2.4. Диагностика онкопатологии.
1.2.5. Диагностика ишемии миокарда.
1.2.6. Мониторинг состояния головного мозга
1.3. Аппаратура для флуоресцентной биопсии.
1.3.1. Оптоволоконные зонды
1.3.2. Лазеры
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.
2.1. Лазерный стенд
2.1.1. Вакуумная система.
2.1.2. Источники высокого напряжения.
2.1.3. Генераторы наносекундных импульсов высокого напряжения
2.1.4. Система регистрации лазерного излучения
2.2. Разработка методик медицинской диагностики для лазерного спектрофлуориметра.
2.3.1 Использование лазерного спектрофлуориметра для проведения
доклинических исследований.
Флуоресценция тканей брюшной полости при перитоните
Флуоресценция миокарда при острой ишемии.
Флуоресценция тканей головного мозга.
2.3.2 Использование лазерного спектрофлуориметра для проведения
клинических исследований.
Исследование катаракты.
Исследование роговицы
2.3.3 Алгоритмы обработки данных измерений лазерным
спектрофлуориметром.
2.3. Исследование молекулярных мишеней действия лазерного излучения в биологических комплексах
2.3.1 Исследование пиридиновых нуклеотидов.
Иммунологические эффекты лазерной радиации.
Влияние лазерной радиации на генерацию АФК клетками системы
иммуногенеза.
Флуоресценция макрофагов i vi
2.3.2 Исследование гемопротеидов.
Исследование лазерной фотодиссоциации карбоксигемоглобина
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Наносекундный генератор мощных импульсов напряжения
3.3.1. Цепь магнитного сжатия и умножения напряжения импульса.
3.3.2. Высоковольтный генератор наносекундных импульсов.
3.2. Лазерные источники.
3.2.1. Компактный импульсный газовый лазер и устройство магнитного сжатия импульса для его возбуждения.
3.2.2. Азотный лазер с продольным разрядом, возбуждаемый схемой магнитного сжатия и умножения напряжения импульса, с выходной энергией 1 мДж
3.2.3. Самопробойный волноводный азотный лазер
3.2.4. Перестраиваемый лазер на красителе с накачкой компактным Ы2лазером с линией магнитного сжатия.
3.3. Лазерный спектрофлуориметр для оптической биопсии
3.3.1. Общая компоновка и функционирование
Оптическое волокно, датчики и зонды.
Система регистрации.
Блок питания.
3.3.2. Программное обеспечение лазерного спектрофлуориметра.
3.4. Исследование флуоресценции тканей брюшной полости при перитоните
3.5. Исследование флуоресценции миокарда при острой ишемии
3.5.1 Исследование влияния кардиоплегии на динамику острой ишемии миокарда
3.5.2 Влияние восстановительного потенциала кардиоплегического раствора на динамику метаболических показателей миокарда
3.6. Флуоресценция тканей головного мозга при ишемии и аноксии
3.7. Флуоресцентная диагностика стадий возрастной катаракты
3.8. Исследование аутофлуоресценции роговицы
3.9. Исследование активности Тлимфоцитов при УФА лазерном облучении.
3 Исследование активности полиморфноядерных лейкоцитов периферической крови при УФА лазерном облучении.
3 Исследование флуоресценции макрофагов i vi.
3 Клеточные гемопротеиды как мишени действия лазерного излучения в модельных системах.
3 Исследование фотодиссоциации гемопротеидов при действии лазерного излучения
. Раствор гемоглобина
. Цельная кровь
. Спектр фотодиссоциации карбоксигемоглобина.
ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


При связывании НАДН апоферментом интенсивность голубого свечения нарастает, причем максимум этой собственной флуоресценции сдвигается в коротковолновую область видимой части электромагнитного спектра А0 нм. Среди флавинов для задач спектроскопии актуальны производные рибофлавина флавинмононуклеотид ФМН и флавинадениндинуклеотид ФАД. В противоположность пиридиновым нуклеотидам, которые легко отщепляются от белковой части фермента, оба флавиновых нуклеотида всегда прочно связаны с белком, в некоторых случаях ковалентно. Особый интерес представляют два флавопротеида митохондрий сукцинатдегидрогеназа и НАДНдсгидрогсназа. Последний из них катализирует восстановление своего флавинового кофермента восстановленным пиридиниуклеотидом. Рис. Спектры поглощения а, б и люминесценции в флавинов и флавопротеидов. В окисленном состоянии ФП обладают характерными спектрами поглощения и собственной флуоресценции, представленными на рис. Видно, что им свойственна собственная люминесценция с Х0 нм, которая обусловлена рибофлавином. Если же ФП восстанавливаются, то утрачивают собственную флуоресценцию Лисовский, . Таким образом, изменение редокссостояния этих молекул, оказывающее существенное влияние на спектры их флуоресценции, является основой метода флуоресцентной диагностики живых тканей. Наиболее важной является оценка соотношения интенсивности флуоресценции флавиновых и пиридиновых нуклеотидов, коль скоро реакции, протекающие с их участием, очень тесно сопряжены, и их активность в значительной степени модулируется при физиологической стимуляции клеток, гипоксии, ишемииреперфузии, клеточной гибели. Эндогенные порфирины Некоторые компоненты клеток обладают красным свечением это прежде всего порфирины. Порфириновая структура присуща цитохромам, пероксидазе, каталазе, гемоглобину, миоглобину. Однако в гемопорфиринах флуоресценция потушена атомами железа, что ограничивает возможности се исследования в живых тканях. При обработке их некоторыми веществами атом железа отрывается от простетической группы внутриклеточных гемопорфиринов, и тогда выявляется характерная красная флуоресценция порфиринов Лисовский, . Витамины также обладают собственной люминесценцией благодаря делокализации кольцевой структуры. Таблица 2 иллюстрирует примеры флуоресценции витаминов и их спектральных свойств. Условия среды могут в значительной степени изменять их спектральные свойства ii i, . Таблица 2. Таким образом, спектр аутофлуорссцеиции ткани является результатом наложения спектров флуоресценции большого количества тканевых флуорофоров, имеющих близкорасположенные максимумы. В этих условиях определение концентрации того или иного биохимического компонента по интенсивности флуоресценции на длинах волн, соответствующих максимумам флуоресценции чистых веществ, становится весьма непростой задачей. Наличие в ткани гемоглобина, миоглобина, обладающих существенным поглощением в ультрафиолетовой и видимой областях спектра, влияет на форму спектра флуоресценции ткани и должно также учитываться при количественном флуоресцентном анализе. Совпадение пиков люминесценции тканевых флуорофоров с максимумами поглощения названных гемопротеидов, а также с максимумами поглощения самих флуорофоров, высокая оптическая плотность большинства биологических тканей приводят к существенной реабсорбции. Учет реабсорбции в оптически неоднородных и рассеивающих средах является одной из наиболее сложных проблем оптической биопсии тканей. Искажения спектров люминесценции могут быть вызваны также наличием у ряда органов серозных оболочек и соединительнотканных капсул, состоящих, в основном, из коллагена и эластина, биохимические процессы в которых не обязательно совпадают с таковыми в органах, которые они покрывают. При проведении анализа в течение длительного времени может произойти фотообесцвечивание флуорофора. Скорость этого процесса зависит как от интенсивности лазерного излучения, падающего на ткань, так и от метаболической активности ткани. С другой стороны, указанный эффект может служить основой флуоресцентных методик оценки скорости метаболических процессов, протекающих в ткани.