DOI: 10.17586/2226-1494-2018-18-5-727-734


УДК537.86

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КРОВИ ЧЕЛОВЕКА ПРИ ИЗМЕНЕНИИ КОНЦЕНТРАЦИИ ЕЕ КОМПОНЕНТОВ В ТЕРАГЕРЦОВОМ ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ

Тяньмяо Чжан . ., Кононова Ю. А., Ходзицкий М. К., Демченко П. С., Гусев С. И., Бабенко А. Ю., Гринева Е. Н.


Читать статью полностью 
Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования: Чжан Тяньмяо, Кононова Ю.А., Ходзицкий М.К., Демченко П.С., Гусев С.И., Бабенко А.Ю., Гринева Е.Н. Исследование оптических свойств крови человека при изменении концентрации ее компонентов в терагерцовом диапазоне частот // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2018. Т. 18. № 5. С. 727–734. doi: 10.17586/2226-1494-2018-18-5-727-734

Аннотация

Предмет исследования.Исследовано влияние биохимического состава (билирубина, креатинина, триглицеридов, мочевой кислоты) крови человека на ее оптические свойства – показатель преломления и коэффициент поглощения – в терагерцовом диапазоне частот. Метод. Для получения значений показателя преломления и коэффициента поглощения использован метод терагерцовой импульсной спектроскопии в режиме пропускания терагерцового импульса через исследуемый образец. Концентрации общего билирубина, креатинина и триглицеридов в сыворотке крови измерены колориметрическим методом, псевдокинетическим методом и ферментным методом соответственно. Уровень глюкозы определялся в плазме крови ферментным методом. Измерения концентраций компонентов крови выполнены в Национальном медицинском исследовательском центре им. В.А. Алмазова. Основные результаты. В работе были получены оптические показатели образцов крови для ее различного биохимического состава методом терагерцовой импульсной спектроскопии на частоте 0,4 ТГц. Показано, что показатель преломления и коэффициент поглощения крови понижаются при увеличении концентрации билирубина и креатинина. Обнаружено, что при повышении концентрации мочевой кислоты и триглицеридов возрастает показатель преломления и уменьшается коэффициент поглощения крови соответственно. Зависимости показателя преломления крови от концентрации триглицеридов и коэффициента поглощения крови от концентрации мочевой кислоты не выявлено. Практическая значимость. Обнаруженные корреляции оптических свойств с концентрациями компонентов крови могут быть полезны при создании нового метода анализа состава крови.


Ключевые слова: терагерцовая импульсная спектроскопия, оптические свойства, кровь, билирубин, креатинин, мочевая кислота, триглицериды

