На правах рукописи

Барановская Ирина Борисовна


РEТИКУЛОЦИТАРНЫЕ И ЭРИТРОЦИТАРНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПЕРИФЕРИЧЕСКОЙ КРОВИ В СИСТЕМЕ ОЦЕНКИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ ЭРИТРОПОЭЗА У ЛИЦ, ЗАНИМАЮЩИХСЯ И НЕ ЗАНИМАЮЩИХСЯ СПОРТОМ

03.03.01 – Физиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Краснодар - 2011

Диссертация выполнена в Кубанском государственном университете

физической культуры, спорта и туризма

Научные руководители: доктор биологических наук, профессор

Проскуряков Марк Тихонович

доктор медицинских наук, профессор

Макарова Галина Александровна

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Полевщиков Александр Витальевич

НИИ экспериментальной медицины СЗО

РАМН (г. Санкт-Петербург)

доктор биологических наук, профессор

Колесникова Наталья Владиславовна

Кубанский государственный медицинский

университет (г. Краснодар)

Ведущая организация: Российский государственный

университет физической культуры, спорта,

молодежи и туризма (г. Москва)

Защита состоится 30 июня 2011 года в 11 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 311.009.01 при Кубанском государственном университете физической культуры, спорта и туризма

по адресу: 350015, г. Краснодар, ул. Буденного, 161.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного университета физической культуры, спорта и туризма.

Автореферат разослан 28 мая 2011 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор педагогических наук, профессор М.М. Шестаков
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Интерпретация значений ретикулоцитарных и эритроцитарных показателей в системе дифференцированной оценки эритропоэза имеет определенные трудности. Основными причинами этого являются отсутствие единых методологических принципов анализа и оценки гематологических параметров и существование проблемы пороговых величин лабораторных показателей (Ю.В. Кузнецова и др., 1996; А.А. Кишкун, 2007; В.А. Фокин, 2007). Ситуацию усугубляет то, что при ряде широко распространенных пограничных состояний эритропоэза характерные особенности со стороны показателей красной крови могут вообще отсутствовать (С.А. Луговская и др., 1996; L. Thomas, Ch. Thomas, 2002; А.А. Ахлямова и др., 2005). При этом относительно кинетики периферического звена эритрона имеются только единичные публикации, констатирующие изменения ретикулоцитарных и эритроцитарных параметров в различных условиях функционирования эритропоэза (Г.И. Козинец, Е.Д. Гольдберг, 1982; Н.И. Стуклов, 2004; M. Buttarello et al., 2004; В.А. Фокин, 2009), как правило, без анализа глубинных физиологических механизмов, лежащих в основе подобных сдвигов.

На наш взгляд, принципиальные трудности в исследованиях, посвященных физиологии эритропоэза, обусловлены не отсутствием информативных гематологических маркеров, а проблемами структуризации имеющейся информации. В связи с этим не всегда представляется возможным по результатам показателей гемограмм проводить дифференцированную оценку функционального состояния эритропоэза, а также анализировать и прогнозировать его изменения.

Когда же речь идет о лицах, связанных с интенсивной мышечной деятельностью, особенно о спортсменах высокой и высшей квалификации, то здесь необходимо дополнительно учитывать, что физические нагрузки могут оказывать как преходящее (срочное и текущее), так и длительное (кумулятивное) влияние на функциональное состояние эритропоэза. Этот факт может обусловливать определенные отклонения лабораторных показателей от референтных значений (Y.O. Schumacher et al., 2002; А.А. Кишкун, 2007; S.M. Ostojic, Z. Ahmetovic, 2008).

Объект исследования: периферическое звено эритрона с позиций изменений ретикулоцитарных и эритроцитарных показателей гемограммы при различных функциональных состояниях эритропоэза у лиц, занимающихся и не занимающихся спортом.

Предмет исследования: диагностические возможности ретикулоцитарных и эритроцитарных показателей периферической крови в системе анализа, оценки и прогнозирования различных функциональных состояний эритропоэза у лиц, занимающихся и не занимающихся спортом.

Целью исследования являлось определение информативной ценности ретикулоцитарных и эритроцитарных показателей гемограммы, а также обоснование алгоритмов их эффективного использования в системе дифференцированной оценки функционального состояния эритропоэза у лиц, занимающихся и не занимающихся спортом.

Рабочая гипотеза настоящего исследования заключалась в том, что анализ гемограмм с позиции не только эритроцитарного, но и ретикулоцитарного звена, а также новый подход к структуризации полученных результатов позволит значительно повысить информативную ценность данных показателей периферической крови в системе дифференцированной оценки функционального состояния эритропоэза у лиц, занимающихся и не занимающихся спортом.

Задачи исследования:

1. Определить особенности варьирования ретикулоцитарных показателей в популяциях здоровых молодых людей, занимающихся и не занимающихся спортом, в том числе с позиции выявления возможной скрытой ингибиции эритропоэза у высококвалифицированных атлетов.

2. Установить информативную значимость ретикулоцитарных и эритроцитарных показателей в системе дифференцированной оценки отдельных функциональных состояний эритропоэза.

3. Выявить особенности внутри- и межсистемных взаимосвязей основных ретикулоцитарных, эритроцитарных, а также избранных биохимических показателей при отдельных функциональных состояниях эритропоэза.

