ВЕЙВЛЕТ-АНАЛИЗ ДИНАМИКИ
БИОХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КРОВИ
ПРИ ВНУТРИВЕННОМ ЛАЗЕРНОМ
ОБЛУЧЕНИИ.
Голуб И. Е., Малов А. Н.,
Неупокоева А. В., Стрекочинская Н. Д., Сорокина Л. В., Выговский Ю. Н.
Иркутский государственный медицинский университет
Иркутский филиал института
лазерной физики СО РАН
НТФ «МеДиа», Москва
1. ВВЕДЕНИЕ
Хирургический стресс,
неизбежно возникающий при оперативных вмешательствах, в послеоперационный
период может оказывать повреждающее воздействие и превратиться в фактор
патогенеза [1]. Основным
способом, позволяющим ограничить альтерирующее действие хирургического стресса
до операции, во время операции и наркоза, а также в послеоперационном периоде,
является направленная активация стресс-лимтирующих систем организма. Фармакологические
методы стремятся, как правило, биохимически активировать одну или несколько
систем регуляции жизнедеятельности, но при этом нередко появляются и побочные,
нежелательные воздействия на другие системы и функции [1].
Положительный
опыт, накопленный при применении лазерного внутривенного облучения крови
(ВЛОК), основанного на анальгизирующем действии лазерного излучения и на интегрирующей
функции кровеносной системы организма [2, 3], позволяет начать разработку методик
лазерной фотомодификации крови как для снятия химико-фармакологической нагрузки
на пациента, так и для снижения степени хирургического стресса.
Поскольку энергия кванта
КВЧ или лазерного излучения достаточно мала и не вызывает структурно-химических
последствий [2], а
суммарная доза в реальной медицинской практике не вызывает нагрева ткани, то
для усиления эффекта биостимуляции актуальным является также вопрос об
организации режима временного фракционирования облучения пациента, что до
некоторой степени аналогичного лучевой терапии. Подобный, сложный с физической
точки зрения, способ воздействия на совокупность связанных нелинейных
колебательных систем, из которых состоит весь организм, делает актуальной
задачу исследования динамических характеристик процесса лазерной биостимуляции
при стандартных методиках ВЛОК.
В настоящей работе экспериментально исследовались
динамические характеристики процесса внутривенного лазерного облучения крови
(ВЛОК) путем применения. вейвлет-анализа для исследования графиков колебаний
параметров крови у больных, подвергающему оперативному вмешательству.
2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ И ИСХОДНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ.
В работе решалась задача:
сравнения проявлений хирургического стресса у трех различных групп больных
хроническим холециститом. Пациенты были разделены на три группы. У больных первой
группы проводилась общепринятая предоперационная подготовка (ОП). Во второй
группе общепринятая подготовка сочеталась с внутрисосудистым лазерным облучением
крови (ВЛОК) ,
в третьей – с введением гамма-оксимасляной кислоты (ГОМК),
даларгина,
альфа-токоферола и ВЛОК – комплексная активация стресс-лимитирующих систем
(КАСЛС).
В соответствии с задачами исследования биохимические
показатели крови фиксировались на различных
этапах до, во время и после операции:
1.
При поступлении больного в стационар (0 часов, нулевые сутки ).
2. После различных вариантов предоперационной
подготовки. (48 часов, вторые сутки).
3.
За 20 мин до операции. (72 часа, третьи сутки).
4.
На травматичном этапе операции.(73 часа, третьи сутки).
5.
После окончания операции и наркоза(74 часа, третьи сутки).
6. В
первые сутки после операции, при проведении различных вариантов послеоперационной
терапии. (98 часов, четвертые сутки).
7. На третьи сутки после операции при проведении
различных вариантов послеоперационной терапии. (146 часов, шестые сутки).
8. На 5-7 сутки после операции при проведении
различных вариантов послеоперационной терапии. (194 часа, восьмые сутки).
9. На 10-12 сутки послеоперационного периода, после
проведения различных вариантов послеоперационной терапии (314 часов,
тринадцатые сутки).
Для
оценки антистрессорного действия различных вариантов общей терапии до, во время
и после операции использовали клинические признаки, а также биохимические
показатели, отражающие различные
стороны обмена веществ, а именно:
1 -кортизол;
2 -диеновые коньюгаты (ДК);
3 -малоновый диальдегид
(МДА);
4 -антиокислительная
активность (АОА);
5 -альфа-токоферол;
6 –молочная кислота (МК);
7 -пировиноградная кислота
(ПВК);
8 -глюкоза;
9 -аланин-аминотрансфераза
(АЛТ);
10-аспартат-аминотрансфераза
(АСТ);
11-гистидаза;
Процедура ВЛОК выполнялась с помощью аппарата «Алок-1», на основе
гелий-неонового лазер (l=628 нм) с мощностью 1,5-2
мВт на торце световода в течении 40-60 минут.
