Актуальными нерешенными проблемами современной психиатрии на сегодняшний день остаются поиск эффективных методов диагностики для выявления шизофрении на ранних этапах заболевания, а также мониторинг риска возникновения и течения заболевания. Учеными-исследователями были разработаны различные методы диагностики нервно-психических заболеваний, основанные на оценке иммунологических и нейрохимических показателей крови [1], специфического паттерна экспрессии генов [2], особенностей кровоснабжения и электрической активности различных структур головного мозга [3]. Однако указанные подходы весьма затратны по времени и стоимости.
Известно, что при возникновении шизофрении происходит нарушение процессов обмена веществ и в сыворотке крови меняются концентрации биохимических компонентов – липидов, белков, углеводов [4]. Такие изменения количеств веществ можно принимать за предикторы возникновения шизофрении. Так, в работе [5] определяют содержание глутамата в сыворотке крови больного шизофренией и при его концентрации выше 48,6 нмоль/мл диагностируют ведущую негативную симптоматику. Однако данный подход в диагностике шизофрении имеет множество недостатков, например включает трудоемкую подготовку образцов и создание условий для проведения исследования, требует высоких временных затрат (до нескольких дней), расходов на приобретение и доставку наборов специальных реактивов зарубежного производства для определения глутамата, приобретение которых в связи с нестабильной экономической и политической обстановкой в настоящее время становится практически невозможным.
Одним из альтернативных методов диагностики шизофрении, на наш взгляд, является инфракрасная спектроскопия. Данный физико-химический метод достаточно объективен и точен, позволяет выявить наличие и динамику изменения содержания химических веществ в биологическом образце при патологии [6], таких как РНК, углеводы, жиры, белки [7–9].
Показательными в данном методе являются полосы поглощения фосфор-кислородных связей (Р-О) различных фосфорсодержащих веществ [6].
Так, в работе [10] отмечено, что в роли фосфорсодержащих веществ, имеющих пики полос поглощения с максимумами в области ИК-спектра 1200–1000 см-1, могут выступать компоненты адениловой системы, а именно АТФ, АДФ, АМФ, а также неорганические фосфаты.
Согласно известным литературным данным содержание АТФ в крови больных шизофренией либо резко снижается, либо остается неизменным при одновременном накоплении АДФ и АМФ [11, 12], а колебания концентрации глюкозы в мозге или в нервной ткани могут сильно нарушить выполнение основных функций головного мозга [13].
На основании вышеизложенного целесообразным является исследование изменения характеристик ИК-спектров сыворотки крови больных шизофренией с целью выявления маркеров данного заболевания.
Цель исследования — установить целесообразность применения метода инфракрасной спектроскопии сыворотки крови в диагностике шизофрении.
Материалы и методы исследования. Исследование проведено на базе клиник кафедры психиатрии совместно с кафедрой общей химии ПИМУ (г. Нижний Новгород). Методом инфракрасной (ИК) спектроскопии исследовали сыворотку крови 30 здоровых добровольцев и 30 пациентов с шизофренией.
Исследование одобрено Этическим комитетом ПИМУ. Каждый пациент дал письменное согласие на участие в исследовании.
Пробоподготовка проводилась по методике, указанной в работе [6]. Сухой образец сыворотки крови растирали в вазелиновом масле. Регистрацию ИК-спектров сухих образцов проводили на спектрофотометрах «Carl Zeiss Jena SPECORD IR-75» и «М80» (Германия).
На полученных ИК-спектрах с помощью компьютерных авторских программ определяли высоты максимумов при 1165; 1160; 1150; 1140; 1100; 1070; 1040, 1025 см-1. Информативными показателями выступали спектроскопические параметры, полученные делением высот пиков полос поглощения друг на друга (см-1/см-1): П1 – 1150/1040; П2 – 1160/1040; П3 – 1140/1100, П4 – 1165/1070; П5 – 1165/1150; П6 – 1165/1025 [14].
Полученные по характеристикам ИК-спектров поглощения цифровые данные были обработаны на IBM PC/AT с помощью пакетов прикладных программ Statistica-6.0 (Windows XP) и Microsoft Excel с использованием методов одномерной статистики. Результаты представляли в виде М±m, где М – среднее арифметическое, m – стандартное отклонение. Достоверность различий средних значений определяли по t-критерию Стьюдента. Выборки считались принадлежащими к разным генеральным совокупностям при p≤0,05. Для наглядности и удобства анализа результаты визуализированы в виде диаграмм.
Результаты исследования и их обсуждение
По указанному выше алгоритму были получены значения шести параметров (П1, П2, П3, П4, П5, П6) для каждой экспериментальной группы: здоровых добровольцев и пациентов с клинически установленным диагнозом «шизофрения» (см. табл. 1):
Таблица 1
Изменение параметров ИК-спектров сыворотки крови больных шизофренией
|
|
П1 |
П2 |
П3 |
П4 |
П5 |
П6 |
|
Группа контроля |
0,80±0,05 |
0,70±0,06 |
3,10±0,05 |
0,82 ± 0,21 |
0,54 ± 0,06 |
0,80 ± 0,21 |
|
Группа пациентов с установленным диагнозом «шизофрения» |
1,80±0,10* |
1,30±0,10* |
4,10±0,15* |
1,09 ± 0,02* |
0,65 ± 0,02* |
1,06 ± 0,02* |
* – различия достоверны с группой здоровых добровольцев (р≤0,05)
Как видно из представленных в таблице 1 результатов, при шизофрении происходит достоверное увеличение значений параметров (1–3) ИК-спектров сыворотки крови – на 125%, 85% и 32% соответственно (р≤0,001). Такой высокий и достоверный рост указанных параметров является надежным диагностическим критерием рассматриваемой патологии.