4. Обосновать и разработать модели и алгоритмы эффективного использования ретикулоцитарных и эритроцитарных показателей в целях: а) дифференциации различных функциональных состояний эритропоэза; б) выявления определенных физиологических закономерностей функционирования периферического звена эритрона в условиях восполнения дефицита железа; в) прогнозирования изменений данных показателей при восполнении дефицита железа.

Научная новизна настоящего исследования заключается в том, что в нем впервые:

- определены особенности варьирования ретикулоцитарных показателей в популяциях здоровых молодых людей, занимающихся и не занимающихся спортом, в частности, нормальное распределение среднего содержания гемоглобина в ретикулоцитах при право- или левосторонней асимметрии остальных анализируемых параметров, а также количество и характер внутрисистемных взаимосвязей между основными ретикулоцитарными и эритроцитарными показателями при различных функциональных состояниях эритропоэза;

- установлена сопряженность при истинном дефиците железа между концентрацией сывороточного белка и количеством эритроцитов, свидетельствующая о важной роли пластических ресурсов в комплексе факторов, определяющих компенсаторные возможности эритрона в подобных условиях;

- разработаны алгоритмы оценки ретикулоцитарных и эритроцитарных показателей с позиций: 1) дифференциации физиологического эритропоэза и латентного дефицита железа, а также манифестного истинного и перераспределительного дефицита железа путем использования систем дискриминантных уравнений; 2) прогнозирования изменений функционирования периферического звена эритрона в условиях возмещения дефицита железа на основании анализа скоростей и ускорений изменений показателей при помощи разработанной универсальной S-функции; 3) структурирования результатов гемограмм путем использования вероятностного анализа;

- установлено, что в условиях восполнения дефицита железа на основании анализа скоростей и ускорений изменений регистрируемых показателей могут быть выделены следующие характеристики функционирования периферического звена эритрона: 1) стадийность процесса - наличие стадий срочной и отставленной активации эритропоэза, каждая из которых включает две подстадии; 2) переходные состояния системы, которые, как правило, соответствуют началу каждой стадии и отличаются десинхронозом скоростей и ускорений изменений анализируемых параметров; 3) различная степень сопряженности изменений динамических параметров системы: увеличению значения показателя может соответствовать как возрастание, так и снижение скорости его прироста; снижению значения показателя всегда соответствует уменьшение скорости изменения; ускорение в обоих случаях может быть как положительным, так и отрицательным.

Положения, выносимые на защиту

1. У спортсменов высокой квалификации, специализирующихся в видах спорта, направленных на преимущественное развитие выносливости, на фоне укладывающихся в референтные величины показателей красной крови имеет место статистически значимое снижение показателя содержания гемоглобина в ретикулоцитах и количества незрелых ретикулоцитов, а также уменьшение числа внутрисистемных взаимосвязей, что не исключает вероятность скрытой ингибиции эритропоэза.

2. Информативная ценность ретикулоцитарных и эритроцитарных показателей в системе дифференцированной оценки эритропоэза может быть значимо повышена путем использования вероятностного алгоритма структурирования результатов гемограмм. Применение S-функции позволяет эффективно прогнозировать изменения ретикулоцитарных и эритроцитарных параметров в условиях устранения дефицита железа.

3. При восполнении дефицита железа имеют место стадии срочной и отставленной активации эритропоэза, каждая из которых, в свою очередь, содержит две подстадии, отличающиеся продолжительностью, физиологическими механизмами, а также различной степенью сопряженности скоростей и ускорений, характеризующих изменение регистрируемых параметров.

4. Дополнительными критериями оценки функционального состояния эритрона при дефиците железа, в частности, его компенсаторных возможностей в подобных условиях, могут служить результаты анализа характера и числа взаимосвязей между ретикулоцитарными и эритроцитарными показателями, а также содержанием сывороточного белка. При ретикулоцитозе и ретикулоцитопении отмечается снижение количества и статистической значимости внутрисистемных взаимосвязей, свидетельствующее о повышении напряженности функционирования эритрона.

Теоретическая значимость работы заключается в том, что её результаты, базирующиеся на разработанных методах математического моделирования (структуризация гемограмм на основе систем дискриминационных уравнений, S-функция и вероятностный анализ), расширяют существующие представления о методологических принципах анализа ретикулоцитарных и эритроцитарных показателей и информативной ценности анализируемых параметров в системах оценки и прогнозирования функционального состояния эритропоэза у лиц молодого возраста, включая спортсменов высокой квалификации, а также углубляют научные знания о физиологических механизмах компенсации, задействованных при восполнении дефицита железа, в частности, раскрывают особенности функционирования эритрона в подобных условиях (стадийность процесса, переходные состояния системы, различная степень сопряженности изменений скоростей и ускорений показателей).

Практическая значимость настоящих исследований состоит в том, что их результаты позволяют повысить эффективность: использования ретикулоцитарных показателей в системе дифференцированной оценки эритропоэза; скрининга лиц, имеющих латентный дефицит железа; дифференциальной диагностики различных вариантов железодефицитных состояний; прогнозирования результатов коррекции дефицита железа; гематологического контроля за спортсменами, направленного на своевременную регламентацию физических нагрузок и предупреждение состояния перетренированности.

Апробация и внедрение полученных результатов. Основные положения исследования докладывались на II Международной научно-практической конференции «Перспективные разработки науки и техники – 2006» (Днепропетровск, 2006); III Международной научно-практической конференции «Научное пространство Европы-2007» (Днепропетровск, 2007), Международной научно–практической конференции «Современные проблемы и пути их разрешения в науке, транспорте, производстве и образовании ‛2007» (Одесса, 2007); IV и VI Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов «Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах» (Краснодар, 2007, 2009); Всероссийской научно-практической конференции «Теория и практика физической культуры и спорта в условиях модернизации образования» (Ижевск, 2009); Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы физиологии, физического воспитания и спорта» (Ульяновск, 2009); VIII научно-практической конференции «Медицинская наука и здравоохранение» (Анапа, 2010).

Материалы диссертационного исследования, касающиеся дифференцированной оценки функционального состояния эритропоэза, внедрены: в учебный процесс кафедры гигиены и спортивной медицины Кубанского государственного университета физической культуры, спорта и туризма по дисциплине «Спортивная медицина»; в систему гематологического контроля за членами сборных команд России по гребле на байдарках и каноэ и велосипедным шоссейным гонкам; в диагностический процесс Краснодарского консультативно–диагностического центра при плановых профилактических осмотрах (7 актов внедрения прилагаются). По теме диссертации опубликован 21 научный труд, в том числе 4 статьи в журналах, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных изданий, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки России.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 214 страницах компьютерного текста, иллюстрирована 38 рисунками и 24 таблицами. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов, практических рекомендаций и указателя литературы. Библиографический указатель включает 237 источников, из которых 87 отечественных и 150 зарубежных авторов.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

С целью решения поставленных задач на протяжении двух лет многократно регистрировали показатели гемограммы, а также маркеры метаболизма железа у 22 атлетов высшей квалификации – членов сборных команд РФ и Краснодарского края по гребле на байдарках и каноэ (8 лиц мужского и 9 лиц женского пола) и беге на средние и длинные дистанции (5 лиц мужского пола). Из них: 2 − ЗМС, 8 − МСМК, 8 − МС, 4 – КМС. Возраст спортсменов колебался от 18 до 22 лет. Идентичные показатели многократно (до 7 раз) определяли у 422 лиц мужского и женского пола 18-40 лет, не связанных с напряженной мышечной деятельностью, проходивших плановый профилактический осмотр на базе Краснодарского консультативно-диагностического центра.

Анализ образцов венозной крови осуществляли в условиях клинико-диагностической лаборатории Краснодарского консультативно-диагностического центра на гематологическом (Sysmex XE-2100, Япония) и биохимическом (Cobas Integra, Швейцария) анализаторах. Регистрировали: относительное количество ретикулоцитов – Ret%, (%); абсолютное количество ретикулоцитов – Ret# (x10¹²/л); количество ретикулоцитов с низкой флуоресценцией – LFR% (%); количество ретикулоцитов со средней флуоресценцией – MFR% (%); количество ретикулоцитов с высокой флуоресценцией – HFR% (%); количество незрелых ретикулоцитов – IRF% (%); среднее содержание гемоглобина в ретикулоцитах – Ret–He (пг); концентрацию гемоглобина крови – HGB (г/дл); количество эритроцитов – RBC (10¹²/л); уровень гематокрита – HCT (%); средний объем эритроцита MCV (фл); среднее содержание гемоглобина в эритроците MCH (пг); среднюю концентрацию гемоглобина в эритроците – MCHC (г/дл); коэффициент вариабельности распределения эритроцитов по объему – RDW (%); концентрацию сывороточного железа – СЖ (мкмоль/л); латентную железосвязывающую способность сыворотки крови – ЛССЖ (мкмоль/л); концентрацию сывороточного ферритина – СФ (нг/мл); общий сывороточный белок – ОБ (г/л).

Анализировали следующие, выделенные на основании результатов обмена железа, функциональные состояния эритропоэза: физиологический эритропоэз, латентный дефицит железа, манифестный истинный и перераспределительный дефицит железа. Исследовали также изменения показателей гемограммы на фоне коррекции истинного дефицита железа диетой и пероральными железосодержащими средствами.

Полученные данные обрабатывались традиционными статистическими и дополнительно разработанными нами методами. Методами математической статистики с применением пакетов программ «Statistika-6.0», «Microsoft Office Excel 2003», «SPSS–10.0» определяли: среднюю арифметическую величину (X), ошибку средней арифметической величины (Er_x), среднее квадратичное отклонение (Sd), медиану (med), минимальное (min) и максимальное (max) значение показателя. Для характеристики свойств распределения параметров использовали показатель асимметрии (As) со стандартной ошибкой асимметрии (Er_as) и показатель эксцесса (Ex) со стандартной ошибкой эксцесса (Er_ex). Выборки анализируемых показателей проверяли на принадлежность к генеральной совокупности с нормальным распределением на основе оценки коэффициентов асимметрии и эксцесса, а также с помощью критерия Колмогорова-Смирнова. Достоверность различий между сравниваемыми показателями (p) устанавливали в зависимости от свойств распределения при помощи критериев t-критерия Стьюдента и U–критерия Манна-Уитни. Корреляционный анализ проводился по Спирмену с расчетом коэффициентов корреляции (r). При этом анализировались статистически значимые коэффициенты корреляции (при р0,05).

Для определения информативной ценности анализируемых показателей использовался ROC-анализ, где площадь под кривой (ROC_AREA) являлась интегральным критерием, характеризующим разрешающую способность метода. С целью разграничения двух выборок с пограничными функциональными состояниями эритропоэза был применен дискриминантный анализ, результатом которого являлось построение систем дискриминантных функций (DF).

Дополнительно, совместно с доцентом кафедры общей физики и информационных систем Кубанского государственного университета Онищуком Сергеем Алексеевичем, были разработаны новые методы математического моделирования, включающие S-функцию и алгоритм вероятностного анализа. Выражаем глубокую благодарность Сергею Алексеевичу Онищуку за оказанное содействие.

Расчет S-функции, описывающей динамику каждого показателя гемограммы в процессе устранения дефицита железа, осуществляли на основе экспериментальных данных с учетом фундаментальных теоретических постулатов, касающихся динамических характеристик систем (принцип Ле Шателье, теорема Пригожина).

Обоснование вероятностного анализа базировалось на основополагающих положениях теории вероятностей. Асимметричные вероятностные распределения показателей описывали четырехпараметрической функцией (С.А. Онищук, 1989). Итоговый вероятностный анализ функционального состояния эритропоэза проводился на основе рассчитанного алгоритма (И.Б. Барановская, С.А. Онищук, 2008).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Первый этап настоящих исследований был посвящен изучению ретикулоцитарных и эритроцитарных показателей периферической крови в системе дифференцированной оценки различных функциональных состояний эритропоэза: a) у здоровых лиц мужского и женского пола, не связанных с интенсивной мышечной деятельностью; б) у атлетов высокой квалификации, специализирующихся в видах спорта, направленных на преимущественное развитие выносливости; в) при латентном дефиците железа; г) в условиях манифестного истинного и перераспределительного дефицита железа.

Согласно полученным данным, при использовании анализатора Sysmex XE-2100 значения ретикулоцитарных показателей у лиц 18–40 лет мужского и женского пола, не занимающихся спортом, составили соответственно: Ret% 0,47–1,30 % и 0,45–1,30%; Ret# 0–0,107х10¹²/л и 0–0,080х10¹²/л; IRF% 0–8,36% и 0,33–7,15%; LFR% 91,6– 99,6% и 82,7–100%; MFR% 0–7,84% и 0–6,70%; HFR% 0–0,79% и 0–0,65%; Ret-He 28,9-33,3 пг и 29,1-32,7 пг. При этом были выявлены специфические особенности распределения отдельных ретикулоцитарных параметров. В частности, установлено, что нормальное распределение характерно только для показателя среднего содержания гемоглобина в ретикулоцитах.

Установлено, что у высококвалифицированных атлетов на фоне нормальных значений концентрации гемоглобина, включая диапазон от 14,0 до 15,1 г/дл, может иметь место скрытый дефицит железа. При этом, независимо от пола, у спортсменов по сравнению с лицами, не связанными с напряженной мышечной деятельностью, наблюдалось статистически значимое снижение количества незрелых ретикулоцитов (IRF%) и среднего содержания гемоглобина в ретикулоцитах (Ret-He), сопровождающееся достоверной положительной взаимосвязью (r=0,63) между IRF% и уровнем сывороточного ферритина (СФ). Последнее, на наш взгляд, свидетельствует о высокой степени сопряженности активности эритропоэза с количеством депонированного железа и возможности ингибирования кроветворения на фоне превышения допустимого объема тренировочных нагрузок.

Вероятные физиологические механизмы, лежащие в основе подобной ингибиции, следующие: а) длительная активация системы эритропоэза приводит к ингибиции костного мозга, что обусловливает ограничение встраивания железа в гем эритроидных предшественников; б) интенсивное расходование белка на адаптацию мышечной системы приводит к дефициту пластических резервов в целом и, как следствие, трансферрина, в результате чего нарушается доставка микроэлемента к месту синтеза гемоглобина; в) естественные потери железа через желудочно-кишечный тракт, кожу, почки, легкие и т. п., превышающие его поступление и адсорбцию, обусловливают дефицит микроэлемента с последующей ингибицией кроветворения, что еще больше уменьшает всасывание микроэлемента через желудочно-кишечный тракт; г) напряженная мышечная деятельность вызывает метаболический стресс, вследствие которого накапливаются активные формы кислорода, которые способствуют деструкции гемоглобинсодержащих клеток.

Установлено, что количество внутрисистемных взаимосвязей между основными ретикулоцитарными и эритроцитарными параметрами сопоставимо при физиологическом эритропоэзе (34), латентном (29) и перераспределительном дефиците железа (32), значимо увеличено при истинном дефиците железа (44) и снижено в условиях интенсивной мышечной деятельности (20). При этом ретикулоцитоз и ретикулоцитопения сопровождаются снижением числа и статистической значимости взаимосвязей между анализируемыми показателями. С точки зрения системного подхода, принятого в биологии, подобные различия, вероятно, характеризуют степень напряженности компенсаторных возможностей эритрона в различных условиях функционирования. Учитывая это, скорее всего, речь должна идти не об абсолютном, а об оптимальном количестве внутрисистемных взаимосвязей, выход за диапазоны которого, как в ту, так и в другую сторону, может свидетельствовать о снижении устойчивости биологической системы.

Сравнительный анализ результатов общей выборки показал, что среди всех оцениваемых параметров наибольшей диагностической ценностью при скрининге латентного дефицита железа, а также манифестного истинного и перераспределительного дефицита железа обладает среднее содержание гемоглобина в ретикулоцитах (ROC_AREA=0,953 и ROC_AREA=0,835, соответственно). При этом диапазон значений Ret-He 28–30 пг является типичной “серой зоной”, требующей разграничения нормы и предпатологии.

На основе комплекса ретикулоцитарных и эритроцитарных показателей были рассчитаны дискриминационные функции, позволяющие производить скрининг латентного дефицита железа с вероятностью 92% и дифференцированную оценку манифестного истинного и перераспределительного дефицита железа с вероятностью 76%.

Классификационные уравнения, разграничивающие латентный дефицит железа и физиологический эритропоэз, выглядят следующим образом:

DF (латентный дефицит железа) = 5,8 x HGB + 1,6 x MCV–1,4 x MCH –3,4 x Ret-He – 516,3;

DF (физиологический эритропоэз) = 6,0 x HGB + 1,7 x MCV – 1,1 x MCH – 2,2 x Ret-He – 574,74.

Установлено, что при истинном дефиците железа имеет место достоверная положительная взаимосвязь между концентрацией общего белка и содержанием эритроцитов (r=0,67), а также обратная зависимость между содержанием сывороточного белка и относительным количеством ретикулоцитов (r=-0,49), что, на наш взгляд, может быть расценено как подтверждение важной роли пластических ресурсов в комплексе факторов, определяющих реализацию компенсаторных возможностей эритрона. При этом в условиях перераспределительного дефицита железа достоверные взаимосвязи между данными параметрами отсутствуют.

Согласно полученным данным, при всех вариантах железодефицитного эритропоэза на фоне различного количества ретикулоцитов (нормального, сниженного или повышенного) имеет место статистически значимое по сравнению с референтной группой увеличение количества незрелых ретикулоцитов. Вероятные механизмы омоложения ретикулоцитарного пула могут быть связаны как с активацией эритропоэза на фоне гипоксии тканей, так и с увеличением времени созревания ретикулоцитов в периферическом кровяном русле.

Второй этап настоящей работы был посвящен разработке и обоснованию математических моделей оценки функционального состояния эритропоэза на основе комплексной структуризации результатов анализируемых показателей гемограммы.

Согласно полученным данным, на фоне восполнения дефицита железа динамика всех ретикулоцитарных и эритроцитарных показателей подчиняется определенным закономерностям, суть которых заключается в следующем. Первоначальный рост значений данных показателей (монотонный или с экстремумом) постепенно замедляется, сменяясь к концу третьей недели наблюдений флуктуацией околостабилизационного (постоянного) уровня. Характер динамики параметров адекватно описывается рассчитанной нами кривой, названной S-функцией, на основании которой определялась скорость и ускорение изменений значений показателей. При этом в кривой динамики могут быть выделены несколько периодов, обусловленных, вероятно, включением различных физиологических механизмов компенсации, которые обеспечивают оптимальное функционирование системы эритропоэза в условиях восполнения дефицита железа.

Относительно кривой динамики ретикулоцитов, было математически обосновано выделение двух стадий процесса, а, именно, I - срочной активации эритропоэза и II - отставленной активации эритропоэза, каждая из которых включала две подстадии (Ia, Ib и IIa, IIb соответственно). Установлено, что на подстадиях Ia и IIa имели место рассогласование, а на подстадиях Ib и IIb сопряженность процессов гемоглобинобразования и эритроцитобразования. При этом начало каждой стадии характеризуется десихронозом скоростей и ускорений изменений содержания эритроцитов и концентрации гемоглобина, что, на наш взгляд, может служить одним из критериев переходного состояния системы.

Рисунок 1 демонстрирует скорости (dS/dх) и ускорения (d²S/d²х) изменений показателей Ret%, HGB и RBC в условиях восполнения дефицита железа.

1 – относительное количество ретикулоцитов, 2 – концентрация гемоглобина, 3 – содержание эритроцитов; Ia, Ib, IIa, IIb– подстадии процесса

Рис. 1. Скорости и ускорения изменений показателей Ret%, HGB и RBC при восполнении дефицита железа
Анализ показал, что при восполнении дефицита железа увеличению значения ретикулоцитарного или эритроцитарного показателя может соответствовать как возрастание, так и снижение скорости его прироста, в свою очередь, снижению значения показателя всегда соответствует уменьшение скорости его изменения. Ускорение изменений, как при возрастании, так и при уменьшении значения анализируемого параметра, может быть как положительным, так и отрицательным.

Прогнозирование результатов коррекции дефицита железа осуществлялось с использованием S-функции путем расчета регрессионных уравнений взаимосвязи между параметрами. В частности, по значению исходного уровня гемоглобина прогнозировались прирост среднего содержания гемоглобина в ретикулоцитах и эритроцитах, относительное количество ретикулоцитов на пике ретикулоцитарной реакции, а также концентрация гемоглобина к концу третьей недели наблюдений.

На основе ретикулоцитарных и эритроцитарных параметров (Ret-He, MCH, HGB и MCV) был разработан и обоснован алгоритм вероятностной диагностики функционального состояния эритропоэза. Вероятностные графики показателей среднего содержания гемоглобина в ретикулоцитах и среднего содержания гемоглобина в эритроците представлены на рисунке 2.

1 – физиологический эритропоэз, 2 – латентный дефицит железа, 3 – истинный дефицит железа, 4 – перераспределительный дефицит железа, f(x) – функции распределения вероятностей

Рис. 2. Вероятностные графики показателей Ret-He и MCH
Результаты вероятностного анализа информативной ценности рассматриваемых параметров показали следующее. Среднее содержание гемоглобина в ретикулоцитах (Ret-He) 17 пг – вероятность истинного дефицита железа 100%; Ret-He 25 пг – вероятность латентного дефицита железа 24%, истинного дефицита железа – 20% и перераспределительного дефицита железа – 56%; Ret-He 30 пг – вероятность физиологического эритропоэза 33%, латентного дефицита железа – 33% и перераспределительного дефицита железа – 34%; Ret-He 33 пг – вероятность физиологического эритропоэза 75% и перераспределительного дефицита железа 25%; Ret-He 37 пг – вероятность физиологического эритропоэза 7% и перераспределительного дефицита железа 93%. Среднее содержание гемоглобина в эритроците (MCH) 15 пг – вероятность истинного дефицита железа 100%; МСН 20 пг – вероятность истинного дефицита железа 94%, перераспределительного дефицита железа – 6%; МСН 28 пг – вероятность физиологического эритропоэза 5%, латентного дефицита железа – 58%, истинного дефицита железа – 2%, перераспределительного дефицита железа – 35%; МСН 32 пг – вероятность физиологического эритропоэза 78%, перераспределительного дефицита железа – 22%; МСН 38 пг – вероятность перераспределительного дефицита железа 100%.

Проверка эффективности алгоритма вероятностной диагностики при использовании в качестве «золотого стандарта» концентрации сывороточного ферритина показала возможность правильного определения 98,8% случаев физиологического эритропоэза, 92% – латентного дефицита железа, 81,5% – манифестного истинного дефицита железа и 72,4% – манифестного перераспределительного дефицита железа. Итоговая эффективность предложенной схемы составила 86,2%.

Выводы

1. На фоне укладывающихся в стандартные референтные интервалы значений показателей красной крови у атлетов высокой квалификации, специализирующихся в видах спорта, направленных на преимущественное развитие выносливости, имеет место статистически значимое снижение количества незрелых ретикулоцитов и содержания гемоглобина в ретикулоцитах, а также уменьшение числа внутрисистемных взаимосвязей между основными ретикулоцитарными и эритроцитарными параметрами, что может отражать скрытую ингибицию эритропоэза.

2. Содержание гемоглобина в ретикулоцитах является наиболее информативным маркером при скрининге латентного дефицита железа и дифференцированной оценке манифестного истинного и перераспределительного дефицита железа. Значения показателя, равные 28,7 пг и 22,6 пг, являются “пороговыми” для дифференциации, соответственно, физиологического эритропоэза и латентного дефицита железа с вероятностью 90,2% и манифестного истинного и перераспределительного дефицита железа с вероятностью 70,7%.

3. Математическое моделирование, включающее вероятностный анализ, определяющий суммарную информативную ценность отдельных показателей гемограммы, а также их соотношений, и S-функцию, позволяющую установить скорость и ускорение изменений анализируемых параметров, повышает эффективность дифференцированной оценки функциональных состояний эритропоэза и прогнозирования результатов коррекции дефицита железа.

4. Согласно результатам анализа математических взаимосвязей между ретикулоцитарными и эритроцитарными показателями, путем использования S-функции в условиях восполнения дефицита железа определяются:

- стадии срочной и отставленной активации эритропоэза, каждая из которых включает две подстадии;

- десинхроноз скоростей и ускорений изменений анализируемых показателей, характеризующий начало каждой стадии;

- возможность при увеличении значения показателя как возрастания, так и снижения скорости его прироста с положительным или отрицательным ускорением, при снижении значения показателя – уменьшение скорости его изменения с положительным или отрицательным ускорением;

- два варианта изменения лабораторных показателей, а, именно, узкому начальному диапазону колебаний параметра соответствует широкий интервал варьирования в конце третьей недели наблюдений; исходно широкий числовой диапазон значений сменяется незначительной флуктуацией показателя к концу периода наблюдений.

5. При истинном дефиците железа имеет место достоверная положительная взаимосвязь между концентрацией сывороточного белка и содержанием эритроцитов, что свидетельствует о значимой роли пластических ресурсов в реализации компенсаторных возможностей эритрона в подобных условиях.

6. Изменение количества и статистической значимости внутрисистемных взаимосвязей между ретикулоцитарными и эритроцитарными показателями может служить дополнительным критерием оценки функционального состояния эритропоэза, в том числе в условиях, связанных с интенсивной мышечной деятельностью. При ретикулоцитозе и ретикулоцитопении имеет место снижение устойчивости и увеличение напряженности внутрисистемного взаимодействия, заключающееся в уменьшении количества и статистической значимости внутрисистемных взаимосвязей.

Практические рекомендации

При использовании анализатора Sysmex-XE 2100 нормальные величины ретикулоцитарных показателей у здоровых мужчин и женщин 18-40 лет составляют соответственно: Ret% 0,47–1,30% и 0,45–1,30%; Ret# 0–0,107х10¹²/л и 0–0,080х10¹²/л; IRF% 0–8,36% и 0,33–7,15%; LFR% 91,6– 99,6% и 82,7–100%; MFR% 0–7,84% и 0–6,70%; HFR% 0–0,79% и 0–0,65%; Ret-He 28,9-33,3 пг и 29,1-32,7 пг.

В условиях напряженной мышечной деятельности уменьшение количества незрелых ретикулоцитов и среднего содержания гемоглобина в ретикулоцитах на фоне нормальных значений остальных показателей гемограммы может свидетельствовать о скрытой ингибиции эритропоэза, что требует регламентации физических нагрузок в целях предупреждения состояния перетренированности.

Согласно полученным результатам, у атлетов высокой квалификации на фоне нормальной концентрации гемоглобина, включая диапазон от 14,0 до 15,1 г/дл, может иметь место скрытый дефицит железа. Диапазон значений показателя содержания гемоглобина в ретикулоцитах 28–30 пг, который традиционно соотносят с референтным, является типичной “серой зоной”, требующей разграничения нормы и предпатологии.

Экстраполяция изменений регистрируемых показателей путем разработанной S-функции основана на использовании регрессионных уравнений (19-22), представленных в четвертой главе работы.

Пример 1. Согласно уравнению (19), при начальном уровне гемоглобина 7,6 г/дл прогнозируется 3,02% ретикулоцитов на пике ретикулоцитарной реакции.

Пример 2. Согласно уравнению (20), при начальной концентрации гемоглобина 9,2 г/дл прогнозируется прирост уровня HGB на 1,25 г/дл. Следовательно, к концу третьей недели наблюдений, предполагается уровень гемоглобина – 10,45 г/дл.

При интерпретации результатов гемограмм следует иметь в виду, что одно и то же значение показателя (в качестве примера приводим Ret-He, МСН и HGB) соответствует разной вероятности отдельных функциональных состояний эритропоэза:

Ret-He 25 пг – вероятность латентного дефицита железа 24%, истинного дефицита железа – 20%, перераспределительного дефицита железа – 56%;

МСН – 28 пг вероятность физиологического эритропоэза 5%, латентного дефицита железа – 58%, истинного дефицита железа – 2%, перераспределительного дефицита железа – 35%;

HGB – 9 г/дл вероятность истинного дефицита железа 50%, перераспределительного дефицита железа 50%.

Интегральная оценка функционального состояния эритропоэза предполагает применение вероятностного алгоритма анализа, представленного в четвертой главе работы и позволяющего правильно классифицировать 98,8% случаев физиологического эритропоэза, 92% - латентного дефицита железа, 81,5% - истинного дефицита железа, 72,4% - перераспределительного дефицита железа. Итоговая вероятность разработанной схемы составляет 86,2%.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Барановская, И.Б. Значение индексов автоматизированного анализа ретикулоцитов в оценке метаболизма железа при железодефицитных анемиях / И.Б. Барановская, И.А. Лузакова, М.Т. Проскуряков, Н.А. Ригер // Материалы II Международной научно-практической конференции «Перспективные разработки науки и техники – 2006». – Днепропетровск, 2006. – Т. 6. – С.66-69 (в соавторстве, авторские – 50%).

2. Барановская, И.Б. Гемоглобин ретикулоцитов – дополнительный маркер диагностики ранней стадии железодефицитных состояний / И.Б. Барановская, И.А. Лузакова, М.Т. Проскуряков, Н.А. Ригер // Материалы III Международной научно-практической конференции «Научное пространство Европы-2007». – Днепропетровск, 2007. – Т. 8 – С. 15-17 (в соавторстве, авторские – 50%).

3. Барановская, И.Б. Корреляционный анализ динамики показателей крови при лечении железодефицитной анемии / И.Б. Барановская, С.А. Онищук // Сборник научных трудов по материалам Международной научно–практической конференции «Современные проблемы и пути их разрешения в науке, транспорте, производстве и образовании ‛2007». – Одесса: Черноморье, 2007. – Т. 18. – С. 10–15 (в соавторстве, авторские – 70%).

4. Барановская, И.Б. Использование содержания гемоглобина ретикулоцитов для диагностики железодефицитных состояний / И.Б. Барановская, С.А. Онищук, Л.И. Напсо, И.А. Лузакова // Труды IV Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов «Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах». – Краснодар, 2007. – С. 69-71 (в соавторстве, авторские – 50%).

5. Барановская, И.Б. Скрининговый тест для диагностики латентного дефицита железа / И.Б. Барановская // Клиническая лабораторная диагностика. – 2008. – № 9. – С. 22.

6. Барановская, И.Б. Способ вероятностной диагностики анемий различного генеза / И.Б. Барановская, С.А. Онищук // Клиническая лабораторная диагностика. – 2008. – № 9. – С. 22-23 (в соавторстве, авторские – 70%).

7. Барановская, И.Б. Использование вероятностного подхода для скрининговой диагностики анемических состояний / И.Б. Барановская, С.А. Онищук // Кубанский научный медицинский вестник. – 2008. – № 3 – 4 (102-103). – С. 82-86 (в соавторстве, авторские – 70%).

8. Барановская, И.Б. Моделирование динамики показателей крови при лечении анемий различного генеза / И.Б. Барановская, С.А. Онищук // Врач и информационные технологии. – М.: Менеджер здравоохранения, 2008. – № 2. – С. 48-54 (в соавторстве, авторские – 70%).

9. Барановская, И.Б. Использование экспоненциальных моделей для установления связи между ретикулоцитарными и эритроцитарными показателями гемограммы / И.Б. Барановская, С.А. Онищук // Врач и информационные технологии.– М.: Менеджер здравоохранения, 2008. – № 5. – С. 31-37 (в соавторстве, авторские – 70%).

10. Барановская, И.Б. Система распознавания патологий эритропоэза на основе вычислительных процедур / И.Б. Барановская, С.А. Онищук // Врач и информационные технологии.– М.: Менеджер здравоохранения, 2008. – № 6. – С. 53-62 (в соавторстве, авторские – 70%).

11. Онищук, С.А. Прогнозирование динамики показателей гемограммы при лечении железодефицитной анемии / С.А. Онищук, И.Б. Барановская // Врач и информационные технологии. – М.: Менеджер здравоохранения, 2009. – № 3. – С. 39-48 (в соавторстве, авторские – 70%).

12. Барановская, И.Б. Математический подход для оценки функционального состояния эритропоэза спортсменов в норме и при различных вариантах дефицита железа / И.Б. Барановская, С.А. Онищук, Г.А. Макарова, М.Т. Проскуряков // Научно-методический журнал «Физическая культура, спорт – наука и практика». – Краснодар, 2009. – № 4. – С.56-61 (в соавторстве, авторские – 30%).

13. Салтанович, И.М. Использование гематокрита для вероятностной диагностики анемий различного генеза / И.М. Салтанович, И.Б Барановская, С.А. Онищук // Труды VI Всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов «Современное состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах». – Краснодар, 2009. – С. 68-70 (в соавторстве, авторские – 30%).

14. Барановская, И.Б. Алгоритм выявления различных вариантов дефицита железа у элитных спортсменов / И.Б. Барановская, С.А. Онищук, И.М. Салтанович / Теория и практика физической культуры и спорта в условиях модернизации образования: материалы Всероссийской научно-практической конференции. – Ижевск: Удмурдский университет, 2009 – С. 258-261 (в соавторстве, авторские – 50%).

15. Барановская, И.Б. Выявление различных вариантов дефицита железа у спортсменов высшей квалификации, специализирующихся в гребле на байдарках и каноэ / И.Б. Барановская, С.А. Онищук, И.М. Салтанович // Актуальные проблемы физиологии, физического воспитания и спорта: материалы Всероссийской научно-практической конференции. – Ульяновск, 2009. – С. 17-20 (в соавторстве, авторские – 50%).

16. Онищук, С.А. Тенденции развития системы кроветворения у человека / С.А. Онищук, И.Б. Барановская // Философские проблемы биологии и медицины: Традиции инновации: сборник материалов 3-й ежегодной научно-практической конференции. - М.: Принт-берри, 2009. – Вып. 3. – С. 341-344 (в соавторстве, авторские – 50%).

17. Салтанович, И.М. Диагностика анемических состояний / И.М. Салтанович, С.А. Онищук, И.Б. Барановская // Материалы VIII научно-практической конференции молодых ученых и студентов юга России «Медицинская наука и здравоохранение» / под. ред. В.П. Крылова. – Анапа, 2010. – С. 37-41 (в соавторстве, авторские – 40%).

Научные статьи в журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки России:

18. Барановская, И.Б. Референтные значения автоматизированного анализа ретикулоцитов / И.Б. Барановская, С.А. Онищук, Л.И. Напсо // Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: «Биология, клиническая медицина». – 2008. – Т. 6, вып. 3, ч. 2. – С. 56-59 (в соавторстве, авторские – 50%).

19. Барановская, И.Б. Гемоглобин ретикулоцитов в дифференциальной диагностике анемий / И.Б. Барановская, С.А. Онищук // Вестник Оренбургского государственного университета. – 2008. – № 81. – С. 129-134 (в соавторстве, авторские – 70%).

20. Барановская, И.Б. Прогностические аспекты моделирования изменения параметров гемограммы при коррекции железодефицитного эритропоэза / И.Б. Барановская, С.А. Онищук // Бюллетень сибирской медицины. – 2009. – № 2. – С. 17-23 (в соавторстве, авторские – 70%).

21. Барановская, И.Б. Ретикулоцитарные показатели в системе оценки эритропоэза спортсменов / И.Б. Барановская, С.А. Онищук // Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: «Биология, клиническая медицина». – 2011. – Т. 9, вып. 1. – С. 77-84 (в соавторстве, авторские – 70%).

Сдано в производство 25.05.11.

Подписано в печать 25.05.11.

Формат 1/16 д.л. А5

Заказ № 2207

Тираж 100 экз.

Кубанский государственный университет физической культуры, спорта и туризма

350015, г. Краснодар, ул. Буденного, 161