Науковці Інституту математики НАН України взяли участь у розробці інноваційної технології обстеження судинного русла - скринінгу судин.
Згідно із даними Всесвітньої організації охорони здоров’я, захворювання серцево-судинної системи, або ж серцево-судинні захворювання, впродовж останніх 30-ти років посідають перше місце за рівнем смертності (становлячи понад половину всіх летальних випадків) та інвалідизації (третина випадків, і передусім за рахунок некомпенсованих судинних станів на кшталт інфарктів та інсультів). За статистикою вітчизняного Міністерства охорони здоров’я, на серцево-судинні патології страждає більше ѕ громадян України. Ця невтішна статистика і підштовхнула вчених до роботи над новими технологіями діагностики розладів системи кровообігу. Науковці відділу аналітичної механіки Інституту математики НАН України спільно з фахівцями Наукового центру «Істина Veritas» та Клініки здорових судин розробили, запатентували та ввели в застосування унікальне обладнання і програмне забезпечення на основі інноваційних моделей гідро-гемодинаміки, що дозволяють здійснювати швидку та ефективну діагностику судин – скринінг. Висвітленню цього питання було присвячено один із випусків передачі телеканалу БТБ «Золотий запас України. Скринінг судин».
Аби мати можливість адекватно оцінювати стан здоров’я пацієнта та прогнозувати потенційні захворювання чи виявляти вже наявні розлади й відхилення від норми на якомога більш ранніх стадіях перебігу хвороби, сучасні науковці дедалі більше уваги звертають на вивчення найдрібніших процесів у організмі. Українські вчені особливий інтерес виявляють до дослідження капілярів – мікросудин, що є заключною ланкою в системі кровообігу. Завдяки капілярам відбувається метаболічний обмін (обмін речовин) між кров’ю та тканинами людського організму. Тому порушення кровообігу спричинює погіршення функціонування того чи іншого органу аж до випадіння його (органу) функції. Капіляроскопія – методика вивчення судинного русла на найбільш віддалених ділянках, суть якої полягає у візуалізації найдрібніших судин шляхом оптичного збільшення, неінвазивно (тобто безболісно), –– з’явилася в 1960-х рр., але отримує повноцінне застосування лише нині. У минулому столітті їй була притаманна низка суттєвих недоліків, які унеможливлювали ефективну діагностику та лікування серцево-судинних захворювань. Тогочасні науковці користувалися геологічними та медичними мікроскопами відносно простої, але незручної конструкції. Ці прилади збільшували об’єкт лише у 200-250 разів, а кратність збільшення можна було змінити, лише змінивши об’єктиви. Однак головною перешкодою стала суб’єктивність такого вивчення мікросудин: через неможливість фіксації зображення лікар-практик не міг показати картинку колегам або пацієнтові.
Оскільки вивчення капілярів дозволяє отримати комплексне уявлення про стан здоров’я пацієнта, науковці вирішили повернутися до застосування методу капіляроскопії, вдосконаливши його. Головне досягнення полягає в тому, що вони збагнули, як за станом капілярів діагностувати не лише серцево-судинні захворювання, а й хвороби, що безпосередньо не пов’язані з кровообігом, – зокрема, судинне захворювання мозку, патологія щитоподібної залози, патології психіатричної сфери, а також психорозумові розлади. Одним із перспективних напрямів розвитку капіляроскопії є субтехнологія для візуалізації перших стадій онкопроцесів. У майбутньому, як сподіваються науковці, саме вона домінуватиме при ранньому виявленні пухлинних процесів, адже клінічна картина значно відстає від кровообігу і значущі зміни відбуваються за 5-7 років до початку розвитку онкопатологій.
Окрім власне медичних знань, технологія скринінгу судин використовує математичні моделі, за якими обчислюють форму капіляра, порівнюють її із нормальною формою і знаходять відхилення в артеріальній чи венозній частині цієї мікросудини. Скринінг поєднує досягнення гідромеханіки (науки про рідини та особливості їх руху) й гемодинаміки (науки про кров та особливості її руху). Дослідники та лікарі мають враховувати, що кров є незвичайною, неньютонівською рідиною (іншим прикладом подібних речовин може слугувати білок яйця).
Наприклад, при підвищенні температури кров загусає (на відміну від води, яка за тих самих умов переходить у рідкий стан). Капіляр теж не є звичайною кровоносною судиною: його розміри настільки мікроскопічні, що форменим елементам крові – еритроцитам – важко пройти крізь надзвичайно вузьку трубочку мікросудини. Науковці дійшли висновку, що в капілярі кров уже не є ані ньютонівською, ані неньютонівською рідиною і проходить до тканин організму у вигляді окремих шматочків речовини.