Исходные графики динамики параметров крови при
различных вариантах лечения представлены на рис. 1, 2, 3. Следует обратить
внимание, что на первом этапе (при поступлении в стационар) показатели крови у
всех трех групп одинаковы, т.к. пациенты еще не подвергались никакому лечебному
воздействию. Этот факт равенства начальных условий, хорошо виден на графиках:
линия нулевого дня имеет одинаковую форму во всех трех случаях.
Рис. 1. График,
отображающий динамику параметров крови на различных этапах лечения по
общепринятой схеме. По оси Х отложены 11 параметров крови, по оси Y – время лечения в сутках
(0-2-е сутки – предоперационная подготовка, 3-и сутки – операция, 4-13-е сутки
– послеоперационный период), по оси Z – значение биохимических параметров в процентах к норме (т. е.
100% -- это норма).
Рис. 2. График, отображающий динамику параметров крови на различных
этапах лечения с применением ВЛОК. По оси Х отложены 11 параметров крови, по
оси Y – время лечения в
сутках (0-2-е сутки – предоперационная подготовка, 3-и сутки – операция, 4-13-е
сутки – послеоперационный период), по оси Z – значение биохимических параметров в процентах к норме (т. е.
100% -- это норма).
Рис. 3. График, отображающий динамику параметров крови на различных
этапах лечения с применением ВЛОК и комплексной активацией стресс-лимитирующих
систем. По оси Х отложены 11 параметров крови, по оси Y – время лечения в сутках (0-2-е сутки
– предоперационная подготовка, 3-и сутки – операция, 4-13-е сутки –
послеоперационный период), по оси Z – значение биохимических параметров в процентах к норме (т. е.
100% -- это норма).
3.
ВЕЙВЛЕТ-АНАЛИЗ И ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Вейвлет-анализ
является одним из перспективных методов, применяемых в настоящее время для
исследования временных сигналов. В отличие от метода Фурье, вейвлет
преобразование хорошо локализовано во времени и позволяет выявлять структуру
исследуемого сигнала на определенных временных интервалах. Кроме этого,
использование многомасштабного разложения дает возможность анализировать
процесс при различных временных масштабах, а также выявлять ряд важных
особенностей сигналов, связанных с изменением его структуры при переходе от
одного масштаба к другому [4].
Масштабно-временная
организация вейвлет-преобразования обусловлена принципом построения ортогонального
базиса разложения. В отличие от Фурье-преобразования, где в качестве базиса
используются гармонические функции, базис вейвлет-разложения составляет
локализованная во времени, быстро убывающая, солитоноподобная функция:
(1),
где t – время, а – представляет собой масштабный
коэффициент и определяет величину растяжения вейвлета, b– имеет размерность времени и определяет величину
сдвига вейвлет-функции. Y(t) – функция преобразования
(материнский вейвлет). В настоящее время имеется целый ряд таких функций [5].
Вычисление вейвлет-преобразования производится
путем свертки исследуемой временной последовательности с материнской
вейвлет-функцией:
W(a,b)=òf(t)
×Ya,b (t)dt (2)
Результатом
вейвлет-преобразования сигнала является двумерный набор коэффициентов W(a,b). Выбором типа функции Y(t) определяются свойства используемого вида
преобразования. Коэффициенты разложения – важная информация об эволюции
сигнала, зависящая от выбора начальной материнской функции.
Известно, что при вейвлет преобразовании
отсутствует явный частотный параметр. Вместо него имеется параметр масштаба,
который можно определить как величину обратную частоте [6, 7].
На первом этапе
исследования было необходимо выбрать вид материнского вейвлет-функции (1).
Обычно в качестве параметра, определяющего этот выбор, выступает внешнее
сходство вида исследуемой функции и функции преобразования. Исходя из этого,
была применена функция Марлет (Marlet) [8]. Однако, полученный результат не
удовлетворял принципиально важному требованию – равенству начальных условий при
всех трех способах лечения. Поэтому, в результате перебора нескольких функций
преобразования, остановились на использовании в качестве материнской
вейвлет-функции ортогонального вейвлета Добеши [8]. Это один из самых известных вейвлетов и его
основные свойства таковы:
1)
функция
j относится к ортогональному типу;
2)
функции
имеют конечное число нулевых значений;
3)
функции
y и j определяют компактный
носитель;
4)
возможны
непрерывные преобразования и дискретные преобразования с применением быстрого
вейвлет-преобразования.
Среди недостатков можно отметить недостаточную
временную периодичность и несимметричность вейвлета Добеши. С другой стороны,
он удовлетворяет требованию равенства начальных условий по 6 показателям из 11,
и его форма похожа на форму графиков колебаний показателей крови.
На основании
данных непрерывного вейвлет-преобразования
были построены трехмерные графики (рис.4-6), отображающие динамику
эволюции частот, связанных с вышеназванными параметрами крови в течении всех
трех периодов – предоперационного, операционного и послеоперационного. По оси X
отложены вышеперечисленные параметры крови, обозначенные соответствующими
номерами, по оси Y – этапы лечения (в сутках), по оси Z – частоты с
максимальной амплитудой (1/сутки). Первый график (рис.4)отображает динамику
параметров крови при обычной предоперационной подготовке, стандартной НЛА,
обычной послеоперационной терапии. Второй график (рис.5) – изменение параметров
крови при применении ВЛОК на всех трех этапах лечения. Третий график (рис.6) –
динамику тех же параметров при применении и ВЛОК, и метаболитов и медиаторов
стресс-лимитирующих систем.
Рис. 4. Динамика
частот колебаний параметров крови на различных этапах лечения по общепринятой
схеме.
Рис. 5. Динамика
частот колебаний параметров крови на различных этапах лечения с применением
ВЛОК.
Рис. 6. Динамика
частот колебаний параметров крови на различных этапах лечения с применением
ВЛОК и комплексной активацией стресс-лимитирующих систем.
Полагая, в
соответствии с традицией [1], что каждому из биохимических показателей
крови, может быть сопоставлена своя, относительно независимая от других система
жизнедеятельности, можно сделать следующие выводы. Из сопоставления графиков на
рис. 4-6 видно, что при поступлении все системы жизнедеятельности
организма больных работают на частотах
(1,5…2,4) сут -1, причем разброс по частоте между системами
значителен, т.е. все системы организма работают рассогласовано (несинхронно).
Непосредственно перед операцией и во время нее системы работают на более
высоких частотах, особенно это касается систем, связанных с антиокислительной
активностью (параметры 4 и 5 – АОА и альфа-токоферол) и с функционированием
трансфераз (параметры 9 и 10 – АЛТ и АСТ). В следующий промежуток времени,
сразу после операции, частота работы всех систем резко падает: видимо,
происходит истощение некого ресурса работы систем. Но затем, на
послеоперационном этапе, состояние организма требует включения и активного
функционирования всех систем – происходит медленное увеличение частоты. Вообще
весь процесс в послеоперационном периоде можно рассматривать как затухающие
колебания: все системы работают с перегрузкой,
потом уходят в зону истощения, затем снова запускаются столь мощные
процессы, что опять частоты попадают в зону перегрузки и опять следует
истощение… это происходит до тех пор, пока все системы организма не выйдут на
какую-то одну рабочую частоту – по нашим графикам это частота 1,2 сут –1.
При лечении с применением ВЛОК, всплеск частот
непосредственно перед операцией и во
время нее больше примерно в два – два с половиной раза по сравнению с традиционным лечением, а послеоперационные
колебания частот происходят более сжато по времени. Можно сказать, что декремент
затухания колебаний в случае ВЛОК выше, т. о. выход на стационарную частоту
происходит быстрее. Этот вывод вполне согласуется с клиническими данными о
сокращении времени пребывания больных второй и третьей групп в реанимации и
более раннего улучшения их состояния как по субъективным ощущениям, так и по
медицинским показателям [1 - 3].
Обобщая
приведенные данные, можно отметить, что при использовании в послеоперационном
периоде общепринятой терапии не в полной мере происходит мобилизация
эндогенного альфа-токоферола, не ограничивается стрессорная активация процессов
ПОЛ, что приводит к угнетению антиоксидантной активности и дефициту
альфа-токоферола. Использование у больных метаболитов и аналогов
стресс-лимитирующих систем и комплексной их активации позволяет в значительной
степени предупредить и ограничить стрессорную активацию ПОЛ, повысить
антиоксидантную активность и нормализовать содержание альфа-токоферола.
С физической
точки зрения, лазерное излучение, обладающее очень высокой монохроматичностью,
попадая в нелинейную оптическую среду (кровь), порождает широкий спектр
комбинационных частот, с которыми функционируют различные элементарные
биохимические подсистемы. В этом случае наиболее сильный резонанс может
происходить только на частоте, общей для всех колебательных подсистем. Наличие
инициированного лазерным излучением интенсивного и структурно богатого
комбинационного спектра частот в каждой из биохимических подсистем облегчает
структурную перестройку всех осциллирующих систем с подстройкой частотного
режима под главный ритм организма в целом. Можно сказать, что неспецифическое
действие лазерного излучения на стресс-формирующие системы выводит их из
состояния «стресс-гомеостаза»(для которого и характерны значительные осцилляции
амплитуд для показателей крови) и тем самым облегчает регуляторную функцию
стресс-лимитирующих систем. То обстоятельство, что когерентное излучение
действует сразу на все подсистемы (и показатели крови) очевидным образом
объясняется тем, что электромагнитное поле действует на все реакции, протекающие
в организме и именно на стадии взаимодействия ионов и/или участков
макромолекул, которые и являются фундаментальным и неизбежным звеном для любой
подсистемы, осуществляющей биохимический синтез ферментов, гормонов, белков и
т.п.[9].
Таким образом,
антистрессорный эффект такой комбинированной терапии обусловлен тем, что
используемые стресс-лимитирующие вещества и ВЛОК повышают активность
антиоксидантной стресс-лимитирующей системы, оказывая как прямое, так и
опосредованное действие через другие стресс-лимитирующие системы.
4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Суммируя
вышеизложенное, можно заключить:
1)
общепринятая
предоперационная подготовка и послеоперационная терапия, а также традиционная
анестезия недостаточно эффективно предупреждает развитие и альтерирующее
действие хирургического стресса, о чем свидетельствует большой разброс частот
работы различных подсистем организма на всех этапах лечения;
2)
операционное
вмешательство вызывает увеличение амплитуды колебаний частот всех подсистем,
причем использование ВЛОК приводит к более резкому росту частоты, что, видимо,
требуется для поддержания гомеостаза;
3)
в
послеоперационном периоде возникают затухающие колебания, причем использование
ВЛОК аналогично увеличению декремента затухания этих колебаний, так что время
выхода на стационарную частоту сокращается примерно в 2 раза;
4)
применение
ВЛОК и, особенно, ВЛОК в сочетании с комплексной активацией стресс-лимитирующих
систем, позволяет эффективно ограничить развитие хирургического стресса, т. к.
и биохимические показатели крови, и частотные параметры работы всех систем
жизнедеятельности при использовании этих методов приходят в норму уже на 5-6
сутки после операции.
5)
при
использовании процедуры ВЛОК когерентное излучение воздействует на все
биохимические подсистемы (и показатели крови) организма, поскольку
электромагнитное поле действует на все реакции, протекающие в организме, на
стадии взаимодействия ионов и/или участков макромолекул, которые и являются
фундаментальным и неизбежным звеном для любой подсистемы, осуществляющей биохимический
синтез.
5. СПИСОК
ЛИТЕРАТУРЫ.
1.
Голуб И.Е. Закономерности развития и пути предупреждения
альтерирующих эффектов хирургического стресса. Диссертация … доктора
медицинских наук. – ИГМУ: Иркутск, 1998. – 280 с.
2.
Илларионов
В.Е. Основы лазерной терапии. - М.: РЕСПЕКТ - 1992 – 122 с.
3.
Козлов
В.И., Буйлин В.А. Лазеротерапия. - М., Владивосток: центр
«АСТР-Востокмедтехника сервис» - 1992. – 164 с.
4.
Астафьева
НМ. Вейвлет-анализ. Основы теории и примеры применения. УФН- 1996 - Т 166 - №
11.
5.
Добеши
И. Десять лекций по вейвлетам. М.: РХД – 2001г.
6.
Чуи
Ч. Введение в вейвлеты. М.: Мир, 2001г.
7.
Дьяков
В., Абраменкова И. МАТЛАБ. Обработка сигналов и изображений. СПб «ПИТЕР»- 2002
– 608с.
8.
Воробьев
В.И., Грибунин В.Г. Теория и практика вейвлет-преобразований. СПб.: ВУС, 1999г.
9.
Грабовщинер
А.Я. Состояние и перспективы развития квантовой медицины. / В кн.: «Первый
международный симпозиум «Квантовая медицина и новые медицинские технологии».
Сборник научных трудов»ю – М.: Институт Квантовой Медицины и АО «МИЛТА-ПКП
ГИТ», 2002. – с. 23-26.