Список литературы
1.      Эндокринология. Национальное руководство / Под ред. И.И. Дедова, Г.А. Мельниченко. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2011. 752 с.
2.      Громнацкий Н.И. Внутренние болезни. М.: Мед. информ. агентство (МИА), 2009. 688 с.
3.      Fox L.A., Beck R.W., Xing D. et al. Variation of interstitial glucose measurements assessed by continuous glucose monitors in healthy, nondiabetic individuals // Diabetes Care. 2010. V. 33. N 6. P. 1297–1299. doi: 10.2337/dc09-1971
4.      Фридецкий Б., Кратохвила И., Горак И., Толман В., Ябор А., Будина М. Преаналитический этап лабораторного анализа. Пардубице, 1999. 68 с.
5.      Барановский А.Ю. Диетология: Руководство. 4-е изд. Питер, 2012. 1022 с.
6.      Jeong K., Huh Y.M., Kim S.H., Park Y., Son J.H., Oh S.J., Suh J.S. Characterization of blood using terahertz waves // Journal of Biomedical Optics. 2013. V. 18. N 10. P. 107008.doi: 10.1117/1.JBO.18.10.107008
7.      Reid C.B., Reese G., Gibson A.P., Wallace V.P. Terahertz time-domain spectroscopy of human blood // IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology. 2013. V. 3. N 4. P. 363–367.doi: 10.1109/tthz.2013.2267414
8.      Fitzgerald A.J., Berry E., Zinov'ev N.N., Homer-Vanniasinkam S., Miles R.E., Chamberlain J.M., Smith M.A. Catalogue of human tissue optical properties at terahertz frequencies // Journal of Biological Physics. 2003.V. 29. N 2-3.P. 123–128.doi: 10.1023/A:1024428406218
9.      Cherkasova O.P., Nazarov M.M., Smirnova I.N., Angeluts A.A., Shkurinov A.P. Application of time-domain THz spectroscopy for studying blood plasma of rats with experimental diabetes // Physics of Wave Phenomena. 2014. V. 22. N 3. P. 185–188. doi: 10.3103/S1541308X14030042
10.   Черкасова О.П., Назаров М.М., Ангелуц А.А., Шкуринов А.П. Исследование плазмы крови в терагерцовом диапазоне частот // Оптика и спектроскопия. 2016. Т. 120. № 1. С. 59–67. doi: 10.7868/S0030403416010074
11.   Tonouchi M. Cutting-edge terahertztechnology // Nature Photonics. 2007. V. 1. N 2. P. 97–105. doi: 10.1038/nphoton.2007.3
12.   Pawar A.Y., Sonawane D.D., Erande K.B., Derle D.V. Terahertz technology and its applications // Drug Invention Today. 2013. V. 5. N 2. P. 157–163. doi: 10.1016/j.dit.2013.03.009
13.   Zhang X.C., Xu J. Introduction to THz Wave Photonics. Springer, 2010. 246 p. doi: 10.1007/978-1-4419-0978-7
14.   Son J.H. Terahertz Biomedical Science and Technology. CRC Press, 2014. 355 p.
15.   Pickwell E., Wallace V.P. Biomedical applications of terahertz technology // Journal of Physics D: Applied Physics. 2006. V. 39. N 17. P. R301–R310. doi: 10.1088/0022-3727/39/17/R01
16.   Horiike K., Miura R., Ishida T., Nozaki M. Stoichiometry of the water molecules in glucose oxidation revisited: Inorganic phosphate plays a unique role as water in substrate‐level phosphorylation // Biochemistry and Molecular Biology Education. 1996. V. 24. N 1. P. 17–20.doi: 10.1016/0307-4412(95)00140-9
17.   Xu J., Plaxco K.W., Allen S.J. Probing the collective vibrational dynamics of a protein in liquid water by terahertz absorption spectroscopy // Protein Science. 2006. V. 15. N 5. P. 1175–1181.doi: 10.1110/ps.062073506
18.   Sakai V.G., Alba-Simionesco C., Chen S.H. Dynamics of Soft Matter: Neutron Applications. Springer Science & Business Media, 2012. 399 p.
19.   Bartik K. The role of water in the structure and function of biological macromolecules [Электронныйресурс]. 2005. Режим доступа: http://www.exobiologie.fr/index.php/vulgarisation/chimie-vulgarisation/the-role-of-water-in-the-structure-and-function-of-biological-macromolecules, своб. Яз. англ. (датаобращения30.06.18)
20.   Bespalov V.G., Gorodetskii A.A., Denisyuk I.Y., Kozlov S.A., Krylov V.N., Lukomskii G.V., Petrov N.V., Putilin S.E. Methods of generating superbroadband terahertz pulses with femtosecond lasers // Journal of Optical Technology. 2008. V. 75. N 10. P. 636–642. doi: 10.1364/JOT.75.000636