Унікальний прилад, розроблений українськими науковцями, вимірює вигини та розміри капіляра і підставляє ці дані у формулу, щоб обчислити всі відхилення. Удосконалений із використанням новітніх технологій капіляроскоп оснащено модернізованою оптико-механічною частиною із функцією плавно керованої кратності збільшення об’єкта (оптика дозволяє збільшити об’єкт у 300 разів) та цифровою камерою, зображення з якої виводиться на монітор комп’ютера (збільшення за допомогою цифрової камери може бути 450-кратним). Таким чином, для зменшення чи збільшення картинки досліджуваного капіляра в окулярі більше не потрібно щоразу змінювати лінзи. Нещодавно було розроблено нову модель сучасного капіляроскопа – з потужнішими лінзами та зручнішим налаштуванням і регулюванням розміру зображення. Учені також поліпшили систему підсвітки, яка більше не створює відблисків на шкірі пацієнта. Проте загалом принцип роботи приладу залишився тим само, що й раніше.
Побачити капіляри під мікроскопом можна за допомогою спеціальної рідини, яка заломлює світло, просвічуючи верхні шари шкіри. Однак така просвічувальна рідина має властивість відбивати світло, а тому для зручного огляду стану капілярів дослідник має знайти ділянку, від якої світло не відбиватиметься. Науковці домовилися обстежувати капіляри на четвертих пальцях правої та лівої рук. Вибір об’єкта для здійснення капіляроскопії не є випадковим. Справа в тому, що капіляри на нігтьовому ложі четвертого пальця закладаються одночасно з капілярами кори головного мозку. З огляду на це, коректним є проектування стану мікросудин четвертого пальця на інші мікросудини людського організму. До того ж, оглядаються й оцінюються, як правило, не окремі капіляри, а їх групи. Завдяки цьому метод скринінгу виявляється достатньо інформативним.
Капіляроскоп під’єднано до комп’ютера зі спеціальним програмним забезпеченням, що має зручний для лікаря інтерфейс. Інтерфейс передбачає наявність щонайменше двох розділів, а саме: «Лікар» (кожен лікар-практик, що обстежує пацієнтів за допомогою даного обладнання, має власний код та пароль доступу) та «Пацієнти» (відповідно, містить перелік обстежуваних осіб та інформацію про них – приватну та медичну). Саме це програмне забезпечення містить міждисциплінарні знання (зокрема, з фізики, гемодинаміки, гідромеханіки, математичного моделювання кровообігу), які за інших умов було б досить складно поєднати задля отримання комплексного уявлення про стан здоров’я пацієнта. Програмне забезпечення допомагає обробити картинку і перевести результат обстеження в судинному руслі на зрозумілу для лікаря та пацієнта мову. Отриманий висновок має вигляд гістограми. На його підставі лікар ставить діагноз і визначається з методами лікування хвороби.
Таким чином, новітні медичні технології в галузі судинного скринінгу є комплексом із трьох компонентів: технічного приладу (як засобу прижиттєвої візуалізації та неінвазивного обстеження судинного русла), методології отримання первинної інформації, а також програмного продукту для обробки первинної інформації. Опрацьована первинна інформація перетворюється на аналітичну і, врешті-решт, подається як клінічна інтерпретація, доступна для лікаря-практика. Дослідження є простим та швидким: спеціаліст із достатнім рівнем кваліфікації може здійснити його протягом 10 хв. Процедура капіляроскопії не потребує додаткової підготовки пацієнта.
Інноваційна технологія судинного скринінгу вже стала реальним інструментом раннього виявлення та ефективного лікування серцево-судинних захворювань (як органічного, так і психо-емоційного ґенезу) та отримала схвальні відгуки від фахівців. Вона виявилася ефективною при лікуванні та реабілітації учасників масових протестних акцій наприкінці 2013 – на початку 2014 років та бійців АТО, оскільки дозволяє захистити від критичних судинних станів на глобальному рівні та відкоригувати стан артеріо-венозної рівноваги у мозку, а також при ампутації на рівні культі чи протезованих кінцівок. Застосування технології судинного скринінгу є необхідною умовою успішності нейрореабілітаційного процесу, коли відновлення адекватного кровозабезпечення стало невід’ємною умовою задовільної роботи органів та організму хворих і поранених в АТО.
Детально про особливості та переваги технології судинного скринінгу – у програмі «Золотий запас України. Скринінг судин» телеканалу БТБ
https://www.youtube.com/watch?v=LwiO08KIG3o
Матеріали Прес-службb НАН України
Олена
Светлана