Результаты математической обработки интерпретировали в виде лепестковых диаграмм, которые представляют собой дифференциально-диагностические профили двух основных состояний (рис. 1):
Рис. 1. Дифференциально-диагностические профили для группы контроля и группы пациентов с установленным диагнозом «шизофрения»
Как видно из рисунка 1, диагностические «образы» нормы и шизофрении отличаются – площадь треугольника шизофрении больше площади профиля контроля, при этом внешний вид фигуры сохраняется.
Такой подход визуализации полученных данных гораздо удобнее для клиницистов и смог бы улучшить эргономику клинического приема, так как, получая для каждого отдельного пациента подобный «профиль» на основе анализа крови и сравнивая его с этими двумя состояниями: «болен» – «здоров», врач имел бы возможность быстро и точно поставить диагноз заболевания или исключить его совсем.
Клинический пример. Больной С., 24 года. Обратился за помощью в психиатрическую клинику. Диагноз «шизофрения» поставлен на основании анамнеза жизни, анамнеза болезни и клинических симптомов.
Методом ИК-спектроскопии провели анализ сыворотки крови, построили дифференциально-диагностический профиль для крови данного пациента (рис. 2):
Рис. 2. Дифференциально-диагностический профиль пациента
Сравнили математический образ конкретного пациента с имеющимися профилями «шизофрения» и «норма». На основании геометрического подобия фигур сделали заключение и поставили диагноз «шизофрения».
Таким образом, метод ИК-спектроскопии позволяет проводить диагностику шизофрении у больных, а также исключать данный диагноз полностью.
Такие графические изменения являются результатом происходящих в организме больного патологических процессов, вследствие чего меняется содержание основных метаболитов обмена веществ — АТФ, АДФ, АМФ и глюкозы, что отражается на ИК-спектрах сыворотки крови испытуемых.
Результат расчета параметров ИК-спектров сыворотки крови, основанных на идентифицированных полосах ИК-спектра, представлен в таблице 1. Рассчитанные показатели продемонстрировали статистически значимую разницу параметров ИК-спектров сыворотки крови больных шизофренией и здоровых людей.
Как видно из результатов, приведенных в таблице, значения параметров П4–П6 достоверно увеличиваются на 33%, 20% и 33% соответственно (р≤0,05).
В работе [10] указано, что полоса поглощения при 1165 см–1 является частью спектра АТФ, при 1150 см-1 – АДФ, при 1070 см–1 – АМФ. Полоса поглощения при 1025 см-1 в рабочем атласе А. Norman (1978) служит частью спектра глюкозы.
Таким образом, на основании полученных данных можно говорить об увеличении содержания в крови больных шизофренией АТФ на фоне снижения содержания АМФ, АДФ и глюкозы.
Полученные данные совпали с результатами работы [15]. Вероятно, такое повышение содержания АТФ связано с низкой скоростью его потребления. Известно, что при нейрональной активности АТФ утилизируется, поэтому фосфокреатин быстро преобразуется в АТФ. При повышении концентрации фосфокреатина снижается потребление АТФ в левой височной области пациентов с шизофренией. Следовательно, снижение концентрации АДФ и АМФ обусловлено низкой скоростью ресинтеза АТФ. Низкое содержание глюкозы вызвано тем, что основным субстратом окисления для нейронов головного мозга является глюкоза крови, поступающей в мозг, так как в нормальных условиях затруднено отложение больших запасов гликогена в мозгу [13].
Существует целый ряд заболеваний и факторов, которые имеют и вызывают те же симптомы, что и шизофрения, например новообразования головного мозга [16, 17].
Метод ИК-спектроскопии сыворотки крови с успехом позволяет провести дифференциальную диагностику шизофрении и злокачественных новообразований головного мозга. Так, по данным работы [14] расчет параметров П1–П3 позволяет дифференцировать данные патологии (рис. 3).
а)
б)
в)
Рис. 3. Изменение ИК-спектроскопических параметров в зависимости от состояния больного
По сравнению с мировыми аналогами [18, 19] предлагаемый метод является наиболее точным, объективным и не требует больших материальных и временных затрат.
Заключение. В данной работе при разработке метода диагностики шизофрении были использованы ИК-спектроскопические параметры сыворотки крови, зависящие от концентрации молекул фосфатов (АТФ, АДФ, АМФ и глюкозы), изменяющиеся в процессе патологического метаболизма, инициированного шизофренией.
Расчетные показатели продемонстрировали статистически значимую разницу ИК-спектров для изучаемых состояний – норма/шизофрения, давая возможность исключить их полностью.
Представленные лепестковые диаграммы, построенные с учетом значений всех отношений высот пиков полос поглощения с диагностически значимыми максимумами, позволили визуализировать ИК-профили, сделав диагностику шизофрении не только более объективной и достоверной, но и более наглядной.
Данный подход в диагностике шизофрении на основании ИК-спектроскопии крови каждого конкретного пациента применен впервые в мировой практике.