21.   Chmielak B., Waldow M., Matheisen C., Ripperda C., Bolten J., Wahlbrink T., Nagel M., Merget F., Kurz, H. Pockels effect based fully integrated, strained silicon electro-optic modulator // Optics Express. 2011. V. 19. N 18. P. 17212–17219. doi: 10.1364/OE.19.017212
22.   Mallat S. A Wavelet Tour of Signal Processing. 3rd ed. Academic Press, 2009. 832 p.
23.   Rioul O., Vetterli M. Wavelets and signal processing // IEEE Signal Processing Magazine. 1991. V. 8. N 4. P. 14–38. doi: 10.1109/79.91217
24.   Strang G., Nguyen T. Wavelets and Filter Banks. 2nd ed. Wellesley-Cambridge Press, 1996. 520 p.
25.   Mallat S., Zhang S. Characterization of signals from multiscale edges // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 1992. V. 14. N 7. P. 710–732. doi: 10.1109/34.142909
26.   Dexheimer S.L. Terahertz Spectroscopy: Principles and Applications. CRC Press,2007. 360 p.
27.   Yasuda H., Hosako I. Measurement of terahertz refractive index of metal with terahertz time-domain spectroscopy // Japanese Journal of Applied Physics. 2008. V. 47. N 3R. P. 1632–1634. doi: 10.1143/JJAP.47.1632
28.   Gusev S.I., Borovkova M.A., Strepitov M.A., Khodzitsky M.K. Blood optical properties at various glucose level values in THz frequency range // European Conference on Biomedical Optics. Munich, Germany, 2015. P. 95372A. doi: 10.1364/ECBO.2015.95372A
29.   Gusev S.I., Demchenko P.S., Cherkasova O.P., Fedorov V.I., Khodzitsky M.K. Influence of glucose concentration on blood optical properties in THz frequency range // Chinese Optics. 2018. V. 11. N 2. P. 182–189.doi: 10.3788/CO.20181102.0182
30.   Ostrow J.D., Pascolo L., Tiribelli C. Mechanisms of bilirubin neurotoxicity // Hepatology. 2002. V. 35. N 5.P. 1277–1280.doi: 10.1053/jhep.2002.33432
31.   Милюкова И.В. Настольная книга гипертоника. M.: АСТ, Сова, 2010. 224 с.
32.   Анваер А. Главная книга пациента. M.: АСТ, 2017. 226 c.
33.   Lumeij J.T. Plasma urea, creatinine and uric acid concentrations in response to dehydration in racing pigeons (Columba livia domestica) // Avian Pathology. 1987. V. 16. N 3.P. 377–382.doi: 10.1080/03079458708436388
34.   Насонова В., Барскова В. Болезнь изобилия // Наука и жизнь. 2004. Т. 7.
35.   Kang D.H., Park S.K., Lee I.K., Johnson R.J. Uric acid–induced C-reactive protein expression: implication on cell proliferation and nitric oxide production of human vascular cells // Journal of the American Society of Nephrology. 2005. V. 16. N 2.P. 3553–3562.doi: 10.1681/ASN.2005050572
36.   Hou L., Zhang M., Han W., Tang Y., Xue F., Liang S., Zhang B., Wang W., Asaiti K., Wang Y., Pang H. Influence of salt Intake on association of blood uric acid with hypertension and related cardiovascular risk // PloS One. 2016. V. 11. N 4.Art.e0150451.doi:10.1371/journal.pone.0150451
37.   Vinh N.Q., Sherwin M.S., Allen S.J., George D.K., Rahmani A.J., Plaxco K.W. High-precision gigahertz-to-terahertz spectroscopy of aqueous salt solutions as a probe of the femtosecond-to-picosecond dynamics of liquid water // The Journal of Chemical Physics. 2015. V. 142. N 16.Art. 164502.doi: 10.1063/1.4918708
38.   Vance J.E., Vance D.E. Biochemistry of Lipids, Lipoproteins and Membranes. Elsevier,2008.639 p.
39.   Белова Л.А., Оглоблина О.Г., Белов А.А., Кухарчук В.В. Процессы модификации липопротеинов, физиологическая и патогенетическая роль модифицированных липопротеинов // Вопросы медицинской химии. 2000. Т. 46. № 1.С. 8–21.
Reid C.B., Pickwell-MacPherson E., Laufer J.G., Gibson A.P., Hebden J.C., Wallace V.P. Accuracy and resolution of THz reflection spectroscopy for medical imaging // Physics in Medicine and Biology. 2010. V. 55. N 16.P. 4825–4838.doi: 10.1088/0031-9155/55/16/013


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2018 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика